Способ управления преобразователем частоты

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах управления с преобразователями частоты (ПЧ) для озонаторов. Изобретение повышает надежность в работе ПЧ, что является техническим результатом. Способ управления ПЧ, содержащим выпрямитель с емкостным фильтром на выходе и двухтактный инвертор на полностью управляемых вентилях с обратным шунтированием, подключенный к выходным выводам выпрямителя, работающим на нагрузку с индуктивностью, заключается в формировании и поочередной подаче импульсов управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке. При этом измеряют мгновенное значение тока в диагонали переменного тока инвертора, определяют момент равенства тока в диагонали переменного тока инвертора нулевому значению, подают импульсы управления и включают очередные вентили не ранее момента равенства тока в диагонали переменного тока инвертора нулевому значению, вырабатывают прямоугольные импульсы с периодом 0,5 Т, где Т - период выходного переменного тока, срез которых задает моменты выключения вентилей, для регулирования выходного переменного тока регулируют момент подачи импульсов управления и включения вентилей в диапазоне от момента равенства тока в диагонали переменного тока инвертора нулевому значению до половины периода выходного переменного тока. 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления с преобразователями частоты для озонаторов.

Известен способ управления преобразователем частоты, содержащим выпрямитель с емкостным фильтром на выходе и двухтактный инвертор на полностью управляемых вентилях с обратным шунтированием, подключенный к выходным выводам выпрямителя, работающим на нагрузку с индуктивностью, по которому формируют и поочередно подают импульсы управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке (Исследование системы аккумулятор - повышающий напряжение преобразователь - регулируемый электропривод /Л. А.Шпинглер и др.// Электротехника. - 1998. - N 10. - С. 12-15).

Недостатком способа управления является низкая надежность работы преобразователя частоты на озонатор из-за высоких коммутационных потерь мощности в вентилях в условиях изменяющейся нагрузки и регулирования, т.к. коммутации осуществляются при высоких уровнях токов и напряжений на вентилях.

Известен способ управления преобразователем частоты, содержащим выпрямитель с емкостным фильтром на выходе и двухтактный инвертор на полностью управляемых вентилях с обратным шунтированием, подключенный к выходным выводам выпрямителя, работающим на нагрузку с индуктивностью, по которому формируют и поочередно подают импульсы управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, причем импульсы управления на вентили диагоналей, формирующих прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, сдвигают относительно друг друга на заданный интервал времени (Мостовой преобразователь напряжения с фазовым управлением, обеспечивающий "мягкую" коммутацию силовых ключей в широком диапазоне параметров нагрузки /С.Д.Рудык и др.//Электротехника. - 1996. - N 12. - С. 19-21).

Недостатком способа управления является низкая надежность работы преобразователя частоты на озонатор из-за высоких коммутационных потерь мощности в вентилях, т.к. коммутации в условиях изменяющейся нагрузки и регулирования могут происходить при высоких уровнях токов и напряжений на вентилях, для преобразования имеет место несимметрия режима работы вентилей разных групп.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ управления преобразователем частоты, содержащим выпрямитель с емкостным фильтром на выходе и двухтактный инвертор на полностью управляемых вентилях с обратным шунтированием, подключенный к выходным выводам выпрямителя, работающим на нагрузку с индуктивностью (П. 2031534 Россия, МКИ H 05 М 5/45. Преобразователь переменного тока для питания индуктора /Силкин Е.М. - Заявл. 22.09.92, Опубл. 20.03.95. - Бюл. M 8), который и рассматривается в качестве прототипа.

Способ управления преобразователем частоты заключается в формировании и поочередной подаче импульсов управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке.

Недостатком прототипа является недостаточная надежность работы преобразователя частоты на озонатор из-за высоких коммутационных потерь в вентилях при изменении нагрузки и регулировании, т.к. коммутации могут осуществляться при высоких уровнях токов и напряжений на вентилях.

Изобретение направлено на решение задачи повышения надежности работы преобразователя частоты в составе системы управления озонатором, что является целью изобретения.

Повышение надежности работы преобразователя частоты достигается тем, что в способе управления преобразователем частоты, содержащим выпрямитель с емкостным фильтром на выходе и двухтактный инвертор на полностью управляемых вентилях с обратным шунтированием, подключенный к выходным выводам выпрямителя, работающим на нагрузку с индуктивностью, по которому формируют и поочередно подают импульсы управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, измеряют мгновенное значение тока в диагонали переменного тока инвертора, определяют момент равенства тока в диагонали переменного тока инвертора нулевому значению, подают импульсы управления и включают очередные вентили не ранее момента равенства тока в диагонали переменного тока инвертора нулевому значению, вырабатывают прямоугольные импульсы с периодом 0,5 T, где T - период выходного переменного тока, срез которых задает моменты выключения вентилей, для регулирования выходного переменного тока регулируют момент подачи импульсов управления и включения вентилей в диапазоне от момента равенства тока в диагонали переменного тока инвертора нулевому значению до половины периода выходного переменного тока.

