RU2458450C2

RU2458450C2 - Method to control autonomous matched inverter with quasi-resonant switching

Info

Publication number: RU2458450C2
Application number: RU2009128713/07A
Authority: RU
Inventors: Евгений Михайлович Силкин (RU); Евгений Михайлович Силкин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Силовая электроника"
Priority date: 2009-07-24
Filing date: 2009-07-24
Publication date: 2012-08-10
Also published as: RU2009128713A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: in a method of inverter control in process of switching of inverter valves, a voltage level is set on the valves, instantaneous voltage values are measured on the valves, as well as an instantaneous AC value in a load, moments of instantaneous AC value transition through zero are identified, sync pulses are generated with duration δ, corresponding to the interval [π/180, π/90], in the moments of instantaneous AC value transition in a load through zero, another control pulses are generated and sent, and another valves are connected not earlier than on the moments of the instantaneous AC value transition in a load through zero, control pulses are removed from valves, and valves are switched off with anticipation by an angle γ in the interval [π/45, π/6] in respect to moments of instantaneous AC value transition in a load through zero. At the same time instantaneous voltage values are compared on valves, which are subject to another connection, in the range δ of sync pulses action with the specified voltage level on the valves, and supply of another control pulses is prohibited, if instantaneous voltage values on another valves exceed the specified voltage level on the valves in the range δ of sync pulses action.

EFFECT: higher reliability of operation.

3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в системах питания и управления с вентильными преобразователями частоты для электротехнологий и других электротехнических системах повышенной частоты. Изобретение обеспечивает повышение надежности работы автономного согласованного инвертора с квазирезонансной коммутацией.The invention relates to electrical engineering, can be used in power and control systems with valve frequency converters for electrical technologies and other high frequency electrical systems. The invention provides increased reliability of a stand-alone coordinated inverter with quasi-resonant switching.

Известен способ управления автономным инвертором напряжения с квазирезонансной коммутацией, заключающийся в том, что формируют и поочередно подают импульсы управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны переменного тока в нагрузке, и их поочередно включают (пат. РФ 2061292, МКИ Н02М 5/44. Способ управления преобразователем частоты / Е.М.Силкин. - Заявл. 22.09.92, опубл. 27.05.96, БИ №15).There is a method of controlling an autonomous voltage inverter with quasi-resonant switching, which consists in generating and alternately supplying control pulses to the valves forming the direct and reverse AC half-waves in the load, and they are turned on alternately (US Pat. RF 2061292, MKI Н02М 5/44. The control method of the frequency converter / E.M. Silkin. - Declaration. 09.22.92, publ. 05.27.96, BI No. 15).

Недостатком способа управления является низкая надежность работы автономного инвертора напряжения с квазирезонансной коммутацией при питании электротехнологических нагрузок с высокой добротностью, что обусловлено протеканием через вентили нескомпенсированных реактивных прямых токов с большими амплитудами и, следовательно, значительными электрическими потерями в вентилях.The disadvantage of the control method is the low reliability of the autonomous voltage inverter with quasi-resonant switching when supplying electrotechnological loads with high quality factor, which is caused by uncompensated reactive direct currents flowing through the valves with large amplitudes and, consequently, significant electrical losses in the valves.

Известен способ управления автономным инвертором напряжения с квазирезонансной коммутацией, заключающийся в том, что формируют и поочередно подают импульсы управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны переменного тока в нагрузке, и их поочередно включают, измеряют мгновенное значение переменного тока в нагрузке, определяют моменты перехода мгновенного значения переменного тока в нагрузке через нуль, очередные импульсы управления формируют и подают и очередные вентили включают не ранее моментов перехода мгновенного значения переменного тока в нагрузке через нуль (пат. РФ 2159497, МКИ Н02М 5/44. Способ управления преобразователем частоты / Е.М.Силкин. - Заявл. 13.04.99, опубл. 20.11.00, БИ №8).A known method of controlling an autonomous voltage inverter with quasi-resonant switching, which consists in generating and supplying control pulses to the valves forming the direct and reverse AC half waves in the load, and turning them on alternately, measuring the instantaneous value of the alternating current in the load, determining the transition moments instantaneous values of alternating current in the load through zero, the next control pulses form and supply and the next valves turn on not earlier than the instantaneous instant values AC load through zero (RF Patent 2159497, IPC N02M 5/44 frequency inverter control method / E.M.Silkin -... appl 04.13.99, published 11.20.00, BI №8..).

