RU2341001C1

RU2341001C1 - Method of autonomous matched resonant inverter control

Info

Publication number: RU2341001C1
Application number: RU2007123543/09A
Authority: RU
Inventors: Евгений Михайлович Силкин (RU); Евгений Михайлович Силкин
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Электроника силовая"
Priority date: 2007-06-22
Filing date: 2007-06-22
Publication date: 2008-12-10

Abstract

FIELD: electrical engineering.

SUBSTANCE: method of autonomous matched resonant inverter control that contains valve switchboard arranged on controlled valves with inverse-parallel diodes and filter capacitor that works for loading parallel oscillating circuit, which is formed with load with inductivity and compensating capacitor connected to output terminals of valve switchboard through subsequent oscillating circuit formed by switching throttle and capacitor, consists in generation and alternate supply of control pulses to controlled valves of valve switchboard, which form direct and reverse half-waves of voltage at the load. Instantaneous values of voltages are measured in all controlled valves of valve switchboard and compensating capacitor. Moments of voltage instantaneous value transition through zero are defined at compensating capacitor. Control pulses are generated at the moments of voltage instantaneous value transition through zero at compensating capacitor. Alternate control pulses are sent to controlled valves of valve switchboard that form direct and reverse half-waves of current in load, at the moments of voltage instantaneous value transition through zero at compensating capacitor, if instantaneous values of voltage in all controlled valves of valve switchboard are simultaneously different from zero.

EFFECT: higher reliability of autonomous matched resonant inverter operation.

2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления с вентильными преобразователями частоты для электротехнологии.The invention relates to electrical engineering and can be used in control systems with valve frequency converters for electrical technology.

Известен способ управления автономным согласованным резонансным инвертором, содержащим вентильный коммутатор, выполненный на управляемых вентилях со встречно-параллельными диодами, и конденсатор фильтра, работающим на нагрузочный параллельный колебательный контур, образованный нагрузкой с индуктивностью и компенсирующим конденсатором, подключенный к выходным выводам вентильного коммутатора через последовательный колебательный контур, образованный коммутирующим дросселем и конденсатором, заключающийся в формировании и поочередной подаче импульсов управления на управляемые вентили вентильного коммутатора, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, и изменении частоты подачи импульсов управления в функции регулируемого технологического параметра (Техническое описание ИЕЛВ.435423.011 ТО. Генератор среднечастотный СЧГ3-100/10. - Л.: ЛОЭЗ ВНИИТВЧ, 1985).A known method of controlling an autonomous matched resonant inverter containing a gate switch made on controlled gates with counter-parallel diodes, and a filter capacitor operating on a load parallel oscillating circuit formed by a load with inductance and a compensating capacitor connected to the output terminals of the valve switch through a series oscillatory circuit formed by a switching choke and capacitor, which consists in the formation and the supply of control pulses to the controlled valves of the valve switch, which form the direct and reverse half-waves of the current in the load, and the change in the frequency of the supply of control pulses as a function of an adjustable technological parameter (Technical description IELV.435423.011 TO. Mid-frequency generator СЧГ3-100 / 10. - L .: LOEZ VNIITVCH, 1985).

Недостатком способа управления является низкая надежность работы автономного согласованного резонансного инвертора на нагрузку с изменяющимися в широких пределах параметрами. Изменение частоты подачи импульсов управления на управляемые вентили вентильного коммутатора без контроля длительности интервала проводящего состояния управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов может привести к перекрытию токов смежных управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов и выходу их из строя. Возможны срыв инвертирования и включение следующих (очередных) управляемых вентилей вентильного коммутатора при выходе из строя ранее включенного управляемого вентиля или встречно-параллельного диода, а также выход вентилей из строя из-за неконтролируемых уровней напряжений и токов.The disadvantage of the control method is the low reliability of the work of an autonomous matched resonant inverter for a load with parameters varying over a wide range of parameters. Changing the frequency of the supply of control pulses to the controlled valves of the valve switch without monitoring the duration of the interval of the conductive state of the controlled valves and anti-parallel diodes can lead to the overlapping of the currents of adjacent controlled valves and anti-parallel diodes and their failure. Possible inversion failure and the inclusion of the following (next) controlled gates of the valve switch in case of failure of the previously turned on controlled valve or counter-parallel diode, as well as the failure of the valves due to uncontrolled voltage and current levels.

