RU2341002C1 - Method of inverter control - Google Patents
Method of inverter control Download PDFInfo
- Publication number
- RU2341002C1 RU2341002C1 RU2007110475/09A RU2007110475A RU2341002C1 RU 2341002 C1 RU2341002 C1 RU 2341002C1 RU 2007110475/09 A RU2007110475/09 A RU 2007110475/09A RU 2007110475 A RU2007110475 A RU 2007110475A RU 2341002 C1 RU2341002 C1 RU 2341002C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- load
- inverter
- voltage
- controlled valves
- interval
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнологии и может быть использовано при проектировании систем управления с вентильными преобразователями частоты для индукционных нагревателей и других электротехнологических нагрузок. Изобретение повышает надежность работы автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией.The invention relates to electrical technology and can be used in the design of control systems with valve frequency converters for induction heaters and other electrotechnological loads. The invention improves the reliability of a stand-alone matched inverter with resonant switching.
Известен способ управления инвертором на управляемых вентилях с источником постоянного напряжения питания на входе, имеющим характеристику источника напряжения, работающим на нагрузку в виде параллельного колебательного контура с высокой добротностью, подключенного к выходу инвертора через последовательную цепь, содержащую дополнительный дроссель и конденсатор, заключающийся в формировании и поочередной подаче импульсов управления на управляемые вентили, формирующие прямую и обратную полуволны переменного напряжения на нагрузке (Тиристорные преобразователи повышенной частоты для электротехнологических установок. / Е.И.Беркович, Г.В.Ивенский, Ю.С.Иоффе и др. - Л.: Энергоатомиздат, 1983. - С.50).A known method of controlling an inverter on controlled valves with a constant voltage supply source at the input, having the characteristic of a voltage source, operating on a load in the form of a parallel oscillating circuit with high quality factor, connected to the inverter output through a serial circuit containing an additional inductor and capacitor, which consists in the formation and alternately supplying control pulses to controlled valves forming forward and reverse half-waves of alternating voltage at the load (Thyristor converters of increased frequency for electrotechnological installations. / E.I. Berkovich, G.V. Ivensky, Yu.S. Ioffe et al. - L .: Energoatomizdat, 1983. - P.50).
Недостатком способа управления инвертором является низкая надежность работы инвертора на изменяющуюся электротехнологическую нагрузку, что обусловлено возможностью перегрузок управляемых вентилей в режимах перекрытия токов управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов.The disadvantage of the inverter control method is the low reliability of the inverter for a changing electrotechnological load, which is due to the possibility of overloading the controlled valves in the modes of overlapping currents of the controlled valves and counter-parallel diodes.
Известен способ управления инвертором на управляемых вентилях с источником постоянного напряжения питания на входе, имеющим характеристику источника напряжения, работающим на нагрузку в виде параллельного колебательного контура с высокой добротностью, подключенного к выходу инвертора через последовательную цепь, содержащую дополнительный дроссель и конденсатор, заключающийся в формировании и поочередной подаче импульсов управления на управляемые вентили, формирующие прямую и обратную полуволны переменного напряжения на нагрузке, изменении частоты подачи импульсов управления на управляемые вентили (Тиристорные преобразователи частоты / А.К.Белкин, Т.П.Костюкова, Л.Э.Рогинская и др. - М.: Энергоатомиздат, 2000. - С.34).A known method of controlling an inverter on controlled valves with a constant voltage supply source at the input, having the characteristic of a voltage source, operating on a load in the form of a parallel oscillating circuit with high quality factor, connected to the inverter output through a serial circuit containing an additional inductor and capacitor, which consists in the formation and alternately supplying control pulses to controlled valves forming forward and reverse half-waves of alternating voltage at the load , changing the frequency of supply of control pulses to controlled gates (Thyristor frequency converters / A.K. Belkin, T.P. Kostyukova, L.E. Roginskaya, etc. - M .: Energoatomizdat, 2000. - P. 34).
Недостатком способа управления инвертором является низкая надежность работы инвертора на изменяющуюся электротехнологическую нагрузку, что обусловлено возможностью перегрузок управляемых вентилей в режимах перекрытия токов управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов.The disadvantage of the inverter control method is the low reliability of the inverter for a changing electrotechnological load, which is due to the possibility of overloading the controlled valves in the modes of overlapping currents of the controlled valves and counter-parallel diodes.
