Способ регулирования мощности инвертора

 

Союз Советских

Социалистических

Распублик

«i>788305

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 240179 (21) 2716290/24-07

С ПРИСОЕДИНЕНИЕМ ЗаЯВКИ йо (23) Приоритет

Опубликовано 151280. Бюллетень Но 4б

Дата опубликования описания 15.1280 (51)М. Кл з

Н 02 М 7/505

Государственный комитет

СССР но делам изобретений н открытий (53) УДК 821.З14. .57(088.8) (72) Авторы изобретения

A.Â. Иванов, I Ñ. Ройзман, A Ì. Уржумсков:, А.Х. Уэянбаев и P.Ã. .Энусов (71) Заявитель уфимский авиационный институт им. Орджоникидзе (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ МОЩНОСТИ ИНВЕС ТОРА

Изобретение относится к преобразовательной технике и может найти широкое применение в источниках питания индукционных электротермичес-. ких установок. 5

Известны способы регулирования выходной мощности инвертора, работающего на колебательный контур, путем изменения выходной частоты инвертора, при этом используется зависимость 10 полного эквивалентного сопротивления нагрузочного контура от частоты напряжения на нем (11, (2) и (3).

Недостатком известных способов является узкий диапазон регулирования 15 мощности

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ, при котором регулирование .мощности инвертора осуществляют пу- 20 тем изменения частоты следования управляющих импульсов Hà его вентили в функции регулирующего воздействия (11

Недостатком укаэанного способа яв-г ляется узкий диапазон регулирования. 25

Это связано с тем, что выходной ток инвертора, как правило, несинусоидален и содержит большой процент высших гармоник. Максимальная мощность выделяется на нагрузке тогда, когда 30 частота первой гармоники выходного тока совпадает с резонансной частотой колебательного контура нагрузки. При помощи регулирования частоты следования управляющих импульсов на вентили инвертора изменяют, например уменьшают, частоту первой гармоники выходного тока. Но при этом частоты высших гармоник также уменьшаются, приближаясь к резонансной частоте нагрузки. Это ведет к тому, что мощ- ность, выделяемая первой гармоникой уменьшается, а мощность высших гармоник возрастает. Уменьшение полной мо ;ности, выделяемой в нагрузке, возможно до тех пор, пока мощность первой гармоники уменьшается в большей мере, чем возрастает мощность высших гармоник. дальнейшее снижение частоты управляющих импульсов приводит к увеличению полной мощности нагрузки, и мощность определяется в основном высшими гармониками. В случае, если выходной ток инвертора синусоидален и не содержит высших гармоник, диапазон регулирования по известному способу ограничен допустимым диапазоном изменения частоты.

Минимальное значение мощности, которое возможно получить при известном

788305

40 способе регулирования, зависит от схемы инвертора и параметров нагруз ки и обычно составляет 0,1-0,15 номинальной. Для многих технологических процессов индукционного нагрева необходимо регулирование мощности в более широком диапазоне, поэтому известный способ регулирования для них неприменим.

Цель изобретения — расширение диапазона регулирования выходной ,:мощности инвертора. 16

Поставленная цель достигается тем, что в способе регулирования мощности. инвертора, работающего на колебательный нагрузочный контур, путем изменения частоты следования управляющих )5 импульсов на его вентили в функции регулирующего воздействия, дополнительно формируют сигнал пилообразной формы, с периодом, кратным периоду управляющих импульсов, сравнивают 20 его с регулирующим воздействием и в моменты времени, для которых величина сигнала больше регулирующего воздействия, запрещают прохождение управляющих импульсов на вентили инвертора. 25

Кроме того, амплитуду сигнала пилообразной форьы выбирают равной ве. личине регулирующего воздействия, при котором частота управляющих импульсов равна частоте, на которой 30 вторая производная мощности по частоте максимальна.

Способ основан на том, что регулирование мощности инвертора осуществляют не только изменением частоты выходного тока инвертора, но и его прерыванием на время, в течение которого величина сигнала пилообразной формы больше регулирующего воздействия. Изменяя регулирующее воздействие, изменяют соотношение между временем, когда инвертор выдает в нагрузку ток, и временем, когда выходной ток инвертора равен нулю, а тем самым — среднее значение выходной мощности инвертора. 45

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, реализующая предлагаемый спОсоб регулирования, на фиг. 2 — типичная зависимость мощности нагрузки от частоты выходного тока инвертора 50 на фиг. 3 - -кривые, поясняющие принцип регулирования по предлагаемо-

Му способу.

