RU2394348C2

RU2394348C2 - Method for control of parallel voltage inverter

Info

Publication number: RU2394348C2
Application number: RU2008130766/09A
Authority: RU
Inventors: Евгений Михайлович Силкин (RU); Евгений Михайлович Силкин
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Силовая электроника"
Priority date: 2008-07-24
Filing date: 2008-07-24
Publication date: 2010-07-10
Also published as: RU2008130766A

Abstract

FIELD: electric engineering.

SUBSTANCE: method for control of parallel inverter consists in measurement of instantaneous current of valves and instantaneous voltages at compensating and filter capacitors, setting level of maximum current, generation and supply of control signal to according valves and their connection at the moment of instantaneous voltages equality at compensating and filter capacitors, removal of control signal and disconnection of valves at the moment of instantaneous valve current equality to specified level of maximum current.

EFFECT: increased reliability of parallel voltage inverter operation.

5 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнологии и может быть использовано в индукционных плавильных комплексах для плавки черных и цветных металлов и сплавов, при проектировании систем управления с вентильными преобразователями частоты для индукционных нагревателей и других электротехнологических нагрузок. Изобретение повышает надежность работы параллельного инвертора напряжения.The invention relates to electrical technology and can be used in induction melting complexes for melting ferrous and non-ferrous metals and alloys, when designing control systems with valve frequency converters for induction heaters and other electrotechnological loads. The invention improves the reliability of the parallel voltage inverter.

Известен способ управления инвертором, по которому формируют и подают сигнал управления на соответствующие вентили и их включают, снимают сигнал управления и выключают вентили по истечении заданного интервала времени за счет естественного выключения при спаде мгновенного тока вентилей до нулевого уровня (Тиристорные преобразователи повышенной частоты для электротехнологических установок / Е.И.Беркович, Г.В.Ивенский, Ю.С.Иоффе и др. - Л.: Энергоатомиздат, 1983. - С.50).There is a known method of controlling an inverter by which a control signal is generated and applied to the corresponding valves and they are turned on, the control signal is removed and the valves are turned off after a predetermined time interval due to natural shutdown when the instantaneous current of the valves drops to zero level (Thyristor converters of high frequency for electrical installations / E.I. Berkovich, G.V. Ivensky, Yu.S. Ioffe et al. - L .: Energoatomizdat, 1983.- P.50).

Недостатком способа управления является низкая надежность работы инвертора, выполненного в виде инвертора напряжения, на изменяющуюся электротехнологическую нагрузку высокой добротности, что обусловлено существенными перегрузками вентилей по току.The disadvantage of the control method is the low reliability of the inverter, made in the form of a voltage inverter, for a changing electrotechnological load of high quality factor, due to significant overload of the valves in current.

Известен способ управления инвертором, по которому формируют и подают сигнал управления на соответствующие вентили и их включают, снимают сигнал управления и выключают вентили по истечении заданного интервала времени за счет естественного выключения при спаде мгновенного тока вентилей до нулевого уровня, изменяют частоту подачи импульсов управления на вентили (Тиристорные преобразователи частоты / А.К.Белкин, Т.П.Костюкова, Л.Э.Рогинская и др. - М: Энергоатомиздат, 2000. - С.34).There is a known method of controlling an inverter, by which a control signal is generated and applied to the corresponding valves and turned on, the control signal is removed and the valves are turned off after a predetermined time interval due to natural shutdown when the instantaneous current of the valves drops to zero, the frequency of the supply of control pulses to the valves is changed (Thyristor frequency converters / A.K. Belkin, T.P. Kostyukova, L.E. Roginskaya, etc. - M: Energoatomizdat, 2000. - P. 34).

Недостатком способа управления является низкая надежность работы инвертора, выполненного в виде инвертора напряжения, на изменяющуюся электротехнологическую нагрузку высокой добротности, что обусловлено перегрузками вентилей по току и относительной сложностью схемы компенсации реактивности нагрузки.The disadvantage of the control method is the low reliability of the inverter, made in the form of a voltage inverter, for a changing electrotechnological load of high quality factor, which is due to overload of the valves in current and the relative complexity of the load reactivity compensation circuit.