Существенным отличием, характеризующим изобретение, является повышение надежности работы преобразователя частоты на озонатор за счет уменьшения коммутационных потерь в вентилях при изменении нагрузки в широких пределах и регулировании, т. к. коммутации вентилей осуществляют при нулевых значениях тока и напряжения.

Повышение надежности работы преобразователя частоты является полученным техническим результатом, обусловленным новыми действиями и порядком их осуществления в способе управления, т.е. отличительными признаками. Таким образом, отличительные признаки заявляемого способа управления преобразователем частоты являются существенными.

На фиг. 1 приведена схема устройства для реализации способа управления преобразователем частоты, на фиг. 2 - временные диаграммы процессов на элементах схемы, поясняющие принцип управления.

Способ управления преобразователем частоты, содержащим выпрямитель с емкостным фильтром на выходе и двухтактный инвертор на полностью управляемых вентилях с обратным шунтированием, подключенный к выходным выводам выпрямителя, работающим на нагрузку с индуктивностью, реализуется следующими действиями. Формируют и поочередно подают импульсы управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке. Причем измеряют мгновенное значение тока в диагонали переменного тока инвертора. Определяют момент равенства тока в диагонали переменного тока инвертора нулевому значению. Подают импульсы управления и включают очередные вентили не ранее момента равенства тока в диагонали переменного тока инвертора нулевому значению. Вырабатывают прямоугольные импульсы с периодом 0,5 T, где T - период выходного переменного тока, срез которых задает моменты выключения вентилей. Для регулирования выходного переменного тока регулируют момент подачи импульсов управления и включения вентилей в диапазоне от момента равенства тока в диагонали переменного тока инвертора нулевому значению до половины периода выходного переменного тока.

Схема устройства для реализации способа управления преобразователем частоты включает выпрямитель на диодах 1-4, к выходным выводам которого подключен емкостной фильтр 5, и двухтактный инвертор на транзисторах 6-9, каждый транзистор которого зашунтирован встречным диодом 10-13, в диагональ переменного тока которого через трансформатор 14 включен озонатор 15, последовательную цепь из задающего генератора 16, делителя частоты 17, схемы И 18, выходного каскада 19, выход которого соединен с управляющими электродами транзисторов, формирующих прямую полуволну тока в нагрузке, последовательную цепь из второй схемы И 20 и второго выходного каскада 21, выход которого соединен с управляющими электродами транзисторов, формирующих обратную полуволну тока в нагрузке, датчик тока 22 в диагонали переменного тока инвертора, выходы которого через нуль-органы 23, 24 соединены с вторыми входами схем И, генератор пилообразного напряжения 25, вход обнуления которого подключен к выходу задающего генератора, а выход соединен через пороговый элемент 26 с третьими входами схем И, источник задающего сигнала 27, выход которого соединен с вторым входом порогового элемента.

Устройство работает следующим образом. В исходном состоянии на выходах нуль-органов 23, 24 напряжение соответствует уровню логической 1. Задающий генератор 16 вырабатывает прямоугольные импульсы с периодом 0,5 T, где T - период выходного переменного тока. Срез импульсов задает моменты выключения пар транзисторов 6,9 и 7,8. Переменное напряжение питающей сети преобразуется в постоянное выпрямителем на диодах 1-4. Выпрямленное напряжение фильтруется фильтровым конденсатором 5 и поступает на вход инвертора на транзисторах 6-9, зашунтированных встречными диодами 10-13. Транзисторы диагоналей (пары) 6,9 и 7,8 включаются поочередно. При работе транзисторов 6,9 формируется прямая, а при работе транзисторов 7,8 - обратная полуволна тока в нагрузке 15. За полный цикл работы транзисторов 6,9 формируется полный период T выходного переменного тока. В момент t = t₁ (фиг. 2) равенства тока в диагонали переменного тока инвертора нулевому значению включаются, например, транзисторы 6,9. Ток начинает протекать по цепи: 5-6-14-9-5. Нуль-орган 24 переходит в состояние логического 0 на выходе. Нуль-орган 23 при протекании тока прямой полуволны находится в состоянии логической 1. В момент времени t = t₂ = T/2 по срезу импульса с выхода делителя частоты 17 происходит снятие импульса управления и выключение транзисторов 6,9. За счет энергии, накопленной в электромагнитном поле нагрузочной цепи, после выключения транзисторов 6,9 ток продолжает протекать по цепи: 14-12-5-11-14. При спаде тока в цепи до нулевого уровня и смены знака происходит переключение нуль-органа 23 в состояние логического 0, а нуль-органа 24 - в состояние логической 1. В результате в момент времени t = t₃ подаются импульсы управления и включаются транзисторы 7,8 инвертора. Далее электромагнитные процессы в инверторе повторяются. Через нагрузку 15 протекает полуволна обратного тока. Выходные каскады 19, 21 усиливают импульсы управления транзисторами 6-9 до требуемых величин и обеспечивают гальваническую развязку силовых и управляющих цепей.

