Способ управления инвертором, нагруженным на два последовательно включенных колебательных контура

Способ управления инвертором, нагруженным на два последовательно включенных колебательных контура

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 070780 (21) 2953273/24-07 (51) М. Ksl.

HP 13/18 с присоединением заявки №(23) Приоритет—

Государственный комитет

СССР но делам изобретений . и открытий

Опубликовано 1504.82 ° Бюллетень ¹ 14 (ЯЗ) УДК 621.314.57 (088. 8) Дата опубликования описания 1504.82

1 . Д

A.,В. Иванов, М.М. Мульменко, П.С. ойзман и А ° Х. Узянбаев г

-(, Специальное конструкторско-технолод ическое бюрО:". полупроводниковых преобразователей часФоИГттри-- М авиационном институте им. Орджоникидзе (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) CIIOCOB yIIPABJIEHHH ИНВЕРТОРОМ, HArpyEEHHI

НА ДВА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО ВКЛЮЧЕННЫХ

КОЛЕБАТЕЛЬНЫХ КОНТУРА

Изобретение относится к преобразо вательиой технике, в частности к способам управления выходной мощностью инвертора, и может использоваться в технологических процессах, требующих одновременного и независимого регулирования мощности двух индукционных нагревателей, питающихся от одного автономного инвертора.

Известен ряд способов управления преобразователем, нагруженным на нагрузки, сущность. которых заключа- . ется в том, что каждую из нагрузок подключают через дополнительные ти-. ристорные ключи к выходу инвертора, и управление тиристорными ключами ведут в функции регулируемых электри ческих параметров нагрузок (1|-f3).

Однако эти способы характиризуются невысокой точностью, связанной с дискретностью подачи мощности.в каж-. дую из нагрузок, а также недостаточной надежностью из-за необходимости использования дополнительных вентильных групп.

Наиболее близким к предложенному является способ управления инвертором, нагруженным на два последовательно включенных колебательных КоН тура, настроенных на различные ре- 30 (зонансные частоты, путем изменения частоты инвертора f4) °

Для осуществления этот способ не требует дополнительного вентильного оборудования, однако он основан на поочередной подаче энергии в нагруз ки, что снижает точность поддержания электрических параметров нагрузок на заданном уровне., Кроме того, резкая перестройка частоты инвертора с одной резонансной частоты на другую приводит к возникновению повышенных напряжений на элементах схемы инвертора в переходном процессе, а также к электродинамическим ударам на элементы конструкции индукционных нагревателей и нагреваемые тела, что снижает надежность работы установок, работающих по такому способу.

Цель изобретения — повышение точности и надежности способа.

С этой целью при управлении ннвертором, нагруженным на два последовательно включенных колебательных контура известным способом, непрерывно контролируют регулируемый электрический параметр каждой из нагрузок, определяют отклонение каждого из них от соответствующей заданной величины и.при совпадении знаков обоих откло921039 нений изменяют величину выходного напряжения инвертора,а при различных знаках упоияйутых отклонений изменяют частоту инвертора,причем изменение частоты производят в диапазоне, ограниченном резонансными частотами бательных контуров., Кроме того, контролируют фазовый угол каждой из нагрузок, и при достижении одним из них значения, равного

его значению при резонансной частоте,10 дополнительно изменяют частоту инвертора °

На фиг. 1 приведена блок-схема системы автоматического управления, с помощью которой может быть реализоэай способ; на фиг. 2 - частотные характеристики нагрузок (й- по напряжению, Ю вЂ” по фазовому углу) °

К выходу автономного инвертора 1 подключены резонансные нагрузки 2 и 3, каждая из которых представляет собой колебательный контур,.состоящий из индуктора, шунтированного батареей компенсирующих конденсаторов.