Известен способ управления инвертором напряжения, по которому формируют и подают сигнал управления на соответствующие вентили и их включают, снимают сигнал управления и выключают вентили по истечении заданного интервала времени (П. 2031534 РФ, МКИ Н02М 5/45. Преобразователь переменного тока для питания индуктора /Е.М.Силкин/ / БИ - 1995. - № 8).A known method of controlling a voltage inverter, by which they form and apply a control signal to the corresponding valves and turn them on, remove the control signal and turn off the valves after a predetermined time interval (P. 2031534 RF, MKI N02M 5/45. AC converter for powering the inductor / E.M. Silkin / / BI - 1995. - No. 8).

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

Недостатком прототипа является низкая надежность работы инвертора напряжения на изменяющуюся электротехнологическую нагрузку высокой добротности, что обусловлено возможными токовыми перегрузками вентилей в рабочих режимах, высокими уровнями максимальных токов вентилей при выполнении инвертора напряжения на заданную мощность, высокими потерями энергии в вентилях из-за высоких амплитуд протекающих токов, возможными сбоями в системе управления инвертором напряжения из-за коммутационных перенапряжений и высоких амплитуд протекающих токов через вентили.The disadvantage of the prototype is the low reliability of the voltage inverter for a changing electrotechnological load of high quality factor, which is caused by possible current overloads of the valves in operating modes, high levels of maximum valve currents when the voltage inverter runs at a given power, high energy losses in the valves due to the high amplitudes of the flowing currents possible failures in the voltage inverter control system due to switching overvoltages and high amplitudes x currents through the valves.

Изобретение направлено на решение задачи повышения надежности работы параллельного инвертора напряжения, что является целью изобретения.The invention is aimed at solving the problem of improving the reliability of the parallel voltage inverter, which is the purpose of the invention.

Указанная цель достигается тем, что в способе управления параллельным инвертором напряжения, по которому измеряют мгновенный ток вентилей и мгновенные напряжения на компенсирующем и фильтровых конденсаторах, задают уровень максимального тока, формируют и подают сигнал управления на соответствующие вентили и их включают в момент равенства мгновенных напряжений на компенсирующем и фильтровых конденсаторах, снимают сигнал управления и выключают вентили в момент равенства мгновенного тока вентилей заданному уровню максимального тока.This goal is achieved by the fact that in the method of controlling a parallel voltage inverter, by which the instantaneous current of the valves and the instantaneous voltages on the compensating and filter capacitors are measured, the maximum current level is set, a control signal is generated and supplied to the corresponding valves, and they are turned on at the moment of instantaneous voltage equality compensating and filter capacitors, remove the control signal and turn off the valves when the instantaneous current of the valves is equal to the specified maximum current level.

Повышение надежности работы инвертора напряжения является полученным техническим результатом, обусловленным новыми действиями в способе управления и порядком их осуществления, то есть отличительными признаками изобретения. При заявляемом способе управления инвертор напряжения приобретает свойства инвертора параллельного типа нового класса, отличительными особенностями которого являются питание от источника постоянного напряжения на входе, имеющего характеристику источника напряжения, и работа при параллельной компенсации реактивности нагрузки высокой добротности. Таким образом, отличительные признаки заявляемого способа управления параллельным инвертором напряжения являются существенными.Improving the reliability of the voltage inverter is the technical result due to new actions in the control method and the order of their implementation, that is, the hallmarks of the invention. With the inventive control method, the voltage inverter acquires the properties of a parallel type inverter of a new class, the distinguishing features of which are power from a constant voltage source at the input, which has the characteristic of a voltage source, and work with parallel compensation of the high-quality load reactivity. Thus, the distinguishing features of the proposed method for controlling a parallel voltage inverter are essential.

