Способ управления преобразователем частоты

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах управления с транзисторными преобразователями частоты для электротехнологии. Изобретение повышает надежность работы преобразователя частоты. Способ управления преобразователем частоты, содержащим выпрямитель на диодах, емкостный фильтр и двухтактный транзисторный инвертор, каждый транзистор которого зашунтирован коммутирующим конденсатором и встречным диодом, работающим на нагрузку с индуктивностью, заключается в формировании и поочередной подаче импульсов управления на транзисторы, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке. При этом измеряют мгновенные значения напряжений на фильтре и на выключившемся транзисторе, сравнивают мгновенные значения на фильтре и транзисторе, подают импульсы управления и включают очередной транзистор не ранее момента равенства мгновенных значений. Формируют две импульсные последовательности прямоугольных импульсов длительностью 0,5 Т, где Т - период выходного переменного тока, срез которых задает моменты выключения транзисторов, формирующих прямую и обратную полуволны тока в нагрузке. Техническим результатом является - повышение надежности. 2 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах управления с транзисторными преобразователями частоты для электротехнологии.

Известен способ управления преобразователем частоты, содержащим выпрямитель на диодах, емкостный фильтр и транзисторный инвертор, работающим на нагрузку с индуктивностью, по которому формируют и поочередно подают импульсы управления на транзисторы, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке (заявка Японии 62-38386, МКИ H 05 B 6/12. Кулинарная плита с индукционным нагревом/Мацусита Дэнки Санге К. К. - Заявл. 06.08.86, Опубл. 19.08.87).

Недостатком способа управления является низкая надежность работы преобразователя частоты на электротехнологическую нагрузку из-за высоких коммутационных потерь мощности в транзисторах.

Известен способ управления преобразователем частоты, содержащим выпрямитель на диодах, емкостный фильтр и двухтактный транзисторный инвертор, каждый транзистор которого зашунтирован коммутирующим конденсатором и встречным диодом, работающим на нагрузку с индуктивностью, по которому формируют и поочередно подают импульсы управления на транзисторы, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке (заявка Великобритании 2171567, МКИ H 05 B 6/04. Устройство для приготовления пищи с индукционным нагревом/Balay S.A. - Заявл. 06.04.85, Опубл. 28.08.86).

Недостатком способа управления является низкая надежность работы преобразователя частоты на электротехнологическую нагрузку из-за высоких коммутационных потерь мощности в транзисторах.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ управления преобразователем частоты, содержащим выпрямитель на диодах, емкостной фильтр и двухтактный транзисторный инвертор, каждый транзистор которого зашунтирован коммутирующим конденсатором и встречным диодом, работающим на нагрузку с индуктивностью (патент России 2061292, МКИ H 05 M 5/44. Способ управления преобразователем частоты/Силкин Е.М. - Заявл. 22.09.92, Опубл. 27.05.96. - Бюл. N 15), который и рассматривается в качестве прототипа.

Способ управления преобразователем частоты заключается в формировании и поочередной подаче импульсов управления на транзисторы, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, измерении мгновенного значения напряжения на включающемся транзисторе, подаче импульса управления и включении очередного транзистора в момент равенства напряжения на нем уровню 0-0,2 от максимального уровня напряжения, снятии импульса управления и выключении транзистора в момент времени 0,15-0,30 периода выходного тока преобразователя частоты.

Недостатком прототипа является недостаточная надежность работы преобразователя частоты в системах управления с электротехнологической нагрузкой, характеризующейся изменением параметров в широких пределах. При изменении параметров нагрузки возможно возрастание коммутационных потерь в транзисторах, что снижает надежность работы.

Изобретение направлено на решение задачи повышения надежности работы преобразователя частоты в составе систем управления с электротехнологической нагрузкой, что является целью изобретения.

Повышение надежности работы преобразователя частоты достигается тем, что в способе управления преобразователем частоты, содержащим выпрямитель на диодах, емкостный фильтр и двухтактный транзисторный инвертор, каждый транзистор которого зашунтирован коммутирующим конденсатором и встречным диодом, работающим на нагрузку с индуктивностью, по которому формируют и поочередно подают импульсы управления на транзисторы, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, измеряют мгновенное значение напряжения на транзисторе, подают импульс управления и включают очередной транзистор, импульс управления снимают и транзистор выключают, измеряют мгновенные значения напряжений на емкостном фильтре и на выключившемся транзисторе, сравнивают мгновенные значения измеренных напряжений, очередной транзистор включают не ранее момента равенства измеренных напряжений, формируют две импульсные последовательности прямоугольных импульсов длительностью 0,5T, где T - период выходного переменного тока, срез которых задает моменты выключения транзисторов, формирующих прямую и обратную полуволны тока в нагрузке.