Устройство содержит задающий генеРатор 1, вход Упра ления котоРого соединен с регулирующим напряжением

Up а выход через логический элемент

И 2 связан с инвертором 3 и делителем

4 частоты, у которого вход соединен с задающим генератором 1,,а.выходс генератором 5 пилообразного напря- 40 жения. Выход генератора 5 пилообразного напряжения соединен с одним иэ входов устройства б сравнения, на другой вход которого подано управляю щее напряжение Up. Выход устройства 5 б сравнения через логический элемент

НЕ 7 соединен со вторым входом логи. ческого элемента И 2.

Регулирование мощности основано, также как в известном способе, на использовании зависимости мощности, выделяющейся в нагруэочном колебательном контуре, от частоты выходного тока инвертора (фиг. 2).

На фиг. 3 показаны напряжения (i 1-7) на выходе элемента устройства фиг. 1.

Задающий генератор 1 устройства генерирует непрерывную последовательность импульсов U, частота которых является функцией регулирующего напряжения Ор. При уменьшении U частота импульсов О также уменьшается °

Величина регулирующего напряжения может изменяться при 0 а UР а ОР,„. При этом частота импульсов задающего генератора 1 изменяется в пределах, соответствующих изменению частоты выходного тока инвертора в диапазоне с Г «» ГР> (фиг. 2).

Период повторения импульсов 0+ на выходе делителя 4 частоты кратен пе-; риоду импульсов задающего генератора и зависит от коэффициента деления частоты (фиг. 3).

Генератор 5 пилообразного напряжения выполнен заторможенным, и его запуск осуществляется импульсами делителя 4 частоты. Поэтому период его выходного напряжения 0 также кратен периоду импульсов задающего генератора 1.

Устройство б сравнения работает следующим образом (фиг. 3): при сигнале U генератора 5 пилообразного напряжения меньшем, чем 0, напряжение 0 на выходе устройства б сравнения равно нулю, а при 0 )i Up напряжение U равно постоянйой велнчи-

Р не соответствующей логической единицы °

Рассмотрим работу устройства, когда амплитуда сигнала пилообразной формы 0 меньше регулирующего напряжения Up. В этом режиме напряжение

0р с устройства б сравнения всегда равно нулю, а напряжение О> на выходе логического элемента НЕ 7, а, сле довательно, и на входе логического элемента И 2, равно единице ° Поэтому импульсы задающего генератора 1 поступают на инвертор 3 и частота их следования определяет выходную частоту инвертора. Снижение величины регулирующего напряжения ОР ведет к уменьшению частоты. задающего генератора 1, а, следовательно — к снижению мощности (фиг. 2).

Необходимо отметить, что снижение мощности при этом происходит только за счет отклонения частоты выходного тока инвертора от резонансной частоты нагрузки.

Рассмотрим работу устройства, ког- да регулирующее напряжение ОР стано788305

Формула изобретения вится меньше амплитуды сигнала генератора пилообразного напряжения 0 . Пусть в момент времени сО генератор

5 пилообразного напряжения запускается очередныи импульсом с делителя 4 частоты (фиг. 3) . В этом случае при

0 t с t напряжение 0 на выходе устройства 6 сравнения равно нулю, а напряжение Uz на выходе логического элемента НЕ 7- равно логической единице. Тем саьым разрешается прохождение управляющих импульсов 0 задаю- Ю щего генератора 1 через ключ 2 на

-вход инвертора 3. При t с, напряжение U больше регулирующего напряже% ния UP, поэтому напря:кение 06 при

t > t< равно логической единице, а напря;кение Uq равно нулю. Так как напряжение на одном из входов логического элемента И 2 равно нулю, то независимо от сигналов на втором входе, напряжение на его выходе также равно нулю. Поэтому импульсы задающего генератора 1 не поступают на инвертор

3, и он выключается.

В момент времени с t< делитель 4 частоты вырабатывает очередной импульс

U, что приводит к началу нового перйода работы генератора 5 пилообразного напряжения и повторению рассмот» ренного процесса.

