RU2304839C2

RU2304839C2 - Method for controlling single-phase voltage inverter and single-phase voltage inverter controlled by using this method

Info

Publication number: RU2304839C2
Application number: RU2005119922/09A
Authority: RU
Inventors: н Павел Григорьевич Колпахчь (RU); Павел Григорьевич Колпахчьян; Александр Иванович Лещев (RU); Александр Иванович Лещев; Юрий Александрович Лещев (RU); Юрий Александрович Лещев; Владимир Михайлович Панасенко (RU); Владимир Михайлович Панасенко; Константин Павлович Солтус (RU); Константин Павлович Солтус
Priority date: 2005-06-27
Filing date: 2005-06-27
Publication date: 2007-08-20
Also published as: RU2005119922A

Abstract

FIELD: electrical engineering; static direct-to-alternating current converters with isolating transformers.

SUBSTANCE: according to proposed method load-current amplitude of desired value and admissible load-current deviation value are entered in single-phase inverter controlled by using this method; desired instant load current is evaluated, and respective load poles are connected to positive or negative bus of DC current supply depending on sum or difference of desired current and admissible deviation at respective positive or negative polarity of load voltage for time period until load current is brought to sum or difference of mentioned currents, respectively. Single-phase voltage inverter has power supply, four series-connected capacitors, two series-connected groups of transistor modules, each having transistor with diode connected in parallel opposition, isolating transformers, and load.

EFFECT: enlarged functional capabilities due to reduction of pulse current carried by isolating transformers.

2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к статическим преобразователям постоянного напряжения в переменное однофазное напряжение с разделительными трансформаторами и выведенной средней точкой источника питания.The invention relates to electrical engineering, namely to static converters of direct voltage to alternating single-phase voltage with isolation transformers and the derived midpoint of the power source.

Известны различные способы управления и схемотехнические решения однофазных инверторов, питающие нагрузку через разделительный трансформатор и состоящие из входного фильтра, силовых полупроводниковых приборов, соединенных по схеме моста, в диагональ которых подключен разделительный трансформатор, питающий нагрузку. Общий недостаток, присущий указанным способам управления однофазными инверторами, заключается в несинусоидальности тока нагрузки, что приводит к неудовлетворительному качеству преобразуемой энергии, потерях энергии в ключевых элементах, трансформаторном и реакторном оборудовании.There are various control methods and circuitry solutions for single-phase inverters supplying the load through an isolation transformer and consisting of an input filter, power semiconductor devices connected by a bridge circuit, the diagonal of which is connected to an isolation transformer that supplies the load. A common drawback inherent in the indicated methods for controlling single-phase inverters is the non-sinusoidality of the load current, which leads to unsatisfactory quality of the converted energy, energy losses in key elements, transformer and reactor equipment.

Известен способ управления однофазным инвертором напряжения с разделительным трансформатором (Заявка Японии №51-35683, Н02Р 13/20), состоящий в том, что для каждого полупериода напряжения, формируемого на нагрузке, вводят синусоидальный сигнал, соответствующий длительности полупериода формируемого напряжения на нагрузке, вводят количество тактовых треугольных модулирующих сигналов, соответствующих необходимому количеству интервалов широтно-импульсной модуляции. Для каждого полупериода напряжения на нагрузке при совпадении значений амплитуды и фазы переднего фронта модулирующего сигнала со значением амплитуды и фазы синусоидального сигнала подключают нагрузку к источнику питания, при совпадении значений амплитуды и фазы заднего фронта модулирующего сигнала со значением амплитуды и фазы синусоидального сигнала отключают нагрузку от источника питания, и так далее для каждого интервала широтно-импульсной модуляции.A known method of controlling a single-phase voltage inverter with an isolation transformer (Japanese Application No. 51-35683, Н02Р 13/20), consisting in the fact that for each half-cycle of the voltage generated at the load, a sinusoidal signal corresponding to the duration of the half-cycle of the generated voltage at the load is introduced the number of clock triangular modulating signals corresponding to the required number of pulse width modulation intervals. For each half-cycle of the voltage at the load, when the values of the amplitude and phase of the leading edge of the modulating signal coincide with the amplitude and phase of the sinusoidal signal, the load is connected to the power source, when the values of the amplitude and phase of the falling edge of the modulating signal coincide with the value of amplitude and phase of the sinusoidal signal, disconnect the load from the source power supply, and so on for each pulse width modulation interval.

При таком способе управления низкие пульсации тока нагрузки можно достичь высокой частотой модуляции. Однако при высокой частоте модуляции возрастают коммутационные потери в силовых элементах инвертора, главным образом, полупроводниковых приборах, трансформаторном и реакторном оборудовании.With this control method, low ripple current loads can achieve a high modulation frequency. However, at a high modulation frequency, switching losses in the power elements of the inverter, mainly semiconductor devices, transformer and reactor equipment, increase.