Известен способ управления автономным согласованным инвертором с резонансной коммутацией, заключающийся в том, что формируют и поочередно подают импульсы управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны переменного тока в нагрузке, и их поочередно включают (а.с. СССР 1897231, МКИ Н02М 7/48. Способ управления последовательным резонансным инвертором / Е.М.Силкин, С.В.Дзлиев. - Заявл. 23.10.89, опубл. 08.08.91, БИ №45).There is a method of controlling an autonomous matched inverter with resonant switching, which consists in generating and supplying control pulses to the valves forming the direct and reverse AC half-waves in the load, and they are alternately switched on (A.S. USSR 1897231, MKI N02M 7 / 48. A method of controlling a sequential resonant inverter / E.M. Silkin, S.V. Dzliyev - Declaration of 23.10.89, publ. 08.08.91, BI No. 45).

Данный способ является наиболее близким по технической сущности к изобретению и рассматривается в качестве прототипа.This method is the closest in technical essence to the invention and is considered as a prototype.

Недостатком прототипа является низкая надежность работы согласованного автономного инвертора с резонансной коммутацией при питании электротехнологических нагрузок с высокой добротностью, что обусловлено высокими уровнями напряжений на вентилях и токов через них и значительными электрическими потерями в вентилях при коммутациях.The disadvantage of the prototype is the low reliability of the coordinated autonomous inverter with resonant switching when supplying electrotechnological loads with high quality factor, which is due to high levels of voltage at the valves and currents through them and significant electrical losses in the valves during switching.

Изобретение направлено на решение задачи повышения надежности работы автономного согласованного инвертора с квазирезонансной коммутацией при питании электротехнологических нагрузок с высокой добротностью, в том числе на повышенных и высоких частотах, что является целью изобретения.The invention is aimed at solving the problem of improving the reliability of a stand-alone coordinated inverter with quasi-resonant switching when feeding electrotechnological loads with high quality factor, including at high and high frequencies, which is the aim of the invention.

Указанная цель достигается тем, что в способе управления автономным согласованным инвертором с квазирезонансной коммутацией, по которому формируют и поочередно подают импульсы управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны переменного тока в нагрузке, и их поочередно включают, задают уровень напряжения на вентилях, измеряют мгновенные значения напряжения на вентилях и мгновенное значение переменного тока в нагрузке, определяют моменты перехода мгновенного значения переменного тока в нагрузке через нуль, формируют импульсы синхронизации длительностью δ, соответствующей интервалу [π/180, π/90], в моменты перехода мгновенного значения переменного тока в нагрузке через нуль, очередные импульсы управления формируют и подают и очередные вентили включают не ранее моментов перехода мгновенного значения переменного тока в нагрузке через нуль, импульсы управления с вентилей снимают и вентили выключают с опережением на угол γ в интервале [π/45, π/6] относительно моментов перехода мгновенного значения переменного тока в нагрузке через нуль, при этом сравнивают мгновенные значения напряжения на вентилях, которые подлежат очередному включению, в интервале δ действия импульсов синхронизации с заданным уровнем напряжения на вентилях и подачу очередных импульсов управления запрещают при превышении мгновенными значениями напряжения на очередных вентилях в интервале δ действия импульсов синхронизации заданного уровня напряжения на вентилях.This goal is achieved by the fact that in the method of controlling an autonomous matched inverter with quasi-resonant switching, by which the control pulses are formed and serially fed to the valves, which form the direct and reverse AC half-waves in the load, and they are switched on one by one, set the voltage level on the valves, measure instant the values of the voltage at the valves and the instantaneous value of the alternating current in the load, determine the moments of transition of the instantaneous value of the alternating current in the load through zero, form them synchronization pulses with a duration of δ, corresponding to the interval [π / 180, π / 90], at the instant of transition of the instantaneous value of alternating current in the load through zero, the next control pulses form and supply and the next valves turn on not earlier than the instant of transition of the instantaneous value of alternating current in the load through zero, the control pulses from the valves are removed and the valves are turned off ahead of the angle γ in the interval [π / 45, π / 6] relative to the instant of transition of the instantaneous value of the alternating current in the load through zero, while The value of the voltage on the valves, which are to be switched on again, in the interval δ of the action of synchronization pulses with a given voltage level on the valves and the supply of the next control pulses are prohibited when the instantaneous voltage values on the next valves in the interval δ of the action of the synchronization pulses exceed the specified voltage level on the valves.

Существенным отличием, характеризующим изобретение, является повышение надежности работы нового автономного согласованного инвертора с квазирезонансной коммутацией. В инверторе могут быть эффективно использованы мощные высоковольтные транзисторы с полевым управлением и гарантирована безаварийная работа на электротехнологическую нагрузку с высокой добротностью на повышенных частотах. Существенно расширяется и диапазон рабочих частот. Заявляемый способ управления автономного согласованного инвертора с квазирезонансной коммутацией обеспечивает надежную коммутацию вентилей с низкими электрическими потерями при нулевой и малыми величинами тока и нулевым напряжением на вентилях в моменты коммутаций.A significant difference characterizing the invention is to increase the reliability of the new autonomous coordinated inverter with quasi-resonant switching. Powerful high-voltage field-effect transistors can be effectively used in the inverter and trouble-free operation on the electrotechnological load with high quality factor at high frequencies can be guaranteed. The range of operating frequencies is also expanding significantly. The inventive method of controlling an autonomous matched inverter with quasi-resonant switching provides reliable switching of valves with low electrical losses at zero and small currents and zero voltage on the valves at the time of switching.

