RU2431914C1 - Frequency converter control method - Google Patents

Frequency converter control method Download PDF

Info

Publication number
RU2431914C1
RU2431914C1 RU2010124526/07A RU2010124526A RU2431914C1 RU 2431914 C1 RU2431914 C1 RU 2431914C1 RU 2010124526/07 A RU2010124526/07 A RU 2010124526/07A RU 2010124526 A RU2010124526 A RU 2010124526A RU 2431914 C1 RU2431914 C1 RU 2431914C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rectifier
load
frequency
output
inverter
Prior art date
Application number
RU2010124526/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Михайлович Силкин (RU)
Евгений Михайлович Силкин
Original Assignee
Евгений Михайлович Силкин
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Евгений Михайлович Силкин filed Critical Евгений Михайлович Силкин
Priority to RU2010124526/07A priority Critical patent/RU2431914C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2431914C1 publication Critical patent/RU2431914C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Abstract

FIELD: physics. ^ SUBSTANCE: in the method of controlling a frequency converter comprising a power supply filter, a single-phase rectifier, a clamp, a single-phase inverter on controlled rectifier diodes, a switching capacitor and switching inductor, which form a series resonant circuit with the load, control pulses are generated and successively transmitted to the rectifier diodes of the inverter, which form direct and inverse half-waves of alternating current in the load and they are switched on with frequency higher than the resonance frequency of the series resonant circuit. Instantaneous voltage across the output of the rectifier is measured. Frequency of switching on the rectifier diodes is controlled, respectively reduced and increased directly proportional to the measured instantaneous voltage across the output of the rectifier. ^ EFFECT: reduced current pulsation in the load of the frequency converter caused by pulsation of the output voltage of the single-phase rectifier. ^ 2 dwg

Description

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в системах управления с транзисторными преобразователями частоты для электротехнологий, а также в электронных пускорегулирующих аппаратах для газоразрядных ламп и драйверах для питания мощных светодиодов.The invention relates to a conversion technique and can be used in control systems with transistor frequency converters for electrical technologies, as well as in electronic ballasts for gas discharge lamps and drivers for powering high-power LEDs.

Известен способ управления преобразователем частоты, содержащим однофазный выпрямитель с емкостным фильтром, однофазный инвертор на управляемых вентилях, дроссель, образующий с нагрузкой последовательную схему, заключающийся в том, что формируют и поочередно подают импульсы управления на вентили инвертора, формирующие прямую и обратную полуволны переменного тока в нагрузке (патент России 2061292, МКИ Н05М 5/44. Способ управления преобразователем частоты / Силкин Е.М. - заявл. 22.09.92. Опубл. 27.05.96. - Бюл. №15).A known method of controlling a frequency converter containing a single-phase rectifier with a capacitive filter, a single-phase inverter on controlled valves, a choke, which forms a load with a series circuit, consisting in the fact that form and alternately supply control pulses to the inverter valves, forming the direct and reverse AC half-waves in load (Russian patent 2061292, MKI H05M 5/44. A method for controlling a frequency converter / EM Silkin - application. 09/22/92. Publish. 05/27/96. - Bull. No. 15).

Недостатком способа управления является высокий уровень пульсаций тока нагрузки преобразователя частоты, обусловленных пульсациями напряжения на выходе выпрямителя.The disadvantage of the control method is the high level of ripple of the load current of the frequency converter, due to ripple voltage at the output of the rectifier.