Известен однофазный инвертор, реализующий указанный способ управления (см. тот же источник), содержащий конденсатор, подключенный параллельно источнику питания, транзисторный мост, в диагональ которого подключен разделительный трансформатор, в одну из фаз первичной обмотки которого подключен сглаживающий реактор, а параллельно вторичной обмотке подключен сглаживающий конденсатор. Параллельно сглаживающему конденсатору подключена нагрузка.Known single-phase inverter that implements the specified control method (see the same source), containing a capacitor connected in parallel with the power source, a transistor bridge, in the diagonal of which an isolation transformer is connected, in one of the phases of the primary winding of which a smoothing reactor is connected, and parallel to the secondary winding is connected smoothing capacitor. A load is connected in parallel to the smoothing capacitor.

При этом наличие сглаживающего реактора и емкостного фильтра приводит к дополнительным потерям мощности инвертора, значительному увеличению массо-габаритных показателей, а следовательно, и его стоимости.At the same time, the presence of a smoothing reactor and a capacitive filter leads to additional losses of the inverter power, a significant increase in the mass-dimensional parameters, and, consequently, its cost.

При использовании подобного инвертора в высоковольтных приводах необходимо применение высоковольтных силовых полупроводниковых приборов, стоимость которых пропорциональна мощности приборов. В противном случае может потребоваться последовательное соединение приборов в каждом плече преобразователя, что ухудшит его габаритные и стоимостные показатели.When using such an inverter in high-voltage drives, it is necessary to use high-voltage power semiconductor devices, the cost of which is proportional to the power of the devices. Otherwise, a serial connection of devices in each arm of the converter may be required, which will worsen its overall and cost indicators.

Наиболее близким, по технической сущности, является способ управления однофазным инвертором с выведенной средней точкой источника постоянного тока и соединенной с нагрузкой через разделительные трансформаторы (Б.Бедфорд, Р.Хофт. Теория автономных инверторов. М.: Энергия, 1969, с.280, на стр.168, 169). Сущность этого способа заключается в том, что вводят величину эффективного значения тока на нагрузке, противоположный полюс нагрузки подключают попеременно к положительной шине источника постоянного тока в один полупериод и к отрицательной шине источника постоянного тока в другой полупериод напряжения, формируемого на нагрузке, определяют эффективное значение тока на нагрузке и сравнивают полученное значение тока нагрузки с заданным, при отрицательной разности заданного и фактического эффективных значений тока нагрузки противоположный полюс нагрузки подключают попеременно к шинам источника постоянного тока на более короткий интервал времени, при положительной разности заданного и фактического эффективных значений тока нагрузки противоположный полюс нагрузки подключают попеременно к шинам источника постоянного тока на менее продолжительный интервал времени.The closest, in technical essence, is a method of controlling a single-phase inverter with the output midpoint of a direct current source and connected to the load through isolation transformers (B. Bedford, R. Hooft. Theory of autonomous inverters. M .: Energy, 1969, p. 280, on pages 168, 169). The essence of this method is that the value of the effective value of the current at the load is introduced, the opposite pole of the load is connected alternately to the positive bus of the DC source in one half cycle and to the negative bus of the DC source in another half cycle of the voltage generated on the load, the effective current value is determined on the load and compare the obtained value of the load current with the set, with a negative difference between the set and the actual effective values of the load current zhny load terminal connected alternately to the busbars DC for a shorter interval of time at a positive difference of setpoint and actual values of the effective load current load opposite pole is connected alternately to the busbars DC source at a shorter time interval.

Такой способ управления инвертором не обеспечивает высокое качество преобразования энергии, что вызвано несинусоидальностью тока нагрузки с большой амплитудой пульсации, особенно с низкой частотой коммутации.This method of controlling the inverter does not provide high quality energy conversion, which is caused by the non-sinusoidal load current with a large ripple amplitude, especially with a low switching frequency.

Указанный способ может быть реализован при управлении однофазным инвертором напряжения, принятым в качестве прототипа, который содержит положительную и отрицательную шины источника питания, параллельно источнику питания подключены четыре последовательно соединенных конденсатора, разделенных общими точками, из которых - два конденсатора положительной группы и два конденсатора отрицательной группы, параллельно конденсаторам каждой группы подключены две последовательно соединенные группы транзисторов, разделенных средним выводом - транзисторы положительной группы и транзисторы отрицательной группы, каждая группа транзисторов соединена общей точкой, имеющей связь с общей точкой конденсаторов положительной и отрицательной группы, к общей точке конденсаторов положительной группы и среднему выводу транзисторов положительной группы подключена первичная обмотка первого разделительного трансформатора, а к общей точке конденсаторов отрицательной группы и среднему выводу транзисторов отрицательной группы подключена первичная обмотка второго разделительного трансформатора, вторичные обмотки трансформаторов соединены между собой последовательно (Б.И.Хоменко, Г.И.Колпахчьян, И.В.Пехотский / Вспомогательные транзисторные преобразователи для перспективного ЭПС // Электровозостроение: Сб. науч. тр. ОАО "Всеросс. н-и. и проектно-конструкт. ин-т электровозостроения" (ОАО "ВЭлНИИ"). - Новочеркасск, 2003. - Т.45, с.188, рис.3, поз.3.2).This method can be implemented by controlling a single-phase voltage inverter, adopted as a prototype, which contains positive and negative busbars of the power supply, four series-connected capacitors are connected in parallel with the power supply, separated by common points, of which two capacitors of the positive group and two capacitors of the negative group , parallel to the capacitors of each group are connected two series-connected groups of transistors separated by a middle output - transistors of the positive group and transistors of the negative group, each group of transistors is connected by a common point connected to a common point of the capacitors of the positive and negative group, to the common point of the capacitors of the positive group and to the middle terminal of the transistors of the positive group, the primary winding of the first isolation transformer is connected, and to the common point of the capacitors the negative group and the middle terminal of the transistors of the negative group connected to the primary winding of the second isolation trans Shaper, the secondary windings of the transformers are interconnected in series (B.I.Homenko, G.I.Kolpahchyan, I.V.Pehotsky / Auxiliary transmitters for prospective transistor EPS electric locomotive //: Coll. scientific tr JSC "All-Russian. Scientific and Design Institute of Electrical Locomotive Engineering" (OJSC "VELNII"). - Novocherkassk, 2003.- T.45, p.188, fig. 3, pos.3.2).