Повышение надежности работы автономного согласованного инвертора с квазирезонансной коммутацией является полученным техническим результатом, обусловленным новыми действиями в способе управления и порядком их осуществления, то есть отличительными признаками настоящей заявки. Таким образом, отличительные признаки заявляемого способа управления автономным согласованным инвертором с квазирезонансной коммутацией являются существенными.Improving the reliability of a stand-alone coordinated inverter with quasi-resonant switching is the technical result obtained due to new actions in the control method and the order of their implementation, that is, the hallmarks of this application. Thus, the distinctive features of the proposed method for controlling an autonomous matched inverter with quasi-resonant switching are essential.

На фиг.1 приведены модификации электрических схем автономного согласованного инвертора с квазирезонансной коммутацией, на фиг.2 - функциональная схема варианта системы управления автономным согласованным инвертором с квазирезонансной коммутацией, поясняющая заявленный принцип управления, на фиг.3 - временные диаграммы сигналов в силовой и управляющей схемах инвертора.Figure 1 shows the modifications of the electrical circuits of an autonomous matched inverter with quasi-resonant switching, figure 2 is a functional diagram of a control system variant of an autonomous matched inverter with quasi-resonant switching, explaining the claimed control principle, figure 3 is a timing diagram of the signals in the power and control circuits inverter.

На схемах фиг.1 автономные инверторы напряжения содержат подключенный к входным выводам «+», «-» выводами постоянного тока однофазный мост, выполненный на управляемых вентилях 1-4 со встречно-параллельными диодами, нагрузку 5, подключенную к выводам переменного тока однофазного моста через компенсирующий конденсатор 6, и коммутирующие конденсаторы 7, шунтирующие цепь нагрузки (5, 6) или управляемые вентили. Возможны варианты схем четвертьмостового, полумостового однофазного или мостового трехфазного согласованного инвертора, а также комбинированные схемы с коммутирующими конденсаторами 7, шунтирующими управляемыми вентилями 1- 4 и цепями нагрузки 5, 6 одновременно.In the diagrams of Fig. 1, autonomous voltage inverters contain a single-phase bridge connected to the input terminals “+”, “-” with direct current terminals, made on controlled gates 1-4 with on-parallel diodes, a load 5 connected to the single-phase bridge AC terminals through compensating capacitor 6, and switching capacitors 7, shunting the load circuit (5, 6) or controlled valves. Possible options for circuits of a quarter-bridge, half-bridge single-phase or bridge three-phase matched inverter, as well as combined circuits with switching capacitors 7, shunt controlled valves 1-4 and load circuits 5, 6 at the same time.

Схема системы управления фиг.2 содержит последовательную цепь, включающую датчик тока (ДТ) 8 нагрузки (5), нуль-орган (НО) 9, счетчик (СЧ) 10, таймер (ТА) 11, RS-триггер (ТГ) 12, первую логическую схему «И» (ЛС) 13 и выходной каскад (ВК) 14, нагруженный на управляющие электроды соответствующих вентилей (1, 4) первой диагонали однофазного моста автономного согласованного инвертора, вторую последовательную цепь, включающую триггер со счетным входом (СТ) 15, подключенный к выходу НО, вторую ЛС «И» 16 и второй ВК 17, нагруженный на управляющие электроды вентилей (2, 3) второй диагонали однофазного моста автономного согласованного инвертора, элемент задержки (ЭЗ) 18, подключенный к выходу НО, выход ЭЗ соединен с вторым входом ТГ, задающий генератор (ЗГ) 19, выходы которого соединены с вторыми входами СЧ и ТА через делители частоты (ДЧ) 20, 21, третью последовательную цепь, содержащую датчик напряжения (ДН) 22 на вентилях первой диагонали однофазного моста автономного согласованного инвертора, первую ключевую схему (КС) 23, компаратор (КО) 24, третью ЛС «И» 25 и второй ТГ 26, соединенный с вторыми входами первой и второй ЛС «И», четвертую последовательную цепь, включающую ДН 27 на вентилях второй диагонали однофазного моста автономного согласованного инвертора, вторую КС 28, второй КО 29, подключенный к второму входу третьей ЛС «И», источник задания уровня напряжения (ИЗ) 30 на вентилях, выход которого соединен с вторыми входами КО, второй выход СТ соединен с третьим входом первой ЛС «И», выход ТГ соединен с третьим входом второй ЛС «И», третий вход ТА и вторые входы КС соединены с выходом НО, третий вход первой КС соединен с вторым выходом СТ, а третий вход второй КС соединен с первым выходом СТ.The control system diagram of figure 2 contains a serial circuit including a current sensor (DT) 8 load (5), zero-organ (BUT) 9, counter (MF) 10, timer (TA) 11, RS-trigger (TG) 12, the first logical circuit “I” (LS) 13 and the output stage (VK) 14, loaded on the control electrodes of the corresponding valves (1, 4) of the first diagonal of the single-phase bridge of the autonomous matched inverter, the second serial circuit, which includes a trigger with a counting input (CT) 15 connected to the output of the NO, the second drug “I” 16 and the second VK 17, loaded on the control electrodes of the valves (2, 3) in of the diagonal of a single-phase bridge of an autonomous matched inverter, a delay element (EZ) 18 connected to the output of the NO, the output of the EZ is connected to the second input of the TG, the master oscillator (ZG) 19, the outputs of which are connected to the second inputs of the midrange and SLT through frequency dividers (DF) 20, 21, a third serial circuit containing a voltage sensor (DN) 22 on the valves of the first diagonal of a single-phase bridge of an autonomous matched inverter, the first key circuit (KS) 23, the comparator (KO) 24, the third LAN "I" 25 and the second TG 26, connected to the second inputs of the first and second L "I", the fourth serial circuit, including DN 27 on the valves of the second diagonal of the single-phase bridge of an autonomous matched inverter, the second KS 28, the second KO 29 connected to the second input of the third LS "I", the source for setting the voltage level (FROM) 30 on the valves, the output of which is connected to the second inputs of the CO, the second output of the CT is connected to the third input of the first LAN “I”, the output of the TG is connected to the third input of the second LAN “I”, the third input of the TA and the second inputs of the CS are connected to the output of the BUT, the third input of the first CS is connected with the second output of CT, and the third input of the second K connected to the first output PT.