На фиг.1 приведены варианты принципиальных схем однофазных параллельных инверторов напряжения четвертьмостового (а), полумостового (б) и мостового (в) типов, на фиг.2 - функциональная схема реализации способа управления параллельным инвертором напряжения полумостового типа, на фиг.3 - временные диаграммы сигналов в схеме параллельного инвертора напряжения, поясняющие принцип управления инвертором с источником постоянного напряжения питания на входе, имеющим характеристику источника напряжения.Figure 1 shows variants of the circuit diagrams of single-phase parallel voltage inverters of the quarter-bridge (a), half-bridge (b) and bridge (c) types, Fig. 2 is a functional diagram of the method for controlling a parallel half-voltage voltage inverter, in Fig. 3 - temporary diagrams of signals in the circuit of a parallel voltage inverter, explaining the principle of controlling an inverter with a constant voltage power source at the input having the characteristic of a voltage source.

Возможен также вариант выполнения параллельного инвертора напряжения по нулевой схеме с управлением по заявляемому способу. В нулевой схеме параллельный нагрузочный контур подключается к выходным выводам инвертора напряжения через развязывающий (согласующий) трансформатор, имеющий нулевой вывод на первичной обмотке. Действия, осуществляемые при реализации заявляемого способа управления, не зависят от варианта принципиальной схемы и аналогичны для всех модификаций схем параллельных инверторов напряжения.An embodiment of a parallel voltage inverter according to the zero circuit with control according to the claimed method is also possible. In the zero circuit, a parallel load circuit is connected to the output terminals of the voltage inverter through an isolation (matching) transformer having a zero terminal on the primary winding. The actions carried out when implementing the proposed control method do not depend on the variant of the circuit diagram and are similar for all modifications of the circuits of parallel voltage inverters.

Способ управления параллельным инвертором напряжения с источником постоянного напряжения питания на входе, имеющим характеристику источника напряжения, работающим на нагрузку в виде параллельного колебательного контура с высокой добротностью, реализуется следующими действиями. Измеряют мгновенный ток вентилей и мгновенные напряжения на компенсирующем и фильтровых конденсаторах. Задают уровень максимального тока. Формируют и подают сигнал управления на соответствующие вентили и их включают в момент равенства мгновенных напряжений на компенсирующем и фильтровых конденсаторах. Снимают сигнал управления и выключают вентили в момент равенства мгновенного тока вентилей заданному уровню максимального тока.The method of controlling a parallel voltage inverter with a constant voltage power source at the input, having the characteristic of a voltage source, operating on a load in the form of a parallel oscillating circuit with high quality factor, is implemented by the following actions. Measure the instantaneous current of the valves and the instantaneous voltage at the compensating and filter capacitors. Set the maximum current level. A control signal is generated and applied to the corresponding valves and they are turned on at the moment of instantaneous voltage equality on the compensating and filter capacitors. The control signal is removed and the valves are turned off when the instantaneous current of the valves is equal to the specified maximum current level.

Параллельные инверторы напряжения (фиг.1) содержат подключенную к входным выводам инвертора через дроссель фильтра 1 силовую схему с фильтровым конденсатором 2, нагрузочный параллельный колебательный контур, включающий индуктор 3 и компенсирующий конденсатор 4, вентиль 5 с встречно-параллельным диодом 6. В полумостовой схеме дополнительно последовательно с вентилем включен второй вентиль 7 с вторым встречно-параллельным диодом 8 и последовательно с фильтровым конденсатором второй фильтровой конденсатор 9. В мостовой схеме в состав вентильного моста входит третий вентиль 10 с встречно-параллельным диодом 11 и четвертый вентиль 12 с встречно-параллельным диодом 13. Второй фильтровой конденсатор в мостовой схеме служит для защиты вентилей моста от кратковременных коммутационных перенапряжений.Parallel voltage inverters (Fig. 1) contain a power circuit connected to the input terminals of the inverter through the filter reactor 1 with a filter capacitor 2, a parallel load oscillating circuit including an inductor 3 and a compensating capacitor 4, valve 5 with an anti-parallel diode 6. In a half-bridge circuit in addition, a second valve 7 with a second counter-parallel diode 8 and a second filter capacitor 9 in series with the filter capacitor are connected in series with the valve. In the bridge circuit, the valve The leg of the bridge includes a third valve 10 with anti-parallel diode 11 and the fourth valve 12 with antiparallel diode 13. The second capacitor is a filter in the bridge circuit serves to protect the bridge against transient gates switching overvoltage.