Известен способ управления преобразователем частоты, содержащем однофазный выпрямитель с емкостным фильтром, однофазный инвертор на управляемых вентилях, коммутирующий конденсатор и коммутирующий дроссель, образующие с нагрузкой последовательную резонансную схему, заключающийся в том, что формируют и поочередно подают импульсы управления на вентили инвертора, формирующие прямую и обратную полуволны переменного тока в нагрузке, и их включают с частотой, близкой к частоте резонанса последовательной резонансной схемы (патент России 2025881, МКИ Н02М 7/538. Преобразователь переменного тока для питания индуктора / Силкин Е.М. и др. - Заявл. 03.09.91. Опубл. 30.12.94. - Бюл. №24).A known method of controlling a frequency converter containing a single-phase rectifier with a capacitive filter, a single-phase inverter on controlled gates, a switching capacitor and a switching inductor, which form a load with a series resonant circuit, which consists in generating and supplying control pulses to the inverter valves, forming a direct and reverse AC half-waves in the load, and they are turned on with a frequency close to the resonance frequency of the serial resonant circuit (Russian patent 202 5881, MKI Н02М 7/538. AC converter for inductor supply / EM Silkin et al. - Application 03.09.91. Publish. 30.12.94. - Bull. No. 24).

Недостатком способа управления является высокий уровень пульсаций тока нагрузки преобразователя частоты, обусловленных пульсациями напряжения на выходе выпрямителя.The disadvantage of the control method is the high level of ripple of the load current of the frequency converter, due to ripple voltage at the output of the rectifier.

Известен способ управления преобразователем частоты, содержащим сетевой фильтр, однофазный выпрямитель, однофазный инвертор на управляемых вентилях, коммутирующий конденсатор и коммутирующий дроссель, образующие с нагрузкой последовательную резонансную схему, заключающийся в том, что формируют и поочередно подают импульсы управления на вентили инвертора, формирующие прямую и обратную полуволны переменного тока в нагрузке, и их включают с частотой, близкой к частоте резонанса последовательной резонансной схемы (а.с. СССР 1778896, МКИ Н02М 5/45. Преобразователь частоты / Силкин Е.М. и др. - Заявл. 25.03.91. Опубл. 01.08.92. - Бюл. №44).A known method of controlling a frequency converter containing a line filter, a single-phase rectifier, a single-phase inverter on controlled gates, a switching capacitor and a switching inductor, forming a series resonant circuit with a load, which consists in generating and supplying control pulses to the inverter valves, forming a direct and reverse AC half-waves in the load, and they are switched on with a frequency close to the resonance frequency of the serial resonant circuit (AS USSR 1778896, MKI N02M 5/45. Frequency converter / Silkin EM et al. - Application. March 25, 91. Publish. August 1, 92. - Bull. No. 44).

Данный способ управления преобразователем частоты является наиболее близким по технической сущности к изобретению и рассматривается в качестве прототипа.This method of controlling a frequency converter is the closest in technical essence to the invention and is considered as a prototype.

Недостатком способа управления является высокий уровень пульсаций тока нагрузки преобразователя частоты, обусловленных пульсациями напряжения на выходе однофазного выпрямителя.The disadvantage of the control method is the high level of ripple load current of the frequency converter, due to ripple voltage at the output of a single-phase rectifier.

Изобретение направлено на решение задачи снижения пульсаций тока в нагрузке преобразователя частоты, обусловленных пульсациями выходного напряжения однофазного выпрямителя, что является целью изобретения.The invention is aimed at solving the problem of reducing current ripple in the load of the frequency converter, due to ripple of the output voltage of a single-phase rectifier, which is the purpose of the invention.

Указанная цель достигается тем, что в способе управления преобразователем частоты, содержащем сетевой фильтр, однофазный выпрямитель, кламп, однофазный инвертор на управляемых вентилях, коммутирующий конденсатор и коммутирующий дроссель, образующие с нагрузкой последовательную резонансную схему, заключающемся в том, что формируют и поочередно подают импульсы управления на вентили инвертора, формирующие прямую и обратную полуволны переменного тока в нагрузке, вентили инвертора включают с частотой, превышающей частоту резонанса последовательной резонансной схемы, измеряют мгновенное напряжение на выходе выпрямителя, регулируют, соответственно, уменьшают и увеличивают, частоту включения вентилей инвертора прямо пропорционально измеренному мгновенному напряжению на выходе выпрямителя.This goal is achieved by the fact that in the method of controlling a frequency converter containing a line filter, a single-phase rectifier, a clamp, a single-phase inverter on controlled gates, a switching capacitor and a switching choke, which form a load with a serial resonant circuit, which consists in generating and alternating pulses controls on the inverter valves forming the forward and reverse AC half-waves in the load; the inverter valves turn on with a frequency exceeding the resonance frequency after phase resonance circuit, measure the instantaneous voltage at the output of the rectifier, regulate, respectively, reduce and increase the frequency of switching on the inverter valves is directly proportional to the measured instantaneous voltage at the output of the rectifier.