Входы датчиков напряжения ДН 22, 27 соединены с соответствующими управляемыми вентилями (1, 4 и 2, 3), а выходы выходных каскадов ВК 14, 17, как уже отмечено, подключены к управляющим электродам вентилей (1, 4 и 2, 3 соответственно) однофазного моста. Датчик тока ДТ 8 измеряет ток в нагрузке или, что равносильно для заявляемого способа, в диагонали переменного тока однофазного моста автономного согласованного инвертора.The inputs of the voltage sensors DN 22, 27 are connected to the corresponding controlled valves (1, 4 and 2, 3), and the outputs of the output stages VK 14, 17, as already noted, are connected to the control electrodes of the valves (1, 4 and 2, 3, respectively) single phase bridge. The current sensor DT 8 measures the current in the load or, which is equivalent to the proposed method, in the diagonal of the alternating current of a single-phase bridge of an autonomous matched inverter.

Способ управления автономным согласованным инвертором с квазирезонансной коммутацией реализуется следующими действиями. Формируют и поочередно подают импульсы управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, и их поочередно включают. При этом задают уровень напряжения на вентилях, измеряют мгновенные значения напряжения на вентилях и мгновенное значение переменного тока в нагрузке. Определяют моменты перехода мгновенного значения переменного тока в нагрузке через нуль. Формируют импульсы синхронизации длительностью δ, соответствующей интервалу [π/180, π/90], в моменты перехода мгновенного значения переменного тока в нагрузке через нуль. Очередные импульсы управления формируют и подают и очередные вентили включают не ранее моментов перехода мгновенного значения переменного тока в нагрузке через нуль, импульсы управления с вентилей снимают и вентили выключают с опережением на угол γ в интервале [π/45, π/6] относительно моментов перехода мгновенного значения переменного тока в нагрузке через нуль. Причем сравнивают мгновенные значения напряжения на вентилях, которые подлежат очередному включению, в интервале δ действия импульсов синхронизации с заданным уровнем напряжения на вентилях и подачу очередных импульсов управления запрещают при превышении мгновенными значениями напряжения на очередных вентилях в интервале δ действия импульсов синхронизации заданного уровня напряжения на вентилях.The method of controlling an autonomous coordinated inverter with quasi-resonant switching is implemented by the following steps. Control pulses are formed and alternately fed to the valves, forming the forward and reverse half-waves of the current in the load, and they are switched on alternately. At the same time, the voltage level at the valves is set, the instantaneous voltage values at the valves and the instantaneous value of the alternating current in the load are measured. The moment of transition of the instantaneous value of the alternating current in the load through zero is determined. Generate synchronization pulses of duration δ, corresponding to the interval [π / 180, π / 90], at the instant of transition of the instantaneous value of the alternating current in the load through zero. The next control pulses form and supply and the next valves turn on not earlier than the instant of transition of the instantaneous value of the alternating current in the load through zero, the control pulses from the valves are removed and the valves are turned off ahead of the angle γ in the interval [π / 45, π / 6] relative to the transition moments instantaneous value of alternating current in the load through zero. Moreover, the instantaneous voltage values on the valves, which are to be turned on again, are compared in the interval δ of the action of synchronization pulses with a given voltage level on the valves and the supply of the next control pulses is prohibited when the instantaneous voltage values on the next valves in the interval δ of the synchronization pulses exceed the specified voltage level on the valves .

