RU2199813C2

RU2199813C2 - Current inverter control method

Info

Publication number: RU2199813C2
Application number: RU2000107587/09A
Authority: RU
Inventors: Е.М. Силкин
Original assignee: Акционерное общество открытого типа ЭЛСИ
Priority date: 2000-03-28
Filing date: 2000-03-28
Publication date: 2003-02-27

Abstract

FIELD: converter engineering; control systems for induction heating installations. SUBSTANCE: method for controlling current inverter operating into load in the form of parallel oscillatory circuit boils down to generation of control pulses and their alternate supply to valves shaping forward and backward voltage half-waves across load. Instant voltage value across load is measured, short sync pulse is shaped during moments when instant value of voltage across load crosses zero, number is given, time interval between moments when instant values of voltage across load are crossing zero is measured, second time interval within effective space of sync pulse is calculated by multiplying measured time interval by given number, and next control pulses are supplied to valves upon expiration of second time interval. Second time interval is counted starting from effective space of sync pulse. EFFECT: enhanced operating reliability of current inverter. 2 dwg

Description

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах управления для установок индукционного нагрева. The invention relates to a conversion technique and can be used in control systems for induction heating plants.

Известен способ управления инвертором тока, работающим на нагрузку в виде параллельного колебательного контура, заключающийся в формировании и поочередной подаче импульсов управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны напряжения на нагрузке (А.с. 1624638 СССР, МКИ Н 02 М 7/523. Инвертор тока / Далиев С.В., Силкин Е.М., Качан Ю.П. и др. // Б.И. 4, 1991). A known method of controlling a current inverter operating on a load in the form of a parallel oscillatory circuit, which consists in the formation and alternating supply of control pulses to the valves forming the direct and reverse half-waves of the voltage at the load (A.S. 1624638 USSR, MKI N 02 M 7/523. Current inverter / Daliev S.V., Silkin E.M., Kachan Yu.P. et al. // B.I. 4, 1991).

Недостатком способа управления является низкая надежность работы инвертора тока при изменении параметров нагрузки в широких пределах, что обусловлено возможностью превышения допустимых значений напряжений на вентилях при изменении сопротивления нагрузки в сторону х.х. The disadvantage of the control method is the low reliability of the current inverter when changing the load parameters over a wide range, due to the possibility of exceeding the allowable voltage values on the valves when changing the load resistance in the direction of x.x.

Известен способ управления инвертором тока, работающим на нагрузку в виде параллельного колебательного контура, заключающийся в формировании и поочередной подаче импульсов управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны напряжения на нагрузке (А.с. 1758812 СССР, МКИ Н 02 М 7/523. Параллельный инвертор тока/ Силкин Е.М., Далиев С.В., Качан Ю.П. и др. // Б. И. 32, 1992). A known method of controlling a current inverter operating on a load in the form of a parallel oscillatory circuit, which consists in the formation and alternating supply of control pulses to the valves forming the forward and reverse half-waves of the voltage at the load (A.S. 1758812 USSR, MKI N 02 M 7/523. Parallel current inverter / Silkin E.M., Daliev S.V., Kachan Yu.P. et al. // B.I. 32, 1992).

Известен способ управления инвертором тока, работающим на нагрузку в виде параллельного колебательного контура, заключающийся в формировании и поочередной подаче импульсов управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны напряжения на нагрузке (А.с. 1624637 СССР, МКИ Н 02 М 7/523. Инвертор тока/ Далиев С.В., Силкин Е.М., Качан Ю.П. и др. // Б.И. 4, 1991). A known method of controlling a current inverter operating on a load in the form of a parallel oscillatory circuit, which consists in the formation and alternating supply of control pulses to the valves forming the forward and reverse half-waves of the voltage at the load (A.S. 1624637 USSR, MKI N 02 M 7/523. Current inverter / Daliev S.V., Silkin E.M., Kachan Yu.P. et al. // B.I. 4, 1991).

Данный способ управления инвертором тока выбирается в качестве прототипа. This method of controlling a current inverter is selected as a prototype.

