SU1690136A1

SU1690136A1 - Method of control of parallel current inverter with stabilizing diode

Info

Publication number: SU1690136A1
Application number: SU894710240A
Authority: SU
Inventors: Евгений Михайлович Силкин; Валентина Николаевна Силкина
Original assignee: Е.М.Силкин и В.Н.Силкина
Priority date: 1989-06-26
Filing date: 1989-06-26
Publication date: 1991-11-07

Abstract

Изобретение относитс к электронике, а именно к преобразовательной технике, и может быть использовано в источниках питани повышенной частоты дл электротехнических установок. Целью изобретени вл етс повышение устройчивости и надежности работы инвертора за счет повышени точности стабилизации времени включени тиристоров и уменьшение перенапр жений на элементах в процессе управлени (например, при пуске инвертора). Способ управлени параллельным инвертором тока со стабилизирующим диодом заключаетс в том, что измер ют мгновенные значени тока 1н и напр жени UH нагрузки 8,9, а также тока компенсирующей емкости (С) 7, задают уставку времени выключени t3 тиристоров 2-5 и формируют периодически измен ющеес управл ющее напр жение U. Очередное включение тиристоров 2-5 производ т в момент перехода мгновенного значени управл ющего напр жени U через нуль. В отличие от известного способа управлени осуществл ют измерение времени проводимости стабилизирующего диода 10 и пропорционально этому времени формируют сигнал а. Формируют также переключающий сигнал S ±1, описывающий состо ние тиристоров 2-5. Управл ющее напр жение формируют в соответствии с kt3 выражением U -(ic-2iH). Данный способ управлени позвол ет уменьшить установленную мощность элементов инвертора за счет минимизации реактивной мощности в установившихс и пусковых режимах. 3 ил. 00The invention relates to electronics, namely to converter equipment, and can be used in high-frequency power sources for electrical installations. The aim of the invention is to improve the operability and reliability of the inverter by increasing the accuracy of stabilizing the turn-on time of the thyristors and reducing the overvoltages on the elements in the control process (for example, when the inverter starts). The control method of the parallel inverter with a stabilizing diode is to measure the instantaneous current 1n and the voltage UH of the load 8.9, as well as the current of the compensating capacitance (C) 7, set the off-time setting t3 of the thyristors 2-5 and generate periodically variable control voltage U. The next switching on of thyristors 2-5 is made at the moment of the instantaneous value of control voltage U through zero. In contrast to the known control method, the measurement of the conduction time of the stabilizing diode 10 is carried out and, in proportion to this time, the signal a is generated. A switching signal S ± 1 is also formed, describing the state of thyristors 2-5. The control voltage is formed in accordance with the kt3 expression U - (ic-2iH). This control method allows to reduce the installed power of the inverter elements by minimizing reactive power in the established and start-up modes. 3 il. 00

Description

Изобретение относитс к электротехнике , а именно к преобразовательной технике, и может быть использовано в источниках питани повышенной частоты дл электротехнологических установок.The invention relates to electrical engineering, in particular to converter equipment, and can be used in high-frequency power sources for electrical installations.

Цель изобретени - повышение устойчивости и надежности работы инвертора за счет повышени точности стабилизации времени выключени тиристоров и уменьшени перенапр жений на элементах в процессе управлени (в частности, при -пуске инвертора).The purpose of the invention is to increase the stability and reliability of the inverter by increasing the accuracy of stabilizing the off time of the thyristors and reducing the overvoltages on the elements in the control process (in particular, when the inverter starts up).

На фиг. 1 изображена функциональна схема устройства, реализующего предлагаемый способ управлени ; на фиг. 2 - примеры реализаций функциональных преобразователей, вход щих в состав устройства дл управлени инвертором; на фиг. 3 - зависимости изменени времени выключени тиристоров при пуске параллельного инвертора со стабилизирующим диодом и управлении его разными способами .FIG. 1 shows a functional diagram of a device implementing the proposed control method; in fig. 2 illustrates examples of implementations of functional converters incorporated in an inverter control device; in fig. 3 - dependences of the change in the thyristor off time when a parallel inverter with a stabilizing diode is started up and controlled in different ways.