Известен способ управления инвертором на управляемых вентилях с источником постоянного напряжения питания на входе, имеющим характеристику источника напряжения, работающим на нагрузку в виде параллельного колебательного контура с высокой добротностью, подключенного к выходу инвертора через последовательную цепь, содержащую дополнительный дроссель и конденсатор, заключающийся в формировании и поочередной подаче импульсов управления на управляемые вентили, формирующие прямую и обратную полуволны переменного напряжения на нагрузке, изменении частоты подачи импульсов управления на управляемые вентили в функции тока управляемых вентилей (Патанов Д.А. Общие проблемы снижения коммутационных потерь в инверторах напряжения. // Схемотехника. - 2001. - №5. - С.48).A known method of controlling an inverter on controlled valves with a constant voltage supply source at the input, having the characteristic of a voltage source, operating on a load in the form of a parallel oscillating circuit with high quality factor, connected to the inverter output through a serial circuit containing an additional inductor and capacitor, which consists in the formation and alternately supplying control pulses to controlled valves forming forward and reverse half-waves of alternating voltage at the load , changing the frequency of supply of control pulses to controlled gates as a function of the current of controlled gates (Patanov D.A. General problems of reducing switching losses in voltage inverters. // Circuitry. - 2001. - No. 5. - P.48).
Недостатком способа управления инвертором является низкая надежность работы инвертора на изменяющуюся электротехнологическую нагрузку, что обусловлено возможностью перегрузок управляемых вентилей в режимах перекрытия токов управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов.The disadvantage of the inverter control method is the low reliability of the inverter for a changing electrotechnological load, which is due to the possibility of overloading the controlled valves in the modes of overlapping currents of the controlled valves and counter-parallel diodes.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ управления инвертором на управляемых вентилях с источником постоянного напряжения питания на входе, имеющим характеристику источника напряжения, работающим на нагрузку в виде параллельного колебательного контура с высокой добротностью, подключенного к выходу инвертора через последовательную цепь, содержащую дополнительный дроссель и конденсатор, заключающийся в формировании и поочередной подаче импульсов управления на управляемые вентили, формирующие прямую и обратную полуволны переменного напряжения на нагрузке, изменении частоты подачи импульсов управления на управляемые вентили в функции технологического параметра (Лавлесс Д.Л., Кук З.Э., Руднев В.И. Характеристики и параметры источников питания для эффективного индукционного нагрева // Силовая электроника. - 2007. - №1. - С.96).The closest in technical essence to the invention is a method of controlling an inverter on controlled valves with a constant voltage supply at the input, having the characteristic of a voltage source, operating on a load in the form of a parallel oscillating circuit with high quality factor, connected to the inverter output through a serial circuit containing an additional inductor and a capacitor, which consists in the formation and alternating supply of control pulses to controlled valves forming a direct reverse half-waves of alternating voltage at the load, changing the frequency of supply of control pulses to controlled valves as a function of a technological parameter (Loveless D.L., Cook Z.E., Rudnev V.I. Characteristics and parameters of power supplies for effective induction heating // Power Electronics . - 2007. - No. 1. - P.96).
Указанный способ управления инвертором выбран в качестве прототипа изобретения.The specified method of controlling the inverter is selected as a prototype of the invention.
Недостатком прототипа является низкая надежность работы инвертора на изменяющуюся электротехнологическую нагрузку, что обусловлено возможностью перегрузок управляемых вентилей в режимах перекрытия токов управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов, высокими уровнями токов управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов при выполнении инвертора на заданную мощность из-за низких уровней выходного напряжения, высокими потерями энергии в управляемых вентилях и встречно-параллельных диодах из-за высоких амплитуд протекающих токов, возможными сбоями в системе управления инвертором из-за перенапряжений и высоких амплитуд протекающих токов через управляемые вентили и встречно-параллельные диоды.The disadvantage of the prototype is the low reliability of the inverter for a changing electrical load, which is due to the possibility of overload of the controlled valves in the modes of overlapping currents of the controlled valves and anti-parallel diodes, high levels of currents of the controlled valves and anti-parallel diodes when the inverter is running at a given power due to low output voltage levels, high energy losses in controlled gates and counter-parallel diodes due to high amplitudes leak their currents, possible failures in the inverter control system due to overvoltage and high amplitudes of currents flowing through the controllable valves and anti-parallel diodes.
Изобретение направлено на решение задачи повышения надежности работы автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией, что является целью изобретения.The invention is aimed at solving the problem of improving the reliability of a stand-alone coordinated inverter with resonant switching, which is the purpose of the invention.