Существенным отличием, характеризующим изобретение, является повышение надежности работы преобразователя частоты на электротехнологическую нагрузку за счет уменьшения коммутационных потерь в транзисторах при изменении нагрузки в широких пределах. Измерение мгновенного значения напряжения на выключившемся транзисторе обеспечивает более высокую точность контроля момента включения очередного транзистора, т.к. контроль осуществляется на высоком уровне напряжения, что обеспечивает включение транзисторов с минимальными коммутационными потерями. Измерение мгновенного значения напряжения на конденсаторе фильтра обеспечивает одинаковые условия для включения транзисторов с минимальными коммутационными потерями при увеличении амплитуды пульсаций напряжения на емкостном фильтре при набросе нагрузки.

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 принципа управления.

Способ управления преобразователем частоты реализуется следующими действиями. Измеряют мгновенные значения напряжений на емкостном фильтре и на выключившемся транзисторе. Сравнивают мгновенные значения измеренных напряжений. Формируют и поочередно подают импульсы управления на транзисторы, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке. Подают импульс управления и включают очередной транзистор не ранее момента равенства измеренных напряжений. Формируют две импульсные последовательности прямоугольных импульсов длительностью 0,5T, где T - период выходного переменного тока. Импульс управления снимают и транзистор выключают по срезу прямоугольного импульса импульсной последовательности.

Схема устройства для реализации способа управления преобразователем частоты включает выпрямитель на диодах 1-4, к выходным выводам которого подключен емкостной фильтр 5 и двухтактный транзисторный инвертор на транзисторах 6-9, каждый транзистор которого зашунтирован коммутирующим конденсатором, соответственно, 10-13 и встречным диодом 14-17, в диагональ переменного тока которого включена нагрузка с индуктивностью 18, блок управления 19, выходы которого соединены с управляющими электродами транзисторов, датчик напряжения на конденсаторе фильтра 20, выходы которого соединены с первыми входами устройств сравнения 21, 22, выходы устройств сравнения соединены с входами блока управления, датчики напряжения на транзисторах 23, 24 одноименной группы инвертора, выходы которых соединены с вторыми входами устройств сравнения.

Устройство работает следующим образом. Блок управления 19 формирует две импульсные последовательности прямоугольных импульсов u1, u2 (фиг. 2) длительностью 0,5T, где T - период выходного переменного тока, срез которых задает моменты выключения пар транзисторов 6, 9 и 7, 8. Переменное напряжение питающей сети преобразуется в знакопостоянное выпрямителем на диодах 1-4. Выпрямленное напряжение фильтруется фильтровым конденсатором 5 и поступает на вход инвертора на транзисторах 6-9, зашунтированных коммутирующими конденсаторами 10-13 и встречными диодами 14-17. Транзисторы диагоналей (пары) 6, 9 и 7, 8 включаются поочередно. За полный цикл работы транзисторов 6, 9 формируется полный период T выходного переменного тока. В момент выключения t2 транзисторов 6, 9 мгновенные значения напряжений u7 на транзисторах 7, 8 максимальны и равны напряжению u5 на выходе фильтра 5. За счет энергии, накопленной в электромагнитном поле нагрузки 18, происходит разряд коммутирующих конденсаторов 11, 12 по цепи: 18-12-5-11-18. При разряде конденсаторов 11, 12 напряжения u7 на транзисторах 7, 8 уменьшаются до нулевого уровня. Конденсаторы 10, 13 при этом заряжаются до напряжения u5 на емкостном фильтре 5. В момент t3 равенства мгновенных значений напряжений на транзисторах 6, 9 напряжению на емкостном фильтре 5 подают импульс управления и включают транзисторы 7, 8. Ток через нагрузку 18 изменяет направление на противоположное. При работе транзисторов 6, 9 формируется первая, а при работе транзисторов 7, 8 - вторая полуволна выходного переменного тока в нагрузке 18. Транзисторы 7, 8 выключают в момент времени t4. Далее электромагнитные процессы в схеме повторяются. Мгновенные значения напряжений на емкостном фильтре 5 измеряются датчиком напряжения 20, на транзисторах 6, 9 - датчиком 24, на транзисторах 7, 8 - датчиком 23. Так как схема симметрична, то для измерения напряжений на транзисторах диагонали 6, 9 или 7, 8 достаточно измерить напряжение на одном из транзисторов пары, например, на транзисторах 7 и 9.