Известен способ управления автономным согласованным резонансным инвертором, содержащим вентильный коммутатор, выполненный на управляемых вентилях со встречно-параллельными диодами, и конденсатор фильтра, работающим на нагрузочный параллельный колебательный контур, образованный нагрузкой с индуктивностью и компенсирующим конденсатором, подключенный к выходным выводам вентильного коммутатора через последовательный колебательный контур, образованный коммутирующим дросселем и конденсатором, заключающийся в формировании и поочередной подаче импульсов управления на управляемые вентили вентильного коммутатора, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, и изменении частоты подачи импульсов управления в функции сигнала, пропорционального фазовому сдвигу между напряжением и током нагрузки (Шапиро С.В., Зинин Ю.М., Иванов А.В. Системы управления с тиристорными преобразователями частоты для электротехнологии. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - С.87).A known method of controlling an autonomous matched resonant inverter containing a gate switch made on controlled gates with counter-parallel diodes, and a filter capacitor operating on a load parallel oscillating circuit formed by a load with inductance and a compensating capacitor connected to the output terminals of the valve switch through a series oscillatory circuit formed by a switching choke and capacitor, which consists in the formation and the supply of control pulses to the controlled valves of the valve switch, which form the direct and reverse half-waves of the current in the load, and the change in the frequency of the supply of control pulses as a function of the signal proportional to the phase shift between the voltage and the load current (Shapiro S.V., Zinin Yu.M., Ivanov AV Control systems with thyristor frequency converters for electrical technology. - M.: Energoatomizdat, 1989. - P.87).

Известен способ управления автономным согласованным резонансным инвертором, содержащим вентильный коммутатор, выполненный на управляемых вентилях со встречно-параллельными диодами, и конденсатор фильтра, работающим на нагрузочный параллельный колебательный контур, образованный нагрузкой с индуктивностью и компенсирующим конденсатором, подключенный к выходным выводам вентильного коммутатора через последовательный колебательный контур, образованный коммутирующим дросселем и конденсатором, заключающийся в формировании и поочередной подаче импульсов управления на управляемые вентили вентильного коммутатора, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке (Vitins J., Schwezer A. Vereinfachter Einsatz von Leistungshalbleitern durch Vorwartsintegration // Brown Boveri Mitt. - 1984. - N5. - S.219.).A known method of controlling an autonomous matched resonant inverter containing a gate switch made on controlled gates with counter-parallel diodes, and a filter capacitor operating on a load parallel oscillating circuit formed by a load with inductance and a compensating capacitor connected to the output terminals of the valve switch through a series oscillatory circuit formed by a switching choke and capacitor, which consists in the formation and the supply of control pulses to the controlled valves of the valve switch, which form the forward and reverse half-waves of the current in the load (Vitins J., Schwezer A. Vereinfachter Einsatz von Leistungshalbleitern durch Vorwartsintegration // Brown Boveri Mitt. - 1984. - N5. - S.219.) .

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ управления автономным согласованным резонансным инвертором, содержащим вентильный коммутатор, выполненный на управляемых вентилях со встречно-параллельными диодами, и конденсатор фильтра, работающим на нагрузочный параллельный колебательный контур, образованный нагрузкой с индуктивностью и компенсирующим конденсатором, подключенный к выходным выводам вентильного коммутатора через последовательный колебательный контур, образованный коммутирующим дросселем и конденсатором (Лавлесс Д.Л., Кук Р.Л., Руднев В.И. Характеристики и параметры источников питания для эффективного индукционного нагрева // Силовая электроника. - 2007. - №1. С.96), который и рассматривается в качестве прототипа.The closest in technical essence to the invention is a method for controlling an autonomous matched resonant inverter containing a gate switch made on controlled gates with counter-parallel diodes, and a filter capacitor operating on a parallel load oscillating circuit formed by a load with inductance and a compensating capacitor connected to output terminals of the valve switch through a series oscillatory circuit formed by a switching inductor condenser (Loveless D.L., Cook R.L., Rudnev V.I. Characteristics and parameters of power sources for effective induction heating // Power Electronics. - 2007. - No. 1. P.96), which is considered as prototype.

Способ управления автономным согласованным резонансным инвертором заключается в формировании и поочередной подаче импульсов управления на управляемые вентили вентильного коммутатора, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке.The method of controlling an autonomous coordinated resonant inverter consists in generating and alternately supplying control pulses to the controlled valves of the valve switch, which form the forward and reverse current half-waves in the load.

