Способ управления многоячейковым последовательным инвертором

 

Способуправления многоячейковым инвертором , состоящим из тиристорных инверторных мостов с коммутирующими конденсаторами в диагоналях переменного тока, заключающийся в том, что формируют импульсные последовательности по числу инверторных мостов с постоянной частотой, которые для диагонально расположенных мостов инвертора сдвигают друг относительно друга на величину фазового сдвига F1 и для каждого инверторного моста их распределяют и подают на управляющие переходы соответствующих тиристоров инвертора , формируют сигналы, пропрциональные напряжению на коммутирующем конденсаторе и на входе инвертора, формируют сигнал рассогласования между ними, пропорционально которому формируют величину фазового сдвига F1. 1 ил. (Л С

союз советских сОциАлистических

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 М 7/515

ГОСУДАР СТВ Е ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A8TOPCKQMY СВИДЕТЕЛ6СТВУ (21) 4711903/07 (22) 29.06.89 (46) 07,08.92.Бюл.N 29 (71) Ленинградский электротехнический институт им.В.И.Ульянова (Ленина) (72) С.В.Дэлиев, Е.M.Ñèëêèí, Е,И.Кузьмина, А.Д.Куанышбаева, Д.Н,Бондаренко, Ю.П.Качан, В.В.Надот и В;Н.Теплов (56) Авторское свидетельство СССР, М 1069123, кл. Н 02 P 13/30, 1983, Кацнельсон С,M., Аитов И.А, Регулируемый тиристорный инвертор с индуктивным входом без емкости фильтра с нагрузкой в диагонали сложного инверторного моста.—

Труды УАИ. Вып.48, 1973, с.89-93, (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ МНОГОЯЧЕЙКОВЫМ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ ИНВЕРТОРОМ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в источниках питания электротехнологических установок, Известен способ для управления инвертором путем формирования переменного напряжения постоянной частоты, измерения выходного параметра инвертора, формирование сигнала поиска экстремума выходного параметра, для чего умножают переменное напряжение и выходной параметр, суммирования полученного сигнала с сигналом задания частоты инвертора и преобразования результирующего сигнала в ча стоту управляющих импульсов инвертора, Недостатком известного способа управления последовательным инвертором является низкая устойчивость работы инвертора

„, Ы 1753563 А1 (57) Способ управления многоячейковым инвертором, состоящим из тиристорных инверторных мостов с коммутирующими конденсаторами в диагоналях переменного тока, заключающийся в том, что формируют импульсные последовательности по числу инверторных мостов с постоянной частотой, которые для диагонально расположенных мостов инвертора сдвигают друг относительно друга на величину фазового сдвига

F1 и для каждого инверторного моста их распределяют и подают на управляющие переходы соответствующих тиристоров инвертора, формируют сигналы, пропрциональные напряжению на коммутирующем конденсаторе и на входе инвертора, формируют сигнал рассогласования между ними, пропорционально которому формируют величину фазового сдвига F1. 1 ил, на изменяющуюся нагрузку, так как при возрастании сопротивления нагрузки и в процессе управления инвертором сокращается время, предоставляемое тиристорам инвертора для восстановления управляющих свойств, что может привести к срыву инвертирования.

Наиболее близким к изобретению является способ управления многоячейковым последовательным инвертором, который заключается в формировании импульсов управления стабильной частоты, подаче их на тиристоры диагонально расположенйьгх-инверторных мостов с коммутирующими конденсаторами в диагоналях переменного тока и изменении при регулировании выходного параметра фазового сдвига F1 между моментами подачи импульсов управления

1753563 на тиристоры мостов, расположенных в плечах инвертора в интервале F1=(180, О) по отношению к периоду выходной частоты.

Недостатком способа управления многоячейковым последовательным инвертором является низкая устойчивость работы последовательного инвертора на изменяющуюся нагрузку, так как при возрастании сопротивления нагрузки и в процессе управления сокращения время, предоставляемого тиристорам инвертора для восстановления управляющих свойств, что может привести к срыву инвертирования, Цель изобретения — повышение устойчивости работы инвертора.

Указанная цель достигается тем, что используют способ управления многоячейковым последовательным инвертором, состоящим из тиристорных инверторных мостов с коммутирующими конденсаторами в диагоналях переменного тока, заключающийся в том, что формируют импульсные последовательные по числу инверторных мостов с постоянной частотой, которые для диагонально расположенных мостов инвертора сдвигают друг относительно друга на величину фазового сдвига F1 и для каждого инверторного моста их распределяют и подают на управляющие переходы соответствующих тиристоров инвертора, отличающийся тем, что формируют сигналы, пропорциональные напряжению на коммутирующем конденсаторе и на входе инвертора, формируют сигнал рассогласования между ними, пропорционально которому формируют величину фазового сдвига F1, Ка чертеже приведена схема многоячейкового последовательного инвертора с источником питания.

