Способ управления инвертором

(51)4 Н 02 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ной мощности путем повышения точности стабилизации представляемоговремени выключения тиристоров инвертора. На выходах датчиков 3, 4,5 и 6 формируются сигналы, пропорциональные мгновенным значениямвходного тока инвертора, входноготока нагрузки, тока компенсирующейемкости и напряжения нагрузки. Этисигналы поступают в функциональныйпреобразователь 7, который формирует периодический сигнал управляющего напряжения с удвоенной частотойинвертора. Нуль-орган 8 регистрируетполярность управляющего напряжения,а формирователь 9 при каждом изменении полярности с положительной наотрицательную выиает отпирающий импульс на непроводящую пару тиристо- Сров. 5 ил. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ИНВЕРТОРОМ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления однофазным автономным инвертором. Целью изобретения является уменьшение передаваемой инвертором в нагрузку реактив,801279055 1 127903Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть исполь зовано для управления однофаэным автономным инвертором. 5Цель изобретения - уменьшение передаваемой инвертором в нагрузку реактивной мощности путем повышения точности стабилизации предоставляемого времени выключения тиристоров , 10 инвертора.На фиг.1 показаны сиповая схема инвертора с нагрузкой и структурная схема устройства, реализующего способ управления инвертором для стаби лиэации предоставляемого времени выключения тиристоров; на Фиг.2 - функциональная схема функционального преобразователя, выполненного в виде формирователя прогнозируемых мгно венных значений напряжения нагрузки; на Фиг.3 - функциональная схема варианта выполнения нелинейного блока, входящего В состав функционального .преобразователя и выполненного с использованием принципа кусочно-линейной аппроксимации; на Фиг.4 временная диаграмма, поясняющая принцип действия устройства; на Фиг.5 - временная диаграмма основных конт рольных сигналов устройства.Устройство, реализующее способ управления инвертором для стабилизации предоставляемого времени выключения тиристоров инвертора 1 с нагруз кой 2 в виде колебательного контура, образованного параллельно включенными активно-индуктивными потребителем и компенсирующей емкостью, содержит первый датчик 3 входного тока 40 инвертора, второй датчик 4 входного тока нагрузки, третий датчик 5 тока компенсирующей емкости, четвертый датчик б напряжения нагрузки, функциональный преобразователь 7,нуль орган 8, формирователь 9 отпирающих .тиристоры импульсов, причем функциональный преобразователь 7 подключен входами к датчикам 3 - 6, а выходы - через нуль-орган 8 к Формирова . телю 9 отпирающих тиристоры импульсов.Функциональный преобразователь .7 выполнен в виде Формирователя прогнозируемого мгновенного значения напряжения и содержит блок 10 модуля, переключатель 11 полярности, четыре сумматора 12 - 15, источник 4 216 смещения, нелинейный блок 17, причем входами функционального преобразователя 7 с первого пб четвертый являются выходы датчиков 3 - 6 с первого по четвертый соответственно, первый вход функционального преобразователя 7 является первым входом первого сумматора 12, второй вход функционального преобразователя 7 является входом блока 10 модуля, третий и четвертый входы функционального преобразователя являются первым и вторым входами переключателя 11 полярности соответственно, источник 16 смещения подключен к второму входу первого сумматора 12, выход которого подключен к первым входам второго сумматора 13, третьего сумматора 14 и нелинейного блока 17, первгй выход переключателя 11 полярности подключен к вторым входам второго 13 и третье 1 го 14 сумматоров, выход блока 1 О модуля подключен к третьему входу третьего сумматора 14, выход второго сумматора 13 подключен к второму входу блока 17, третий вход которого подключен к второму выходу переключателя 11, выход блока 17 подключен к первому входу сумматора 15, второй вход преобразователя 7 одновременно является третьим входом переключате-ля 11, третий вход которого подключен к третьему входу сумматора 13 и одновременно к четвертому входу сумматора 14, выход четвертого сумматора 15 является выходом функционального преобразователя 7, нелинейный блок 17 содержит перемножитель 18, квадратор 19, сумматор 20 и блок 21 извлечения корня, причем первый и второй входы нелинейного блока 17 являются первым и вторым входами перемножителя 18, третий вход нелинейного блока 17 является входом квадратора 19, выход которого подключен к первому входу сумматора 20, второй вход которого подключен к выходу перемножителя 18, выход сумматора 20 подключен к входу блока 21 извлечения корня, выход которого является выходом нелинейного блока 17.