Недостатком прототипа является низкая надежность работы автономного согласованного резонансного инвертора на нагрузку с изменяющимися в широких пределах параметрами. Изменение частоты подачи импульсов управления на управляемые вентили вентильного коммутатора без контроля длительности интервала проводящего состояния управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов может привести к перекрытию токов смежных управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов и выходу их из строя. Возможны срыв инвертирования и включение следующих (очередных) управляемых вентилей вентильного коммутатора при выходе из строя ранее включенного управляемого вентиля или встречно-параллельного диода, а также выход вентилей из строя из-за неконтролируемых уровней напряжений и токов.The disadvantage of the prototype is the low reliability of a stand-alone matched resonant inverter for a load with widely varying parameters. Changing the frequency of the supply of control pulses to the controlled valves of the valve switch without monitoring the duration of the interval of the conductive state of the controlled valves and anti-parallel diodes can lead to the overlapping of the currents of adjacent controlled valves and anti-parallel diodes and their failure. Possible inversion failure and the inclusion of the following (next) controlled gates of the valve switch in case of failure of the previously turned on controlled valve or counter-parallel diode, as well as the failure of the valves due to uncontrolled voltage and current levels.

Изобретение направлено на решение задачи повышения надежности работы автономного согласованного резонансного инвертора при питании электротехнологической нагрузки с изменяющимися в широких пределах параметрами, что является целью изобретения.The invention is aimed at solving the problem of improving the reliability of a stand-alone matched resonant inverter when powering an electrotechnological load with parameters that vary widely, which is the purpose of the invention.

Повышение надежности работы автономного согласованного резонансного инвертора, содержащего вентильный коммутатор, выполненный на управляемых вентилях со встречно-параллельными диодами, и конденсатор фильтра, работающим на нагрузочный параллельный колебательный контур, образованный нагрузкой с индуктивностью и компенсирующим конденсатором, подключенный к выходным выводам вентильного коммутатора через последовательный колебательный контур, образованный коммутирующим дросселем и конденсатором, достигается тем, что в способе управления, заключающемся в формировании и поочередной подаче импульсов управления на управляемые вентили вентильного коммутатора, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, измеряют мгновенные значения напряжений на всех управляемых вентилях вентильного коммутатора и компенсирующем конденсаторе, определяют моменты перехода мгновенного значения напряжения на компенсирующем конденсаторе через ноль, формируют импульсы управления в моменты перехода мгновенного значения напряжения на компенсирующем конденсаторе через ноль, подают очередные импульсы управления на управляемые вентили вентильного коммутатора, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, в моменты перехода мгновенного значения напряжения на компенсирующем конденсаторе через ноль, при отличных от нуля мгновенных значениях напряжений одновременно на всех управляемых вентилях вентильного коммутатора.Improving the reliability of an autonomous matched resonant inverter containing a gate switch made on controlled gates with counter-parallel diodes and a filter capacitor working on a parallel load oscillating circuit formed by a load with inductance and a compensating capacitor connected to the output terminals of the valve switch through a serial oscillatory the circuit formed by the switching reactor and capacitor is achieved by the fact that in the method of control In the process of generating and alternating supply of control pulses to the controlled valves of the valve switch, which form the direct and reverse half-waves of the current in the load, the instantaneous voltage values of all the controlled valves of the valve switch and the compensating capacitor are measured, the moments of the instantaneous voltage across the compensating capacitor through zero are determined , form control pulses at the instant of transition of the instantaneous voltage value on the compensating capacitor through zero Fed regular pulses on the control switch valve operated valves forming the forward and backward half-wave current in the load, at the moments when an instantaneous value at the compensating capacitor voltage through zero at non-zero values of the instantaneous voltages simultaneously on all valves controlled rectifier switch.