Указанная цель достигается тем, что в способе управления инвертором на управляемых вентилях с источником постоянного напряжения питания на входе, имеющим характеристику источника напряжения, работающим на нагрузку в виде параллельного колебательного контура с высокой добротностью в интервале [1, 30], подключенного к выходу инвертора через дополнительный дроссель, имеющий индуктивность величины k L, где k - числовой коэффициент, принимающий значения в интервале [1/2, 5], a L - эквивалентная индуктивность нагрузки, заключающемся в формировании и поочередной подаче импульсов управления на управляемые вентили, формирующие прямую и обратную полуволны переменного напряжения на нагрузке, измеряют мгновенное значение переменного напряжения на нагрузке, определяют моменты перехода мгновенного значения переменного напряжения на нагрузке через нуль, очередные импульсы управления формируют и подают и очередные управляемые вентили включают с опережением относительно моментов перехода мгновенного значения переменного напряжения на нагрузке через нуль на угол в интервале [π/12, π/3].This goal is achieved by the fact that in the method of controlling the inverter on controlled valves with a constant voltage source at the input, having the characteristic of a voltage source, operating on a load in the form of a parallel oscillatory circuit with high quality factor in the interval [1, 30], connected to the inverter output through an additional inductor having an inductance of magnitude k L, where k is a numerical coefficient taking values in the interval [1/2, 5], a L is the equivalent inductance of the load, which consists in the formation and alternately supplying the control pulses to the controlled valves forming the direct and reverse half-waves of the alternating voltage at the load, measure the instantaneous value of the alternating voltage at the load, determine the moments of the instantaneous transition of the alternating voltage at the load through zero, the next control pulses form and supply and the next controlled valves include ahead of the moments of transition of the instantaneous value of the alternating voltage at the load through zero by an angle in the interval [π / 12, π / 3].
Существенным отличием, характеризующим изобретение, является повышение надежности работы автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией, что достигается снижением уровней токов и перенапряжений на управляемых вентилях и встречно-параллельных диодах, исключением режимов перегрева структуры управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов, перекрытия токов управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов и сбоев в системе управления инвертора.A significant difference that characterizes the invention is to increase the reliability of a stand-alone matched inverter with resonant switching, which is achieved by lowering the levels of currents and overvoltages on controlled valves and counter-parallel diodes, with the exception of overheating modes of the structure of controlled valves and counter-parallel diodes, overlapping currents of controlled valves and counter-parallel diodes and faults in the inverter control system.
Повышение надежности работы инвертора тока является полученным техническим результатом, обусловленным новыми действиями в способе управления, порядком их осуществления, то есть отличительными признаками полезной модели. При заявляемом способе управления инвертор приобретает свойства инвертора нового класса, отличительной особенностью которого является питание от источника постоянного напряжения на входе, имеющего характеристику источника напряжения. Таким образом, отличительные признаки заявляемого способа управления автономным инвертором являются существенными.Improving the reliability of the current inverter is a technical result due to new actions in the control method, the order of their implementation, that is, the hallmarks of the utility model. With the claimed control method, the inverter acquires the properties of a new class of inverter, the distinguishing feature of which is the power supply from a constant voltage source at the input having the characteristic of a voltage source. Thus, the distinguishing features of the proposed method for controlling an autonomous inverter are essential.
На фиг.1 приведена схема автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией, на фиг.2 представлены временные диаграммы, поясняющие принцип управления инвертором на управляемых вентилях с источником постоянного напряжения питания на входе, имеющим характеристику источника напряжения.Figure 1 shows a diagram of a self-contained matched inverter with resonant switching, figure 2 presents a timing diagram explaining the principle of controlling the inverter on controlled valves with a constant voltage power source at the input having the characteristic of a voltage source.
Способ управления автономным согласованным инвертором с резонансной коммутацией на управляемых вентилях с источником постоянного напряжения питания на входе, имеющим характеристику источника напряжения, работающим на нагрузку в виде параллельного колебательного контура с высокой добротностью в интервале [1, 30], подключенного к выходу инвертора через дополнительный дроссель, имеющий индуктивность величины k L, где k - числовой коэффициент, принимающий значения в интервале [1/2, 5], а L - эквивалентная индуктивность нагрузки, реализуется следующими действиями. Формируются и поочередно подаются импульсы управления на управляемые вентили, формирующие прямую и обратную полуволны переменного напряжения на нагрузке. Измеряют мгновенное значение переменного напряжения на нагрузке. Определяют моменты перехода мгновенного значения переменного напряжения на нагрузке через нуль. Очередные импульсы управления формируют и подают и очередные управляемые вентили включают с опережением относительно моментов перехода мгновенного значения переменного напряжения на нагрузке через нуль на угол в интервале [π/12, π/3].A method for controlling an autonomous matched inverter with resonant switching on controlled gates with a constant voltage supply source at the input having a voltage source characteristic operating on a load in the form of a parallel oscillating circuit with high quality factor in the interval [1, 30] connected to the inverter output through an additional inductor having an inductance of the quantity k L, where k is a numerical coefficient taking values in the interval [1/2, 5], and L is the equivalent inductance of the load, the trace effective actions. Control pulses are generated and alternately applied to the controlled valves, which form the forward and reverse half-waves of the alternating voltage at the load. Measure the instantaneous value of the alternating voltage at the load. The moments of the transition of the instantaneous value of the alternating voltage at the load through zero are determined. The next control pulses are generated and supplied, and the next controlled valves are turned on ahead of the moments of the transition of the instantaneous value of the alternating voltage across the load through zero by an angle in the interval [π / 12, π / 3].