Недостатком указанного инвертора является необходимость использования мощного входного и выходного реакторного оборудования (дросселей) для сглаживания пульсаций тока. Кроме того, при работе с высокой частотой коммутации, вследствие тепловых потерь, обусловленных несинусоидальностью тока нагрузки, трансформатору может потребоваться принудительное охлаждение. Указанные признаки снижают функциональные возможности инвертора.The disadvantage of this inverter is the need to use powerful input and output reactor equipment (chokes) to smooth current ripples. In addition, when operating at a high switching frequency, due to heat losses due to the non-sinusoidal load current, the transformer may need forced cooling. These signs reduce the functionality of the inverter.

Задачей изобретения является расширение функциональных возможностей инвертора путем снижения пульсаций тока, протекающего через разделительные трансформаторы.The objective of the invention is to expand the functionality of the inverter by reducing ripple current flowing through isolation transformers.

Поставленная задача решается тем, что в способ управления однофазным инвертором напряжения, состоящий в том, что вводят величину эффективного значения тока на нагрузке, противоположный полюс нагрузки подключают попеременно к положительной шине источника постоянного тока в один полупериод и к отрицательной шине источника постоянного тока в другой полупериод напряжения, формируемого на нагрузке, определяют эффективное значение тока на нагрузке и сравнивают полученное значение тока с заданным, введены новые признаки - для формирования синусоидальной формы тока нагрузки вводят амплитуду заданного значения тока нагрузки, вводят значение допустимого отклонения тока нагрузки и определяют заданное мгновенное значение тока нагрузки по формулеThe problem is solved in that in the method of controlling a single-phase voltage inverter, which consists in introducing the value of the effective current value on the load, the opposite pole of the load is connected alternately to the positive bus of the DC source in one half cycle and to the negative bus of the DC source in another half cycle voltage generated on the load, determine the effective value of the current on the load and compare the obtained current value with the set, new features are introduced - to form inusoidalnoy load current forms administered amplitude setpoint load current introduced allowable value of the load current and determine deviations predetermined instantaneous value of the load current according to the formula

i_З=I_Зsinωt,i _З = I _З sinωt,

где I_З - амплитуда заданного значения тока;where I _Z - the amplitude of the specified current value;

ω - круговая частота напряжения нагрузки;ω is the circular frequency of the load voltage;

t - время,t is the time

при положительной полярности напряжения нагрузки подключают противоположный полюс нагрузки к положительной шине источника постоянного тока, пока ток нагрузки не достигнет суммы заданного значения и величины допустимого отклонения, отключают противоположный полюс нагрузки от положительной шины источника постоянного тока, пока ток не достигнет разности заданного значения и величины допустимого отклонения, подключают противоположный полюс нагрузки к положительной шине источника постоянного тока, пока ток нагрузки не достигнет суммы заданного значения и величины допустимого отклонения, отключают противоположный полюс нагрузки от положительной шины источника постоянного тока, пока ток не достигнет разности заданного значения и величины допустимого отклонения, и т.д. до конца положительного полупериода напряжения формируемого на нагрузке, при отрицательной полярности напряжения нагрузки подключают противоположный полюс нагрузки к отрицательной шине источника постоянного тока, пока ток нагрузки не достигнет суммы заданного значения и величины допустимого отклонения, отключают противоположный полюс нагрузки от отрицательной шины источника постоянного тока, пока ток не достигнет разности заданного значения и величины допустимого отклонения, подключают противоположный полюс нагрузки к отрицательной шине источника постоянного тока, пока ток не достигнет суммы заданного значения и величины допустимого отклонения, отключают противоположный полюс нагрузки от отрицательной шины источника постоянного тока, пока ток нагрузки не достигнет разности заданного значения и величины допустимого отклонения, и т.д. до конца отрицательного полупериода напряжения на нагрузке, после чего процесс повторяют для каждого полупериода напряжения, формируемого на нагрузке.with a positive polarity of the load voltage, connect the opposite pole of the load to the positive bus of the DC source until the load current reaches the sum of the set value and the value of the permissible deviation, disconnect the opposite pole of the load from the positive bus of the DC source until the current reaches the difference of the set value and the value of allowable deviations, connect the opposite pole of the load to the positive bus of the DC source until the load current reaches the sum the set value and the value of the permissible deviation, disconnect the opposite pole of the load from the positive bus of the DC source until the current reaches the difference between the set value and the value of the allowable deviation, etc. until the end of the positive half-cycle of the voltage generated on the load, with a negative polarity of the load voltage, connect the opposite pole of the load to the negative bus of the DC source until the load current reaches the sum of the set value and the value of the permissible deviation, disconnect the opposite pole of the load from the negative bus of the DC source, until the current does not reach the difference between the set value and the value of the permissible deviation, connect the opposite load pole to the negative On the DC bus, until the current reaches the sum of the set value and the value of the permissible deviation, disconnect the opposite pole of the load from the negative bus of the DC source until the load current reaches the difference between the set value and the value of the permissible deviation, etc. until the end of the negative half-cycle of the voltage at the load, after which the process is repeated for each half-cycle of the voltage generated at the load.