Возможен вариант выполнения нелинейного блока 17 с использованием принципа кусочно-линейной аппроксимации. В этом варианте нелинейный блок 17 содержит шесть сумматоров 22 - 27, ограничитель 28 положитель(2) здесь Б, Б ф с3 55С учетом приращений токов заЬинтервал коммутации - 2 2. - в,Ь -ветзи и Ь-ветви соответственнокследует ной полярности, три ограничителя29 ; 31 отрицательной полярности,причем первый и второй входы нелинейного блока 17 являются первым ивторым входами первого сумматора 22,выход которого через. ограничитель 28положительной полярности подключенк первому входу второго сумматора 28,а через первый ограничитель 29 отрицательной полярности - к первому 10входу третьего сумматора 24, вторыевходы второго 23 и третьего 24 сумматоров объединены с вторым входом первого сумматора 22, первые входы четвертого 25,пятого 26 и шестого 27 15сумматоров одновременно являются тре -тьим входом нелинейного блока 17,а вторые их входы подключены к выходу второго сумматора 23; третьивходы четвертого 25 и пятого 26 20сумматоров подключены к выходу третьего сумматора 24, выход четвертого сумматора 25 через второй ограничитель 30 отрицательной полярностиподключен к четвертому входу пятогосумматора 26, выход которого черезтретий ограничитель 31 отрицательной полярности подключен к третьемувходу шестого сумматора 27, выходкоторого является выходом нелинейного блока 17,Устройство работает следующим образом.На выходах датчиков 3 - 6 формируются сигналы, пропорциональные 35мгновенным значениям входного токаинвертора, входного тока нагрузки,тока компенсирующей емкости и напряжения нагрузки соответственно.Сигналы с датчиков 3 - 6 поступают в функциональный преобразователь 7,который формирует на выходе периодический сигнал управляющего напряженияс удвоенной частотой инвертора.Нульорган 8 регистрирует полярность управляющего напряжения, а формирователь 9 при каждом изменении указанной полярности с положительной наотрицательную выдает отпирающий тиристоры импульс на непроводящую пару 50тиристоров,функциональный преобразователь 7работает следующим образом.В текущий момент времени предполагается, что происходит включениетиристоров и начинается интервалкоммутации. На этом интервале всетиристоры моста находятся в проводящем состоянии, в результате соединительная цепь инвертора с нагрузкой подключается к колебательномуконтуру как параллельная ветвь, аее индуктивность выполняет ролькоммутирующей индуктивности, Следовательно, с учетом замещения потребителя параллельно включенными активной и индуктивной ветвями образует-ся колебательный контур иэ четырехпараллельных ветвей: ветвь коммутирующей индуктивности, ветвь компенсирующей емкости и две ветви потребителя. Ток первой ветви, являющейся входным током нагрузки, эа интервал коммутации меняет полярность напротивоположную. Вследствие малостиинтервала коммутации ток активнойветви потребителя на этом интервалесчитается неизменным я- мгновенные значения тока активной ветви в начале и в конце интервала коммутации соответственно.Из дифференциальных уравнений, описывающих контур с учетом замещения активной ветви источником постоянного тока 1 = сопзС следуетйФ./ьгде Б Ьь+ь ф мгновенные значения напряжения нагрузки в начале и в конце интервала коммутации соответственно;мгновенные значения тока компенсирующей емкости в начале и в конце интервала коммутации соответственно;волновое сопротивлениеконтура на интервалекоммутации;эквивалентная индуктивность параллельновключенных Ь-ветви иЬ-ветви.