С нагрузками связаны датчики 4 и 5 регулируемого электрического параметра, выходы которых связаны с элементами сравнения, на другие входы которых поданы сигналы с эадатчиков

8 и 9. Выходы элементов сравнения

6 и 7 связаны с первым и вторым вхо- З0 дами управляющего устройства 10, выходы которого связаны с регулятором

11 выходного напряжения и первым входом регулятора 12 частоты инвертора. Датчики 13 и 14 фазовых углов 35 нагрузок связаны своими входами с соответствующими нагрузками, а выходами — с элементами 15 и 16 сравнения на другие входы которых поданы сигналы задатчиков 17 И 18 фазо- 40 вых углов, а выходы элементов 15 и 16 сравнения через вентили 19 и 20 связаны со вторым входом регулятора 12 частоты.

Способ управления инвертором 1, 45 нагруженным на два колебательных контура, резонансные частоты которых fp и ГР2 отличтся друг от друга. заключается в том, что с помощью датчиков 4 и 5 непрерывно контролируют регулируемые электрические параметры 5 нагрузок, например напряжение U„ сравнивают их в элементах сравнения

6 и 7 с сигналами задатчикоэ 8 и 9

Ц,» и U 2, определяют отклонения от заданных значений ь1)» =U>» -U» и аU2 =Uo2 -U2 и в зависимости от знаков и величин этих отклонений с помощью регулятора 12 частоты и регулятора 11 напряжения изменяют частоту и напряжение инвертора 1. Причем с 60 помощью управляющего устройства 10 при совпадении знаков И3» и aUg изменяют выходное напряжение U, а при появлении сигналов ьЯ» и aU> различных знаков изменяют частоту f инвер- gc тора 1, при этом изменение частоты и ведут в диапазоне, ограниченном резонансными частотами fp„и f p нагрузок 2 и 3.

Во время предварительной настройки фиксируют значение фазового угла РР канской нагрузки, измеренное в момент перехода через максимум регулируемого электрического параметра данной нагрузки, т.е. угол соответствующий резонансной частоте, а затеи в . процессе регулирования с помощью датчиков 13 и 14 контролируют фазовый угол каждой из нагрузок и при достижении им зафиксированного значения 9р дополнительным изменением частоты f стабилизируют это значение.

Дополнительное изменение частоты f производится путем воздействия на второй вход регулятора 12 частоты сигналом, поступающим через вентили

19 и 20 с элементов 15 и 16 сравнения осуществляющих вычитание иэ сигналов фазовых углов ф4 и фд сигналов их зафиксированных значений < » и { 2, поступающих от задатчиков 17 и 18.

Система автоматического регулирования, изображенная на фиг. 1, является двухмерной системой, в которой перераспределение выходной мощности инвертора 1 между нагрузками производится за счет соответствующего изменения частоты и. напряжения инвертора. В системе происходит независимое регулирование, т.е. поддержание на заданном уровне напряжений двух нагрузок. При необходимости эместо напряжения может регулироваться другой электрический (ток, мощность) или связанный с ним технологический (температура нагреэаемого в индукторе тела) параметр. Изменение частоты легко осуществляется изменением периода следования импульсов задающего генератора схемы управления инвертора, а изменение напряжения может производиться как за счет регулнрования напряжения, питающего инвертор с помощью управляемого выпрямителя 21, так и другими известными методами, э которых регулирование выходной мощности инвертора совмещено с процессом инвертирования (метод геометрического суммирования токов ячеек, широтно-импульсный и другйе методы ) °

В устройстве 10 управления происходит определение знаков отклонений регулируемых параметров от заданных значений. В зависимости от конкретного сочетания этих знаков устройство 10 управления переводит систему либо в режим изменения напряжения, либо в режим яэменения частоты. Совпадение знаков отклонений аО» и 0 свидетельствует об одновременном недостатке или избытке величины регулируемого параметра в обеих нагруз921039 ках, поэтому в такой ситуации устройство управления производит. изменение напряжения инвер-.ора. При различныл знаках отклонений в одной нагрузке выделяется недостаточная, в другой— избыточная мощность, поэтому устройство 10 управления, изменяя частоту инвертора, перераспределяет мощность между нагрузками (кривые на фиг. 2а).

