способ пуска параллельного инвертора тока

Формула изобретения

Способ пуска параллельного инвертора тока с самовозбуждением, содержащего двухоперационные вентили, формирующие прямую и обратную полуволны напряжения на нагрузке, заключающийся в формировании и подаче пусковых импульсов управления на двухоперационные вентили, формирующие прямую и обратную полуволны напряжения на нагрузке с момента подачи сигнала пуска, снятии пусковых импульсов управления, формировании и поочередной подаче основных импульсов управления на двухоперационные вентили, формирующие прямую и обратную полуволны напряжения на нагрузке, отличающийся тем, что задают уровень напряжения, измеряют уровень напряжения на входе параллельного инвертора тока, сравнивают уровень напряжения на входе параллельного инвертора тока с заданным уровнем напряжения, сигнал пуска подают при превышении уровнем напряжения на входе параллельного инвертора тока заданного уровня напряжения, задают первый и второй временные интервалы, формируют и подают пусковые импульсы управления на двухоперационные вентили, формирующие прямую полуволну напряжения на нагрузке, по истечении первого временного интервала снимают пусковые импульсы управления с двухоперационных вентилей, формирующих прямую полуволну напряжения на нагрузке, формируют и подают пусковые импульсы на двухоперационные вентили, формирующие обратную полуволну напряжения на нагрузке, по истечении второго временного интервала снимают пусковые импульсы управления с двухоперационных вентилей, формирующих обратную полуволну напряжения на нагрузке и, далее, формируют и поочередно подают основные импульсы управления на двухоперационные вентили, формирующие обратную и прямую полуволны напряжения на нагрузке.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах управления установок индукционного нагрева.

Известен способ пуска инвертора с самовозбуждением, содержащего вентили, формирующие прямую и обратную полуволны напряжения на нагрузке, и вспомогательный инвертор, заключающийся в формировании и подаче пусковых импульсов управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны напряжения на нагрузке, и на вентили вспомогательного инвертора с момента подачи сигнала пуска, снятии пусковых импульсов управления, формировании и поочередной подаче основных импульсов управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны напряжения на нагрузке (Р. 4638418 USA, H 02 P 1/04. Power inverter/ Jonathan A. // - 1987).

Недостатком способа пуска является узкая область применения. При применении способа пуска в параллельном инверторе тока, содержащем двухоперационные вентили, из-за высоких коммутационных потерь и перенапряжений при включении и выключении вентилей на временном интервале пуска, большой длительности временного интервала пуска, высокой сложности реализации, надежность работы инвертора тока в пусковых режимах снижается.

Известен способ пуска параллельного инвертора тока с самовозбуждением, содержащего вентили, формирующие прямую и обратную полуволны напряжения на нагрузке, заключающийся в формировании и подаче пусковых импульсов управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны напряжения на нагрузке, с момента подачи сигнала пуска в момент достижения мгновенным значением напряжения на нагрузке заданного уровня, снятии пусковых импульсов управления при приближении выходной частоты параллельного инвертора тока к частоте собственных колебаний цепи нагрузки, формировании и поочередной подаче основных импульсов управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны напряжения на нагрузке (Р. 4589059 USA, H 02 M 5/458. Method of starting a current-fed inverter with self-excitation/Morihico T.// - 1986.).

Недостатком способа пуска является узкая область применения. При применении способа пуска в параллельном инверторе тока, содержащем двухоперационные вентили, из-за высоких коммутационных потерь и перенапряжений при включении и выключении вентилей на временном интервале пуска, большой длительности временного интервала пуска, высокой сложности реализации, надежность работы инвертора тока в пусковых режимах существенно снижается.