Таким образом, за счет введения новых признаков - формирования синусоидального тока в заданных границах допустимых значений снижаются пульсации тока, протекающего через разделительный трансформатор.Thus, due to the introduction of new features - the formation of a sinusoidal current within the specified limits of permissible values, the ripple of the current flowing through the isolation transformer is reduced.

Поставленная задача решается также тем, что в известный однофазный инвертор напряжения, содержащий положительную и отрицательную шины источника питания, четыре последовательно соединенных конденсатора, подключенные параллельно источнику питания, разделенные общими точками, из которых два конденсатора положительной группы и два конденсатора отрицательной группы, параллельно конденсаторам каждой группы подключены две последовательно соединенные группы транзисторных модулей, каждый из которых состоит из транзистора со встречно-параллельно соединенным диодом, разделенных средним выводом - транзисторные модули положительной группы и транзисторные модули отрицательной группы, каждая группа транзисторных модулей соединена общей точкой, имеющей связь с общей точкой конденсаторов положительной и отрицательной группы, к общей точке конденсаторов положительной группы и среднему выводу транзисторных модулей положительной группы подключена первичная обмотка первого разделительного трансформатора, а к общей точке конденсаторов отрицательной группы и среднему выводу транзисторных модулей отрицательной группы подключена первичная обмотка второго разделительного трансформатора, вторичные обмотки трансформаторов соединены между собой последовательно, введены новые признаки - параллельно каждому конденсатору подключен транзистор, между транзисторами и конденсаторами каждой группы, подключенными к положительной и отрицательной шине источника питания, установлены диоды, причем диод положительной группы подключен анодом к положительной шине источника питания, а диод отрицательной группы подключен катодом к отрицательной шине источника питания. К вторичным обмоткам разделительного трансформатора подключена нагрузка.The problem is also solved by the fact that in the known single-phase voltage inverter containing the positive and negative buses of the power source, four series-connected capacitors connected in parallel to the power source, separated by common points, of which two capacitors of the positive group and two capacitors of the negative group, parallel to the capacitors of each groups connected two series-connected groups of transistor modules, each of which consists of a transistor with on-pair connected by a diode separated by a middle terminal — transistor modules of the positive group and transistor modules of the negative group, each group of transistor modules is connected by a common point connected to a common point of the capacitors of the positive and negative group, to a common point of the capacitors of the positive group and the middle output of the transistor modules of the positive group the primary winding of the first isolation transformer is connected, and to the common point of the negative group capacitors and the middle terminal the transistor modules of the negative group, the primary winding of the second isolation transformer is connected, the secondary windings of the transformers are interconnected in series, new features are introduced - a transistor is connected in parallel to each capacitor, diodes are installed between the transistors and capacitors of each group connected to the positive and negative bus of the power supply, and a diode the positive group is connected by the anode to the positive bus of the power source, and the diode of the negative group is connected n cathode to the negative bus of the power source. A load is connected to the secondary windings of the isolation transformer.

Таким образом, за счет введения новых признаков - дополнительных диодов и транзисторов однофазный инвертор напряжения способен преобразовывать энергию с меньшими пульсациями тока, протекающего через разделительные трансформаторы.Thus, due to the introduction of new features - additional diodes and transistors, a single-phase voltage inverter is able to convert energy with less ripple current flowing through isolation transformers.

Новым в предлагаемых технических решениях, в отличие от прототипов, является то, что предлагаемый однофазный инвертор напряжения и способ управления однофазным инвертором напряжения обеспечивают повышение качества преобразованной энергии - синусоидальную форму тока на нагрузке и, в частности, на разделительных трансформаторах, что приводит к улучшению качества преобразуемой энергии и к снижению потерь в разделительных трансформаторах за счет снижения в них пульсаций тока.New in the proposed technical solutions, unlike prototypes, is that the proposed single-phase voltage inverter and the method of controlling a single-phase voltage inverter provide improved quality of the converted energy — a sinusoidal current shape at the load and, in particular, at isolation transformers, which leads to improved quality converted energy and to reduce losses in isolation transformers by reducing current ripple in them.

На фиг.1 показана схема однофазного инвертора напряжения;Figure 1 shows a diagram of a single-phase voltage inverter;

на фиг.2 представлены осциллограммы электрических процессов однофазного инвертора напряжения при работе его с предложенным способом управления.figure 2 presents the waveform of the electrical processes of a single-phase voltage inverter when it is operated with the proposed control method.