Существенным отличием, характеризующим изобретение, является снижение пульсаций тока в нагрузке преобразователя, обусловленных пульсациями выходного напряжения однофазного выпрямителя, сглаженных действием клампа. Измерение мгновенного значения напряжения на выходе выпрямителя, регулирование, соответственно, уменьшение и увеличение, частоты включения вентилей инвертора прямо пропорционально измеренному мгновенному напряжению на выходе выпрямителя, работа на частоте, превышающей частоту резонанса последовательной резонансной схемы, позволяют компенсировать зависимость мгновенного тока нагрузки от пульсаций выходного напряжения однофазного выпрямителя.A significant difference that characterizes the invention is the reduction of current ripple in the load of the Converter, due to ripple of the output voltage of a single-phase rectifier, smoothed by the action of the clamp. Measurement of the instantaneous voltage value at the output of the rectifier, regulation, respectively, decrease and increase, the switching frequency of the inverter valves is directly proportional to the measured instantaneous voltage at the output of the rectifier, operation at a frequency exceeding the resonance frequency of the series resonant circuit allows you to compensate for the dependence of the instantaneous load current on the output voltage ripples single phase rectifier.

Снижение пульсаций тока в нагрузке преобразователя, обусловленных пульсациями выходного напряжения однофазного выпрямителя, является полученным техническим результатом, обусловленным новыми действиями и порядком их осуществления в способе управления преобразователя частоты, то есть отличительными признаками. Таким образом, отличительные признаки заявляемого способа управления преобразователем частоты являются существенными.The reduction of current ripple in the load of the converter due to ripple of the output voltage of a single-phase rectifier is a technical result due to new actions and the order of their implementation in the control method of the frequency converter, that is, the distinguishing features. Thus, the distinguishing features of the proposed method for controlling a frequency converter are essential.

На фиг.1 приведена схема устройства для реализации способа управления преобразователем частоты, на фиг.2 - временные диаграммы процессов в элементах схемы, поясняющие принцип управления.Figure 1 shows a diagram of a device for implementing a method of controlling a frequency converter, figure 2 is a timing diagram of the processes in the circuit elements that explain the principle of control.

Способ управления преобразователем частоты, содержащим сетевой фильтр, однофазный выпрямитель, кламп, однофазный инвертор на управляемых вентилях, коммутирующий конденсатор и коммутирующий дроссель, образующие с нагрузкой последовательную резонансную схему, реализуется следующими действиями. Формируют и поочередно подают импульсы управления на вентили инвертора, формирующие прямую и обратную полуволны переменного тока в нагрузке. Вентили инвертора включают с частотой, превышающей частоту резонанса последовательной резонансной схемы. Измеряют мгновенное напряжение на выходе выпрямителя. Регулируют, соответственно, уменьшают и увеличивают, частоту включения вентилей инвертора прямо пропорционально измеренному мгновенному напряжению на выходе выпрямителя.A method for controlling a frequency converter containing a line filter, a single-phase rectifier, a clamp, a single-phase inverter on controlled gates, a switching capacitor and a switching choke, which form a series resonant circuit with a load, is implemented by the following steps. Control pulses are formed and alternately fed to the inverter valves, which form the forward and reverse AC half-waves in the load. The inverter valves are turned on with a frequency exceeding the resonance frequency of the series resonant circuit. The instantaneous voltage at the rectifier output is measured. Regulate, respectively, reduce and increase, the frequency of inclusion of the inverter valves is directly proportional to the measured instantaneous voltage at the output of the rectifier.