Известен способ пуска параллельного инвертора тока с самовозбуждением, содержащего вентили, формирующие прямую и обратную полуволны напряжения на нагрузке, заключающийся в формировании и подаче пусковых импульсов управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны напряжения на нагрузке, с момента подачи сигнала пуска в момент равенства входного тока и тока нагрузки, снятии пусковых импульсов управления в момент равенства максимального значения напряжения на нагрузке заданному уровню, формировании и поочередной подаче основных импульсов управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны напряжения на нагрузке (а.с. 1283916 СССР, МКИ H 02 M 7/48. Способ пуска параллельного инвертора тока /Пивняк Г.Г., Выпанасенко С.И./ /Б.И. - 1987. - № 2).

Данный способ пуска параллельного инвертора тока является наиболее близким к изобретению и выбирается в качестве прототипа.

Недостатком способа пуска является узкая область применения. При применении способа пуска в параллельном инверторе тока, содержащем двухоперационные вентили, из-за высоких коммутационных потерь и перенапряжений при включении и выключении вентилей на временном интервале пуска, большой длительности временного интервала пуска, высокой сложности реализации, надежность работы инвертора тока в пусковых режимах существенно снижается.

Изобретение направлено на решение задачи расширения области применения способа пуска параллельного инвертора тока, что является целью изобретения.

Указанная цель достигается тем, что в способе пуска параллельного инвертора тока с самовозбуждением, содержащего двухоперационные вентили, формирующие прямую и обратную полуволны напряжения на нагрузке, заключающемся в формировании и подаче пусковых импульсов управления на двухоперационные вентили, формирующие прямую и обратную полуволны напряжения на нагрузке, с момента подачи сигнала пуска, снятии пусковых импульсов управления, формировании и поочередной подаче основных импульсов управления на двухоперационные вентили, формирующие прямую и обратную полуволны напряжения на нагрузке, задают уровень напряжения, измеряют уровень напряжения на входе параллельного инвертора тока, сравнивают уровень напряжения на входе параллельного инвертора тока с заданным уровнем напряжения, сигнал пуска подают при превышении уровнем напряжения на входе параллельного инвертора тока заданного уровня напряжения, задают первый и второй временные интервалы, формируют и подают пусковые импульсы управления на двухоперационные вентили, формирующие прямую полуволну напряжения на нагрузке, по истечении первого временного интервала снимают пусковые импульсы управления с двухоперационных вентилей, формирующих прямую полуволну напряжения на нагрузке, формируют и подают пусковые импульсы на двухоперационные вентили, формирующие обратную полуволну напряжения на нагрузке, по истечении второго временного интервала снимают пусковые импульсы управления с двухоперационных вентилей, формирующих обратную полуволну напряжения на нагрузке и, далее, формируют и поочередно подают основные импульсы управления на двухоперационные вентили, формирующие обратную и прямую полуволны напряжения на нагрузке.

Существенным отличием, характеризующим изобретение, является расширение области применения способа пуска параллельного инвертора тока с самовозбуждением, содержащего двухоперационные вентили. Способ пуска может быть применен и обеспечивает высокую надежность работы параллельного инвертора тока с самовозбуждением, содержащего двухоперационные вентили, за счет малой длительности интервала пуска, снижения коммутационных потерь и перенапряжений на вентилях в пусковых режимах, существенного упрощения реализации устройства, надежности пуска.

Расширение области применения способа пуска параллельного инвертора тока с самовозбуждением является полученным техническим результатом, обусловленным новыми действиями и порядком их осуществления в способе пуска, т.е. отличительными признаками. Таким образом, отличительные признаки заявляемого способа пуска параллельного инвертора тока являются существенными.

На фиг.1 приведена схема параллельного инвертора тока на двухоперационных вентилях, на фиг.2 - схема устройства для реализации способа пуска, на фиг.3 - временные диаграммы, поясняющие способ пуска параллельного инвертора тока с самовозбуждением.