на фиг.3 представлено устройство, реализующее предложенный способ управления однофазным инвертором напряжения;figure 3 presents a device that implements the proposed method of controlling a single-phase voltage inverter;

на фиг.4 представлена блок-схема алгоритма реализации способа управления однофазным инвертором напряжения.figure 4 presents a block diagram of an algorithm for implementing a method of controlling a single-phase voltage inverter.

Однофазный инвертор напряжения (фиг.1) содержит шины для подключения к источнику питания, из которых шина 1 положительной полярности, шина 2 отрицательной полярности, четыре последовательно соединенных конденсатора 9-12, подключенные параллельно источнику питания, разделенные общими точками, из которых конденсаторы 9 и 10 положительной группы, а конденсаторы 11 и 12 отрицательной группы. Параллельно конденсаторам каждой группы 9, 10 и 11, 12 подключены две последовательно соединенные группы транзисторных модулей соответственно 13, 14 и 15, 16, каждый из которых состоит из транзистора со встречно-параллельно соединенным диодом, разделенных средним выводом, транзисторные модули 13, 14 - положительной группы, а транзисторные модули 15, 16 - отрицательной группы, каждая группа транзисторных модулей соединена между собой общей точкой, имеющей связь с общей точкой конденсаторов положительной и отрицательной группы.The single-phase voltage inverter (Fig. 1) contains buses for connecting to a power source, of which a bus 1 of positive polarity, a bus 2 of negative polarity, four series-connected capacitors 9-12 connected in parallel to a power source, separated by common points, of which capacitors 9 and 10 of the positive group, and capacitors 11 and 12 of the negative group. Parallel to the capacitors of each group 9, 10 and 11, 12 are connected two series-connected groups of transistor modules 13, 14 and 15, 16, respectively, each of which consists of a transistor with a counter-parallel connected diode, separated by a middle output, transistor modules 13, 14 - of the positive group, and transistor modules 15, 16 of the negative group, each group of transistor modules is interconnected by a common point having a connection with the common point of the capacitors of the positive and negative groups.

Параллельно каждому конденсатору 9-12 подключен транзистор соответственно 5-8. Между транзисторами и конденсаторами каждой группы, подключенными к положительной 1 и отрицательной шине 2 источника питания установлены диоды 3 и 4. Диод положительной группы 3 подключен анодом к положительной шине 1 источника питания, а диод отрицательной группы подключен катодом к отрицательной шине источника питания 2.In parallel to each capacitor 9-12, a transistor is connected, respectively, 5-8. Diodes 3 and 4 are installed between the transistors and capacitors of each group connected to the positive 1 and negative bus 2 of the power source. The diode of the positive group 3 is connected by the anode to the positive bus 1 of the power source, and the diode of the negative group is connected by the cathode to the negative bus of power supply 2.

К общей точке конденсаторов положительной группы и среднему выводу транзисторных модулей положительной группы подключена первичная обмотка первого разделительного трансформатора 17, а к общей точке конденсаторов отрицательной группы и среднему выводу транзисторных модулей отрицательной группы подключена первичная обмотка второго разделительного трансформатора 18, вторичные обмотки трансформаторов 17 и 18 соединены между собой последовательно. Вторичные обмотки трансформаторов 17 и 18 могут быть соединены с любым взаимным расположением относительно друг друга (последовательно, параллельно или независимо). К вторичным обмоткам трансформаторов подключена нагрузка 19. Отвод реактивного тока нагрузки осуществляется через диоды транзисторных модулей 13-16. В качестве транзисторных модулей, состоящих из транзистора со встречно-параллельно соединенным диодом, могут быть использованы транзисторные модули IGBT (см. каталог фирмы Siemens).The primary winding of the first isolation transformer 17 is connected to the common point of the capacitors of the positive group and the middle terminal of the transistor modules of the positive group, and the primary winding of the second isolation transformer 18 is connected to the common point of the capacitors of the negative group and the middle terminal of the transistor modules of the negative group, the secondary windings of the transformers 17 and 18 are connected among themselves sequentially. The secondary windings of transformers 17 and 18 can be connected to any relative position relative to each other (in series, in parallel or independently). A load 19 is connected to the secondary windings of the transformers. The load reactive current is extracted through diodes of transistor modules 13-16. As transistor modules consisting of a transistor with an in-parallel connected diode, IGBT transistor modules can be used (see Siemens catalog).

Инвертор работает следующим образом.The inverter operates as follows.

Для формирования положительной полярности напряжения на обмотке трансформаторов 17 и 18 открывают транзисторы транзисторных модулей 13 и 15, для формирования отрицательной полярности напряжения на обмотке трансформаторов 17 и 18 открывают транзисторы транзисторных модулей 14 и 16, с длительностью, необходимой для реализации требуемых выходных параметров. При положительной полярности напряжения на нагрузке путь тока составит: шина 1 положительного потенциала источника питания, отсекающий диод 3, транзистор транзисторного модуля 13, первичная обмотка трансформатора 17, конденсатор 10, транзистор транзисторного модуля 15, первичная обмотка трансформатора 18, конденсатор 12, отсекающий диод 4, шина 2 отрицательного потенциала источника питания.To form a positive voltage polarity on the winding of transformers 17 and 18, transistors of transistor modules 13 and 15 are opened, to form a negative voltage polarity on the winding of transformers 17 and 18, transistors of transistor modules 14 and 16 are opened, with the duration necessary to implement the required output parameters. With a positive polarity of the voltage across the load, the current path will be: bus 1 of the positive potential of the power supply, cut-off diode 3, transistor of transistor module 13, primary winding of transformer 17, capacitor 10, transistor of transistor module 15, primary winding of transformer 18, capacitor 12, cut-off diode 4 , bus 2 negative power supply potential.