Существенным отличием, характеризующим изобретение, является повышение надежности работы автономного согласованного резонансного инвертора при питании электротехнологической нагрузки с изменяющимися в широких пределах параметрами. Повышение надежности работы обеспечивается за счет исключения режимов работы без контроля длительности интервала проводящего состояния управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов, перекрытия токов смежных управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов, срыва инвертирования и включения следующих (очередных) управляемых вентилей вентильного коммутатора при выходе из строя ранее включенного управляемого вентиля или встречно-параллельного диода, с повышенными уровнями напряжений и токов, а также с высокими скоростями нарастания токов управляемых вентилей вентильного коммутатора и встречно-параллельных диодов и малыми временами, предоставляемыми управляемым вентилям для восстановления управляющих свойств.A significant difference characterizing the invention is to increase the reliability of the work of an autonomous matched resonant inverter when feeding an electrotechnological load with parameters that vary widely. Improving the reliability of operation is ensured by eliminating operating modes without monitoring the duration of the interval of the conductive state of controlled valves and counter-parallel diodes, overlapping currents of adjacent controlled valves and counter-parallel diodes, failure of inversion and switching on of the following (next) controlled valves of a valve switch in case of failure a previously turned on controlled valve or an anti-parallel diode, with elevated levels of voltages and currents, as well as with high speeds at Astanit currents controlled valves switch valve and antiparallel diodes and short times, provides control valves to control recovery properties.

Повышение надежности работы автономного согласованного резонансного инвертора является полученным техническим результатом, обусловленным новыми действиями в способе управления и порядком их осуществления, то есть отличительными признаками. Таким образом, отличительные признаки заявляемого способа управления автономным согласованным резонансным инвертором являются существенными.Improving the reliability of the work of an autonomous matched resonant inverter is the obtained technical result due to new actions in the control method and the order of their implementation, that is, distinguishing features. Thus, the distinguishing features of the proposed method for controlling an autonomous matched resonant inverter are essential.

На фиг.1 приведена электрическая схема модификации автономного согласованного резонансного инвертора, на фиг.2 - функциональная схема варианта системы управления автономным согласованным резонансным инвертором, поясняющая принцип управления.Figure 1 shows the electric circuit modification autonomous matched resonant inverter, figure 2 is a functional diagram of a variant of a control system autonomous matched resonant inverter, explaining the principle of control.

Автономный согласованный резонансный инвертор содержит подключенный к входным выводам +, - через дроссели фильтра 1, 2 вентильный коммутатор, выполненный на управляемых вентилях 3-6 со встречно-параллельными диодами 7-10, в виде однофазного моста, зашунтированный конденсатором фильтра 11, к выходным выводам которого через последовательный колебательный контур, образованный коммутирующим дросселем 12 и конденсатором 13, подключен нагрузочный параллельный колебательный контур, образованный нагрузкой 14 с индуктивностью (индукционным нагревателем) и компенсирующим конденсатором 15.The self-contained matched resonant inverter contains a valve switch connected to the input terminals +, - through the filter inductors 1, 2, made on controlled valves 3-6 with counter-parallel diodes 7-10, in the form of a single-phase bridge, shunted by the filter capacitor 11, to the output terminals which, through a series oscillatory circuit formed by a switching inductor 12 and a capacitor 13, a parallel load oscillating circuit formed by a load 14 with inductance is connected (induction heating Lemma) and the compensating capacitor 15.

Схема системы управления содержит датчики напряжения 16-19 на четырех управляемых вентилях вентильного коммутатора, выходы которых подключены к входам триггеров Шмитта 20-23, датчик напряжения 24 на компенсирующем конденсаторе, выход которого соединен с первым входом компаратора 25, второй вход которого заземлен, логическую схему И 26, входы которой подключены к выходам триггеров Шмитта, а выход соединен с первым входом последовательной цепи, содержащей вторую логическую схему И 27, распределитель импульсов 28 и выходной каскад 29, к второму выходу распределителя импульсов подключен второй выходной каскад 30, выход компаратора подключен к входу второй последовательной цепи, содержащей логическую схему НЕ 31, формирователь импульса 32, третью логическую схему И 33, второй распределитель импульсов 34 и третий выходной каскад 35, к второму выходу второго распределителя импульсов подключен четвертый выходной каскад 36, второй вход второй логической схемы И соединен с выходом второго формирователя импульса 37, вход которого подключен к выходу компаратора, второй вход третьей логической схемы И соединен с выходом первой логической схемы И, третий вход третьей логической схемы И подключен к выходу формирователя импульса запуска 38 устройства. Входы датчиков напряжения соединены с соответствующими элементами, а выходы выходных каскадов подключены к управляющим электродам управляемых вентилей вентильного коммутатора.The control system circuit contains voltage sensors 16-19 on four controlled gates of the valve switch, the outputs of which are connected to the inputs of Schmitt triggers 20-23, a voltage sensor 24 on a compensating capacitor, the output of which is connected to the first input of the comparator 25, the second input of which is grounded, a logic circuit And 26, the inputs of which are connected to the outputs of the Schmitt triggers, and the output is connected to the first input of the serial circuit containing the second logic circuit And 27, the pulse distributor 28 and the output stage 29, to the second output a second output stage 30 is connected to the pulse distributor, the comparator output is connected to the input of the second serial circuit containing the logic circuitry HE 31, the pulse shaper 32, the third logic circuit And 33, the second pulse distributor 34 and the third output stage 35, to the second output of the second pulse distributor the fourth output stage 36 is connected, the second input of the second logic circuit And is connected to the output of the second pulse shaper 37, the input of which is connected to the output of the comparator, the second input of the third logic circuit we And are connected to the output of the first logic circuit And, the third input of the third logic circuit And is connected to the output of the drive pulse shaper 38 of the device. The inputs of the voltage sensors are connected to the corresponding elements, and the outputs of the output stages are connected to the control electrodes of the controlled valves of the valve switch.