Недостатком прототипа является низкая надежность работы инвертора тока при изменении параметров нагрузки в широких пределах, что обусловлено возможностью превышения допустимых значений напряжений на вентилях при изменении сопротивления нагрузки в сторону х.х. The disadvantage of the prototype is the low reliability of the current inverter when changing load parameters over a wide range, due to the possibility of exceeding the allowable voltage values on the valves when changing the load resistance in the direction of x.x.

Изобретение направлено на решение задачи повышения надежности работы инвертора тока на нагрузку в виде параллельного колебательного контура с изменяющимися в широких пределах параметрами, что является целью изобретения. The invention is aimed at solving the problem of improving the reliability of the current inverter to the load in the form of a parallel oscillatory circuit with parameters varying over a wide range, which is the aim of the invention.

Указанная цель достигается тем, что в способе управления инвертором тока, работающим на нагрузку в виде параллельного колебательного контура, заключающемся в формировании и поочередной подаче импульсов управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны напряжения на нагрузке, измеряют мгновенное значение напряжения на нагрузке, формируют короткий импульс синхронизации в моменты перехода мгновенного значения напряжения на нагрузке через нулевое значение, задают число, измеряют интервал времени между моментами перехода мгновенного значения напряжения на нагрузке через нулевое значение, вычисляют второй интервал времени в интервале действия короткого импульса синхронизации путем умножения измеренного интервала времени на заданное число, подают очередные импульсы управления на вентили по истечении второго интервала времени, причем отсчет второго интервала времени начинают в интервале действия короткого импульса синхронизации. This goal is achieved by the fact that in the method of controlling a current inverter operating on a load in the form of a parallel oscillating circuit, which consists in the formation and alternating supply of control pulses to the valves forming the forward and reverse half-waves of the voltage on the load, measure the instantaneous voltage value on the load, form a short the synchronization pulse at the moments of transition of the instantaneous value of the voltage across the load through the zero value, set the number, measure the time interval between the moments of transition m the new value of the voltage across the load through the zero value, calculate the second time interval in the interval of action of a short synchronization pulse by multiplying the measured time interval by a predetermined number, apply the next control pulses to the valves after the second time interval, and the second time interval starts counting in the short time interval pulse synchronization.

Существенным отличием, характеризующим изобретение, является повышение надежности работы инвертора тока на изменяющуюся в широких пределах нагрузку за счет стабилизации напряжений на вентилях при стабилизации угла опережения. A significant difference characterizing the invention is to increase the reliability of the current inverter for a load that varies over a wide range by stabilizing the voltages on the valves while stabilizing the lead angle.

Повышение надежности работы инвертора тока на изменяющуюся нагрузку является полученным техническим результатом, обусловленным новыми действиями и порядком их осуществления в способе управления, т.е. отличительными признаками. Таким образом, отличительные признаки заявляемого способа управления инвертором тока являются существенными. Improving the reliability of the current inverter for a changing load is the obtained technical result due to new actions and the order of their implementation in the control method, i.e. distinguishing features. Thus, the distinguishing features of the proposed method for controlling a current inverter are essential.

На фиг. 1 приведена схема устройства для реализации способа управления, на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие способ. In FIG. 1 shows a diagram of a device for implementing a control method, FIG. 2 is a timing chart explaining the method.

Способ управления инвертором тока, работающим на нагрузку в виде параллельного колебательного контура, реализуется следующими действиями. The method of controlling a current inverter operating on a load in the form of a parallel oscillatory circuit is implemented by the following actions.

Формируют и поочередно подают импульсы управления на вентили, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке. Причем измеряют мгновенное значение напряжения на нагрузке, формируют короткий импульс синхронизации в моменты перехода мгновенного значения напряжения на нагрузке через нулевое значение, задают число, измеряют интервал времени между моментами перехода мгновенного значения напряжения на нагрузке через нулевое значение, вычисляют второй интервал времени в интервале действия короткого импульса синхронизации путем умножения измеренного интервала времени на заданное число, подают очередные импульсы управления на вентили по истечении второго интервала времени, причем отсчет второго интервала времени начинают в интервале действия короткого импульса синхронизации. Control pulses are formed and alternately fed to the valves, which form the forward and reverse half-waves of the current in the load. Moreover, the instantaneous value of the voltage at the load is measured, a short synchronization pulse is generated at the instant of the instantaneous value of the voltage across the load passing through the zero value, the number is set, the time interval between the moments of the instantaneous value of the voltage across the load passing through the zero value is measured, the second time interval is calculated within the short synchronization pulse by multiplying the measured time interval by a predetermined number, the next control pulses are fed to the valves after the second time interval, and the second time interval begins in the interval of action of a short synchronization pulse.