Автономный согласованный инвертор с квазирезонансной коммутацией при управлении по заявляемому способу в установившемся режиме работает следующим образом. Полный цикл работы (период Т) состоит из двух полупериодов (Т/2), электромагнитные процессы в которых протекают аналогично. Отличия заключаются только в том, что ток проводят разные группы управляемых вентилей (1-4) и их встречно-параллельных диодов. Управляемые вентили (1-4) и их встречно-параллельные диоды на каждом полупериоде Т/2 включаются и проводят ток попарно. При этом в режимах граничного управления (для малых углов опережения γ) встречно-параллельные диоды могут не включаться. Напряжение и ток через нагрузку 5 в разных полупериодах Т/2 имеют противоположные знаки. Каждый полупериод Т/2 включает интервал паузы или свободного колебательного перезаряда соответствующих формирующих конденсаторов (7), интервал проводимости встречно-параллельных диодов и интервал проводимости управляемых вентилей (1-4). В интервале паузы управляемые вентили 1-4 и их встречно-параллельные диоды тока не проводят.Autonomous matched inverter with quasi-resonant switching when controlled by the claimed method in the steady state, operates as follows. The full cycle of work (period T) consists of two half-periods (T / 2), the electromagnetic processes in which proceed similarly. The differences are only in the fact that different groups of controlled gates (1-4) and their counter-parallel diodes conduct current. Controlled gates (1-4) and their counter-parallel diodes on each half-cycle T / 2 turn on and conduct current in pairs. In the boundary control modes (for small lead angles γ), counter-parallel diodes may not turn on. The voltage and current through load 5 in opposite half-periods T / 2 have opposite signs. Each T / 2 half-period includes the interval of a pause or free vibrational overcharge of the corresponding forming capacitors (7), the interval of conductivity of counter-parallel diodes and the interval of conductivity of controlled valves (1-4). In the interval of a pause, the controlled gates 1-4 and their counter-parallel current diodes do not conduct.

Интервал паузы начинается с момента выключения соответствующей пары управляемых вентилей 1, 4 или 2, 3. Для первой схемы (фиг.1) интервал паузы начинается, например, с момента выключения пары управляемых вентилей 2, 3. В этот момент коммутирующий конденсатор 7 заряжен до напряжения источника питания инвертора (условно отрицательной полярности). То есть выключение управляемых вентилей 2, 3 осуществляется при фактически нулевом напряжении на них в момент выключения (квазирезонансная коммутация). За счет электромагнитной энергии, накопленной в электрическом поле коммутирующего конденсатора 7 и нагрузки 5, коммутирующий конденсатор 7 перезаряжается по колебательному закону до напряжения противоположной (условно положительной) полярности, также равного напряжению источника питания инвертора. В этот момент времени напряжение на нагрузке 5 положительное (+ на левом по схеме выводе нагрузки 5), а ток через нагрузку 5 протекает справа налево. Компенсирующий конденсатор 6 обеспечивает последовательную компенсацию реактивной мощности нагрузки 5. При перезаряде коммутирующего конденсатора 7 до напряжения источника питания инвертора включаются встречно-параллельные диоды. Угол опережения γ выбирается из условия обеспечения минимального интервала проводимости встречно-параллельных диодов при минимально возможном токе через них. После выключения встречно-параллельных диодов включаются управляемые вентили 1, 4.The pause interval starts from the moment the corresponding pair of controlled gates 1, 4 or 2, 3 is turned off. For the first circuit (Fig. 1), the pause interval starts, for example, from the moment the pair of controlled gates 2, 3 is turned off. At this moment, the switching capacitor 7 is charged to voltage of the inverter power supply (conditionally negative polarity). That is, the shutdown of the controlled valves 2, 3 is carried out at virtually zero voltage on them at the time of shutdown (quasi-resonant switching). Due to the electromagnetic energy stored in the electric field of the switching capacitor 7 and load 5, the switching capacitor 7 is recharged according to the vibrational law to a voltage of opposite (conditionally positive) polarity, which is also equal to the voltage of the inverter power source. At this point in time, the voltage at load 5 is positive (+ on the left output of load 5 according to the scheme), and the current through load 5 flows from right to left. Compensating capacitor 6 provides sequential compensation of the reactive power of the load 5. When overcharging the switching capacitor 7 to the voltage of the inverter power supply, counter-parallel diodes are turned on. The lead angle γ is selected from the condition of ensuring the minimum interval of conductivity of counter-parallel diodes at the minimum possible current through them. After turning off the anti-parallel diodes, the controlled valves 1, 4 are turned on.