Таким образом, момент включения очередной пары транзисторов 6, 9 или 7, 8 определяется электромагнитными процессами в цепи коммутации, а выключения - временем, задаваемым импульсной последовательностью.

Временные диаграммы фиг. 2 иллюстрируют работу устройства и принцип управления преобразователем частоты. На диаграммах импульсы i9, i7 представляют собой ток управления транзисторами 6, 9 и 7, 8. Подача импульсов управления и включение транзисторов 6, 9 осуществляется в моменты времени t1, t5, транзисторов 7, 8 - в момент времени t3. Снятие импульсов управления и выключение транзисторов 6, 9 осуществляется в моменты времени t2, t6, транзисторов 7, 8 - в момент времени t4.

Датчики напряжения 20, 23, 24 могут быть реализованы на основе диодных оптоэлектронных ключей. Устройства сравнения 21, 22 выполняются на операционных усилителях. Блок управления 19 выполняется по любому из вариантов цифро-аналоговых схем для аналогичного применения.

По сравнению с прототипом использование заявляемого способа управления преобразователем частоты позволяет повысить надежность его работы на электротехнологическую нагрузку с изменяющимися в широких пределах параметрами. Это обеспечивается более точным определением моментов включения очередной пары транзисторов за счет контроля напряжения на транзисторах на высоком уровне напряжения и контроля напряжения на емкостном фильтре, что обеспечивает включение с минимальными коммутационными потерями. При изменении параметров электротехнологической нагрузки (сброс, наброс) момент включения очередной пары транзисторов изменяется оптимальным образом относительно момента выключения в функции состояния контура коммутации и параметров нагрузки. 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 увеличено в 3-4 раза по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

Способ управления преобразователем частоты, содержащим выпрямитель на диодах, емкостный фильтр и двухтактный транзисторный инвертор, каждый транзистор которого зашунтирован коммутирующим конденсатором и встречным диодом, работающим на нагрузку с индуктивностью, по которому формируют и поочередно подают импульсы управления на транзисторы, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, измеряют мгновенное значение напряжения на транзисторе, подают импульс управления и включают очередной транзистор, импульс управления снимают и транзистор выключают, отличающийся тем, что измеряют мгновенные значения напряжений на емкостном фильтре и на выключившемся транзисторе сравнивают мгновенные значения измеренных напряжений, очередной транзистор включают не ранее момента равенства измеренных напряжений, формируют две импульсные последовательности прямоугольных импульсов длительностью 0,5 Т, где Т - период выходного переменного тока, срез которых задает моменты выключения транзисторов, формирующих прямую и обратную полуволны тока в нагрузке.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2



 

Похожие патенты:

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

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах управления с преобразователями частоты (ПЧ) для озонаторов

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для питания потребителей как переменного, так и постоянного тока

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для электропитания радиоэлектронной аппаратуры и ЭВМ в условиях пропадания сетевого напряжения

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в транзисторных источниках питания для индукционного нагрева

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления N преобразователями, включенными параллельно по входу и выходу

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в трехфазных преобразователях частоты с синфазным широтноимпульсным регулированием выходного напряжения и частоты

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в преобразователях частоты

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах управления с транзисторными преобразователями частоты (ПЧ) для электротехнологии

Изобретение относится к электротехнике, в частности к преобразовательной технике, и может быть использовано в машинах двойного питания, испытательных стендах, а также в стабилизаторах трехфазного напряжения и компенсаторах реактивной мощности

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке статического преобразователя частоты для питания электродвигателей повышенной частоты

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах управления с преобразователями частоты (ПЧ) для озонаторов

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах управления с инверторами напряжения (ИН) для озонаторов и газоразрядных ламп

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в качестве источника питания автономных индукционных нагревателей

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках питания

Изобретение относится к энергетической электронике и предназначено для использования в качестве высокочастотного (400 Гц) однофазного (220 В) источника питания большой мощности (>1.0 кВт)

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в вакуумных установках для плавки и термообработки металлов. Технический результат: непрерывный контроль симметрии и величины напряжения вывода индуктора относительно заземленной нейтрали питающей сети, быстрое снижение напряжения на нагрузке при увеличении контролируемого напряжения выше установленного значения, надежное и плавное выключение преобразователя при пробое вывода нагрузки на заземленную нейтраль, повышение электрического КПД индуктора, улучшение формы выходного тока. В преобразователь частоты введен четвертый мост. Нагрузка выполнена из двух параллельно соединенных секций, включенных последовательно между инвертирующими мостами двух параллельных цепей. Рассмотрен способ управления преобразователем частоты. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах управления с транзисторными преобразователями частоты для электротехнологии

Наверх