Способ управления преобразователем частоты

 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах управления с транзисторными преобразователями частоты (ПЧ) для электротехнологии. Изобретение повышает надежность работы ПЧ (что является техническим результатом). Способ управления ПЧ, содержащим выпрямитель (ВЫ) на диодах, емкостной фильтр и двухтактный транзисторный инвертор, каждый транзистор (ТР) которого зашунтирован коммутирующим конденсатором и встречным диодом, работающим на нагрузку (НА) с индуктивностью, заключается в формировании и поочередной подаче импульсов управления (ИУ) на ТР, формирующие прямую и обратную полуволны тока в НА. При этом задают уровень напряжения (УН), измеряют мгновенное значение (МЗ) напряжения на выключившемся ТР, сравнивают МЗ с УН, подают ИУ и включают очередной ТР в момент равенства МЗ и УН. Формируют две импульсные последовательности прямоугольных импульсов длительностью 0,5 Т, где Т - период выходного переменного тока, срез которых задает моменты выключения ТР. При пуске ПЧ задают УН, равным 0,4 - 0,5 от уровня выходного напряжения ВЫ. 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, емкостной 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 (З. 62-38386 Япония, 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, емкостной 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 (З. 2171567 Великобритания, 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 (П. 2061292 Россия, 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 уровня 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, а также при пуске преобразователя частоты возможен рост коммутационных потерь в транзисторах или срыв процесса пуска, 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, емкостной 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, причем мгновенное значение напряжения измеряют на выключившемся транзисторе, задают уровень напряжения, сравнивают измеренное мгновенное значение напряжения с заданным уровнем напряжения, очередной транзистор включают в момент равенства измеренного мгновенного значения напряжения заданному уровню напряжения, формируют две импульсные последовательности прямоугольных импульсов длительностью 0,5T, где T - период выходного переменного тока, срез которых задает моменты выключения транзисторов, при пуске преобразователя частоты задают уровень напряжения, равным 0,4...0,5 от уровня выходного напряжения выпрямителя.

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, а также повышения надежности пуска преобразователя. Измерение мгновенного значения напряжения на выключившемся транзисторе обеспечивает более высокую точность контроля момента включения очередных транзисторов, т.к. контроль осуществляется на высоком уровне напряжения, что обеспечивает включение транзисторов с минимальными коммутационными потерями. Упрощается и повышается надежность процесса пуска преобразователя.

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 реализуется следующими действиями. Задают уровень напряжения. Формируют и поочередно подают импульсы управления на транзисторы, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке. Измеряют мгновенное значение напряжения на выключившемся транзисторе. Сравнивают измеренное мгновенное значение напряжения с заданным уровнем напряжения. Подают импульс управления и включают очередной транзистор в момент равенства измеренного мгновенного значения напряжения заданному уровню напряжения. Формируют две импульсные последовательности прямоугольных импульсов длительностью 0,5T, где T - период выходного переменного тока, срез которых задает моменты выключения транзисторов. При пуске преобразователя частоты задают уровень напряжения, равным 0,4...0,5 от уровня выходного напряжения выпрямителя.

Схема устройства для реализации способа управления преобразователем частоты включает выпрямитель на диодах 1-6, к выходным выводам которого подключен емкостной фильтр 7, и двухтактный транзисторный инвертор на конденсаторах 8, 9 и транзисторах 10, 11, каждый транзистор которого зашунтирован коммутирующим конденсатором, соответственно, 12, 13 и встречным диодом 14, 15, в диагональ которого включена нагрузка 16, блок управления 17, выходы которого соединены с управляющими электродами транзисторов, а входы - с датчиками напряжения на транзисторах 18, 19.