о оoh oh

со оwith about

Устройство, реализующее способ управлени инвертором, выполненным в виде подключенного через дроссель 1 фильтра тиристорного моста на четырех тиристорах 2-5 с коммутирующим дросселем 6 и парал- лельной цепью из компенсирующей емкости 7 и активно-индуктивного потреблени (8, 9) в диагонали переменного тока, зашуи- тмрованного стабилизирующим диодом 10, содержит датчик 11 тока стабилизирующего дмода 10, датчик 12 тока нагрузки 8, 9 в диагонали переменного тока, датчик тока 13 компенсирующей емкости 7, датчик напр жени 13 на нагрузке 8, 9, подключенный параллельно компенсирующей емкости, первый 15 и второй 16 функциональные пре- обрэзова -ели, последовательные цепи из нуль-органа 17, формировател 18 импульсов упоав 1енм тиристорами 2-5, источникаA device that implements the control method of an inverter, made in the form of a thyristor bridge connected through a choke 1 on four thyristors 2-5 with a switching choke 6 and a parallel circuit from the compensating capacitance 7 and active-inductive consumption (8, 9) in the diagonal of alternating current , equipped with a stabilizing diode 10, contains a sensor 11 of a current of a stabilizing dmod 10, a sensor 12 of a load current 8, 9 in the diagonal of an alternating current, a current sensor 13 of a compensating capacitor 7, a voltage sensor 13 on a load 8, 9 connected aurally compensating capacitance, the first 15 and the second 16 functional pre-obrazov-gels, successive circuits from a null organ 17, the driver of 18 pulses having received 1 TNM thyristors 2-5,

19задзы/ уставки и блока 20 аналогового делени . Выходы датчика 11 ток стабилизирующего диода 10 и нуль-органа 17 соединены с первым и вторым входами первого функционального преобразовател 15 соответственно , выход которого подключен к входу сздчни коэффициента делени блока19 zadzy / setpoint and analog division block 20. The outputs of the sensor 11, the current of the stabilizing diode 10 and the zero-body 17 are connected to the first and second inputs of the first functional converter 15, respectively, the output of which is connected to the input of the block dividing factor

20аналогового делени . Выходы датчиков тока 12 Не грузки 8, 9, тока 13 компенсирующей емкости 7 л напр жени 14 на нагрузке20 Analog division. Outputs of current sensors 12 Not loads 8, 9, current 13 of a compensating capacitance 7 liters of voltage 14 on the load

8 и 9 соединены соответственно с первым. вторым и третьим входами функционального преобразовател 16, четвертый вход которого подключен к выходу блока 20 аналогового делени , а выход - к входу нуль-органа 17, Выход нуль-органа 17 сое- динен также с входом формировател 18 импульсоз управлени тиристорами, св занного с управл ющими электродами тиристоров 2-5 инвертора.8 and 9 are connected respectively with the first. the second and third inputs of the functional converter 16, the fourth input of which is connected to the output of the analog division unit 20, and the output to the input of the null organ 17, the output of the null organ 17 is also connected to the input of the thyristor control pulse generator 18 connected to by thyristor electrodes 2-5 inverter.

Споссб управлени параллельным ин- вертором гока со стабилизирующим диодом 10 рэзлизуетс следующими действи ми. В работе инвертора со стабилизирующим диодом 10 полупериод выходной частоты можно вьделить три интервала линейно- сти, характеризующихс включенным и вы- ключеннум состо ни ми тиристоров 2-5 и диода 10: интервал, когда провод т ток все тиристоры 2-5 моста инвертора при запертом состо шии стабилизирующего диода 10, интервал совместной проводимости тиристоров диагонали моста 2, 5 или 3, 4 и стабилизирующего диодэ 10 и инвервал проводимости тиристоров диагонали моста 2, 5 или 3, 4. На каждом полупериоде в течение последнего интервала линейности работает очередна пара тиристоров 2, 5 или 3,4. Интервал, соответствующий времени включени тиристоров 2-5, равен второму интервалу линейности и времениThe control of a parallel gok inverter with a stabilizing diode 10 is released by the following actions. In the operation of an inverter with a stabilizing diode 10, the output frequency half-period can be divided into three linearity intervals, characterized by the on and off thyristors 2-5 and diode 10: the interval when all the thyristors of the inverter 2-5 are in current when locked the state of the stabilizing diode 10, the joint conductance interval of the bridge diagonal 2, 5 or 3, 4 and the stabilizing diode 10 and inverted the conductance of the bridge diagonal thyristors 2, 5 or 3, 4. On each half-period during the last linearity interval AET next thyristor pair 2, 5 or 3,4. The interval corresponding to the turn-on time of thyristors 2-5 is equal to the second linearity interval and time

проводимости стабилизирующего диода 10. Функцию соединительной цепи в инверторе выполн ет коммутирующий дроссель 6.conduction of the stabilizing diode 10. The function of the coupling circuit in the inverter is performed by the switching choke 6.