Автономный согласованный инвертор с резонансной коммутацией содержит подключенный к входным выводам инвертора через дроссели фильтра 1, 2 однофазный мост на четырех управляемых вентилях 3-6 с встречно-параллельными диодами 7-10, зашунтированный конденсатором фильтра 11, выходные выводы переменного тока однофазного моста соединены с выходными выводами инвертора через коммутирующий дроссель 12, выходные выводы инвертора зашунтированы компенсирующим конденсатором 13. Нагрузка 14 подключена к выходным выводам инвертора.The self-contained matched inverter with resonant switching contains a single-phase bridge connected to the input terminals of the inverter through
Автономный согласованный инвертор с резонансной коммутацией в установившемся режиме работает следующим образом. Импульсы управления на управляемые вентили 3, 6 и 4, 5 поступают поочередно с частотой, равной частоте выходного сигнала инвертора. Значения индуктивностей дросселей фильтра 1, 2 выбраны достаточными для качественной фильтрации тока и напряжения на входе однофазного моста. Компенсирующий конденсатор 13 обеспечивает параллельную компенсацию реактивной мощности индукционного нагревателя (нагрузки) 14 и последовательную компенсацию реактивной мощности коммутирующего дросселя 12. Коммутирующий дроссель 12 может выполняться в виде самостоятельного элемента или представлять собой индуктивность нагрузки (части нагрузки) и(или) соединительных отводящих шин (кабелей).Autonomous matched inverter with resonant switching in steady state operates as follows. The control pulses to the controlled valves 3, 6 and 4, 5 arrive alternately with a frequency equal to the frequency of the output signal of the inverter. The inductance values of the
Полный цикл (период) выходного сигнала автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией состоит из двух равных временных интервалов (полупериодов - T/2, где Т - период выходного напряжения), соответствующих различным сочетаниям включенного и выключенного состояния управляемых вентилей 3-6 и встречно-параллельных диодов 7-10. В каждом полупериоде, в общем случае, можно выделить три различных по характеру электромагнитных процессов временных интервала (одновременной работы двух управляемых вентилей однофазного моста, двух смежных встречно-параллельных диодов, а также паузы в работе управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов). Основной интервал соответствует интервалу одновременной проводимости двух управляемых вентилей однофазного моста 3, 6 или 4, 5. Два других интервала целесообразно устанавливать малой длительности выбором параметров элементов, что обеспечивает высокие энергетические показатели устройства. На интервале одновременной проводимости двух смежных встречно-параллельных диодов к выключившимся управляемым вентилям прикладывается небольшое обратное (отрицательное) напряжение, равное падению напряжения на встречно-параллельном диоде, и управляемые вентили могут восстанавливать свои управляющие свойства (при использовании однооперационных вентилей). В этом случае длительность второго интервала устанавливается исходя из требуемого времени выключения используемых управляемых вентилей 3-6.The full cycle (period) of the output signal of a self-contained matched inverter with resonant switching consists of two equal time intervals (half-periods - T / 2, where T is the period of the output voltage) corresponding to various combinations of on and off state of controlled valves 3-6 and counter-parallel diodes 7-10. In each half-period, in the general case, three different time intervals can be distinguished by the nature of electromagnetic processes (simultaneous operation of two controlled valves of a single-phase bridge, two adjacent counter-parallel diodes, as well as a pause in the operation of controlled valves and anti-parallel diodes). The main interval corresponds to the simultaneous conduction interval of two controlled valves of a single-phase bridge 3, 6 or 4, 5. It is advisable to set the other two intervals to short duration by selecting the parameters of the elements, which ensures high energy performance of the device. In the interval of simultaneous conductivity of two adjacent counter-parallel diodes, a small reverse (negative) voltage equal to the voltage drop across the counter-parallel diode is applied to the switched-off controlled valves, and the controlled valves can restore their control properties (using single-operation valves). In this case, the duration of the second interval is set based on the required shutdown time of the used controlled valves 3-6.