При отрицательной полярности напряжения на нагрузке путь тока составит: шина 1 положительного потенциала источника питания, отсекающий диод 3, конденсатор 9, транзистор транзисторного модуля 14, конденсатор 11, первичная обмотка трансформатора 18, транзистор транзисторного модуля 16, отсекающий диод 4, шина 2 отрицательного потенциала источника питания.With a negative polarity of the voltage across the load, the current path will be: bus 1 of the positive potential of the power supply, cut-off diode 3, capacitor 9, transistor of transistor module 14, capacitor 11, primary winding of transformer 18, transistor of transistor module 16, cut-off diode 4, bus 2 of negative potential power source.

Приложение напряжения на нагрузке U_T (фиг.2) вызывает нарастание тока I_T, продолжительность фронтов которого определяется индуктивностью контура коммутации. С целью получения синусоидальной формы тока нагрузки организовано управление "токовый коридор", при котором регулирование нагрузки допускается в определенных границах с допустимым отклонением тока нагрузки от заданного значения. Величина "коридора" определятся как отношение разницы верхнего и нижнего значений тока за полупериод к среднему значению в процентах от среднего значения и может быть на уровне 10-20%.The application of voltage to the load U _T (FIG. 2) causes an increase in current I _T , the duration of the edges of which is determined by the inductance of the switching circuit. In order to obtain a sinusoidal shape of the load current, a "current corridor" control is organized, in which load regulation is allowed within certain limits with an allowable deviation of the load current from the set value. The magnitude of the "corridor" is defined as the ratio of the difference between the upper and lower current values for a half period to the average value as a percentage of the average value and can be at the level of 10-20%.

При приложении напряжения к нагрузке в течение полупериода при открытых на протяжении всего положительного полупериода транзисторах 13 и 15 или при открытых на протяжении всего отрицательного полу периода транзисторах 14 и 16 и достижении током предельного заданного значения открывают транзистор соответствующей группы 5 и 7 (положительный полупериод напряжения нагрузки) или 6 и 8 (отрицательный полупериод напряжения нагрузки), что приводит к спаду тока нагрузки. По достижению током нагрузки минимального допустимого значения соответствующие транзисторы 5, 7 или 6, 8 закрывают. Этим обеспечивают синусоидальную форму тока на трансформаторах и нагрузке.When voltage is applied to the load during the half-cycle with transistors 13 and 15 open during the entire positive half-period or with transistors 14 and 16 open throughout the entire half-period and the current reaches the maximum set value, the transistor of the corresponding group 5 and 7 is opened (positive half-cycle of the load voltage ) or 6 and 8 (negative half-period of the load voltage), which leads to a decrease in the load current. When the load current reaches the minimum permissible value, the corresponding transistors 5, 7 or 6, 8 are closed. This provides a sinusoidal current shape on the transformers and the load.

Способ управления реализуют микропроцессорной системой (фиг.3), состоящей из блока согласования (БС) 20, блока формирователей управляющих команд (БФ) 21, блока драйверов (БД) 22 силовых транзисторов однофазного инвертора ОИ 23, блока дискретного ввода-вывода (БДВВ) 24, блока аналогового ввода-вывода (БАВВ) 25, блока обработки сигналов (БОС) 26, процессора (МПК) 27, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 28, постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 29, аналогово-цифрового преобразователя (АЦП) 30, объединенных шиной данных-адресов 31. Блоки 21, 22, 24-26 реализованы программно. Процессор 27, ОЗУ 28, ПЗУ 29 и АЦП 30 могут быть выполнены на базе микропроцессорного контроллера M167-1 Siemens (Infineon) SAB80C167 (каталог продукции АО "КАСКОД" "Бортовая и промышленная электроника", 189625, С-Петербург, Павловск, Фильтровское шоссе, 3 (тел. (812) 466-5784, (812) 476-0795), с.66).The control method is implemented by a microprocessor system (Fig. 3), consisting of a matching unit (BS) 20, a block of control command drivers (BF) 21, a driver block (DB) 22 of the power transistors of a single-phase inverter ОИ 23, a discrete input-output unit (BDVV) 24, an analog input-output unit (BAVV) 25, a signal processing unit (BOS) 26, a processor (MPC) 27, random access memory (RAM) 28, read-only memory (ROM) 29, an analog-to-digital converter (ADC) 30 connected by the data-address bus 31. Blocks 21, 22, 24-26 real Call of the program. The processor 27, RAM 28, ROM 29 and ADC 30 can be made on the basis of the microprocessor controller M167-1 Siemens (Infineon) SAB80C167 (product catalog of KASKOD JSC "On-board and industrial electronics", 189625, St. Petersburg, Pavlovsk, Filtrovskoe highway , 3 (tel. (812) 466-5784, (812) 476-0795), p.66).

