способ управления резонансным инвертором со встречно- параллельными диодами

Формула изобретения

Способ управления резонансным инвертором со встречно-параллельными диодами, заключающийся в формировании и поочередной подаче импульсов управления на тиристоры, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, отличающийся тем, что задают временной интервал, измеряют напряжение на тиристорах, формируют разрешающий логический сигнал, принимающий истинное значение при одновременном приложении прямого напряжения к тиристорам, формирующим прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, а очередной импульс управления на тиристоры подают по истечении заданного временного интервала, причем отсчет временного интервала разрешают при истинном значении сформированного разрешающего логического сигнала.

Описание изобретения к патенту

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

Известен способ управления резонансным инвертором со встречно-параллельными диодами, заключающийся в формировании и поочередной подаче импульсов управления на тиристоры, формирующий прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, и изменении частоты подачи импульсов управления в фyнкции регулируемого технологического параметра.

Недостатком способа управления является низкая надежность работы инвертора в составе преобразователя для электротехнологии из-за срывов инвертирования при питании нагрузки с изменяющимися параметрами и высоких ровней напряжении на тиристорах.

Известен способ травления резонансным инвертором с встречно-параллельными диодами, заключающийся в формировании и поочередной подаче импульсов управления на тиристоры, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, и изменении частоты подачи импульсов управления в функции сигнала, пропорционального фазовому сдвигу между напряжением и током нагрузки [1].

Недостатком способа управления является низкая надежность работы инвертора в составе преобразователя частоты для электротехнологии из-за срывов инвертирования при питании нагрузки с изменяющимися параметрами.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ управления резонансным инвертором со встречно-параллельными диодами [2], который и рассматривается в качестве прототипа.

Способ управления резонансным инвертором со встречно-параллельными диодами заключается в формировании и поочередной подаче импульсов управления на тиристоры, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке.

Недостатком прототипа является низкая надежность работы инвертора в составе преобразователя частоты для электротехнологии из-за срывов инвертирования, перегрузок тиристоров и встречных диодов в условиях перекрытий их проводящего состояния при питании нагрузки с изменяющимися параметрами и высоких уровней напряжений на тиристорах.

Изобретение направлено на решение задачи повышения надежности работы инвертора в составе преобразователя частоты для электротехнологии, что является целью изобретения.

Повышение надежности работы резонансного инвертора с встречно-параллельными диодами достигается тем, что в способе управления, заключающемся в формировании и поочередной подаче импульсов управления на тиристоры, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, задают временной интервал, измеряют напряжение на тиристорах, формируют разрешающий логический сигнал, принимающий истинное значение при одновременном приложении прямого напряжения к тиристорам, формирующим прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, а очередной импульс управления на тиристоры подают по истечении заданного временного интервала, причем отсчет временного интервала разрешают при истинном значении сформированного разрешающего логического сигнала.

Существенным отличием, характеризующим изобретение, является повышение надежности работы инвертора в составе преобразователя частоты для электротехнологии за счет исключения срывов инвертирования и перекрытий проводящего состояния тиристоров и встречных диодов при питании нагрузки с изменяющимися параметрами и обеспечения низких ровней напряжений на тиристорах. Подача очередного импульса на тиристоры осуществляется после выключения встречного диода и гарантированного восстановления управляющих свойств предыдущего тиристора.

Повышение надежности работы резонансного инвертора с встречно-параллельными диодами является полученным техническим результатом, обусловленным новыми действиями в способе управления и порядком их осуществления, т. е. отличительными признаками. Таким образом отличительные признаки заявляемого способа управления резонансным инвертором с встречно-параллельными диодами являются существенными.

На фиг. 1 приведена схема устройства для реализации способа управления резонансным инвертором с встречно-параллельными диодами; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие принцип управления.

Способ управления резонансным инвертором с встречно-параллельными диодами реализуется следующими действиями.

Задают временной интервал. Измеряют напряжение на тиристорах, формирующих прямую и обратную полуволны тока в нагрузке. Формируют разрешающий логический сигнал, принимающий истинное значение при одновременном приложении прямого напряжения к тиристорам. Формируют и поочередно подают импульсы управления на тиристоры инвертора по истечении заданного временного интервала, отсчет которого разрешают при истинном значении сформированного разрешающего логического сигнала.