В момент включения (начало полупериода), например, управляемых вентилей 3, 6 напряжение на компенсирующем конденсаторе 13 имеет условно отрицательную полярность (положительный потенциал на правой по схеме обкладке компенсирующего конденсатора 13). Напряжение на компенсирующем конденсаторе 13 изменяется по колебательному закону. Уровень напряжения на компенсирующем конденсаторе 13 в момент включения управляемых вентилей 3, 6 ниже уровня амплитудного значения напряжения. Включение управляемых вентилей 3, 6 осуществляется с опережением относительно момента перехода мгновенного значения напряжения на компенсирующем конденсаторе 13 относительно нулевого уровня. Ток через параллельный нагрузочный контур, образованный индукционным нагревателем 14 и компенсирующим конденсатором 13, начинает протекать от конденсатора фильтра 11 автономного согласованного резонансного инвертора по цепи 11-3-12-(13, 14)-6-11. Конденсатор фильтра 11 имеет достаточную емкость для качественного сглаживания напряжения на входе однофазного моста. Заряд конденсатора фильтра 11 осуществляется от источника питания автономного согласованного резонансного инвертора по цепи + -1-11-2- -. Компенсирующий конденсатор 13 разряжается и колебательно перезаряжается до напряжения условно положительной полярности (положительный потенциал на левой по схеме обкладке). Параметры цепи 11-3-12-(13, 14)-6-11 и угол опережения s выбираются такими, чтобы электромагнитные процессы в ней также имели колебательный характер. То есть указанная цепь представляют собой последовательный колебательный контур, образованный коммутирующим дросселем 12 и нескомпенсированной частью емкости компенсирующего конденсатора 13. Ток управляемых вентилей 3, 6 вначале возрастает, а затем спадает по квазиколебательному закону. В момент равенства тока управляемых вентилей 3, 6 нулю они выключаются. В момент выключения управляемых вентилей 3, 6 заканчивается первый интервал полупериода (одновременной проводимости управляемых вентилей однофазного моста). После выключения управляемых вентилей 3, 6 включаются встречно-параллельные диоды 7, 10. Возникает колебательный ток разряда компенсирующего конденсатора 13 по цепи 13-12-7-11-10-13. Одновременно компенсирующий конденсатор 13 продолжает перезаряжаться через нагрузку 14. На интервале одновременной проводимости двух смежных встречно-параллельных диодов 7, 10 к выключившимся управляемым вентилям 3, 6 прикладывается небольшое обратное (отрицательное) напряжение, равное падению напряжения на соответствующем встречно-параллельном диоде 7, 10, и управляемые вентили 3, 6 могут восстанавливать свои управляющие свойства (при использовании однооперационных вентилей). К моменту выключения встречно-параллельных диодов 7, 10 заканчивается второй интервал полупериода. Далее через интервал паузы (третий интервал полупериода) с опережением относительно момента перехода мгновенного значения напряжения на компенсирующем конденсаторе 13 через нуль включаются управляемые вентили 4, 5. Компенсирующий конденсатор 13 в указанный момент времени заряжен с условно положительной полярностью напряжения и колебательно перезаряжается до напряжения противоположной полярности (отрицательный потенциал на левой по схеме обкладке). С момента включения управляемых вентилей 4, 5 заканчивается первый полупериод в работе инвертора. Во втором полупериоде, при работе управляемых вентилей 4, 5 и встречно-параллельных диодов 8, 9, электромагнитные процессы в автономном согласованном резонансном инверторе протекают аналогично, но токи через нагрузочный контур (13, 14) с индукционным нагревателем 14 на временных интервалах во втором полупериоде имеют противоположное направление. По окончании второго полупериода снова включаются управляемые вентили 3, 6. Далее электромагнитные процессы в инверторе (новый период выходного сигнала) полностью повторяются.At the time of switching on (the beginning of the half-period), for example, of the controlled valves 3, 6, the voltage at the compensating capacitor 13 has a conditionally negative polarity (positive potential on the right-facing circuit of the compensating capacitor 13). The voltage at the compensating capacitor 13 varies according to the oscillatory law. The voltage level at the compensating capacitor 13 at the moment of switching on the controlled valves 3, 6 is lower than the level of the voltage amplitude value. The inclusion of controlled valves 3, 6 is carried out ahead of time relative to the instant of transition of the instantaneous voltage value at the compensating capacitor 13 relative to the zero level. Current through a parallel load circuit formed by an induction heater 14 and a compensating capacitor 13 begins to flow from the filter capacitor 11 of an autonomous matched resonant inverter through a circuit 11-3-12- (13, 14) -6-11. The filter capacitor 11 has sufficient capacity for high-quality smoothing of the voltage at the input of a single-phase bridge. The filter capacitor 11 is charged from a power source of an autonomous matched resonant inverter via the circuit + -1-11-2- -. The compensating capacitor 13 is discharged and vibrationally recharged to