Ток управляемых вентилей 1-4 в интервалах их проводимости имеет квазисинусоидальную форму за счет действия компенсирующего конденсатора 6. Период Т управления инвертором устанавливается из условия обеспечения индуктивной расстройки последовательного контура, образованного нагрузкой 5 и компенсирующим конденсатором 6.The current of the controlled gates 1-4 in the intervals of their conductivity has a quasi-sinusoidal shape due to the action of the compensating capacitor 6. The inverter control period T is set from the condition of ensuring the inductive detuning of the series circuit formed by the load 5 and the compensating capacitor 6.

Временные диаграммы сигналов (импульсов) управления u_1,4 вентилями 1, 4 и u_2,3 вентилями 2, 3, токов i_1,4 вентилей 1, 4 и i_2,3 вентилей 2, 3, тока i₅ в нагрузке 5, импульсов синхронизации u₉ (НО 9) и мгновенного напряжения на вентилях (2, 3) u₂ и u₃ приведены на фиг.3. Интервалы паузы в работе инвертора на фиг.3 обозначены как: [t₁, t₂] и [t₄, t₅]. Управляемые вентили 1, 4 включаются в моменты времени t₀, t₆, выключаются в моменты времени t₁, t₇, а управляемые вентили 2, 3 включаются в моменты времени t₃, t₈, выключаются в моменты времени t₄. В интервалах [t₂, t₃] и [t₅, t₆] ток проводят встречно-параллельные диоды (соответственно диоды управляемых вентилей 2, 3 и 1, 4). Длительность импульса синхронизации δ соответствует относительно короткому интервалу [π/180, π/90].Timing diagrams of control signals (pulses) of u _1,4 gates 1, 4 and u _2,3 gates 2, 3, currents i _1,4 gates 1, 4 and i _2,3 gates 2, 3, current i ₅ in load 5 , synchronization pulses u ₉ (HO 9) and instantaneous voltage at the valves (2, 3) u ₂ and u ₃ are shown in figure 3. The intervals of pause in the inverter in figure 3 are indicated as: [t ₁ , t ₂ ] and [t ₄ , t ₅ ]. Controlled valves 1, 4 are turned on at times t ₀ , t ₆ , turned off at times t ₁ , t ₇ , and controlled valves 2, 3 are turned on at times t ₃ , t ₈ , turned off at times t ₄ . In the intervals [t ₂ , t ₃ ] and [t ₅ , t ₆ ], counter-parallel diodes conduct the current (respectively, the diodes of the controlled valves 2, 3 and 1, 4). The duration of the synchronization pulse δ corresponds to a relatively short interval [π / 180, π / 90].

Встречно-параллельные диоды включаются при максимальном токе через них. Однако коммутационные потери в диодах малы, так как сам уровень тока мал, а напряжение на диодах при включении равно нулю. Диоды выключаются при нулевом токе и нулевом напряжении. Управляемые вентили 1-4 включаются при нулевых значениях тока и напряжения, а выключаются при сравнительно малом уровне тока и нулевом напряжении. Компенсация реактивной мощности нагрузки конденсатором 6 обеспечивает снижение максимальных уровней токов напряжений на элементах в рассматриваемых инверторах нового класса. Таким образом, электрические потери в схемах автономных согласованных инверторов с квазирезонансной коммутацией имеют сравнительно малую величину, что повышает надежность их работы.Anti-parallel diodes are turned on at maximum current through them. However, the switching losses in the diodes are small, since the current level itself is small, and the voltage on the diodes when turned on is zero. Diodes turn off at zero current and zero voltage. Controlled valves 1-4 turn on at zero current and voltage, and turn off at a relatively low current level and zero voltage. Compensation of the reactive power of the load by the capacitor 6 provides a decrease in the maximum levels of voltage currents on the elements in the considered inverters of a new class. Thus, the electric losses in the circuits of autonomous matched inverters with quasi-resonant switching are relatively small, which increases the reliability of their operation.