Схема устройства для реализации способа управления резонансным инвертором с встречно-параллельными диодами включает резонансный инвертор, содержащий первую последовательную цепь из первого дросселя фильтра 1, первого тиристора 2, второго тиристора 3, зашунтированных встречными диодами 4 и 5 соответственно, и второй дроссель фильтра 6, подключенную к входным выводам, конденсатор фильтра 7, шунтирующий цепь из тиристоров, вторую последовательную цепь из коммутирующего дросселя 8, выходных выводов, к которым подключена нагрузка 9, и коммутирующего конденсатора 10, третью последовательную цепь из первого датчика напряжения на тиристоре 11, подключенного к выводам первого тиристора, логической схемы И 12, генератора пилообразного напряжения 13, компаратора 14, формирователя 15 и распределителя 16 импульсов и первого выходного каскада 17, подключенного к управляющему электроду первого тиристора, второй датчик напряжения 18, подключенный к выводам второго тиристора, выход которого соединен с вторым входом логической схемы И, второй выходной каскад 19, вход которого подключен к второму выходу распределителя импульсов, а выход - к управляющему электроду второго тиристора, источник задания напряжения 20, пропорционального временному интервалу, выход которого подключен к второму выходу компаратора.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии напряжение на конденсаторе фильтра 7 равно напряжению питания инвертора. Тиристоры 2 и 3 выключены. Напряжение на тиристорах 2 и 3 положительно и равно половине напряжения питания. На выходе схемы И 12 присутствует разрешающий логический сигнал. Логический сигнал с выхода схемы И 12 запускает генератор пилообразного напряжения 13. В момент сравнения сигнала с выхода генератора пилообразного напряжения 13 и сигнала с выхода источника задания напряжения 20 компаратор 14 формирует сигнал, который поступает на вход формирователя импульсов 15. Формирователь импульсов 15 обеспечивает формирование короткого импульса, длительность которого достаточна для включения тиристоров 2 и 3. Сигнал с выхода формирователя импульсов 15 поступает на вход распределителя импульсов 16 и через первый выходной каскад 17 на управляющий электрод тиристора 2. Выходной каскад 17 обеспечивает усиление управляющего импульса до требуемой величины и гальваническую развязку силовой и информационной частей схемы устройства. При включении тиристора 2 происходит колебательный заряд коммутирующего конденсатора 10 через коммутирующий дроссель 8 и нагрузку 9 по цепи: 7-2-8-9-10-7. При работе тиристора 2 через нагрузку 9 протекает полуволна прямого тока. Конденсатор 10 заряжается до напряжения, превышающего напряжение на конденсаторе фильтра 7. После спада тока тиристора 2 до нуля включается встречный диод 4 и происходит частичный колебательный разряд коммутирующего конденсатора 10 на конденсатор фильтра 7 по цепи: 10-9-8-4-7-10. Разряд коммутирующего конденсатора 10 обеспечивает рекуперацию излишней реактивной энергии, накопленной в электрическом поле конденсатора 10, и стабилизацию режима работы инвертора в условиях изменяющейся нагрузки. При работе тиристора 2 и встречного диода 4 логическая схема И 12 находится в состоянии, обеспечивающем обнуление генератора пилообразного напряжения 13 и возврата компаратора 14 в исходное состояние. После выключения диода 4 к тиристорам 2 и 3 одновременно прикладывается прямое напряжение, равное половине напряжения на конденсаторе фильтра 7. Логическая схема И 12 формирует разрешающий логический сигнал, запускающий генератор пилообразного напряжения 13. Далее при срабатывании компаратора 14 формируется и подается импульс управления на тиристор 3. Происходит колебательный разряд конденсатора 10 через коммутирующий дроссель 8 и нагрузку 9 по цепи: 10-9-8-3-10. Через нагрузку 9 при работе тиристора 3 протекает полуволна обратного тока. Коммутирующий конденсатор 10 перезаряжается до напряжения обратной полярности. После выключения тиристора 3 включается встречный диод 5 и происходит заряд конденсатора 10 по цепи: 10-5-8-9-10. При работе тиристора 3 и диода 5 логическая схема И 12 также находится в состоянии, обеспечивающем обнуление генератора пилообразного напряжения 13 и возврат компаратора 14 в исходное состояние. Далее процессы в работе устройства повторяются.

Временные диаграммы иллюстрируют работу устройства и принцип правления инвертором. На диаграммах приняты следующие обозначения: u₂ - мгновенное значение напряжения на тиристоре 2, u₃ - мгновенное значение напряжения на тиристоре 3, i₂ - ток тиристора 2, i₃ - ток тиристора 3, i₄ - ток диода 4, i₅ - ток диода 5, u₁₂ - разрешающий логический сигнал с выхода схемы И 12, u₂₀ - напряжение задания с выхода источника задания напряжения 20, пропорциональное временному интервалу, u₁₃ - сигнал с выхода генератора пилообразного напряжения 13, i₁₇ - импульс управления тиристором 2, i₁₉ - импульс управления тиристором 3, t - текущее время. Интервалы t₁ - t₀, t₄ - t₃, t₆ - t₅, t₉ - t₈, t₁₁ - t₁₀ на диаграммах соответствуют временному интервалу задания.

Датчики напряжения 11 и 18 реализованы на основе диодных оптоэлектронных ключей. Выходные каскады 17 и 19 выполнены с использованием импульсных трансформаторов. Остальные элементы устройства могут быть реализованы по любой из известных схем.

По сравнению с прототипом использование заявляемого способа управления резонансным инвертором с встречно-параллельными диодами позволяет повысить надежность работы преобразователя частоты при питании технологических нагрузок с изменяющимися параметрами. Это обеспечивается за счет исключения срывов инвертирования и перекрытий проводящего состояния тиристоров и встречных диодов. Очередной импульс управления на тиристоры может быть подан при условии гарантированного восстановления управляющих свойств тиристоров и выключения соответствующих встречных диодов. В инверторах с встречно-параллельными диодами время, предоставляемое тиристору для восстановления управляющих свойств, равно интервалу проводимости встречного диода. Если предыдущий тиристор не восстановил управляющих свойств на интервале проводимости встречного диода и произошло его повторное включение, то очередной импульс на следящий тиристор не подается до момента восстановления управляемости вентильной ячейки. Таким образом устройство восстанавливает работоспособность. Повышение надежности работы преобразователя частоты может быть оценено по времени наработки на отказ. Согласно экспертным оценкам по результатам экспериментальных исследований при работе инвертора с управлением по заявляемому способу управления время наработки на отказ в составе плавильной установки может быть увеличено в 2 - 2,5 раза.