Для увеличения выходной мощности и повышения надежности работы в полумостовой схеме вентили 5, 10 и 7, 12 и встречно-параллельные диоды 6, 11 и 8, 13 включены параллельно (фиг.2). При этом электромагнитные процессы в схеме параллельного инвертора напряжения протекают аналогично. Функциональная схема также содержит последовательную цепь, включающую датчик напряжения 14 на фильтровом конденсаторе, компаратор 15, RS-триггер 16 и формирователь импульсов 17, соединенный с управляющими электродами первого и третьего вентиля, вторую последовательную цепь, содержащую датчик напряжения 18 на втором фильтровом конденсаторе, второй компаратор 19, второй RS-триггер 20 и второй формирователь импульсов 21, соединенный с управляющими электродами второго и четвертого вентиля, датчик напряжения 22 на компенсирующем конденсаторе, выход которого соединен со вторыми входами первого и второго компаратора, датчик тока вентиля 23, третий компаратор 24, выход датчика тока подключен к входу третьего компаратора, выход которого соединен с входом (R) сброса RS-триггера, датчик тока второго вентиля 25, четвертый компаратор 26, выход второго датчика тока подключен к входу четвертого компаратора, выход которого соединен с входом (R) сброса второго RS-триггера, источник задания уровня максимального тока 27, выход которого подключен к вторым входам третьего и четвертого компараторов.To increase the output power and increase the reliability of operation in a half-bridge circuit, the valves 5, 10 and 7, 12 and counter-parallel diodes 6, 11 and 8, 13 are connected in parallel (figure 2). In this case, electromagnetic processes in the circuit of a parallel voltage inverter proceed similarly. The functional circuit also contains a serial circuit including a voltage sensor 14 on the filter capacitor, a comparator 15, an RS-trigger 16 and a pulse shaper 17 connected to the control electrodes of the first and third valves, a second serial circuit containing a voltage sensor 18 on the second filter capacitor, the second a comparator 19, a second RS-flip-flop 20 and a second pulse shaper 21 connected to the control electrodes of the second and fourth valves, a voltage sensor 22 on a compensating capacitor, output connected to the second inputs of the first and second comparator, valve current sensor 23, third comparator 24, the output of the current sensor is connected to the input of the third comparator, the output of which is connected to the RS-flip reset input (R), the current sensor of the second valve 25, fourth comparator 26 , the output of the second current sensor is connected to the input of the fourth comparator, the output of which is connected to the reset input (R) of the second RS trigger, the source for setting the maximum current level 27, the output of which is connected to the second inputs of the third and fourth comparators.

Параллельный инвертор напряжения в установившемся режиме работает следующим образом. Вентили 5, 10 и 7, 12 включаются поочередно по сигналам формирователей импульсов 17, 21 с частотой, равной частоте выходного сигнала инвертора напряжения. Значения индуктивности дросселя фильтра 1 и емкостей фильтровых конденсаторов 2, 9 выбраны достаточной величины для качественной фильтрации тока и напряжения на входе однофазного полумоста. Таким образом, имеем реализацию автономного инвертора напряжения с источниками постоянного напряжения питания на входе, имеющими характеристики источников напряжения. Компенсирующий конденсатор 4 обеспечивает параллельную компенсацию реактивной мощности индукционного нагревателя (нагрузки) 3. Полный цикл (период) выходного сигнала параллельного инвертора напряжения состоит из двух равных временных интервалов (полупериодов - Т/2, где Т - период выходного напряжения), соответствующих различным сочетаниям включенного и выключенного состояния управляемых вентилей 5, 7, 10, 12 и встречно-параллельных диодов 6, 8, 11, 13. Электромагнитные процессы в различных полупериодах протекают аналогично. При этом токи и напряжения на выходных выводах, компенсирующем конденсаторе 4 и нагрузке 3 в соответствующих полупериодах одного периода имеют противоположные (по знаку) значения.A parallel voltage inverter in steady state operates as follows. Gates 5, 10 and 7, 12 are switched on alternately according to the signals of the pulse shapers 17, 21 with a frequency equal to the frequency of the output signal of the voltage inverter. The inductance values of filter inductor 1 and filter capacitors 2, 9 are selected of a sufficient value for high-quality filtering of current and voltage at the input of a single-phase half-bridge. Thus, we have the implementation of an autonomous voltage inverter with constant voltage power sources at the input having the characteristics of voltage sources. Compensating capacitor 4 provides parallel compensation of the reactive power of the induction heater (load) 3. The full cycle (period) of the output signal of the parallel voltage inverter consists of two equal time intervals (half periods - T / 2, where T is the period of the output voltage), corresponding to various combinations of and off state of the controlled valves 5, 7, 10, 12 and counter-parallel diodes 6, 8, 11, 13. Electromagnetic processes in different half-periods proceed in a similar way. In this case, the currents and voltages at the output terminals, the compensating capacitor 4 and the load 3 in the corresponding half-periods of the same period have opposite (sign) values.