Устройство для реализации способа управления инвертором тока содержит подключенный к входным выводам через дроссель фильтра 1 однофазный мост на четырех вентилях 2-5 с нагрузкой в виде параллельного колебательного контура, образованного индуктором 6 и коммутирующим конденсатором 7, последовательную цепь из задающего генератора 8, счетчика 9, регистра 10, арифметическо-логического устройства 11, таймера 12, распределителя импульсов управления 13 и выходного каскада 14, подключенного к управляющим электродам вентилей, формирующих прямую полуволну тока в нагрузке, второй выходной каскад 15, вход которого подключен к второму выходу распределителя импульсов управления, а выходы соединены с управляющими электродами вентилей, формирующих обратную полуволну напряжения в нагрузке, датчик мгновенного значения напряжения на нагрузке 16, нуль-орган 17, вход которого соединен с выходом датчика мгновенного значения напряжения на нагрузке, а выход подключен к входам синхронизации счетчика, регистра и таймера, второй регистр, выход которого соединен с вторым входом арифметическо-логического устройства. A device for implementing a method of controlling a current inverter contains a single-phase bridge connected to the input terminals through a filter inductor 1 with four valves 2-5 with a load in the form of a parallel oscillating circuit formed by an inductor 6 and a switching capacitor 7, a serial circuit from a master oscillator 8, counter 9, register 10, arithmetic logic device 11, timer 12, control pulse distributor 13 and output stage 14 connected to the control electrodes of the valves forming a straight half the current in the load, the second output stage 15, the input of which is connected to the second output of the control pulse distributor, and the outputs are connected to the control electrodes of the valves forming the inverse half-wave of the voltage in the load, the sensor of the instantaneous voltage value on the load 16, zero-organ 17, the input of which connected to the output of the sensor instantaneous voltage on the load, and the output is connected to the synchronization inputs of the counter, register and timer, the second register, the output of which is connected to the second input of the arithmetic-logical device.

При управлении инвертором тока по заявляемому способу управления максимальное напряжение на вентилях и нагрузке равно
U=aE/cos (b),
где а - постоянный коэффициент, Е - напряжение питания инвертора тока, b - угол опережения.When controlling a current inverter according to the claimed control method, the maximum voltage at the valves and the load is
U = aE / cos (b),
where a is a constant coefficient, E is the supply voltage of the current inverter, b is the lead angle.

Для угла опережения можно записать следующие выражения:
b/π=(Т-kT)/Т;
b=π(1-k)
где π - число "пи", Т - период повторяемости, k - заданное число.For the lead angle, the following expressions can be written:
b / π = (T-kT) / T;
b = π (1-k)
where π is the number pi, T is the repeatability period, k is the given number.

Таким образом, при управлении инвертором тока по заявляемому способу управления угол опережения b не зависит от периода повторяемости Т (от собственной частоты колебательного контура), т.е. от параметров нагрузки. Угол опережения b при изменении параметров нагрузки остается постоянным, и стабилизируется максимальное напряжение на вентилях инвертора тока. Thus, when controlling the current inverter according to the claimed control method, the lead angle b does not depend on the repeatability period T (on the natural frequency of the oscillating circuit), i.e. from load parameters. The lead angle b remains constant when the load parameters change, and the maximum voltage on the valves of the current inverter stabilizes.

Устройство для реализации способа управления работает следующим образом. A device for implementing the control method operates as follows.