Схема устройства для реализации способа управления преобразователем частоты включает сетевой фильтр 1, однофазный выпрямитель 2, кламп 3, однофазный инвертор 4 на управляемых вентилях, коммутирующий конденсатор 5 и коммутирующий дроссель 6, образующие с нагрузкой 7 последовательную резонансную схему, блок управления устройства 8, на вход которого подается напряжение с выхода выпрямителя, а выходы блока управления устройства соединены с управляющими электродами управляемых вентилей инвертора.A device diagram for implementing a method of controlling a frequency converter includes a line filter 1, a single-phase rectifier 2, a clamp 3, a single-phase inverter 4 on controlled gates, a switching capacitor 5 and a switching choke 6, which form a series resonant circuit with a load 7, the control unit of the device 8, input which is supplied with voltage from the output of the rectifier, and the outputs of the control unit of the device are connected to the control electrodes of the controlled inverter valves.

Устройство работает следующим образом. Блок управления 8 формирует и поочередно подает импульсы управления на управляемые вентили инвертора 4. Блок управления 8 может быть выполнен на основе любой из известных схем генераторов, управляемых напряжением, и выходных каскадов. Мгновенное напряжение с выхода выпрямителя 2 управляет генератором блока управления 8, в результате чего регулируется, соответственно, уменьшается и увеличивается, частота включения вентилей инвертора 4 прямо пропорционально измеренному мгновенному напряжению на выходе выпрямителя 2. Переменное напряжение питающей сети преобразуется в постоянное выпрямителем 2. Для обеспечения электромагнитной совместимости устройства с питающей сетью служит сетевой фильтр 1. Выпрямленное напряжение с выхода однофазного выпрямителя 2, имеющее высокий уровень пульсации, фильтруется клампом 3. На выходе клампа 3 напряжение также имеет остаточную пульсацию (фиг.2). Кламп выполняется в виде ограничивающего пульсацию напряжения устройства, аналогичного известным (диодно-емкостная или диодно-емкостно-резистивная цепь). Напряжение с выхода клампа 3 поступает на вход инвертора 4 на управляемых вентилях. Вентили инвертора 4 включаются поочередно. За полный цикл работы вентилей, формирующих прямую и обратную полуволны тока в нагрузке 7, формируется полный период выходного переменного тока устройства. Увеличение выходной частоты инвертора 4 относительно частоты резонанса последовательной резонансной схемы (расстройка последовательной схемы), образованной коммутирующим конденсатором 5, коммутирующим дросселем 6 и нагрузкой 7, приводит к снижению уровней напряжения на коммутирующем конденсаторе 5 и тока через нагрузку 7. Это компенсирует увеличение тока через нагрузку 7, обусловленное увеличением напряжения на выходе выпрямителя 2. Уменьшение выходной частоты инвертора 4 относительно частоты резонанса последовательной резонансной схемы (настройка схемы), образованной коммутирующим конденсатором 5, коммутирующим дросселем 6 и нагрузкой 7, приводит к увеличению уровней напряжения на коммутирующем конденсаторе 5 и тока через нагрузку 7. Это компенсирует, соответственно, уменьшение тока через нагрузку 7, обусловленное уменьшением напряжения на выходе выпрямителя 2. Таким образом, регулирование выходной частоты инвертора 4 (частоты включения вентилей) в функции уровня мгновенного выходного напряжения выпрямителя 2 позволяет компенсировать изменение тока нагрузки 7, обусловленное изменением напряжения питания инвертора 4, и снизить пульсации нагрузочного тока. Временные диаграммы фиг.2 иллюстрируют работу устройства и принцип управления преобразователем частоты. На диаграмме фиг.2 представлено мгновенное напряжение на выходе выпрямителя 2, отфильтрованное клампом 3. Напряжение поступает на вход блока управления 8. Аналогично (прямо пропорционально) изменяется и частота включения вентилей инвертора 4.The device operates as follows. The control unit 8 generates and alternately delivers control pulses to the controlled valves of the inverter 4. The control unit 8 can be based on any of the known voltage-controlled oscillator circuits and output stages. The instantaneous voltage from the output of the rectifier 2 controls the generator of the control unit 8, as a result of which it is regulated, respectively decreases and increases, the switching frequency of the inverter 4 valves is directly proportional to the measured instantaneous voltage at the output of the rectifier 2. The alternating voltage of the supply network is converted to a constant by the rectifier 2. To ensure The electromagnetic filter 1 serves as the electromagnetic compatibility of the device with the mains. The rectified voltage from the output of a single-phase rectifier 2, which has high ripple, filtered clamp 3. The output of voltage clamp 3 also has a residual ripple (Figure 2). The clamp is made in the form of a ripple-limiting voltage device, similar to the known ones (diode-capacitive or diode-capacitive-resistive circuit). The voltage from the output of the clamp 3 is supplied to the input of the inverter 4 on the controlled valves. The inverter 4 valves turn on alternately. For the full cycle of operation of the valves forming the direct and reverse half-wave current in the load 7, a complete period of the output alternating current of the device is formed. An increase in the output frequency of the inverter 4 relative to the resonance frequency of the serial resonant circuit (detuning of the serial circuit) formed by the switching capacitor 5, the switching choke 6 and the load 7 leads to a decrease in the voltage levels at the switching capacitor 5 and the current through the load 7. This compensates for the increase in the current through the load 7, due to the increase in voltage at the output of the rectifier 2. The decrease in the output frequency of the inverter 4 relative to the resonance frequency of the series resonant circuit we (setting the circuit), formed by the switching capacitor 5, the switching inductor 6 and the load 7, leads to an increase in the voltage levels at the switching capacitor 5 and the current through the load 7. This compensates, respectively, the decrease in the current through the load 7, due to the decrease in the voltage at the rectifier output 2. Thus, the regulation of the output frequency of the inverter 4 (switching frequency of the valves) as a function of the level of the instantaneous output voltage of the rectifier 2 allows you to compensate for the change in the load current 7, due to fief change in inverter power supply 4, and reduce the ripple of the load current. The timing diagrams of FIG. 2 illustrate the operation of the device and the principle of controlling the frequency converter. The diagram of figure 2 shows the instantaneous voltage at the output of the rectifier 2, filtered by a clamp 3. The voltage is applied to the input of the control unit 8. The switching frequency of the inverter 4 valves also changes (directly proportionally).