Способ управления автономным согласованным резонансным инвертором, содержащим вентильный коммутатор, выполненный на управляемых вентилях со встречно-параллельными диодами, и конденсатор фильтра, работающим на нагрузочный параллельный колебательный контур, образованный нагрузкой с индуктивностью и компенсирующим конденсатором, подключенный к выходным выводам вентильного коммутатора через последовательный колебательный контур, образованный коммутирующим дросселем и конденсатором, реализуется следующими действиями. Формируются и поочередно подаются импульсы управления на управляемые вентили вентильного коммутатора, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке. При этом измеряют мгновенные значения напряжений на всех управляемых вентилях вентильного коммутатора и компенсирующем конденсаторе. Определяют моменты перехода мгновенного значения напряжения на компенсирующем конденсаторе через ноль. Формируют импульсы управления в моменты перехода мгновенного значения напряжения на компенсирующем конденсаторе через ноль. Подают очередные импульсы управления на управляемые вентили вентильного коммутатора, формирующие прямую и обратную полуволны тока в нагрузке, в моменты перехода мгновенного значения напряжения на компенсирующем конденсаторе через ноль, при отличных от нуля мгновенных значениях напряжений одновременно на всех управляемых вентилях вентильного коммутатора.A method for controlling an autonomous matched resonant inverter containing a gate switch made on controlled gates with counter-parallel diodes, and a filter capacitor operating on a parallel load oscillating circuit formed by a load with inductance and a compensating capacitor connected to the output terminals of the valve commutator through a serial oscillatory circuit formed by a switching reactor and capacitor is implemented by the following actions. The control pulses are generated and alternately applied to the controlled valves of the valve switch, which form the forward and reverse current half-waves in the load. In this case, instantaneous voltage values are measured on all controlled valves of the valve switch and compensating capacitor. The instant of transition of the instantaneous voltage value at the compensating capacitor through zero is determined. The control pulses are generated at the instant of transition of the instantaneous voltage value across the compensating capacitor through zero. Subsequent control pulses are fed to the controlled valves of the valve switch, which form the forward and reverse half-waves of the current in the load, at the instant of instantaneous transition of the voltage across the compensating capacitor through zero, with non-zero instantaneous voltage values simultaneously at all controlled valves of the valve switch.