В моменты перехода мгновенного значения напряжения на нагрузке через нулевое значение нуль-орган 17 по сигналу датчика мгновенного значения напряжения 16 формируется короткий импульс синхронизации. В интервале действия короткого импульса синхронизации последовательно производится запись кода с выхода счетчика 9 в регистр 10, обнуление счетчика 9, умножение кода на выходе регистра 10 на код заданного числа на выходе второго регистра 18 в арифметическо-логическом устройстве 11, выдача кода результата на выход арифметическо-логического устройства 11, запись результата в таймер 12. Результат на выходе арифметическо-логического устройства соответствует второму интервалу времени. Таймер 12 работает на вычитание и запускается в интервале действия короткого импульса синхронизации. По истечении второго интервала времени на выходе таймера 12 формируется сигнал подачи очередного импульса управления на вентили 2-5. Импульс управления через распределитель импульсов управления 13 поступает на соответствующий выходной каскад 14 или 15. Выходные каскады 14, 15 служат для усиления импульсов управления вентилями 2-5 и гальванической развязки силовых и управляющих цепей. Интервал времени между моментами перехода мгновенного значения напряжения на нагрузке через нулевое значение измеряется по методу подсчета импульсов высокой частоты задающего генератора 8. Число подсчитанных счетчиком 9 импульсов задающего генератора 8 соответствует измеренному интервалу времени (периоду повторяемости). At the instant of transition of the instantaneous value of the voltage across the load through the zero value of the null-organ 17, a short synchronization pulse is generated by the signal of the instantaneous voltage value sensor 16. In the interval of action of a short synchronization pulse, a code is written sequentially from the output of counter 9 to register 10, zeroing the counter 9, multiplying the code at the output of register 10 by the code of a given number at the output of second register 18 in the arithmetic-logic device 11, and issuing the result code to the output is arithmetic -logic device 11, recording the result in timer 12. The result at the output of the arithmetic-logical device corresponds to the second time interval. The timer 12 operates on subtraction and starts in the interval of action of a short synchronization pulse. After the second time interval has elapsed, an output signal of the next control pulse to valves 2-5 is generated at the output of timer 12. The control pulse through the control pulse distributor 13 is supplied to the corresponding output stage 14 or 15. The output stages 14, 15 serve to amplify the control pulses of the valves 2-5 and galvanic isolation of the power and control circuits. The time interval between the moments when the instantaneous value of the voltage across the load passes through the zero value is measured by the method of counting high-frequency pulses of the master oscillator 8. The number of pulses counted by the counter 9 of the master oscillator 8 corresponds to the measured time interval (repetition period).

На временных диаграммах 1 - импульсы синхронизации на выходе нуль-органа 17; 2 - импульсы на выходах распределителя импульсов 13; 3 - условный сигнал на выходе счетчика 9; 4 - условный сигнал таймера 12. On time charts 1 - synchronization pulses at the output of the zero-organ 17; 2 - pulses at the outputs of the pulse distributor 13; 3 - conditional signal at the output of the counter 9; 4 - conditional signal of the timer 12.

По сравнению с прототипом повышается надежность работы инвертора тока. Повышение надежности обеспечивается стабилизацией максимального напряжения на вентилях инвертора тока на заданном уровне при изменении параметров нагрузки в широких пределах. Повышение надежности работы инвертора тока при управлении по заявляемому способу оценивается по увеличению времени наработки на отказ. Согласно экспертным оценкам время наработки на отказ инвертора тока может увеличиваться в 1,5-2 раза по сравнению с прототипом. Compared with the prototype increases the reliability of the current inverter. Improving reliability is provided by stabilizing the maximum voltage on the valves of the current inverter at a given level when changing load parameters over a wide range. Improving the reliability of the current inverter during control by the claimed method is evaluated by increasing the time between failures. According to expert estimates, the time between failures of the current inverter can increase by 1.5-2 times in comparison with the prototype.

Claims

A method of controlling a current inverter operating on a load in the form of a parallel oscillatory circuit, which consists in generating and alternately supplying control pulses to the valves forming the forward and reverse half-waves of the voltage at the load, characterized in that the instantaneous value of the voltage across the load is measured, and a short synchronization pulse is generated in the moments of the instantaneous transition of the voltage across the load through the zero value set the number k satisfying the expression b = π (1-k), where b is the lead angle, π is the number of pi measure the time interval between the moments of the instantaneous value of the voltage across the load passing through the zero value, calculate the second time interval in the interval of action of the short synchronization pulse by multiplying the measured time interval by a given number k, send the next control pulses to the valves after the second time interval, and the second the time interval begins in the interval of action of a short synchronization pulse.