В каждом полупериоде (фиг.3) можно выделить три различных по характеру электромагнитных процессов временных интервала (проводимости управляемых вентилей t₁-t₀, t₅-t₄, t₉-t₈, проводимости встречно-параллельных диодов t₄-t₃, t₈-t₇, а также паузы t₃-t₂, t₇-t₆ в работе управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов). Основной интервал соответствует интервалу проводимости управляемых вентилей 5, 10 или 7, 12. Два других интервала целесообразно устанавливать малой длительности выбором параметров элементов, что позволяет обеспечить высокие энергетические показатели устройства.In each half-period (Fig. 3), three different time intervals can be distinguished by the nature of electromagnetic processes (conductivity of controlled valves t ₁ -t ₀ , t ₅ -t ₄ , t ₉ -t ₈ , conductivity of counter-parallel diodes t ₄ -t ₃ , t ₈ -t ₇ , as well as pauses t ₃ -t ₂ , t ₇ -t ₆ in the operation of controlled valves and counter-parallel diodes). The main interval corresponds to the conductivity interval of the controlled valves 5, 10 or 7, 12. It is advisable to set the other two intervals to short duration by choosing the parameters of the elements, which allows to ensure high energy performance of the device.

На интервалах проводимости встречно-параллельных диодов 6, 11 и 7, 13 к выключенным (непроводящим) управляемым вентилям 5, 10 и 7, 12 прикладывается небольшое обратное (отрицательное) напряжение, равное падению напряжения на соответствующих встречно-параллельных диодах (6, 11 и 7, 13) Таким образом, переход в проводящее состояние управляемых вентилей (5, 10 и 7, 12) осуществляется при близком к нулевому уровню напряжения на них и, следовательно, при малой величине коммутационных потерь на включение вентилей.On the conduction intervals of counter-parallel diodes 6, 11 and 7, 13, a small reverse (negative) voltage equal to the voltage drop across the corresponding counter-parallel diodes (6, 11 and 7, 13) Thus, the transition to the conducting state of the controlled valves (5, 10 and 7, 12) is carried out at a voltage close to zero and, therefore, with a small amount of switching losses for switching on the valves.

Сигналы управления на вентили 5, 10 и 7, 12 формируются формирователями импульсов 17, 21 в моменты равенства мгновенных напряжений на компенсирующем конденсаторе 4 и на фильтровых конденсаторах 2 и 9 соответственно. Формирование очередных импульсов управления вентилями осуществляется переводом RS-триггеров 16, 20 сигналами компараторов 15, 19 в заданное состояние по входам установки (S). Напряжения измеряются датчиками 22, 14, 18. Однако вентили 5, 10 и 7, 12 в момент подачи сигналов управления на них не переходят в проводящее состояние. Вначале включаются соответствующие встречно-параллельные диоды 6, 11 и 8, 13. Управляемые вентили 5, 10 и 7, 12 начинают проводить ток только после спада тока и выключения соответствующих встречно-параллельных диодов 6, 11 и 8, 13.The control signals to the valves 5, 10 and 7, 12 are generated by pulse shapers 17, 21 at the instant of equality of instantaneous voltages on the compensating capacitor 4 and on the filter capacitors 2 and 9, respectively. The formation of the next valve control pulses is carried out by translating the RS-flip-flops 16, 20 by the signals of the comparators 15, 19 into a predetermined state at the unit inputs (S). Voltages are measured by sensors 22, 14, 18. However, valves 5, 10, and 7, 12 do not go into a conducting state at the moment of supply of control signals to them. First, the corresponding anti-parallel diodes 6, 11 and 8, 13 are turned on. The controlled valves 5, 10 and 7, 12 begin to conduct current only after the current drops and the corresponding anti-parallel diodes 6, 11 and 8, 13 are turned off.