a voltage of conditionally positive polarity (positive potential on the left lining according to the scheme). The parameters of the circuit 11-3-12- (13, 14) -6-11 and the lead angle s are chosen so that the electromagnetic processes in it also have an oscillatory character. That is, this circuit is a sequential oscillatory circuit formed by a switching inductor 12 and an uncompensated part of the capacitance of the compensating capacitor 13. The current of the controlled valves 3, 6 initially increases and then decreases according to a quasi-oscillatory law. At the moment of equal current control valves 3, 6 to zero, they turn off. At the moment of switching off the controlled gates 3, 6, the first half-period interval (simultaneous conduction of controlled gates of a single-phase bridge) ends. After turning off the controlled valves 3, 6, counter-parallel diodes 7, 10 are turned on. An oscillating discharge current of the compensating capacitor 13 occurs along the circuit 13-12-7-11-10-13. At the same time, the compensating capacitor 13 continues to recharge through the load 14. In the interval of simultaneous conductivity of two adjacent counter-parallel diodes 7, 10, a small reverse (negative) voltage equal to the voltage drop across the corresponding counter-parallel diode 7, 10 is applied to the switched-off controlled valves 3, 6 , and controlled valves 3, 6 can restore their control properties (when using single-operation valves). By the time the off-parallel diodes 7, 10 are turned off, the second half-period interval ends. Then, after a pause interval (the third half-period interval), leading relative to the moment the voltage instantaneous value at the compensating capacitor 13 passes through zero, the controlled valves 4, 5 are turned on. The compensating capacitor 13 is charged at a specified time with a conditionally positive voltage polarity and is vibrationally recharged to a voltage of opposite polarity (negative potential on the left side of the circuit). From the moment the controlled valves 4, 5 are turned on, the first half-cycle in the operation of the inverter ends. In the second half-cycle, during operation of controlled valves 4, 5 and counter-parallel diodes 8, 9, electromagnetic processes in an autonomous matched resonant inverter proceed similarly, but currents flow through the load circuit (13, 14) with an induction heater 14 at time intervals in the second half-cycle have the opposite direction. At the end of the second half-cycle, the controlled valves 3, 6 turn on again. Next, the electromagnetic processes in the inverter (a new period of the output signal) are completely repeated.
Управляемые вентили 3-6 при реализации автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией могут быть выполнены как однооперационными симметричными или не имеющими обратной блокирующей способности (тиристоры различных типов, реверсивно-включаемые динисторы, газоразрядные вентили), так и двухоперационными, то есть полностью управляемыми симметричными или несимметричными (запираемые тиристоры, транзисторы различных типов, комбинированные ключи). Двухоперационные вентили также могут быть включены только в два плеча или в одну из групп (анодную или катодную) однофазного моста инвертора. При этом в двух других плечах или другой группе однофазного моста могут быть применены однооперационные вентили. В схеме инвертора, управляемого по заявляемому способу, могут отсутствовать встречно-параллельные диоды.Controlled valves 3-6 when implementing a self-contained matched inverter with resonant switching can be performed as single-operation symmetrical or without reverse blocking ability (thyristors of various types, reversibly-switched dinistors, gas-discharge valves), and two-operation, that is, fully controlled symmetrical or asymmetric (lockable thyristors, transistors of various types, combination keys). Two-operation valves can also be included in only two arms or in one of the groups (anode or cathode) of a single-phase inverter bridge. Moreover, in the other two shoulders or another group of the single-phase bridge, single-operation valves can be used. In the inverter circuit controlled by the present method, there may be no counter-parallel diodes.
На диаграммах фиг.2 использованы следующие обозначения. Сигналы управления управляемых вентилей обозначены как u3,6 и u4,5, напряжение на нагрузке u 14, ток, потребляемый колебательным контуром i, напряжение в диагонали переменного тока моста инвертора u, текущее время t, период выходного переменного напряжения Т. Интервал опережения определяется выражением s Т/2π, где s - угол опережения в радианах в интервале [π/12, π/3].In the diagrams of figure 2, the following notation is used. The control signals of the controlled valves are designated as u 3.6 and u 4.5 , load voltage u 14, current consumed by the oscillatory circuit i, voltage in the diagonal of the alternating current of the inverter bridge u, current time t, period of the output alternating voltage T. Advance interval is determined by the expression s Т / 2π, where s is the lead angle in radians in the interval [π / 12, π / 3].
