RU2117378C1

RU2117378C1 - Method for controlling resonant inverter with diodes connected in parallel opposition

Info

Publication number: RU2117378C1
Application number: RU97100755A
Authority: RU
Inventors: Е.М. Силкин
Original assignee: Акционерное общество открытого типа ЭЛСИ
Priority date: 1997-01-17
Filing date: 1997-01-17
Publication date: 1998-08-10

Abstract

FIELD: electrical engineering; control systems using thyristor frequency changers. SUBSTANCE: method involves shaping and alternate supply of control pulses to thyristors generating forward and reverse half-waves of currents through load. Time interval is preset, voltage across thyristors is measured, enabling logic signal is shaped and allowed to acquire true value when forward voltage is simultaneously applied to thyristors which shapes forward and reverse half-waves of current through load; next control pulse is applied to thyristors upon expiration of preset time interval; counting of time intervals is enabled at true value of shaped enabling logic signal. EFFECT: improved reliability of inverter. 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления с тиристорными преобразователями частоты для электротехнологии. The invention relates to electrical engineering and can be used in control systems with thyristor frequency converters for electrical technology.

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. There is a known method of controlling a resonant inverter with counter-parallel diodes, which consists in the formation and alternating supply of control pulses to the thyristors, forming the forward and reverse half-waves of the current in the load, and changing the frequency of the supply of control pulses in the function of the adjustable technological parameter.

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. The disadvantage of the control method is the low reliability of the inverter as part of the converter for electrical technology due to inversion failures during power supply of the load with varying parameters and high voltage levels at the thyristors.

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]. A known method of etching by a resonant inverter with anti-parallel diodes, which consists in the formation and alternating supply of control pulses to the thyristors, forming the forward and reverse half-waves of the current in the load, and changing the frequency of the supply of control pulses as a function of the signal proportional to the phase shift between the voltage and the load current [ one].

Недостатком способа управления является низкая надежность работы инвертора в составе преобразователя частоты для электротехнологии из-за срывов инвертирования при питании нагрузки с изменяющимися параметрами. The disadvantage of the control method is the low reliability of the inverter as part of the frequency converter for electrical technology due to inversion failures during power supply of the load with changing parameters.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ управления резонансным инвертором со встречно-параллельными диодами [2], который и рассматривается в качестве прототипа. The closest in technical essence to the invention is a method of controlling a resonant inverter with anti-parallel diodes [2], which is considered as a prototype.

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. A method for controlling a resonant inverter with counter-parallel diodes is to generate and alternately supply control pulses to the thyristors that form the forward and reverse half-waves of the current in the load.

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. The disadvantage of the prototype is the low reliability of the inverter as part of the frequency converter for electrical technology due to inversion failures, overloads of thyristors and counter diodes in the conditions of overlapping of their conducting state when the load is powered with changing parameters and high voltage levels on the thyristors.

Изобретение направлено на решение задачи повышения надежности работы инвертора в составе преобразователя частоты для электротехнологии, что является целью изобретения. The invention is aimed at solving the problem of improving the reliability of the inverter as part of a frequency converter for electrical technology, which is the purpose of the invention.

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. Improving the reliability of the resonant inverter with anti-parallel diodes is achieved by the fact that in the control method, which consists in the formation and alternating supply of control pulses to the thyristors that form the forward and reverse half-waves of the current in the load, the time interval is set, the voltage across the thyristors is measured, and the resolving logic is formed a signal that takes on a true value while applying a direct voltage to the thyristors forming the forward and reverse half-waves of the current in the load, and the next imp ls management thyristors fed after a predetermined time interval, wherein the time interval allowed for the true value of a logic signal authorizing formed.

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. A significant difference that characterizes the invention is to increase the reliability of the inverter as part of the frequency converter for electrical technology by eliminating inversion failures and overlapping conductive states of thyristors and counter diodes when supplying loads with varying parameters and ensuring low voltage levels on the thyristors. The next pulse is fed to the thyristors after the oncoming diode is turned off and the control properties of the previous thyristor are restored.

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. Improving the reliability of the resonant inverter with anti-parallel diodes is the technical result obtained due to new actions in the control method and the order of their implementation, i.e., distinguishing features. Thus, the distinguishing features of the proposed method for controlling a resonant inverter with anti-parallel diodes are significant.

На фиг. 1 приведена схема устройства для реализации способа управления резонансным инвертором с встречно-параллельными диодами; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие принцип управления. In FIG. 1 shows a diagram of a device for implementing a method for controlling a resonant inverter with anti-parallel diodes; figure 2 is a timing chart explaining the principle of control.

Способ управления резонансным инвертором с встречно-параллельными диодами реализуется следующими действиями. The method of controlling a resonant inverter with anti-parallel diodes is implemented by the following steps.

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. Set the time interval. Measure the voltage on the thyristors forming the forward and reverse half-wave current in the load. A resolving logical signal is formed that takes a true value while applying a direct voltage to the thyristors. Control pulses are generated and alternately fed to the inverter thyristors after a specified time interval has elapsed, the readout of which is allowed at the true value of the generated enabling logical signal.