В момент включения (переход в состояние проводимости), например, управляемых вентилей 5, 10 напряжение на компенсирующем конденсаторе 4 имеет условно положительную полярность (положительный потенциал на правой по схеме на фиг.2 обкладке компенсирующего конденсатора 4). Ток через нагрузку 3 после включения вентилей 5, 10 начинает возрастать. В момент равенства мгновенного тока вентилей 5, 10 заданному источником задания 27 уровню максимального тока третий компаратор 24 формирует сигнал сброса на RS-триггер 16. При этом сигнал управления (формирователь импульсов 17) с вентилей 5, 10 снимается. На фиг.3 моменты снятия сигнала управления с вентилей 5, 10 соответствуют моментам времени t₁, t₉. Вентили 5, 10 выключаются. С момента выключения вентилей 5, 10 начинается интервал паузы. Напряжение на компенсирующем конденсаторе 4 в интервале паузы изменяется по колебательному закону, а ток нагрузки 3 вначале несколько возрастает (интервал t₂-t₁). Далее ток нагрузки 3 снижается по колебательному закону. Компенсирующий конденсатор 4 в интервале паузы перезаряжается до напряжения противоположной (отрицательной) полярности. В момент (t₃) равенства мгновенного напряжения на компенсирующем конденсаторе 4 напряжению на фильтровом конденсаторе 9 включаются встречно-параллельные диоды 8, 13, а формирователем импульсов 21 формируется импульс управления на вентили 7, 12. Формирование импульса управления осуществляется переводом второго RS-триггера 20 сигналом компаратора 19 в заданное состояние по входу установки (S). Напряжения измеряются датчиками 22 и 18. Электромагнитные процессы при включении встречно-параллельных диодов 8, 13 протекают аналогично. Но при этом токи и напряжения на выходных выводах, компенсирующем конденсаторе 4 и нагрузке 3, имеют противоположные предыдущему полупериоду (по знаку) значения. Ток вентилей 7, 12 измеряется датчиком тока 25. Сброс второго RS-триггера 20 в момент равенства мгновенного тока вентилей 7, 12 заданному источником задания 27 уровню максимального тока осуществляется сигналом четвертого компаратора 26.At the moment of switching on (transition to the conduction state), for example, of the controlled valves 5, 10, the voltage at the compensating capacitor 4 has a conditionally positive polarity (positive potential on the right side of the compensating capacitor 4 lining according to the scheme in Fig. 2). The current through the load 3 after turning on the valves 5, 10 begins to increase. At the instant of equality of the instantaneous current of the valves 5, 10 to the maximum current level set by the reference source 27, the third comparator 24 generates a reset signal to the RS trigger 16. In this case, the control signal (pulse shaper 17) is removed from the valves 5, 10. In Fig.3, the moments of removal of the control signal from the valves 5, 10 correspond to time instants t ₁ , t ₉ . Gates 5, 10 are turned off. From the moment the valves 5, 10 are turned off, the interval of a pause begins. The voltage at the compensating capacitor 4 in the interval of a pause varies according to the oscillatory law, and the load current 3 initially increases slightly (interval t ₂ -t ₁ ). Further, the load current 3 decreases according to the oscillatory law. The compensating capacitor 4 in the interval of a pause is recharged to a voltage of opposite (negative) polarity. At the instant (t ₃ ), the instantaneous voltage at the compensating capacitor 4 is equal to the voltage at the filter capacitor 9, counter-parallel diodes 8, 13 are turned on, and the pulse shaper 21 generates a control pulse to the valves 7, 12. The control pulse is generated by the translation of the second RS-trigger 20 the signal of the comparator 19 in a predetermined state at the input of the installation (S). Voltages are measured by sensors 22 and 18. Electromagnetic processes when the on-parallel diodes 8, 13 are turned on proceed similarly. But at the same time, the currents and voltages at the output terminals, the compensating capacitor 4 and the load 3, have values opposite to the previous half-cycle (in sign). The current of the valves 7, 12 is measured by the current sensor 25. The reset of the second RS-flip-flop 20 at the moment of equality of the instantaneous current of the valves 7, 12 given by the reference source 27 to the maximum current level is carried out by the signal of the fourth comparator 26.