По сравнению с прототипом использование заявляемого способа управления преобразователем частоты позволяет существенно уменьшить пульсации тока нагрузки, обусловленные пульсацией напряжения на выходе однофазного выпрямителя. Ток через нагрузку стабилизируется за счет соответствующей настройки и расстройки (относительно частоты резонанса) последовательной резонансной схемы. При проектировании, например, системы управления электротехнологической установки такая стабилизация позволяет значительно снизить требования к элементам схемы и, в первую очередь, к силовым вентилям, повысить надежность работы устройства и повторяемость технологических процессов. Применительно к электронным пускорегулирующим аппаратам для разрядных ламп, кроме вышеперечисленного, следует отметить заметное уменьшение пульсаций излучения ламп. Драйверы для питания светодиодов, выполненные с применением заявляемого способа управления, обеспечивают более стабильную работу светодиодных систем.Compared with the prototype, the use of the proposed method for controlling the frequency converter can significantly reduce the ripple of the load current due to ripple voltage at the output of a single-phase rectifier. The current through the load is stabilized by appropriate tuning and detuning (relative to the resonance frequency) of the series resonant circuit. When designing, for example, a control system for an electrotechnological installation, such stabilization can significantly reduce the requirements for circuit elements and, first of all, for power valves, increase the reliability of the device and the repeatability of technological processes. With regard to electronic ballasts for discharge lamps, in addition to the above, a noticeable decrease in the pulsations of the radiation of the lamps should be noted. Drivers for powering LEDs, made using the proposed control method, provide more stable operation of LED systems.