Блок согласования БС 20 выполняет согласование времени формирования полярности напряжения на нагрузке. На вход БС 20 и ОИ 23 подают значение напряжения источника питания U_C. Блок формирователей БФ 21 осуществляет определение фаз коммутации силовых полупроводниковых приборов, исходя из требований рабочей частоты и напряжения нагрузки 19. Блок драйверов 22 осуществляет контроль состояния силовых полупроводниковых приборов ОИ 23 и сопряжение сигналов управления процессора МПК 27. Блок обработки сигналов БОС 26 выполняет обработку сигналов, поступающих с АЦП 30, на предмет допустимых рабочих значений однофазного инвертора ОИ 23.The coordination unit BS 20 performs the coordination of the time of formation of the polarity of the voltage at the load. At the input of the BS 20 and OI 23 serves the value of the voltage of the power source U _C. The driver unit BF 21 determines the switching phases of the power semiconductor devices based on the requirements of the operating frequency and the load voltage 19. The driver unit 22 monitors the status of the power semiconductor devices OI 23 and the control signal pair of the MPK processor 27. The signal processing unit BOC 26 performs signal processing, coming from the ADC 30, for acceptable operating values of a single-phase inverter OI 23.

Способ реализуют алгоритмом, блок-схема которого приведена на фиг.4.The method is implemented by the algorithm, a block diagram of which is shown in Fig.4.

В начале каждого полупериода напряжения на нагрузке (блок 32) осуществляют ввод амплитуды заданного значения тока нагрузки I_З, ввод значения допустимого отклонения тока нагрузки ΔI от заданного значения тока нагрузки (блок 33), запуск таймера блока драйверов 22 (блок 34), ввод мгновенного значения тока нагрузки I_T (блок 35) и определение заданного мгновенного значения тока нагрузки (блок 36) по формулеAt the beginning of each half-cycle of the voltage at the load (block 32), the amplitude of the set value of the load current I _ввод is entered, the value of the permissible deviation of the load current ΔI from the set value of the load current (block 33) is entered, the timer of the driver block 22 starts (block 34), the instantaneous input the load current value I _T (block 35) and the determination of the set instantaneous value of the load current (block 36) according to the formula

i_З=I_Зsinωt,i _З = I _З sinωt,

ω - круговая частота питающего напряжения;ω is the circular frequency of the supply voltage;

t - время, соответствующее данному моменту времени и содержимому таймера.t is the time corresponding to a given moment in time and the contents of the timer.

В блоке 37 формируют полярность полупериода напряжения на нагрузке и, в случае положительного полупериода (⁺/_-=1), в блоке 38 включают транзисторы транзисторных модулей VT1 и VT3. В блоке 40 проверяют достижение током нагрузки суммы заданного значения и допустимого отклонения. Допустимое отклонение ΔI заранее задают и заносят в ПЗУ 29. В случае достижения I_T значения суммы i_З+ΔI в блоке 40 через блок драйверов 23 включают транзисторы VT5, VT7 (блок 44), работающие в положительном полупериоде. В блоке 48 осуществляют установку флага "Y=1", означающую, что в начале следующего положительного полупериода транзисторы VT5, VT7 будут открыты, после чего процесс повторяют, начиная с блока 37.In block 37, the polarity of the half-cycle of the voltage across the load is formed and, in the case of a positive half-cycle ( ⁺ / _- = 1), in block 38, transistors of transistor modules VT1 and VT3 are turned on. In block 40, it is checked that the load current reaches the sum of the set value and the permissible deviation. The permissible deviation ΔI is pre-set and entered in ROM 29. If I _T reaches the value of the sum i _З + ΔI in block 40, transistors VT5, VT7 (block 44) operating in the positive half-cycle are turned on via driver block 23. In block 48, the flag "Y = 1" is set, which means that at the beginning of the next positive half-cycle transistors VT5, VT7 will be open, after which the process is repeated, starting from block 37.

Если ток нагрузки не достигает значения суммы i_З+ΔI, то в блоке 42 проверяют достижение током нагрузки нижней границы "токового коридора" i_З-ΔI и, в случае достижения, выключают транзисторы VT5, VT7 работающие в положительном полупериоде (блок 45). В блоке 49 осуществляют установку флага "Y=0", означающую, что в начале следующего положительного полупериода транзисторы VT5, VT7 будут закрыты, после чего процесс повторяют, начиная с блока 37.If the load current does not reach the value of the sum i _З + ΔI, then in block 42 it is checked that the load current reaches the lower boundary of the "current corridor" i _З -ΔI and, if achieved, turn off the transistors VT5, VT7 operating in the positive half-cycle (block 45). In block 49, the flag "Y = 0" is set, which means that at the beginning of the next positive half-cycle transistors VT5, VT7 will be closed, after which the process is repeated starting from block 37.