На выходе датчика 11 тока стабилизирующего диода 10 сигнал присутствует в течение интервала проводимости диода 10. Указанный сигнал поступает на первый вход функционального преобразовател 15, который формирует напр жение а, пропорциональное времени проводимости стабилизирующего диода и, следовательно, времени to, представл емого дл выключени тиристоров 2-5:At the output of sensor 11 of the current of the stabilizing diode 10, the signal is present during the conduction interval of the diode 10. This signal is fed to the first input of the functional converter 15, which generates a voltage a proportional to the conduction time of the stabilizing diode and, therefore, the time to, provided to turn off the thyristors 2-5:

а ДЬ , где Д- коэффициент пропорциональности.and ДЬ, where Д - proportionality coefficient.

На выходах датчиков 12-14 формируют сигналы, пропорциональные мгновенным значени м тока нагрузки iH, тока компенсирующей емкости 1С и напр жени нагрузки Uc. Эти сигналы поступают на первый, второй и третий входы второго функционального преобразовател 16. На четвертый вход функционального преобразовател 16 поступает сигнал напр жени с блока 20 аналогового делени , сформированный в соответствии с выражением /3 (КаХт3/с),The outputs of the sensors 12-14 form signals proportional to the instantaneous values of the load current iH, the current of the compensating capacitance 1C and the load voltage Uc. These signals are fed to the first, second and third inputs of the second functional converter 16. The fourth input of the functional converter 16 receives a voltage signal from the analog division unit 20, formed in accordance with the expression / 3 (KaXt3 / s)

где К- коэффициент пропорциональности; t3 - уставка времени выключени ; с - величина компенсирующей емкости. При этом напр жение, соответствующее зависимостиwhere K is the coefficient of proportionality; t3 is the off time setting; with - the value of the compensating capacity. In this case, the voltage corresponding to

у Ктз/с,u Ktz / s

формируетс источником 19 задани уставки и подаетс на вход блока 20 аналогового делени , а напр жение а. - на вход задани коэффициента делени того же блока. На выходе функционального преобразовател 16 формируетс управл ющее напр жение, представл ющее собой периодический сигнал с удвоенной частотой напр жени на нагрузке 8 и 9 инвертора (Sic-2SiH)+SUc y(Sic-2SiH)/a +SUC formed by the setpoint source 19 and supplied to the input of the analog division unit 20, and the voltage a. - to the input of setting the division factor of the same block. At the output of the functional converter 16, a control voltage is formed, which is a periodic signal with a double voltage frequency at the load 8 and 9 of the inverter (Sic-2SiH) + SUc y (Sic-2SiH) / a + SUC

(lc-2|H), (lc-2 | H),

где S - переключающий сигнал, принимающий значени +1 или -1 на интервалах положительного и отрицательного напр жени на нагрузке 8, 9 соответственно .where S is a switching signal taking values of +1 or -1 at intervals of positive and negative voltage at load 8, 9, respectively.

Нуль-орган 17 регистрирует пол рность управл ющего напр жени , а формирователь 18 при каждом изменении пол рности управл ющего напр жени с положительной на отрицательную выдает отпирающий импульс на тиристоры соответствующей диагонали 2, 5 или 3,4. Синхронизаци работы первого функционального преобразовател 15 с остальной частью системы осуществл етс по сигналу на его втором входе, поступающей с нуль-органа 17.The zero-body 17 registers the polarity of the control voltage, and the driver 18, with each change of the polarity of the control voltage from positive to negative, gives a triggering pulse to the thyristors of the corresponding diagonal 2, 5, or 3.4. The operation of the first functional converter 15 is synchronized with the rest of the system by the signal at its second input coming from the null organ 17.