Инвертор содержит соединенные с входными выводами две параллельные ветви из двух последовательно соединенных тиристорных мостов 1,II и !! I, IY на четырех тиристорах 1-4 с коммутирующими конденсаторами 5 в диагоналях переменного тока, между которыми включен коммутирующий дроссель 6(7) с выводом от средней точки, зашунтированный с каждым из тиристорных мостов диодом 8-11, блок 12 управления с устройством 13, последовательную цепь из датчика 14 напряжения на коммутирующем конденсаторе, фильтра 15 и устройства 16 сравнения, выход которого соединен с входом устройства регулируемой задержки, датчик 17 напряжения на входе инвертора, выход которого подключен к второму входу устройства сравнения.

Нагрузка 18 подключается к отводам коммутирующихдросселей, Для обеспечения возможности отвода излишней энергии от

55 контура коммутации инвертора необходимо, чтобы источник питания инвертора представлял собой источник ЭДС. Эту функцию может выполнять выпрямитель с индуктивно емкостным фильтром V. Причем емкость конденсатора фильтра должна быть в 10-15 раз больше емкости коммутирующего конденсатора, Кроме того, показаны элементы 19-25, представляющие выпрямитель с блоком управления (25), дроссель 26 фильтра, конденсатор 27 фильтра.

Многоячейковый последовательный инвертор работает следующим образом, При работе в номинальном режиме, когда сопротивление нагрузки 18 равно номинальному значению, осуществляется попарное одновременное включение тиристоров диагоналей мостов 1, IY и II, III. Полный цикл работы инвертора определяется частотой управления тиристорами 1-4 мостов 1-IY и состоит из двух периодов. В течение каждого периода полный интервал работы разделяется на шесть участков (интервалов), При этом в каждом полупериоде процессы повторяются за исключением того, что работают разные тиристоры и диоды инверторных мостов. Рассмотрим процессы в полупериоде работы, соответствующем включению тиристоров 1 и 4 мостов 1, IY.

Первый интервал. При отпирании тиристоров 1 и 4 начинается колебательный перезаряд коммутирующих конденсаторов

5(1) и 5(IY) по цепи 5(1) - 4(1)-6(1)-18-7(IY)1(IY)-5(IY)-4(IY)-27-1(1)-5(1). Цифры в скобках обозначают принадлежность элемента соответствующему инверторному мосту. Элементы 6(1), 7(1) части коммутирующих дросселей (до отвода) 6,7, участвуют в работе соответствующих мостов в номинальном режиме. Ток через нагрузку 18 протекает в направлении, условно принимаемом за положительное. При нарастании колебательного тока напряжение на 6(1) и 7(IY) уменьшается и в момент максимума тока становится равным нулю, Далее ток контура начинает спадать и напряжения на элементах 6(1) и 7(1) изменяют знак. Как только сумма напряжения на 6(1) - U61, нагрузке

18-U18, 7(IY)-U7IY станет выше напряжения источника питания (напряжения на конденсаторе фильтра 27) -027 (положительное для диодов 9, 10), включаются диоды 9,10

U61+U18+U7I Y>U27.

При этом тиристоры 1(l), 4(!), 1(IY), 4(IY) выключаются. С момента выключения тиристоров начинается второй интервал работы.

Второй интервал, Ток через нагрузку 18 продолжает протекать в положительном направлении и поддерживается за счет энергии, накопленной в электромагнитном поле

1753563 коммутирующих дросселей 6(!), 7(IY) на первом интервале работы. Ток протекает по контуру 6(l)-18-7(IY)-10-27-9-6(l). При этом электромагнитная энергия дросселей 6(!), 7(IY) расходуется в нагрузке 18 и частично 5 возвращается источнику питания Ч (в конденсатор фильтра 27). В нормальном режиме работы инвертора через диоды 9,10 протекает небольшой ток, а второй интервал имеет малую длительность. С уменьше- 10 нием сопротивления нагрузки 18 амплитуда тока диодов 9,10 возрастает. Возврат энергии от контура коммутации в источник питания. обеспечивает жесткость нагрузочной характеристики (отсутствие "раскачки" на- 15 пряжений и токов элементов) при изменении сопротивления нагрузки 18 в сторону к.з. Изменение сопротивления нагоузки 18 в сторону х.х. (возрастание) приводит к снижению интенсивности электромагнитных 20 процессов, дальнейшему уменьшению токов диодов 9,10 (8,11) и длительности второго интервала. Наконец, начиная с некоторого значения сопротивления 18, этот интервал может исчезнуть совсем. Дан- 25 ный режим работы характеризуется снижением напряжения на конденсаторах 5(!), 5(IY) 5(!!), 5(!!!). Напряжение U5 становится ниже напряжения на входе инвертора U27.

При этом сокращается время, предоставля- 30 емое тиристором для восстановления управляющих свойств. При возрастании сопротивления нагрузки 18 снижается по этой причине устойчивость работы инвертора. Диоды 9 и 10 проводят ток до тех пор, 35 пока не израсходуется электромагнитная энергия дросселей 6(l), 7(IY), Далее диоды 9 и 10 запйраются. Начинается третий интервал работы инвертора, Третий интервал, Он характеризуется 40 бестоковой паузой (не проводят тиристоры и диоды инвертора). Через нагрузку 18 в этом интервале ток не протекает. Пауза в работе инвертора необходима для увеличения времени, предоставляемого тиристо- 45 рам для восстановления управляющих свойств. Пауза может отсутствовать. Тогда полупериод состоит из первого v, второго интервалов.