В отрицательном полупериоде напряжения на нагрузке (⁺/_-=0) включают транзисторы транзисторных модулей VT2 и VT4 (блок 39), в случае достижения током нагрузки верхней отрицательной границы "токового коридора" (I_вх<i_З-ΔI, блок 41) через блок драйверов 23 включают транзисторы VT6 и VT8 (блок 47). В блоке 51 осуществляют установку флага "Y=1", означающую, что в начале следующего отрицательного полупериода транзисторы VT6, VT8 будут открыты, после чего процесс повторяют, начиная с блока 37. Если ток нагрузки не достигает значения разности i_З-ΔI, то в блоке 43 проверяют достижение током нагрузки нижней отрицательной границы "токового коридора" i_З-ΔI и, в случае достижения, выключают транзисторы VT6, VT8 работающие в отрицательном полупериоде (блок 46), после чего устанавливают значение флага "Y=0" (блок 50). Так продолжают до конца полупериода напряжения на нагрузке, после чего цикл алгоритма на фиг.4 повторяют. Поскольку ток нагрузки регулируется в заданных границах, снижаются пульсации тока, протекающего через разделительные трансформаторы.In the negative half-cycle, the voltage at the load ( ⁺ / _- = 0) turns on the transistors of the transistor modules VT2 and VT4 (block 39), if the load reaches the upper negative limit of the "current corridor" (I _in <i _З -ΔI, block 41) through driver block 23 includes transistors VT6 and VT8 (block 47). In block 51, the flag "Y = 1" is set, which means that at the beginning of the next negative half-cycle transistors VT6, VT8 will be open, after which the process is repeated starting from block 37. If the load current does not reach the difference i _З -ΔI, then in block 43, verify that the load current reaches the lower negative boundary of the "current corridor" i _З -ΔI and, if achieved, turn off the transistors VT6, VT8 operating in the negative half-cycle (block 46), and then set the flag value "Y = 0" (block fifty). So continue until the end of the half-cycle of the voltage at the load, after which the cycle of the algorithm in figure 4 is repeated. Since the load current is regulated within predetermined limits, the ripple of the current flowing through the isolation transformers is reduced.

Техническим результатом настоящего изобретения является снижение пульсаций тока, протекающего через разделительные трансформаторы, следствием чего является уменьшение потерь в разделительных трансформаторах. Согласно экспертным оценкам значение потерь энергии в инверторе может быть снижено не менее чем на 10-15%.The technical result of the present invention is to reduce the ripple of the current flowing through the isolation transformers, resulting in a decrease in losses in the isolation transformers. According to expert estimates, the value of energy losses in the inverter can be reduced by no less than 10-15%.

Claims

1. The method of controlling a single-phase voltage inverter with the output midpoint of the DC source and connected to the load through isolation transformers, consisting in the fact that the opposite pole of the load is connected alternately to the positive bus of the DC source in one half-cycle and to the negative bus of the DC source in another a half-period of the voltage generated at the load, characterized in that the amplitude of the set value of the load current is input, the value of the permissible current deviation is introduced load and determine the set instantaneous value of the load current according to the formula

i _З = I _З sinωt,

where I _Z - the amplitude of the specified current value;

ω is the circular frequency of the load voltage;

t is the time

with a positive polarity of the load voltage, connect the opposite pole of the load to the positive bus of the DC source until the load current reaches the sum of the set value and the value of the permissible deviation, disconnect the opposite pole of the load from the positive bus of the DC source until the current reaches the difference of the set value and the value of allowable deviations, connect the opposite pole of the load to the positive bus of the DC source until the load current reaches the sum the set value and the value of the permissible deviation, disconnect the opposite pole of the load from the positive bus of the DC source until the current reaches the difference between the set value and the value of the allowable deviation, etc. until the end of the positive half-cycle of the voltage generated on the load, with a negative polarity of the load voltage, connect the opposite load pole to the negative DC bus, until the load current reaches the sum of the set value and the value of the permissible deviation, disconnect the opposite load pole from the negative DC bus, until the current reaches the difference between the set value and the value of the permissible deviation, connect the opposite pole of the load to the negative noy bus DC source until the current reaches a predetermined value and a sum value of the permissible deviation, the opposite load disconnected from the negative pole of the DC power source bus until the load current reaches a predetermined value and the difference value of tolerance etc. until the end of the negative half-cycle of the voltage at the load, after which the process is repeated for each half-cycle of the voltage generated at the load.

2. A single-phase voltage inverter containing the positive and negative buses of the power source, four series-connected capacitors connected in parallel to the power source, separated by common points, of which two capacitors of the positive group and two capacitors of the negative group, parallel to the capacitors of each group are connected two series-connected transistor groups modules, each of which consists of a transistor with an on-parallel connected diode, separated by a middle pin ohm - transistor modules of the positive group and transistor modules of the negative group, each group of transistor modules is connected by a common point connected to a common point of the capacitors of the positive and negative group, the primary winding of the first isolation transformer is connected to the common point of the capacitors of the positive group and the middle terminal of the transistor modules of the positive group , and to the common point of the negative group capacitors and the average output of the transistor modules of the negative group, connect and the primary winding of the second isolation transformer, the secondary windings of the transformers are interconnected in series, characterized in that a transistor is connected in parallel to each capacitor, diodes are installed between the transistors and capacitors of each group connected to the positive and negative bus of the power supply, and the diode of the positive group is connected by an anode to the positive power supply bus, and the negative group diode is connected by a cathode to the negative power supply bus.