Автономный согласованный резонансный инвертор в установившемся режиме при управлении по заявляемому способу управления работает следующим образом. В исходном состоянии напряжение на конденсаторе фильтра 11 равно напряжению источника питания автономного согласованного резонансного инвертора (входные выводы +, -). Управляемые вентили 3-6 и встречно-параллельные диоды 7-10 выключены, напряжение на них положительное и равно половине напряжения источника питания автономного согласованного резонансного инвертора, то есть половине напряжения на конденсаторе фильтра 11. Напряжение на компенсирующем конденсаторе 15 равно нулю, а ток индукционного нагревателя 14 равен максимальному значению. Коммутирующий конденсатор 13 заряжен до напряжения условно отрицательной полярности на предыдущем интервале работы. Формируются и подаются импульсы управления на управляемые вентили 3, 6. Параметры схемы автономного согласованного резонансного инвертора выбираются таким образом, чтобы ток нагрузочной цепи, включающей последовательный коммутирующий (элементы 12, 13) и нагрузочный параллельный контуры (элементы 14, 15), имел колебательный характер. При включении управляемых вентилей 3, 6 происходит колебательный заряд коммутирующего конденсатора 13 через коммутирующий дроссель 12 и нагрузочный параллельный колебательный контур 14, 15 от источника питания по цепи: 11-3-12-14, 15-13-6-11. В интервале работы управляемых вентилей 3, 6 через нагрузочную цепь протекает полуволна прямого тока, напряжение на смежных управляемых вентилях 4, 5 равно напряжению на конденсаторе фильтра 11. За счет колебательности процесса заряда конденсатор 13 заряжается до напряжения, превышающего напряжение на конденсаторе фильтра 11. После спада тока управляемых вентилей 3, 6 до нуля включаются встречно-параллельные диоды 7, 10 и происходит частичный колебательный разряд коммутирующего конденсатора 13 на конденсатор фильтра 11 по цепи: 13-10-11-7-12-14, 15-13. Частичный разряд коммутирующего конденсатора 13 обеспечивает рекуперацию излишней реактивной энергии, накопленной в электромагнитном поле элементов контура коммутации, и стабилизацию режима работы автономного согласованного резонансного инвертора в условиях изменяющейся нагрузки. При работе встречно-параллельных диодов 7, 10 напряжение на управляемых вентилях 4, 5 остается прямым (положительным), равным напряжению на конденсаторе фильтра 11. После выключения встречно-параллельных диодов 7, 10 конденсатор 13 заряжен до напряжения условно положительной полярности. Напряжение на компенсирующем конденсаторе 15 положительное и близко к нулевому уровню. Напряжение на управляемых вентилях 3-6 положительное и снова равно половине напряжения на конденсаторе фильтра 11. По истечении интервала паузы, длительность которого определяется параметрами элементов нагрузочной цепи, напряжение на компенсирующем конденсаторе 15 становится равным нулю. Формируется очередной импульс управления. Сформированный импульс управления подается на управляемые вентили 4, 5. Электромагнитные процессы при включении управляемых вентилей 4, 5 протекают аналогично. Напряжения и токи элементов нагрузочной цепи имеют противоположный знак. После выключения встречно-параллельных диодов 8, 9 и истечения интервала паузы заканчивается период работы автономного согласованного резонансного инвертора. Таким образом, импульсы управления на управляемые вентили вентильного коммутатора 3, 6 и 4, 5 подаются поочередно. Импульсы управления формируются в моменты перехода мгновенного значения напряжения на компенсирующем конденсаторе 15 через ноль. Импульсы управления подаются при отличных от нуля (условно нулевого уровня) мгновенных значений напряжений одновременно на всех управляемых вентилях 3-6 вентильного коммутатора. Напряжение на управляемых вентилях 3-6 в рассматриваемой схеме при подаче импульсов управления составляет половину напряжения на конденсаторе фильтра 11. Таким образом, во всех режимах работы автономного согласованного резонансного инвертора на изменяющуюся нагрузку очередные импульсы управления на управляемые вентили вентильного коммутатора поступают при условии, что на них присутствует прямое напряжение, то есть к моменту их формирования ранее работающие управляемые вентили гарантированно выключены.Autonomous matched resonant inverter in steady state when controlled by the claimed control method operates as follows. In the initial state, the voltage across the filter capacitor 11 is equal to the voltage of the power source of an autonomous matched resonant inverter (input terminals +, -). Controlled gates 3-6 and anti-parallel diodes 7-10 are turned off, the voltage on them is positive and equal to half the voltage of the power source of an autonomous matched resonant inverter, that is, half the voltage at the filter capacitor 11. The voltage at the compensating capacitor 15 is zero, and the induction current heater 14 is equal to the maximum value. The switching capacitor 13 is charged to a voltage of conditionally negative polarity in the previous operation interval. The control pulses are generated and applied to the controlled valves 3, 6. The parameters of the autonomous matched resonant inverter circuit are selected so that the current of the load circuit, including the serial switching circuit (elements 12, 13) and the parallel load circuit (elements 14, 15), has an oscillatory character . When the controlled valves 3, 6 are turned on, the oscillating charge of the switching capacitor 13 occurs through the switching choke 12 and the parallel load oscillating circuit 14, 15 from the power source through the circuit: 11-3-12-14, 15-13-6-11. In the interval of operation of controlled valves 3, 6, a half-wave of direct current flows through the load circuit, the voltage at adjacent controlled valves 4, 5 is equal to the voltage on the filter capacitor 11. Due to the oscillation of the charge process, the capacitor 13 is charged to a voltage exceeding the voltage on the filter capacitor 11. After the current of the controlled valves 3, 6 drops to zero counter-parallel diodes 7, 10 are turned on and a partial oscillatory discharge of the switching capacitor 13 to the filter capacitor 11 occurs along the circuit: 13-10-11-7-12-14, 15-13. A partial discharge of the switching capacitor 13 ensures the recovery of excess reactive energy accumulated in the electromagnetic field of the elements of the switching circuit and the stabilization of the operating mode of an autonomous matched resonant inverter under varying load conditions. During operation of counter-parallel diodes 7, 10, the voltage at the controlled valves 4, 5 remains direct (positive), equal to the voltage at the filter capacitor 11. After turning off the counter-parallel diodes 7, 10, the capacitor 13 is charged to a conditionally positive polarity voltage. The voltage at the compensating capacitor 15 is positive and close to zero. The voltage at the controlled valves 3-6 is positive and again equal to half the voltage at the filter capacitor 11. After a pause interval, the duration of which is determined by the parameters of the load circuit elements, the voltage at the compensating capacitor 15 becomes zero. Another impulse of control is forming. The generated control pulse is supplied to the controlled valves 4, 5. Electromagnetic processes when turning on the controlled valves 4, 5 proceed similarly. The voltages and currents of the elements of the load circuit have the opposite sign. After turning off the counter-parallel diodes 8, 9 and the expiration of the pause interval, the period of operation of the autonomous matched resonant inverter ends. Thus, the control pulses to the controlled valves of the valve switch 3, 6 and 4, 5 are supplied alternately. The control pulses are formed at the instant of transition of the instantaneous voltage value on the compensating capacitor 15 through zero. The control pulses are given at non-zero (conditionally zero level) instantaneous voltage values simultaneously on all controlled valves 3-6 of the valve switch. The voltage at the controlled valves 3-6 in the considered circuit when applying control pulses is half the voltage across the filter capacitor 11. Thus, in all operating modes of the autonomous matched resonant inverter, the next control pulses to the controlled valves of the valve switch are supplied to the changing load, provided that there is direct voltage, that is, by the time of their formation, previously operating controlled valves are guaranteed to be turned off.