На фиг.2 импульсы управления u_1,4 и u_2,3 вентилями 1, 4 вырабатывают ВК 14, 17 по сигналам ЛС «И» 13, 16. На выходах СТ 15 присутствуют сигналы вида «меандр», сдвинутые на угол π. Элемент схемы управления ТГ 12 при переключении формирует угол опережения γ следующим образом. ДТ 8 измеряет мгновенный ток нагрузки 5. НО 9 формирует короткий импульс синхронизации δ в момент равенства мгновенного переменного тока нагрузки 5 нулю. Импульс синхронизации от НО 9 обнуляет и запускает на счет импульсов СЧ 10. СЧ 10 считает импульсы ЗГ 19, поступающие на его счетный вход через ДЧ 20. Останов счета СЧ 10 происходит по следующему импульсу от НО 9. Таким образом, код на выходе СЧ 10 в момент окончания счета пропорционален половине периода Т/2 выходного сигнала инвертора. В момент прихода очередного импульса синхронизации от НО 9 осуществляется запись кода с выхода СЧ 10 в ТА 11 и последний запускается на отсчет интервала по сигналу от ЗГ 19, поступающему через ДЧ 21. Обнуление СЧ 10 происходит после считывания кода и его записи в ТА 11. Элемент схемы ДЧ 21 имеет больший коэффициент деления, чем элемент ДЧ 20. Следовательно, интервал отсчета ТА 11 будет короче, чем половина периода T/2 выходного сигнала инвертора. Коэффициенты деления ДЧ 20 и ДЧ 21 выбираются таким образом, чтобы интервал отсчета с выхода ТА 11 был короче половины периода Т/2 выходного сигнала инвертора на величину угла опережения γ. По окончании интервала отсчета ТА 11 последним переключается элемент схемы ТГ 12. Сигнал с выхода ТГ 12 складывается с сигналами СТ 15 в ЛС «И» 13, ЛС «И» 16, что и обеспечивает отключение управляемых вентилей 1-4 в заданные моменты времени с углом опережения γ.In figure 2, the control pulses u _1.4 and u _{2.3 of} valves 1, 4 are generated by VK 14, 17 according to the signals of the I and 13, 16. At the outputs of CT 15 there are signals of the form “meander” shifted by an angle π. The element of the control circuit TG 12 when switching forms an advance angle γ as follows. DT 8 measures the instantaneous load current 5. BUT 9 generates a short synchronization pulse δ at the instant that the instantaneous alternating load current 5 is equal to zero. The synchronization pulse from HO 9 resets and starts to account for the midrange 10 pulses. Midrange 10 counts the pulses of MG 19 received at its counting input through the PM 20. The counting of the midrange 10 occurs at the next pulse from HO 9. Thus, the code at the output of the midrange 10 at the end of the count is proportional to half the period T / 2 of the inverter output signal. At the moment of the arrival of the next synchronization pulse from NO 9, the code is written from the MF 10 output to the TA 11 and the last one is started to count the interval according to the signal from the ЗГ 19 coming through the MF 21. The MF 10 is reset after reading the code and writing it to the TA 11. The PM element 21 has a larger division ratio than the PM element 20. Therefore, the TA 11 sampling interval will be shorter than half the T / 2 period of the inverter output signal. The division coefficients of the PM 20 and PM 21 are selected so that the countdown interval from the output of the TA 11 is shorter than half the period T / 2 of the inverter output signal by the value of the advance angle γ. At the end of the TA 11 countdown interval, the last element of the TG 12 circuit is switched last. The signal from the output of the TG 12 is combined with the ST 15 signals in the LS “I” 13, LS “I” 16, which ensures the shutdown of controlled gates 1-4 at specified times with lead angle γ.

Обнуление ТГ 12 происходит с небольшой задержкой относительно момента перехода мгновенного переменного тока нагрузки 5 через нуль за счет работы ЭЗ 18. Если напряжение на очередных управляемых вентилях 1, 4 или 2, 3 (которые подлежат включению), измеряемое ДН 22, ДН 27, в интервале δ действия короткого импульса синхронизации больше заданного уровня напряжения u₃₀ (фиг.3) с выхода ИЗ 30, то по сигналам соответствующих элементов КО 24, КО 29 через ЛС «И» 25 происходит переключение ТГ 26. Элемент схемы ТГ 26 при переключении вырабатывает сигнал запрета на подачу импульсов управления вентилями 1-4. Это происходит при превышении мгновенным напряжением на очередных вентилях, в интервале действия импульсов синхронизации, заданного уровня напряжения u₃₀. Если ТГ 26 не переключается (напряжения на вентилях не превышают заданного уровня u₃₀, по сигналу ЭЗ 18 обнуляется ТГ 12 и схема управления продолжает работать в нормальном режиме (штриховые линии на фиг.3).Zeroing of the TG 12 occurs with a slight delay relative to the instant the instantaneous alternating current of the load 5 passes through zero due to the operation of the EZ 18. If the voltage at the next controlled valves 1, 4 or 2, 3 (which are to be turned on), measured DN 22, DN 27, the interval δ of the action of a short synchronization pulse is greater than a predetermined voltage level u ₃₀ (Fig. 3) from the output of IZ 30, then according to the signals of the corresponding elements KO 24, KO 29 through the “I” 25 the TG 26 switches over. The circuit element TG 26 produces hearth ban signal the valve control pulse at 1-4. This occurs when the instantaneous voltage at the next valves is exceeded, in the interval of the action of the synchronization pulses, the specified voltage level u ₃₀ . If the TG 26 does not switch (the voltages on the valves do not exceed the specified level u ₃₀ , the TG 12 is reset by the signal of the EZ 18 and the control circuit continues to work in normal mode (dashed lines in Fig. 3).