Устройство работает следующим образом. Блок управления 17 формирует две импульсные последовательности прямоугольных импульсов u₁, u₂ (фиг. 2) длительностью 0,5T, где T - период выходного переменного тока, срез которых задает моменты выключения транзисторов 10, 11. Переменное напряжение питающей сети преобразуется в постоянное выпрямителем на диодах 1-6. Выпрямленное напряжение фильтруется фильтровым конденсатором 7, конденсаторами 8, 9 и поступает на вход инвертора на транзисторах 10, 11, зашунтированных коммутирующими конденсаторами 12, 13 и встречными диодами 14, 15. Транзисторы 10, 11 включаются поочередно. За полный цикл работы транзисторов 10, 11 формируется полный период T выходного переменного тока. В момент выключения t₂ транзистора 11 мгновенное значение напряжения u₁₀ на транзисторе 10 максимально и равно напряжению u₇ на выходе выпрямителя. За счет энергии, накопленной в электромагнитном поле нагрузки 16, происходит разряд коммутирующего конденсатора 12 по цепи: 16-12-8-16. При разряде конденсатора 12 напряжение u₁₀ на транзисторе 10 уменьшается до напряжения u₇-u, где u - заданный уровень напряжения. Конденсатор 13 при этом заряжается до заданного уровня напряжения u. В момент t₃ равенства напряжения на транзисторе 11 u₁₁ заданному уровню напряжения u подают импульс управления и включают транзистор 10. Ток через нагрузку 16 в момент времени t₄ изменяет направление на противоположное. При работе транзистора 11 формируется первая, а при работе транзистора 10 - вторая полуволна выходного переменного тока в нагрузке 16. Транзистор 10 выключают в момент времени t₅. Далее электромагнитные процессы в схеме повторяются. Мгновенные значения напряжений на транзисторах 10, 11 измеряются датчиками 18, 19.

Таким образом, момент включения очередного транзистора 10, 11 определяется электромагнитными процессами в цепи коммутации, а выключения - временем, задаваемым импульсной последовательностью.

При пуске преобразователя частоты, а также при его выключении и повторном пуске, напряжения на конденсаторах 8, 9 могут принимать значения в диапазоне величин 0...u₇. При этом в момент пуска устанавливают заданный уровень напряжения u', равным (0,4...0,5)u₇, что обеспечивает надежный пуск преобразователя частоты.

Временные диаграммы (фиг. 2) иллюстрируют работу устройства и принцип управления преобразователем частоты. На диаграммах импульсы i₁₀, i₁₁ представляют собой ток управления транзисторами 10, 11. Подача импульса управления и включение транзистора 11 осуществляются в моменты времени t₁, t₆, транзистора 10 - в момент времени t₃. Снятие импульса управления и выключение транзистора 11 осуществляется в моменты времени t₂, t₇, транзистора 10 - в момент времени t₅.

Датчики напряжения 18, 19 на транзисторах 10, 11 могут быть реализованы на основе диодных оптоэлектронных ключей. Блок управления 17 выполняется по любому из вариантов цифроаналоговых 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 момента включения очередного транзистора, обеспечивающим включение с минимальными коммутационными потерями. Контроль напряжения на транзисторах осуществляется на высоком уровне напряжения, что повышает точность измерения. При изменении параметров электротехнологической нагрузки момент включения очередного транзистора изменяется оптимальным образом относительно момента выключения в функции состояния контура коммутации и параметров нагрузки. Срыв коммутации при запуске и повторном пуске преобразователя частоты исключается, т.к. при любом начальном напряжении на коммутирующих конденсаторах (транзисторах) выполняется условие коммутации. 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 2-3 раза по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

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, по которому формируют и поочередно подают импульсы управления на транзисторы, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, измеряют мгновенное значение напряжения на транзисторе, отличающийся тем, что мгновенное значение напряжения измеряют на выключившемся транзисторе, задают уровень напряжения, сравнивают измеренное мгновенное значение напряжения с заданным уровнем напряжения, очередной транзистор включают в момент равенства измеренного мгновенного значения напряжения заданному уровню напряжения, формируют две импульсные последовательности прямоугольных импульсов длительностью 0,5 Т, где Т - период выходного переменного тока, срез которых задает моменты выключения транзисторов, при пуске преобразователя частоты задают уровень напряжения равным 0,4 - 0,5 от уровня выходного напряжения выпрямителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2