Мгновенные значения напряжений на управляемых вентилях измеряются датчиками напряжения 16-19, выполненными, например, в виде оптопар. Мгновенное значение напряжения на компенсирующем конденсаторе измеряется датчиком напряжения 24. Сигнал с выхода датчика напряжения 24 сравнивается с нулевым уровнем в компараторе 25. Датчик напряжения 24 может быть реализован в виде трансформатора напряжения. Импульс с выхода компаратора 25 инвертируется логической схемой НЕ 31. При этом формирователь импульса 32 и второй формирователь импульса 37 соответственно формируют импульсы управления заданной длительности при переходе мгновенного значения напряжения на компенсирующем конденсаторе через ноль в отрицательную и положительную область значений. Таким образом осуществляется синхронизация и подача импульсов управления на управляющие вентили вентильного коммутатора, формирующие прямую (положительную) и обратную (отрицательную) полуволны тока в нагрузке. Сформированные импульсы управления с выходов формирователей импульса 32, 37 соответственно поступают на соответствующие входы второй и третьей логических схем И 27, 33. Если все управляемые вентили выключены и на них присутствует прямое напряжение, на выходе логической схемы И 26 формируется разрешающий сигнал, который поступает на соответствующие (разрешающие) входы логических схем И 27, 33. При этом очередной импульс управления поступает на вход распределителя 28 или второго распределителя импульсов 34. С выходов распределителей импульсов 28, 34 импульсы управления поступают на выходные каскады 29, 30, 35, 36, обеспечивающие необходимое усиление импульсов управления, согласование и гальваническую развязку силовых и управляющих цепей автономного согласованного резонансного инвертора. Первоначальный запуск устройства производится по сигналу формирователя импульса запуска 38. Триггеры Шмитта 20-23 обеспечивают улучшение фронтов и спада сигналов датчиков напряжения 16-19 и повышения помехоустойчивости устройства.Instantaneous voltage values on controlled valves are measured by voltage sensors 16-19, made, for example, in the form of optocouplers. The instantaneous voltage value at the compensating capacitor is measured by the voltage sensor 24. The signal from the output of the voltage sensor 24 is compared with the zero level in the comparator 25. The voltage sensor 24 can be implemented as a voltage transformer. The pulse from the output of the comparator 25 is inverted by the logic circuit NOT 31. In this case, the pulse shaper 32 and the second pulse shaper 37 respectively generate control pulses of a given duration when the instantaneous voltage value across the compensating capacitor passes through zero to the negative and positive range of values. Thus, the synchronization and supply of control pulses to the control valves of the valve switch are carried out, forming the direct (positive) and reverse (negative) half-waves of the current in the load. The generated control pulses from the outputs of the pulse shapers 32, 37, respectively, are supplied to the corresponding inputs of the second and third logic circuits I 27, 33. If all controlled gates are turned off and there is a direct voltage on them, an enable signal is generated at the output of the logic circuit And 26, which is fed to the corresponding (permissive) inputs of the logic circuits AND 27, 33. In this case, the next control pulse is supplied to the input of the distributor 28 or the second pulse distributor 34. From the outputs of the pulse distributors 28, 34 control pulses are fed to output stages 29, 30, 35, 36, which provide the necessary amplification of control pulses, coordination and galvanic isolation of power and control circuits of an autonomous matched resonant inverter. The initial start-up of the device is carried out according to the signal of the start-up pulse shaper 38. Schmitt triggers 20-23 provide an improvement in the fronts and decay of the signals of voltage sensors 16-19 and increase the noise immunity of the device.