Выбор сигнала мгновенного напряжения на очередных вентилях 1, 4 или 2, 3 осуществляется элементами КС 23, КС 28. Срабатывание КС 23, КС 28 в требуемый момент времени происходит по сигналу с выхода НО 9.The selection of the instantaneous voltage signal at the next valves 1, 4 or 2, 3 is carried out by the elements of KS 23, KS 28. The operation of KS 23, KS 28 at the required time occurs according to the signal from the output of HO 9.

Уровень напряжения на вентилях u₃₀ соответствует мгновенному напряжению на вентилях 1 - 4 в интервале действия импульса синхронизации δ, не превышающему половины напряжения источника питания инвертора.The voltage level on the valves u ₃₀ corresponds to the instantaneous voltage on the valves 1 - 4 in the interval of action of the synchronization pulse δ, not exceeding half the voltage of the inverter power source.

Длительность импульса синхронизации δ, равная [π/180, π/90], выбрана исходя из условия простой технической реализации (1÷2 град. эл.). Интервал угла опережения γ, равный [π/45, π/6], соответствует режимам работы инвертора с высокой надежностью при приемлемых энергетических характеристиках. Для диапазона [π/45, π/6] углов опережения γ величины токов управляемых вентилей 1-4 в моменты выключения не превышают половины от возможного максимального значения токов, а напряжения на управляемых вентилях 1-4 в моменты включения не превышают половины напряжения источника питания инвертора, что обеспечивает низкие уровни коммутационных потерь. При этом режим работы инвертора соответствует согласованному, то есть режиму, близкому к резонансу в нагрузочной цепи (5, 6), что энергетически выгодно. Положительный эффект заявляемого способа управления, в целом, достигается и при расширении диапазонов γ и δ относительно приведенных в описании и формуле заявки.The duration of the synchronization pulse δ, equal to [π / 180, π / 90], is selected on the basis of a simple technical implementation (1 ÷ 2 deg. El.). The lead angle interval γ equal to [π / 45, π / 6] corresponds to the inverter operating modes with high reliability at acceptable energy characteristics. For the range of [π / 45, π / 6] lead angles γ, the values of the currents of controlled valves 1–4 at the time of switching off do not exceed half of the possible maximum value of currents, and the voltages of controlled valves 1–4 at the moments of switching-on do not exceed half the voltage of the power source inverter, which provides low levels of switching losses. In this case, the inverter operation mode corresponds to a coordinated, i.e., a mode close to resonance in the load circuit (5, 6), which is energetically favorable. A positive effect of the proposed control method, in General, is achieved by expanding the ranges of γ and δ relative to those given in the description and application formula.

По сравнению с прототипом использование изобретения обеспечивает надежную работу автономного согласованного инвертора с квазирезонансной коммутацией. В нем могут быть эффективно использованы современные мощные высоковольтные транзисторы с полевым управлением и гарантирована безаварийная работа на высоких частотах. Существенно расширяется диапазон возможных рабочих частот за счет снижения уровней электрических потерь. Компенсация реактивной мощности нагрузки снижает максимальные уровни напряжений и токов элементов в автономном инверторе. В схеме инвертора обеспечивается мягкая (квазирезонансная) коммутация вентилей и эффективная защита от возможных нарушений режима работы.Compared with the prototype, the use of the invention provides reliable operation of a stand-alone matched inverter with quasi-resonant switching. It can be effectively used modern powerful high-voltage transistors with field control and guaranteed trouble-free operation at high frequencies. The range of possible operating frequencies is significantly expanded by reducing the levels of electrical losses. Compensation of the reactive power of the load reduces the maximum levels of voltages and currents of elements in a stand-alone inverter. The inverter circuit provides soft (quasi-resonant) switching of the valves and effective protection against possible violations of the operating mode.

Claims

The method of controlling an autonomous coordinated inverter with quasi-resonant switching, which consists in generating and supplying control pulses to the valves forming the direct and reverse AC half waves in the load, and turning them on alternately, characterized in that they set the voltage level on the valves, measure instant the values of the voltage at the valves and the instantaneous value of the alternating current in the load, determine the moments of transition of the instantaneous value of the alternating current in the load through zero, form a pulse s synchronization of duration δ, corresponding to the interval [π / 180, π / 90], at the instant of transition of the instantaneous value of alternating current in the load through zero, the next control pulses form and supply and the next valves turn on not earlier than the instant of transition of the instantaneous value of alternating current in the load through zero, the control pulses from the valves are removed and the valves are turned off ahead of the angle γ in the interval [π / 45, π / 6] relative to the moments when the instantaneous value of the alternating current in the load passes through zero, and instantaneous comparisons are compared The voltage values on the valves, which are to be switched on again, in the interval δ of the action of synchronization pulses with a given voltage level on the valves, and the supply of the next control pulses are prohibited when the instantaneous voltage values on the next valves in the interval δ of the synchronization pulses exceed the specified voltage level on the valves.