Способ пуска параллельного инвертора тока с самовозбуждением, содержащего двухоперационные вентили, формирующие прямую и обратную полуволны напряжения на нагрузке, заключается в формировании и подаче пусковых импульсов управления на двухоперационные вентили, формирующие прямую и обратную полуволны напряжения на нагрузке, с момента подачи сигнала пуска, снятии пусковых импульсов управления, формировании и поочередной подаче основных импульсов управления на двухоперационные вентили, формирующие прямую и обратную полуволны напряжения на нагрузке. При этом задают уровень напряжения. Измеряют уровень напряжения на входе параллельного инвертора тока. Сравнивают уровень напряжения на входе параллельного инвертора тока с заданным уровнем напряжения. Подают сигнал пуска при превышении уровнем напряжения на входе параллельного инвертора тока заданного уровня напряжения. Задают первый и второй временные интервалы. Формируют и подают пусковые импульсы управления на двухоперационные вентили, формирующие прямую полуволну напряжения на нагрузке. По истечении первого временного интервала снимают пусковые импульсы управления с двухоперационных вентилей, формирующих прямую полуволну напряжения на нагрузке. Формируют и подают пусковые импульсы на двухоперационные вентили, формирующие обратную полуволну напряжения на нагрузке. По истечении второго временного интервала снимают пусковые импульсы управления с двухоперационных вентилей, формирующих обратную полуволну на напряжения на нагрузке. Далее, формируют и поочередно подают основные импульсы управления на двухоперационные вентили, формирующие обратную и прямую полуволны напряжения на нагрузке.

Параллельный инвертор тока содержит мост на четырех транзисторах 1-4 с компенсирующим конденсатором 5 в диагонали переменного тока, шунтирующим выходные выводы 6, подключенный к входным выводам параллельного инвертора тока через дроссель фильтра 7.

Параллельный инвертор тока с самовозбуждением работает следующим образом. Транзисторы диагоналей моста 1, 4 и 2, 3 включаются поочередно. При работе транзисторов 1, 4 формируется прямая полуволна напряжения в нагрузке, а при работе транзисторов 2, 3 - обратная полуволна напряжения. Конденсатор 5 обеспечивает условия коммутации транзисторов диагоналей моста 1, 4 и 2, 3 и компенсацию реактивности индуктора 6. Инвертор тока представляет собой инвертор с закрытым входом. Индуктивность дросселя фильтра 7 выбирается из условия полного сглаживания входного тока инвертора, что обеспечивает незначительное возрастание тока через транзисторы 1-4 в интервале коммутации. Момент коммутации транзисторов 1-4 определяется собственной частотой нагрузочного контура параллельного типа, образованного компенсирующим конденсатором 5 и индуктором 6.

Устройство для реализации способа пуска параллельного инвертора тока с самовозбуждением, содержащего двухоперационные вентили, содержит компаратор 1, на входы которого подается сигнал напряжения на входе инвертора и сигнал задания уровня напряжения на входе инвертора, и выход которого соединен с первым входом элемента И 2, второй вход которого соединен с выходом элемента задания сигнала пуска 3, последовательную цепь, содержащую нуль-орган 4, подключенный к выходным выводам параллельного инвертора тока, второй элемент И 5, элемент ИЛИ 6, триггер 7, второй элемент ИЛИ 8, выходной каскад 9, выход которого соединен с управляющими электродами транзисторов 1, 4, а также третий элемент ИЛИ 10, вход которого соединен с вторым выходом триггера, а выход подключен к входу второго выходного каскада 11, выход которого соединен с управляющими электродами транзисторов 2, 3, вторые входы второго и третьего элементов ИЛИ соединены с выходом компаратора, формирователь импульса 12, вход которого соединен с выходом элемента И, а выход подключен к вторым входам второго элемента И и элемента ИЛИ, а также к входу второго формирователя импульса 13, выход которого соединен с третьим входом второго элемента И.