Выходные каскады 29, 30, 35, 36 устройства выполнены с использованием импульсных трансформаторов, распределители импульсов 28, 34 реализованы в виде усилительных схем. Остальные элементы устройства могут быть выполнены по любой из известных схемных решений.The output stages 29, 30, 35, 36 of the device are made using pulse transformers, pulse distributors 28, 34 are implemented in the form of amplifying circuits. The remaining elements of the device can be performed by any of the known circuit solutions.

По сравнению с прототипом использование заявляемого способа управления автономным согласованным резонансным инвертором позволяет обеспечить более надежную работу при питании электротехнологических нагрузок с изменяющимися параметрами. Повышение надежности работы обеспечивается за счет исключения возможных режимов перекрытия токов с повышенными уровнями напряжений и токов, а также с высокими скоростями нарастания токов управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов и малыми временами, предоставляемыми управляемым вентилям для восстановления управляющих свойств. Очередные управляемые вентили включаются только после гарантированного выключения ранее работающих управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов. В результате исключаются также и критичные режимы, например, запуска и включения очередных управляемых вентилей в случаях выхода из строя ранее работающих управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов.Compared with the prototype, the use of the proposed method for controlling an autonomous matched resonant inverter allows for more reliable operation when feeding electrotechnological loads with varying parameters. Improving the reliability of operation is ensured by eliminating the possible modes of overlapping currents with elevated levels of voltage and currents, as well as with high slew rates of the currents of controlled valves and counter-parallel diodes and the short times provided to controlled valves to restore control properties. The next controlled valves are turned on only after a guaranteed shutdown of previously operated controlled valves and counter-parallel diodes. As a result, critical modes are also excluded, for example, starting and turning on the next controlled valves in case of failure of previously operated controlled valves and counter-parallel diodes.

Повышение надежности оценивается по времени наработки автономного согласованного резонансного инвертора на отказ, которое при использовании заявляемого способа управления увеличивается, по сравнению с прототипом, более чем в два раза.The increase in reliability is estimated by the operating time of an autonomous matched resonant inverter for failure, which when using the proposed control method increases by more than two times in comparison with the prototype.

Claims

A method for controlling an autonomous matched resonant inverter containing a gate switch made on controlled gates with counter-parallel diodes, and a filter capacitor operating on a parallel load oscillating circuit formed by a load with inductance and a compensating capacitor connected to the output terminals of the valve commutator through a serial oscillatory circuit formed by a switching inductor and capacitor, which consists in the formation and alternating supply e control pulses to the controlled valves of the valve switch, forming the direct and reverse half-waves of the current in the load, characterized in that they measure the instantaneous voltage values of all the controlled valves of the valve switch and the compensating capacitor, determine the instant of transition of the instantaneous voltage value at the compensating capacitor through zero, generate pulses control at the instant of transition of the instantaneous voltage value on the compensating capacitor through zero, the next control pulses eniya to controlled valves switch valve forming forward and reverse half-wave current in the load, at the moments when an instantaneous value at the compensating capacitor voltage through zero at non-zero values of the instantaneous voltages simultaneously on all valves controlled rectifier switch.