способ управления преобразователем частоты

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.

Описание изобретения к патенту

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.