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. A diagram of a device for implementing a control method for a resonant inverter with anti-parallel diodes includes a resonant inverter containing a first series circuit from the first choke of filter 1, the first thyristor 2, the second thyristor 3, shunted by counter diodes 4 and 5, respectively, and the second choke of the filter 6 connected to the input terminals, a filter capacitor 7, a shunt circuit of thyristors, a second serial circuit of a switching choke 8, output terminals to which a load 9 is connected, and a commutator a capacitor 10, a third series circuit from a first voltage sensor on a thyristor 11 connected to the terminals of the first thyristor, a logic circuit And 12, a sawtooth voltage generator 13, a comparator 14, a shaper 15 and a pulse distributor 16 and a first output stage 17 connected to the control electrode the first thyristor, the second voltage sensor 18 connected to the terminals of the second thyristor, the output of which is connected to the second input of the logic circuit And, the second output stage 19, the input of which is connected to the second go pulse distributor, and the output - to the control electrode of the second thyristor, the source of reference voltage 20 proportional to the time interval, the output of which is connected to the second output of the comparator.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

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. In the initial state, the voltage across the filter capacitor 7 is equal to the supply voltage of the inverter. Thyristors 2 and 3 are off. The voltage at thyristors 2 and 3 is positive and equal to half the supply voltage. At the output of the circuit And 12 there is an enable logic signal. The logical signal from the output of the circuit And 12 starts the sawtooth voltage generator 13. At the time of comparing the signal from the output of the sawtooth voltage generator 13 and the signal from the output of the voltage reference 20, the comparator 14 generates a signal that is input to the pulse shaper 15. The pulse shaper 15 provides the formation of a short pulse, the duration of which is sufficient to turn on the thyristors 2 and 3. The signal from the output of the pulse shaper 15 is fed to the input of the pulse distributor 16 and through the first output stage 17 to the control electrode of the thyristor 2. The output stage 17 provides a gain control pulse to the required value and galvanically isolated power and information parts of the device circuit. When the thyristor 2 is turned on, the oscillating charge of the switching capacitor 10 occurs through the switching choke 8 and the load 9 along the circuit: 7-2-8-9-10-7. During operation of the thyristor 2, a half-wave of direct current flows through the load 9. The capacitor 10 is charged to a voltage exceeding the voltage on the filter capacitor 7. After the current of the thyristor 2 drops to zero, the counter diode 4 is turned on and a partial oscillatory discharge of the switching capacitor 10 to the filter capacitor 7 occurs along the circuit: 10-9-8-4-7-10 . The discharge of the switching capacitor 10 ensures the recovery of excess reactive energy accumulated in the electric field of the capacitor 10, and the stabilization of the inverter operation mode under conditions of varying load. When the thyristor 2 and the oncoming diode 4 are operating, the logic circuit And 12 is in a state that ensures zeroing the sawtooth voltage generator 13 and returns the comparator 14 to its original state. After turning off the diode 4, a direct voltage equal to half the voltage across the filter capacitor 7 is simultaneously applied to thyristors 2 and 3. Logic circuit I 12 generates a resolving logic signal that starts the sawtooth voltage generator 13. Then, when the comparator 14 is triggered, a control pulse is generated and applied to the thyristor 3 The oscillatory discharge of the capacitor 10 occurs through the switching inductor 8 and the load 9 along the circuit: 10-9-8-3-10. Through the load 9 during operation of the thyristor 3 flows a half-wave reverse current. The switching capacitor 10 is recharged to a voltage of reverse polarity. After turning off the thyristor 3, the oncoming diode 5 is turned on and the capacitor 10 is charged along the circuit: 10-5-8-9-10. During operation of the thyristor 3 and diode 5, the logic circuit And 12 is also in a state that ensures zeroing the sawtooth voltage generator 13 and returns the comparator 14 to its original state. Further, the processes in the operation of the device are repeated.

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.Timing diagrams illustrate the operation of the device and the principle of inverter control. The following notation is used in the diagrams: u ₂ - instantaneous voltage value on thyristor 2, u ₃ - instantaneous voltage value on thyristor 3, i ₂ - current of thyristor 2, i ₃ - current of thyristor 3, i ₄ - current of diode 4, i ₅ - diode current 5, u ₁₂ - enable logic signal from the output of the circuit And 12, u ₂₀ - voltage reference from the output of the voltage reference source 20, proportional to the time interval, u ₁₃ - signal from the output of the sawtooth voltage generator 13, i ₁₇ - control pulse of thyristor 2 , i ₁₉ is the control pulse of thyristor 3, t is the current time. The intervals t ₁ - t ₀ , t ₄ - t ₃ , t ₆ - t ₅ , t ₉ - t ₈ , t ₁₁ - t ₁₀ in the diagrams correspond to the time interval of the job.

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. Voltage sensors 11 and 18 are based on diode optoelectronic switches. The output stages 17 and 19 are made using pulse transformers. The remaining elements of the device can be implemented by any of the known schemes.

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. Compared with the prototype, the use of the inventive method for controlling a resonant inverter with counter-parallel diodes can improve the reliability of the frequency converter when supplying technological loads with variable parameters. This is ensured by eliminating inversion failures and overlapping conductive states of thyristors and counter diodes. The next control pulse to the thyristors can be applied provided that the control properties of the thyristors are restored and the corresponding counter diodes are turned off. In inverters with anti-parallel diodes, the time allowed to the thyristor to restore the control properties is equal to the conduction interval of the oncoming diode. If the previous thyristor did not restore the control properties on the conduction interval of the oncoming diode and it was switched on again, then the next pulse is not supplied to the tracking thyristor until the valve cell is controlled again. Thus, the device restores operability. Improving the reliability of the frequency converter can be estimated by the mean time between failures. According to expert estimates, according to the results of experimental studies during operation of the inverter with control according to the claimed control method, the time between failures in the composition of the melting plant can be increased by 2 - 2.5 times.

Claims

The method of controlling a resonant inverter with counter-parallel diodes, which consists in the formation and alternating supply of control pulses to the thyristors that form the forward and reverse half-waves of the current in the load, characterized in that they set the time interval, measure the voltage across the thyristors, and form a resolving logical signal that receives the true value with the simultaneous application of forward voltage to the thyristors forming the forward and reverse current half-waves in the load, and the next control pulse to the thyristors odayut after a predetermined time interval, wherein the time interval allowed for the true value of a logic signal authorizing formed.