По истечении паузы включаются тири- 50 сторы 1,4 мостов1!, !!!, и через нагрузку 18 начинает протекать отрицательный ток, Процессы во втором полупериоде аналогичны описанным выше. При этом работают противофазные части коммутирующих 55 дросселей 6(!!), 7(!!!) и диоды 8,11.

Второй период начинается с момента включения тиристоров 2(!), 3(!), 2(IY), 3(IY) мостов !, IY. Ток через нагрузку 18 снова протекает в положительном направлении;

Датчиками напряжений на коммутирующем конденсаторе 14 и на входе инвертора

17 постоянно измеряются напряжения. Сигнал с выхода датчика 14 поступает на вход фильтра 15, который служит для сглаживания динамических толчков напряжения на коммутирующем конденсаторе 5. Сигналы с выходов фильтра 15 и датчика 17 напряжения на входе инвертора поступают на входы устройства 16 сравнения. Сигнал рассогласования с выхода подается на вход управления устройства регулируемой задержки

13 блока 12 управления, в соответствии с которым блок 12 управления смещает фазу

F1 импульсов управления инверторных мостов I, II относительно импульсов и мостов

I, lY от противофазной работы к синфазной

F1=(180, О). При синфазной работе !-!У одновременно включаются тиристоры диагоналей всех мостов, Если напряжение на коммутирующем конденсаторе 5 U5 существенно больше напряжения на входе инвертора U27 (на 1550В) U5>U27, то тиристоры инверторных мостов l, IY и I I, I I I включаются в противофазе, При уменьшении разности напряжений

U5 и U27 уменьшается сигнал на выходе устройства 16 сравнения и фазовый сдвиг между моментами включения тиристоров диагоналей мостов I, IY и !!, I!!. Уменьшение разности напряжений U5-U27 происходит, например, из-за возрастания сопротивления нагрузки 18 и снижения интенсивности процессов в инверторе за счет ухудшения условий перезаряда коммутирующих кон- денсаторов 5. При уменьшении Fl возникают дополнительные контуры перезаряда коммутирующих конденсаторов 5 по цепям, включающим элементы мостов !, II и III, IY, не содержащих нагрузку 18 и не зависящих от ее сопротивления. В результате поддерживается достаточная для надежной и устойчивой работы инвертора разность напряжений U5 и U27 в широком диапазоне изменения сопротивления нагрузки 18 от к,з, до х.х. Тиристоры пар мостов !,IY и II, III при этом включаются всегда одновременно, что обеспечивает минимальное число межкоммутационных интервалов на периоде в процессе управления. В результате инвертор устойчиво работает в широком диапазоне изменения параметров нагрузки 18, Способ управления инвертором реализуется следующими действиями.

Формируются импульсы управления тиристорами стабильной частоты. Эти импульсы подаются на тиристоры диагонально расположенных инверторных мостов с коммутирующими конденсаторами в диагоналях переменного тока. При регулировании

17535.63 как, например, в серийном преобразователе СЧГ, Составитель C. Дзлиев

Техред M.Mîðãåíòàë Корректор А, Долинич

Редактор M. Бланар

Заказ 2773 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, глосква,Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 выходного параметра регулируют фазовый сдвиг F1 между импульсами управления диагонально расположенными тиристорами мостов в интервале F1=(180,0), Импульсы управЛения на соответствующие тиристоры диагональных мостов подаются всегда одновременно, что обеспечивает минимальное число коммутаций вентилей инвертора.

Постоянно измеряют напряжения на коммутирующем конденсаторе одного из инверторных мостов и на входе инвертора. Эти напряжения сравниваются и формируются в соответствии с разностью напряжений сигнала рассогласования. По указанному сигналу дополнительно изменяют фазовый сдвиг между моментами включения тиристоров диагональных мостов от противофазной работы к синфэзной F1=(180, О), т,е. с уменьшением сигнала рассогласования уменьшают угол фазового сдвига, Датчик напряжения на коммутирующем конденсаторе может быть выполнен на основе трансформатора напряжения с выпрямителем, Блок 12 управления с устройством

13 регулируемой задержки выполняется

Формула изобретения

5 Способ управления многоячейковым последовательным инвертором, состоящим из тиристорных инверторных мостов с КоМмутирующими конденсаторами в диагоналях переменного тока, заключающийся в

10 том, что формируют импульсные последовательности по числу инверторных мостов с постоянной частотой, которые для диагонально расположенных мостов инвертора сдвигают одна относительно другой на ве15 личину фазового сдвига F1, и для каждого инверторного моста их распределяют и под- ают на управляющие переходы соответствующих тиристоров инвертора, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения

20 устойчивости в работе инвертора, формируют сигналы, пропорциональные напряжению на коммутирующем конденсаторе и нэ входе инвертора, формируют сигнал рассогласования между ними, пропорционально

25 которому формируют величину фазового сдвига F1.