Период в работе параллельного инвертора напряжения заканчивается в момент следующего перехода вентилей 5,10 в проводящее состояние.The period in the operation of the parallel voltage inverter ends at the moment of the next transition of the 5.10 valves to the conducting state.

Управляемые вентили 5, 10 и 7, 12 при реализации параллельного инвертора напряжения должны быть выполнены двухоперационными, то есть полностью управляемыми симметричными или несимметричными (запираемые тиристоры, транзисторы различных типов, комбинированные ключи).The controlled valves 5, 10 and 7, 12, when implementing a parallel voltage inverter, must be double-acting, that is, fully controlled symmetric or asymmetric (lockable thyristors, transistors of various types, combination keys).

На диаграммах фиг.3 использованы следующие обозначения. Сигналы управления вентилей обозначены как 17 и 21, напряжение на нагрузке (компенсирующем конденсаторе) - 4, ток индуктора - 3, сигналы датчиков тока 23, 25 на интервалах проводимости вентилей 5, 10 и встречно-параллельных диодов 6, 11, соответственно, 5, 6, а на интервалах проводимости вентилей 7, 12 и встречно-параллельных диодов 8, 13 как 7, 8, сигнал источника задания уровня максимального тока - 27, текущее время - 1.In the diagrams of figure 3, the following notation is used. The control signals of the valves are indicated as 17 and 21, the voltage at the load (compensating capacitor) is 4, the inductor current is 3, the signals of the current sensors 23, 25 at the conduction intervals of the valves 5, 10 and counter-parallel diodes 6, 11, respectively, 5, 6, and on the conduction intervals of gates 7, 12 and counter-parallel diodes 8, 13 as 7, 8, the source signal for setting the maximum current level is 27, the current time is 1.

Параллельный инвертор напряжения, таким образом, работает по принципу самовозбуждающегося инвертора. Нагрузка представляет собой колебательный контур параллельного типа. При этом инвертор питается от источников постоянного напряжения на входе, имеющих характеристику источника напряжения. Автономный инвертор по характеру электромагнитных процессов относится к новому классу параллельных инверторов напряжения. Выключение управляемых вентилей осуществляется при близком к нулевому уровню напряжения на них.The parallel voltage inverter thus operates on the principle of a self-excited inverter. The load is an oscillating circuit of a parallel type. In this case, the inverter is powered from DC voltage sources at the input, which have the characteristic of a voltage source. By the nature of electromagnetic processes, an autonomous inverter belongs to a new class of parallel voltage inverters. The controlled valves are turned off at a voltage close to zero.