(3) 10 иа слеравен счиости не 15 С С 1 ф(6) опер ся о При достаточормула (7) уовке 1, =соущению о пос го пре 3+ Ц де 55 51 = 1 - 21 - 2 - 1с с ню где 1. - мгновенное значение входнонго тока нагрузки в началеинтервала коммутации.Из (2) и (3) следует 1 (1 - 1. +1)(4)411 н2 с н н с , и После интервала коммутации дующем интервалекоторый заданному времени выключения, тается ток компенсирующей емк изменным где 1. - мгновенное значение токаСДемкости в конце интерва -лаС учетом (5) следует где П - мгновенное значение напря 2жения нагрузки в конце интервалаИз (3), (4), (6) следует Л = -ф (д - 2 з. - 21 ) + (7)1 ксн н но большом значениипрощается при под,что соответствуеттоянстве тока потребителя на интервале коммутации.Физический смысл кривых Б, иПпроилюстрирован на фиг, 4,Если происходит включение тиристоровв момент 1, то напряжение нагрузкичерез интервал коммутации й имеетзначение Б(й), а еще через интервалС - значение 0(фиг.4 а).Есливключение тиристоров преждевременноето кривая Б (1) не достигает нулевого значения, поэтому в конце интервала й напряжение нагрузки также не достигает нулевого значенияи напряжение выключаемых тиристоровП остается отрицательным, следовательно, интервал предоставляемоговремени выключения Т больше заданеьФного С(Фиг.4 б),Для обеспечения совпадения интервалов Т =. осуществляется фактивыем оческое включение тиристоров в момент 34 6достижения нулевого значения кривой У (е) (фиг.4 в, г).й УПостроение вычислений по формуле (7) сложно реализовать в устройстве, поэтому формула вычислений приводится к виду, обеспечивающему аппаратурную точность и надежность работы устройства, Для этого обеспечивается повторяемость формы сигналов на двух соседних полупериодах путем переключения полярности сигналов, поэтому в Формулу (7) вводят переменные Я 1., 8 1. и ЯУ, а вместо периодически изменяющегося по полярности входного тока нагрузки 1 . вводятсян однополярные величины: либо входной ток инвеРтоРа 1 а, либо моДУль вхоД- ного тока нагрузки 11 ,и, кроментого, компенсируется возможная нелинейность коммут.:рующей индуктивности 1. введением суммы величин 1.а +Я вместо велич.ны 1.а, где смещение с подбирается импирически.В результате указанных подстановок в формулу (7) получается следующее: 1ц: - 5 -3-11-2 - (а е+ Отдельные вычислительные ии по формуле (8) выполняют ельными блоками функциональ бразователя 7= -81. - 1 н - 21 аи, = (ЯЦТ- а, д, - выходные сигналысумматоров 12 - 14с первого по третийсоответственно; - выходной сигнал нелинейного блока 17; - выходной сигналчетвертого сумматора 15, одновременно являющийся выход7 1279034 8 ным сигналом функ- ля и квадратора, включенного в отционального преобра- рицательную обратную связь операзователя 7; ционного усилителя.Работа составных частей нелиней 5ного блока 17 осуществляется следующим образом: а 1 к4 Е 3 3 = азс 3 о,о 3 е 3 3 с ОГЗ З)0я 0 3 (О 15 3 =3 + макс 0 Ю Е Е,0Еф О, Г,О,Г, + БП-Ь П30где Ъ,Ь - коэффициенты аппроксимации;минмаксГ35 40 45 а постоянные коэффици 3 сенты.Подстройка устройства под нагрузку осуществляется изменением коэффициентов а , а , а регулировка заданного времени выключения - изменением коэффициента аХарактер изменения сигналов функ. ционального преобразователя 7 показан на фиг.5. Сигналы Я , Я, БПн формируются на выходах переключателя 1 1 полярности, который осуществляет поканальное переключение полярностей входных сигналов в момент изменения полярности напряжения нагрузки. Переключатель 11 полярности может быть выполнен, например, с использованием нуль-органа, регистрирующего полярность напряжения нагрузки, и каналов переключения полярности. Каждый канал может быть выполнен, например, с использованием двух противофазных ключей и инвертирующего звена, причем ключи, управляемые нуль-органом, подают на выход канала прямой или инвертированный входной сигнал канала.Модульвходного тока нагрузки формируется на выходе блока 10 модуля, который осуществляет выпрямление входного сигнала 1 и фильтрацию коммутационного провала. Блок 10 может быть выполнен с использованием известных схем выпрямления на операционных усилителях и фильтрах высоких частот.Постоянный сигнал смещения снимается с выхода источника 1 б смещения, например со среднего вывода потенциометра, подключенного остальными двумя выводами к общей и питающей шинам.