Таким образом, при 0 t t выходная мощность инвертора равна Р1 и определяется частотой управляющих импульсов задающего генератора 1 и частотной характеристикой нагрузки. При

t< и t и tz инвертор включен и его вйходная мощность равна нулю, средняя мощность Р инвертопа за время

0 с t равна Р„ - . Время сз за. висит от коэффициента деления и, делителя Ч частоты и периода иипульсов 40

Т задающего генератора 1: а з (1)

Напряжение 0< в диапазоне О « t = t< изменяется по закону:

U 0 45

6 5 и,. и ° где U — амплитуда сигнала генерато%М ра 5 пилообразного напряжения.

Момент е.1- находится из уравнения

Up Vg (tg ) или (2)

Рi Т,.n отсюда — - T> n.

05нт

° Учитывая (1) и (2), получим — (3) р Usl„

Иэ (3) следует, что регулирование Р в можно получить изменением величины 6О

0р или U . Более рационально производить регулирование изменением UpÄ оставляя величину U постоянной. ри Up 0 выходная мощность иивертора акме равна нулю. 65

Следовательно, способ позволяет расширить диапазон регулирования и регулировать мощность инвертора от номинальной до нуля изменением регулирующего напряжения U> от величины., соответствующей резонансной частоте нагрузочного контура fpq (фиг. 2) до

0 0. При этом пока амплитуда сигнала пилообразной форнж меньше величины. регулирующего напряжения Up, peryлирование осуществляется эа счет от.клонения частоты выходного тока инвертора от резонансной частоты нагрузки. При амплитуде сигнала большей, чем UP, регуЛирование осуществляется изменением частоты выходного тока инвертора и его прерыванием на время, в течение которого сигнал пилообраз» ной Формы больше. 0р.

Переход с одного вида регулирования на другой происходит автоматичес. ки. Частоту и мощность, при которых происходит переход, устанавливают при настройке преобразователя выбором а .плитуды сигнала пилообразной

Фор - .

На частотной характеристике нагрузки (фиг. 2) можно выделить два участка: участок fpq - fz, на котором существует резкая зависимость мощности нагрузки от частоты, участок f„ - fn,Ä» на котором мощность в нагрузке практически постоянна и не зависит от ча тоты выходного тока инвертора. Точка f» P> характерна тем, что в ней вторая производная мощности по частоте максимальна.

Регулирование мощности в диапазоне PP1 — Р„ целесообразно вести только за счет изменения частоты, а при

Р (Р„ - за счет изменения частоты и прерывания выходного тока инвертора.

Для этого амплитуду сигнала пилообразной формы следует выбрать равной величине регулирующего воздействия, при котором частота управляющих импульсов равна частоте, на которой вторая производная мощности по частоте максимальна, т.е. величине Up соответствующей точке f f„ . P P„ частотной характеристики нагрузки.

1. Способ регулирования мощности инвертора, работающего на колебатель ный нагрузочный контур, путем иэме-, нения частоты следования управляющих иипульсов на его вентили.в функции регулируккаего воздействия, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона регулирования, Формируют сигнал пилообразной Форвы, с периодом, кратныи периоду управляющих импульсов, сравнивают его с регулирующии воздействием и в моменты времени, для которых величина сигнала больше регулирующего воздействия, запрещают прохождение управляющих импульсов на вентили инвертора. л., ф б Ф р

788305

/66

2. Способ по п. 1, о т л и ч а @ я и и с я тем, что амплитуду сигнала пилообразной формы выбирают равной величине регулирующего воздействия, при котором частота управляющих, импульсов равна частоте, на которой вторая производная мощности по.частоте максимальна.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Беркович E,È. и др. Тиристорные преобразователи высокой частоты.

Л., "Энергия", 1973, с. 165-170.

2. Гитгарц Д.А., Иоффе Ю.C. Новые источники питания и автоматика индук- ционных установок для нагрева .и плавки. N., "Энергия", 1972, с. 82-83.

3. Киямов P,Í. и др. Сравнение способов регулирования Мощности инвертора с нагрузкой между входными дросселями. - В сб. Тиристорные преобразователи частоты для индукцнон0 ного нагрева металлов. Вып. 5. Труды уАИ, вып. 91, Уфа, 1976, с. 48-51

У Ф Ф ° °

Филиал ППП ".Патент", г. Ужгород,ул. Проектная,4