Переключение системы из одного режима в другой происходит вплоть до ис- 10 чезновения отклонений.

Объектом регулирования в системе является комплекс инвертор — распределенная нагрузка, причем объект. этот двухмерный, поскольку имеет две 15 выходные величины Uq u Ug и два входных воздействия — частоту f u напряжение U. Изображенные на фиг.2а частотные характеристики объекта регулирования являются его статисти- 2р ческими характеристиками. Здесь 1:напряжение первой, 2 — напряжение второй нагрузки 1 и 2 — те же напряжения при вдвое меньшем выходном напряжении инвертора. Из-за. наличия экстремумов на статических характеристиках объект регулирования является существенно нелинейным, так как. его статические характеристики неоднозначны (одному и тому же значению напряжения соответствуют два значения частоты). Очевидно, что осуществление предлагаемого способа регулирования возможно лишь в диапазоне частот между экстремумами статических характеристик fp„ ...fy<, за пре35 делами которого нарушается устойчивость регулирования (область, отмеченная штриховкой на фиг. 2а,5).

Так как резонансные частоты нагрузок в процессе регулирования могут в не- 40 которых пределах изменяться, необходимо следить за этим изменением и не допускать частоту инвертора за пределы указанного диапазона. В системе, показанной на фиг. 1, это обеспечи- 45 вается дополнительным воздействием на частоту сигналом, поступающим на второй вход регулятора 12 частоты через вентили 19 и 20. В данном при- мере. зафиксированные значения фаэо.- 50 вых углов Юр и 4р равны нулю (кривые фиг ° 2а) ° При достижении частоты Кр„ сигнал acP„ ф - ф„ становится положительным и через вентиль 19 пРепятствует дальнейшему снижению частоты. Аналогично при переходе через частоту fp открывается вентиль

20 и отрицательный сигнал афрф1-9р ограничивает частоту сверху. В диапаэоне частот fp ...f> вентили 19 и 20 закрыты и обратные связи по фа эовым углам разомкнуты.

Использование предложенного способа позволяет увеличить точность поддержания регулируемого параметра нагрузок по крайней мере в 10 раз, так как означает переход от позиционного к непрерывному регулированию. В частности при регулировании температуры в индукционных печах появляется воэможность замены следящих потенциометров высокочастотными регуляторами температуры. При испытаниях способа получена точность т0,54 вместо й5 по известному способу. Помимо повышения точности значительно повышается надежность работы оборудования за счет устранения импульсных нагрузок íà его элементы.

Формула изобретения

1. Способ упРавления инвертором, нагруженным на два последовательно включенных колебательных контура, настроенных на различные резонансные частоты, путем изменения частоты инвертора, отличающийся тем, что, с целью подменяя точности и надежности, непрерывно контролируют регулируеьиай электрический параметр каждой иэ нагрузок, определяют отклонение каждого из них от соответствующей заданной величины и при совпадении знаков обоих отклонений изменяют величину выходного напряжения инвертора, а Ри различных знаках упомянутых отклонений изменяют указанную частоту инвертора, причем изменение частоты производят в диапазоне, ограниченном резонансными частотами колебательных контуров.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а юшийся тем, что контролируют фазовый угол каждой иэ нагрузок, и при достижении одним иэ них значения, равного его- значению при резонансной частоте,,дополнительно изменяют частоту инвертора. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Японии 9 51-28133, кл. Н 02 M 7/48, 1976., 2. Патент США 9 3717807, кл. Н 02 И 7/48, 1970

3. Патент CIUA 9 3925633, кл. Н 05 В, 1975.

4. Авторское свидетепьство СССР

9 647815, кл. Н 02 P 13/18, 1975.

921039

Редактор Т. Кинь

Тираж 719 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий *

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 2376/72

Фидиал ППП Патент, г. Ужгород ул. Проектная, 4

0 а

Составитель И. Головинова

Техред М. Тепер . КорректорВ. Синицкая