По сравнению с прототипом при управлении по заявляемому способу существенно повышается надежность работы параллельного инвертора напряжения на изменяющуюся в широких пределах электротехнологическую нагрузку высокой добротности. Это достигается снижением амплитудных величин токов управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов за счет использования параллельной компенсации реактивности индукционного нагревателя (нагрузки), уровней перенапряжений на управляемых вентилях и встречно-параллельных диодах, возникающих при их выключении, уровней коммутационных потерь и электромагнитных помех, возникающих при включении и выключении управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов, обеспечением ограничения тока источника питания инвертора при аварийных замыканиях выходных выводов инвертора напряжения на корпус нагрузки за счет дросселя фильтра. Повышается устойчивость автономного параллельного инвертора напряжения при работе на изменяющуюся в широких пределах электротехнологическую нагрузку (индукционный нагреватель) за счет снижения вероятности сбоев в системе управления. За счет использования принципа самовозбуждения и паузы в работе исключается вероятность возникновения режимов перекрытия токов управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов, а также сбоев в системе управления инвертора. Снижаются статические и динамические потери энергии в полупроводниковых структурах управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов.Compared with the prototype when controlling by the present method, the reliability of the parallel voltage inverter for a widely varying electrotechnological load of high quality is significantly increased. This is achieved by reducing the amplitude values of the currents of the controlled valves and counter-parallel diodes due to the use of parallel compensation of the reactance of the induction heater (load), the levels of overvoltage on the controlled valves and counter-parallel diodes that occur when they are turned off, the levels of switching losses and electromagnetic interference arising from turning on and off controlled gates and counter-parallel diodes, ensuring current limitation of the inverter power supply during emergency clashes of the output terminals of the voltage inverter to the load housing due to the filter choke. The stability of an autonomous parallel voltage inverter increases when working on a widely varying electrotechnological load (induction heater) by reducing the likelihood of failures in the control system. By using the principle of self-excitation and a pause in operation, the probability of occurrence of overlapping currents of controlled gates and counter-parallel diodes, as well as failures in the control system of the inverter, is eliminated. Static and dynamic energy losses in semiconductor structures of controlled gates and anti-parallel diodes are reduced.

Повышение надежности работы автономного параллельного инвертора напряжения оценивается по времени наработки на отказ. Согласно экспериментальным исследованиям и экспертным оценкам время наработки на отказ инвертора с управлением по заявляемому способу может быть увеличено на 35-40%.Improving the reliability of an autonomous parallel voltage inverter is estimated by the mean time between failures. According to experimental studies and expert estimates, the time between failures of the inverter with control according to the claimed method can be increased by 35-40%.

По сравнению с прототипом дополнительно повышается коэффициент полезного действия параллельного инвертора напряжения за счет уменьшения коммутационных и статических потерь энергии в управляемых вентилях и встречно-параллельных диодах (снижение уровней коммутационных перенапряжений, начальных скоростей нарастания и скоростей спада тока при включениях и выключениях управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов, рекуперация части энергии перенапряжений в нагрузку).Compared with the prototype, the efficiency of a parallel voltage inverter is further increased by reducing switching and static energy losses in controlled valves and counter-parallel diodes (lowering levels of switching overvoltages, initial rise and fall rates of currents when turning on and off controlled valves and counter-current parallel diodes, recovery of part of the energy of the overvoltage in the load).

Дополнительно (по сравнению с прототипом) может быть существенно упрощена конструкция энергетической (силовой) части инвертора напряжения за счет обеспечения возможности использования управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов со сниженными требованиями к их параметрам и более низкой ценой при выполнении инвертора (преобразователя частоты) на заданную мощность.Additionally (in comparison with the prototype), the design of the energy (power) part of the voltage inverter can be significantly simplified by providing the possibility of using controlled valves and counter-parallel diodes with reduced requirements for their parameters and lower price when performing the inverter (frequency converter) for a given power.

Может быть расширена область применения способа управления за счет использования его в установках для индукционного нагрева деталей больших размеров, что обусловлено возможностью получения достаточна высоких уровней выходных напряжений параллельного инвертора напряжения, а также обеспечением стабилизации уровней максимального тока вентилей и, соответственно, индуктора. В результате, также может быть дополнительно повышен коэффициент полезного действия параллельного инвертора напряжения.The scope of application of the control method can be expanded by using it in installations for induction heating of large parts, which is due to the possibility of obtaining sufficiently high levels of output voltages of the parallel voltage inverter, as well as ensuring stabilization of the maximum current levels of the valves and, accordingly, the inductor. As a result, the efficiency of the parallel voltage inverter can also be further increased.

Claims

A control method for a parallel voltage inverter, which measures the instantaneous current of the valves and instantaneous voltages on the compensating and filter capacitors, sets the maximum current level, generates and sends a control signal to the corresponding valves and turns them on at the moment of instant equality of the voltage on the compensating and filter capacitors, takes the signal control and turn off the valves at the moment of equality of the instantaneous current of the valves to a given maximum current level.