Устройство для реализации способа пуска параллельного инвертора тока с самовозбуждением работает следующим образом. В исходном состоянии на выходе компаратора 1 присутствует сигнал, запирающий элемент И 2, а также второй и третий элементы ИЛИ 8, 10. Выходные каскады 9, 11 при этом запирают все транзисторы моста инвертора тока. Триггер 7 находится в одном из устойчивых состояний. При превышении напряжением на входе инвертора тока заданного уровня, срабатывает компаратор 1 и на его выходе формируется отпирающий сигнал, который поступает на входы элементов И 2 и ИЛИ 8, 10. Осуществляется включение транзисторов диагонали, формирующих прямую полуволну напряжения на нагрузке. Одновременно элемент задания сигнала пуска 3 формирует запускающий импульс, который через элемент И 2 поступает на вход формирователя импульса 12. Сигнал на выходе формирователя импульса 12 является запирающим для второго элемента И 5, а его длительность соответствует длительности первого временного интервала. Во время действия указанного сигнала с выхода нуль-органа 4 не может поступить сигнал на вход элемента ИЛИ 6 и не может производится переключения триггера 7 по сигналу нуль-органа 4. В интервале действия сигнала на выходе формирователя импульса 12 включены транзисторы диагонали моста инвертора, формирующие прямую полуволну напряжения на нагрузке, и входной ток инвертора тока возрастает до установленного начального значения, обеспечивающего пуск. По истечении первого временного интервала по срезу импульса на выходе формирователя импульса 12 сигналом с выхода элемента ИЛИ 6 переключается триггер 7, а на выходе второго формирователя импульса 13 формируется запирающий для второго элемента И 5 сигнал, длительность которого соответствует длительности второго временного интервала. Во время действия запирающего сигнала на выходе второго формирователя импульса 13 с выхода нуль-органа 4 также не может поступать сигнал на вход элемента ИЛИ 6. При переключении триггера 7 выключаются транзисторы диагонали моста инвертора, формирующие прямую полуволну напряжения на нагрузке, и включаются транзисторы диагонали моста инвертора, формирующие обратную полуволну напряжения на нагрузке. Длительность второго временного интервала выбирается из условия окончания переходного процесса на начальном интервале заряда компенсирующего конденсатора входным током инвертора. По окончании второго временного интервала запирающие сигналы с второго элемента И 5 снимаются и инвертор тока переходит в режим самовозбуждения. Выходная частота инвертора тока определяется собственной частотой нагрузочного контура, образованного компенсирующим конденсатором и индуктором. Синхронизация осуществляется по сигналу, формируемому на выходе нуль-органа 4.

На временных диаграммах приведены соответственно: F¹ - сигнал на выходе выходного каскада 9, F² - сигнал на выходе второго выходного каскада 11, u⁵ - сигнал на входе нуль-органа 4 u ⁰ - сигнал на выходе нуль-органа 4. Интервал времени t1-t0 соответствует первому временному интервалу, интервал t2-t1 - второму временному интервалу. Переключения транзисторов диагоналей моста инвертора тока производятся в моменты времени t1, t3, t4, t5. В момент времени t2 инвертор тока переходит в режим самовозбуждения. Сигнал F1 с выхода выходного каскада 9 поступает на транзисторы диагонали моста инвертора, формирующие прямую полуволну напряжения на нагрузке. Сигнал F2 с выхода второго выходного каскада 11 поступает на транзисторы диагонали моста инвертора, формирующие обратную полуволну напряжения на нагрузке. Сигнал u5 на входе нуль-органа 4 соответствует выходному напряжению инвертора.

По сравнению с прототипом расширяется область применения способа пуска параллельного инвертора тока с самовозбуждением, содержащего двухоперационные вентили. Способ пуска может быть применен и обеспечивает высокую надежность работы параллельного инвертора тока с самовозбуждением, содержащего двухоперационные вентили, за счет обеспечения малой длительности интервала пуска, снижения коммутационных потерь и перенапряжений на вентилях в пусковых режимах, существенного упрощения реализации устройства, надежности пуска.