Автономный согласованный инвертор с резонансной коммутацией, таким образом, работает по принципу самовозбуждающегося инвертора. При этом инвертор питается от источника постоянного напряжения на входе, имеющего характеристику источника напряжения. Автономный инвертор по характеру электромагнитных процессов относится к новому классу согласованных инверторов с резонансной коммутацией. Включение и выключение управляемых вентилей осуществляется при нулевом токе через них. Угол опережения s выбирается в оптимальном для данного класса инверторов интервале [π/12, π/3].The self-contained matched inverter with resonant switching thus works on the principle of a self-excited inverter. In this case, the inverter is powered by a constant voltage source at the input, which has the characteristic of a voltage source. By the nature of electromagnetic processes, an autonomous inverter belongs to a new class of matched inverters with resonant switching. Turning on and off the controlled valves is carried out at zero current through them. The lead angle s is selected in the optimal interval [π / 12, π / 3] for a given class of inverters.
По сравнению с прототипом при управлении по заявляемому способу существенно повышается надежность работы автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией. Это достигается снижением величин токов управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов за счет использования параллельной компенсации реактивности индукционного нагревателя (нагрузки), уровней перенапряжений на управляемых вентилях, возникающих при их выключении, уровней электромагнитных помех, возникающих при выключении управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов, обеспечением симметричного ограничения тока источника питания инвертора при аварийных замыканиях выходных выводов инвертора на корпус нагрузки за счет дросселей фильтра. Повышается устойчивость работы автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией и уменьшается вероятность срывов инвертирования при работе на изменяющуюся в широких пределах электротехнологическую нагрузку (например, индукционный нагреватель). За счет использования принципа самовозбуждения исключается вероятность возникновения режимов перекрытия токов управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов, а также сбоев в системе управления инвертора. Снижаются потери энергии в полупроводниковых структурах управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов.Compared with the prototype, when controlled by the claimed method, the reliability of the autonomous coordinated inverter with resonant switching is significantly increased. This is achieved by reducing the values of the currents of controlled gates and counter-parallel diodes due to the use of parallel compensation of the reactivity of the induction heater (load), the levels of overvoltage on the controlled valves that occur when they are turned off, the levels of electromagnetic interference that occur when the controlled valves and counter-parallel diodes are turned off, providing a symmetric limitation of the current of the inverter power source in case of emergency circuits of the inverter output terminals to the load casing due to filter rods. The stability of the autonomous coordinated inverter with resonant switching is increased, and the likelihood of inversion failures when working on a widely varying electrotechnological load (for example, an induction heater) is reduced. By using the principle of self-excitation, the probability of occurrence of overlapping currents of controlled valves and counter-parallel diodes, as well as failures in the control system of the inverter, is eliminated. Energy losses in semiconductor structures of controlled gates and anti-parallel diodes are reduced.
Повышение надежности работы автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией оценивается по времени наработки на отказ. Согласно экспериментальных исследований и экспертных оценок время наработки на отказ инвертора с управлением по заявляемому способу может быть увеличено на 30-40%.Improving the reliability of a stand-alone coordinated inverter with resonant switching is estimated by the mean time between failures. According to experimental studies and expert estimates, the time between failures of the inverter with control by the present method can be increased by 30-40%.
По сравнению с прототипом дополнительно повышается коэффициент полезного действия инвертора за счет уменьшения коммутационных и статических потерь энергии в управляемых вентилях и встречно-параллельных диодах (снижение уровней коммутационных перенапряжений, начальных скоростей нарастания и скоростей спада тока при включениях и выключениях управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов, рекуперация части энергии перенапряжений в нагрузку).Compared with the prototype, the inverter’s efficiency is additionally increased by reducing switching and static energy losses in controlled valves and counter-parallel diodes (lowering levels of switching overvoltages, initial rise and fall rates of currents when turning on and off controlled valves and counter-parallel diodes , recovery of part of the energy of overvoltages in the load).
Дополнительно (по сравнению с прототипом) может быть существенно упрощена конструкция энергетической (силовой) части инвертора за счет обеспечения возможности использования управляемых вентилей и встречно-параллельных диодов со сниженными требованиями к их параметрам и более низкой ценой при выполнении инвертора на заданную мощность.Additionally (in comparison with the prototype), the design of the energy (power) part of the inverter can be significantly simplified by providing the possibility of using controlled valves and counter-parallel diodes with reduced requirements for their parameters and lower price when running the inverter at a given power.