По сравнению с прототипом пульсации тока нагрузки могут быть снижены на более чем 95% относительно исходных значений без усложнения силовой части преобразовательных устройств.Compared with the prototype, ripple current loads can be reduced by more than 95% relative to the initial values without complicating the power part of the converter devices.

Claims (1)

Способ управления преобразователем частоты, содержащим сетевой фильтр, однофазный выпрямитель, кламп, однофазный инвертор на управляемых вентилях, коммутирующий конденсатор и коммутирующий дроссель, образующие с нагрузкой последовательную резонансную схему, заключающийся в том, что формируют и поочередно подают импульсы управления на вентили инвертора, формирующие прямую и обратную полуволны переменного тока в нагрузке, и их включают с частотой, превышающей частоту резонанса последовательной резонансной схемы, измеряют мгновенное напряжение на выходе выпрямителя, регулируют, соответственно, уменьшают и увеличивают частоту включения вентилей инвертора прямо пропорционально измеренному мгновенному напряжению на выходе выпрямителя. A method of controlling a frequency converter containing a line filter, a single-phase rectifier, a clamp, a single-phase inverter on controlled gates, a switching capacitor and a switching choke, which form a load with a series resonant circuit, which consists of generating and supplying control pulses to the inverter valves forming a direct and the reverse AC half-wave in the load, and they are turned on with a frequency exceeding the resonance frequency of the serial resonant circuit, measure the instant apryazhenie at the output of the rectifier is controlled respectively decrease and increase the switching frequency of the inverter valves is directly proportional to the instantaneous voltage measured at the output of the rectifier.
RU2010124526/07A 2010-06-15 2010-06-15 Frequency converter control method RU2431914C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010124526/07A RU2431914C1 (en) 2010-06-15 2010-06-15 Frequency converter control method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010124526/07A RU2431914C1 (en) 2010-06-15 2010-06-15 Frequency converter control method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2431914C1 true RU2431914C1 (en) 2011-10-20

Family

ID=44999301

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010124526/07A RU2431914C1 (en) 2010-06-15 2010-06-15 Frequency converter control method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2431914C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI495247B (en) Cascaded power converter and method and integrated circuit for controlling the same
EP2490511B1 (en) Electronic ballast
JP5263503B2 (en) Light emitting diode lighting device
AU2006239627B2 (en) Parameterizable digital PFC (power factor correlation)
US9155144B2 (en) Method and circuit arrangement for operating light-emitting means, with beat avoidance
US8525429B2 (en) Method for controlling gas discharge lamps
CN111817583B (en) power converter circuit
MX2007013162A (en) Control circuit for maintaining constant power in power factor corrected electronic ballasts and power supplies.
JP2016192292A (en) Led lighting device and led illuminating apparatus
US20100182810A1 (en) Alternating-current power supply device
US10251227B2 (en) Clocked electronic energy converter
KR101224950B1 (en) A apparatus of smart dimming converter for LED lamp
US10491045B2 (en) Wireless power transmission system
RU2431914C1 (en) Frequency converter control method
US20120146527A1 (en) Led driving circuit
RU2572086C2 (en) Power supply source for magnetron
JP6135635B2 (en) Lighting device and lighting apparatus
RU174699U1 (en) Adjustable switching power supply for LEDs with low ripple current output
US20040085032A1 (en) Device and method for the multi-phase operation of a gas discharge or metal vapour lamp
KR101207466B1 (en) power supply apparatus for ozone generator
US20150028758A1 (en) Isolating minimal switched power supply
WO2009130861A1 (en) Inverter device
JP6041532B2 (en) Electronic load device
KR100871109B1 (en) Ballast circuit for direct current/alternate current high voltage lamp
EP2538541A1 (en) Method for stability and dimming of luminosity of lamps and illumination bodies having LED elements

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20130616