Квадратор 19, входящий в состав нелинейного блока 17, осуществляет операцию возвьппения в квадрат и может быть выполнен, например, на перемножителе с объединенными двумя входами.Блок 21 извлечения корня, входящий в состав нелинейного блока 17, может быть выполнен, например, с использованием операционного усилитег =-ь БП-ь+ь 11 12 мнн 3 макс20=-Г -Ь БУ+Ь 1 +Ь2 1 Э 1 5 ик 6 маке- выходные сигналы сумматоров 22 - 27 спервого по шестойсоответственно;выходной сигнал ограничителя 28 положительной.полярности;3Е,- выходные сигналы ог- О 19раничителей 29-31отрицательной поляр"ности с первогб потретий соответственно. Момент включения тиристоров инвертора, при котором обеспечиваетсязаданное значение предоставляемоговремени выключения, определяется сучетом всех влияющих факторов при 55 минимальных допущениях.На каждой полуволне напряжениянагрузки момент включения тиристоров определяется независимо, т.е.стабилизация предоставляемого вре79034 10Перечисленные преимущества позволяют удешевить элементы сиповой схемы инвертора с нагрузкой и одновременно улучшить эксплуатационные характеристики,Формула изобретения Способ управления инвертором, 10 подключенным через соединительнуюцепь к нагрузке в виде колебательного контура, образованного параллельно включенными активно-индуктивным потребителем и компенсирующейемкостью, заключающийся в том, чтоизмеряют мгновенные значения напря,жения нагрузки, формируют периоди, чески изменяющееся управляющее напряжение и осуществляют очередноевключение тиристоров инвертора вмомент перехода управляющего напряжения через ноль,о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью уменьшения передаваемой инвертором в нагрузку реактивной мощности путем повышенияточности стабилизации предоставляемого времени выключения тиристоров,измеряют входной ток инвертора, входнойток нагрузки, ток компенсирующей емкости и осуществляют формирование управляющего напряжения согласно выражению, равнозначному приведенному вмомент формирования отпирающих тиристоры импульсов: Б 1 - з.- 2 - (+)3 н н- Бос+ 1 (Бо)с д +Е)н с + ( + )ф,где У,х , -текущие мгновенные знаДф счения напряжения нагрузки, входного тока инвертора, входного тока нагрузки тока компенсирующей емкости соответственно;- модуль входного тока нагрузки;- постоянное смещение; 50Б - переключающая: функция,имеющая значения "+1" и"-1" на интервалах положи 40,к 9 12 мени выключения осуществляется безынерционно и нет принципиального различия между статической и динамической ошибками стабилизации. По результатам испытаний установлено, что погрешность стабилизации обеспечиваемая устройством с учетом аппаратурной погрешности,. в установившихся и пусковых режимах не превышает 122. Например, в инверторе с номинальной выходной частотой 4 кГц и задаваемым временем выключения 25 мкс погрешность стабилизации не превышает 3 мкс в режимах с модуляцией интервала коммутации 5 - 25 мкс.Передаваемая инвертором в нагрузку реактивная мощность сводится к минимуму, в результате чего уменьшаются устаиовленная мощность и потери цепи входного тока инвертора, тиристов инвертора, соединительной цепи инвертора с нагрузкой,компенсирующей емкости, одновременно повышается КПД инвертора с нагрузкой, кроме того, уменьшается установленная мощность пускового устройства и исключается его настройка при пуске инвертора, а также обеспечивается возможность пуска инвертора с большим значением коммутирующей индуктивности, что позволяет уменьшить коммутационные потери и установленную мощность тиристоров и защитных демпфирующих КС-цепей. тельной и отрицательной .полярностей напряжения нагрузки соответственно; компенсирующая емкость; индуктивность потребителя;индуктивность соединит"льной цепи инвертора с .нагрузкой (коммутирующая индуктивность);заданное время выключения;управляющее напряжение, 12790341279034 сы е г.Р Составитель С.ПарФеноваекарь Техред В.Кадар Корректор Л.Пилипен Редакто аз 685 роизводственно-полиграфичекое предприяти город,ул.Проектная 57 Тираж ВНИИПИ Государств по делам изобре 113035, Москва, Ж631 Подписноенного комитета СССРений и открытий35, Раушская наб., д.4/5