Может быть расширена область применения способа управления за счет применения в установках для индукционного нагрева деталей больших размеров, что обусловлено возможностью получения высоких уровней выходных напряжений автономного согласованного инвертора с резонансной коммутацией. В результате также может быть дополнительно повышен и коэффициент полезного действия инвертора.The scope of application of the control method can be expanded by using large-sized parts in installations for induction heating, which is due to the possibility of obtaining high levels of output voltages of an autonomous matched inverter with resonant switching. As a result, the inverter efficiency can also be further increased.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007110475/09A RU2341002C1 (en) | 2007-03-21 | 2007-03-21 | Method of inverter control |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007110475/09A RU2341002C1 (en) | 2007-03-21 | 2007-03-21 | Method of inverter control |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2007110475A RU2007110475A (en) | 2008-09-27 |
| RU2341002C1 true RU2341002C1 (en) | 2008-12-10 |
Family
ID=39928685
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007110475/09A RU2341002C1 (en) | 2007-03-21 | 2007-03-21 | Method of inverter control |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2341002C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2453977C2 (en) * | 2009-07-24 | 2012-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Силовая электроника" | Control method for stand-alone inverter with resonance switching |
| RU2453976C2 (en) * | 2009-07-27 | 2012-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Силовая электроника" | Stand-alone harmonica inverter with quazi-resonance switching |
| CN105867126A (en) * | 2016-04-12 | 2016-08-17 | 温州大学 | Fractional order PI optimization control method of three-phase voltage source type inverter system |
| RU175894U1 (en) * | 2017-08-07 | 2017-12-22 | Павел Александрович Стрельников | Device for reducing switching losses of a bridge / half-bridge voltage inverter |
-
2007
- 2007-03-21 RU RU2007110475/09A patent/RU2341002C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2453977C2 (en) * | 2009-07-24 | 2012-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Силовая электроника" | Control method for stand-alone inverter with resonance switching |
| RU2453976C2 (en) * | 2009-07-27 | 2012-06-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Силовая электроника" | Stand-alone harmonica inverter with quazi-resonance switching |
| CN105867126A (en) * | 2016-04-12 | 2016-08-17 | 温州大学 | Fractional order PI optimization control method of three-phase voltage source type inverter system |
| CN105867126B (en) * | 2016-04-12 | 2018-06-19 | 温州大学 | A kind of three-phase voltage source type inversion system fractional order PI optimal control methods |
| RU175894U1 (en) * | 2017-08-07 | 2017-12-22 | Павел Александрович Стрельников | Device for reducing switching losses of a bridge / half-bridge voltage inverter |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2007110475A (en) | 2008-09-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN102301579B (en) | Power Conversion Device | |
| US10044278B2 (en) | Power conversion device | |
| JP4735188B2 (en) | Power converter | |
| RU2341002C1 (en) | Method of inverter control | |
| Sayed et al. | Modeling and control of bidirectional isolated battery charging and discharging converter based high-frequency link transformer | |
| RU139772U1 (en) | THREE-PHASE RECTIFIER WITH IMPROVED OVERALL INDICATORS | |
| JP4365171B2 (en) | Power converter and power conditioner using the same | |
| RU2454782C1 (en) | Frequency converter control method | |
| RU61964U1 (en) | AUTONOMOUS AGREED RESONANCE INVERTER | |
| RU2534749C1 (en) | Reversible frequency converter | |
| RU2680715C1 (en) | Power supply for inductor | |
| RU2398346C1 (en) | Autonomous matched inverter with quasi-resonant commutation and method for control of autonomous matched inverter with quasi-resonant commutation | |
| RU2254658C1 (en) | Transistorized tree-phase reactive-current supply | |
| RU2453976C2 (en) | Stand-alone harmonica inverter with quazi-resonance switching | |
| RU2819809C1 (en) | Frequency converter with dc switching device | |
| RU2449459C1 (en) | Stand-alone matched inverter with resonant commutation | |
| RU2453977C2 (en) | Control method for stand-alone inverter with resonance switching | |
| RU90275U1 (en) | AUTONOMOUS AGREED INVERTER WITH RESONANT COMMUTATION | |
| RU2394348C2 (en) | Method for control of parallel voltage inverter | |
| RU104400U1 (en) | AUTONOMOUS AGREED INVERTER WITH RESONANT COMMUTATION | |
| RU2218654C2 (en) | Method and devices for charging electrical energy storage capacitor | |
| RU68813U1 (en) | AUTONOMOUS AGREED INVERTER WITH RESONANT COMMUTATION | |
| RU2745365C1 (en) | Energy efficient power supply system of induction heating unit | |
| RU2394349C2 (en) | Method for control of parallel voltage inverter | |
| RU60810U1 (en) | AGREED RESONANT FREQUENCY CONVERTER WITH INDIVIDUALLY EXPRESSED DC LINK |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090322 |