Таким образом, моменты включения очередной пары транзисторов 6,9 или 7,8 определяются электромагнитными процессами в цепи коммутации, а выключения - временем, задаваемым импульсами задающего генератора.

При регулировании выходного тока регулируется длительность интервалов t₁ - t₀, t₃ - t₂, t₅ - t₄, t₇ - t₆, t₉ - t₈ в диапазоне от момента равенства тока в диагонали переменного тока инвертора нулевому значению до половины периода выходного переменного тока. Регулирование осуществляется путем подачи запирающего сигнала на схемы И 18,20 от порогового элемента 26. Пороговый элемент 26 производит сравнение сигналов с выхода источника задающего сигнала 27 и генератора пилообразного напряжения 25. Обнуление и запуск генератора пилообразного напряжения 25 осуществляется по фронту импульса задающего генератора 16. Импульс задающего генератора 16 поступает на вход обнуления генератора пилообразного напряжения 25. Если уровень сигнала с выхода генератора пилообразного напряжения 25 ниже уровня сигнала задания с выхода источника задающего сигнала 27, то на выходе порогового элемента 26 имеет место запирающий сигнал логического 0. При превышении сигналов с выхода генератора пилообразного напряжения 25 задающего сигнала с выхода источника задающего сигнала 27 на выходе порогового элемента 26 формируется разрешающий сигнал логической 1.

Временные диаграммы фиг. 2 иллюстрируют работу устройства и принцип управления преобразователем частоты. На диаграммах: u₁₆ - импульсы задающего генератора 16, u₁₇ - сигналы с первого и второго выходов делителя частоты 17, u₂₃ - сигнал с выхода нуль-органа 23, u₂₄ - сигнал с выхода нуль-органа 24, u₁₉ - импульсы управления транзисторами 6,9 с выхода выходного каскада 19, u₂₁ - импульсы управления транзисторами 7,8 с выхода выходного каскада 21.

Подача импульсов управления и включение транзисторов 6,9 осуществляется в моменты времени t₁, t₅, t₉, транзисторов 7, 8 - в моменты времени t₃, t₇. Снятие импульсов управления и выключение транзисторов 6,9 осуществляется в моменты времени t₂, t₆, транзисторов 7,8 - в моменты времени t₄, t₈.

Датчик тока 22 может быть реализован на основе элемента Холла, нуль-органы 23, 24 и пороговый элемент 26 - на основе операционных усилителей, делитель частоты 17 - на основе триггера со счетным входом.

По сравнению с прототипом использование заявляемого способа управления преобразователем частоты позволяет повысить надежность его работы на озонатор в условиях изменяющейся в широких пределах нагрузки и регулирования. Это обеспечивается снижением коммутационных потерь в вентилях за счет обеспечения коммутаций при нулевых значениях тока и напряжения. Включение вентилей при нулевом значении напряжения осуществляется за счет разряда собственной емкости выключающегося вентиля на интервале проводящего состояния, выключение - за счет разряда собственной емкости включающегося вентиля на интервале проводимости встречного диода. Повышение надежности работы преобразователя частоты может быть оценено по времени наработки на отказ по результатам опытной эксплуатации. При работе в составе системы управления озонаторной установки время наработки на отказ преобразователя частоты с управлением по заявляемому способу управления может быть увеличиено в 2-3 раза по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Способ управления преобразователем частоты, содержащим выпрямитель с емкостным фильтром на выходе и двухтактный инвертор на полностью, управляемых вентилях с обратным шунтированием, подключенный к выходным выводам выпрямителя, работающим на нагрузку с индуктивностью, по которому формируют и поочередно подают импульсы управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, отличающийся тем, что измеряют мгновенное значение тока в диагонали переменного тока инвертора, определяют момент равенства тока в диагонали переменного тока инвертора нулевому значению, подают импульс управления и включают очередные вентили не ранее момента равенства тока в диагонали переменного тока инвертора нулевому значению, вырабатывают прямоугольные импульсы с периодом 0,5 Т, где Т - период выходного переменного тока, срез которых задает моменты выключения вентилей, для регулирования выходного переменного тока регулируют момент подачи импульсов управления и включения вентилей в диапазоне от момента равенства тока в диагонали переменного тока инвертора нулевому значению до половины периода выходного переменного тока.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2