Вариант реализации функциональных преобразователей 15 и 16 приведен на фиг. 2. Так, например, функциональный преобразователь 15 содержит последовательную цепь из усилител 21, вход которого соответствует первому входу преобразовател 15, ограничител 22 сигнала, элемента 2И 23, счетчика 24 с входом уставки, цифроана- логового преобразовател 25, устройства 26 выборки-хранени с управл ющим входом и генератора 27 тактовых импульсов, подключенного к второму входу элемента 2И 23. Управл ющий вход устройства 26 выборки-хранени соединен с входомуставкисчет- . чика 24 и с вторым входом функционального преобразовател 15.An embodiment of the functional transducers 15 and 16 is shown in FIG. 2. For example, functional converter 15 contains a series circuit of amplifier 21, whose input corresponds to the first input of converter 15, limiter 22 of the signal, element 2I 23, counter 24 with input of setpoint, analog-to-analog converter 25, sample-keeping device 26 a control input and a clock pulse generator 27 connected to the second input of the element 2I 23. The control input of the sampling-storage device 26 is connected to the input of the count-. 24 and with the second input of the functional converter 15.

Функциональный преобразователь 15 работает следующим образом.Functional Converter 15 operates as follows.

Сигнал, поступающий на его первый вход, усиливаетс до требуемого уровн усилителем 21 и формируетс ограничителем 22 сигнала до уровн , требуемого дл элемента 2И 23. Усилитель 21 и ограничитель 22 сигнала, таким образом, согласуют сигналы датчика 11 тока стабилизирующего диода 10 и элемента 21/1 23. На второй вход элемента 2И 23 поступают импульсы гене- ратора 27. Эти импульсы проход т на выход элемента И 23 только при наличии сигнала на выходе ограничител 22, т.е. во врем проводимости стабилизирующего диода 10. Счетчик 24 считает импульсы с элемента 2И 23. При этом код на выходе счетчика 24 соответствует числу импульсов, поступивших на счетный вход счетчика 24 и, на каждом полупериоде работы инвертора, времени выключени тиристоров to. Цифро- аналоговый преобразователь 25 преобразует код на выходе счетчика 24 в напр жение, которое поступает на вход устройства 26 выборки-хранени . Устройство 26 выборки- хранени переходит в режим выборки по сигналу с второго входа функционального преобразовател 15 при каждом очередном отпирании тиристоров 2, 5 или 3, 4 соответствующей диагонали. Этим же сигналом после выборки устройства 26 осуществл етс сброс счетчика 24 в нулевое состо ние. Все остальное врем устройство 26 выборки- хранени находитс в режиме хранени . Таким образом, на выходе функционального преобразовател 15 в каждый полупериод П выходного напр жени имеетс сигнал на- пр жени The signal arriving at its first input is amplified to the required level by amplifier 21 and is formed by signal limiter 22 to the level required for element 2I 23. The amplifier 21 and signal limiter 22 thus match the signals of current stabilizer diode sensor 11 and element 21 / 1 23. The second input of element 2 and 23 receives the pulses of the generator 27. These pulses pass to the output of the element 23 only if there is a signal at the output of the limiter 22, i.e. during the conduction of the stabilizing diode 10. Counter 24 counts pulses from element 2I 23. The code at the output of counter 24 corresponds to the number of pulses received at the counting input of counter 24 and, at each half-period of the inverter, the off time of the thyristors to. The digital-analog converter 25 converts the code at the output of the counter 24 into a voltage that is fed to the input of the sampling-storage device 26. Sampling-storage device 26 switches to the sampling mode by the signal from the second input of the functional converter 15 at each successive unlocking of the thyristors 2, 5 or 3, 4 of the corresponding diagonal. After the device 26 has been sampled by the same signal, the counter 24 is reset to the zero state. The rest of the time, the sample-hold device 26 is in the storage mode. Thus, at the output of the functional converter 15, in each half-period P of the output voltage, there is a voltage signal

сф} A to(n-1},sf} A to (n-1},

пропорциональный времени выключени тиристоров to(n-1) на предыдущем полупериоде выходного напр жени п-1.proportional to the switching off time of the thyristors to (n-1) in the previous half-period of the output voltage n-1.

Функциональный. преобразователь 16 содержит переключатель 28 пол рности, входы которого соединены с первым, вторым и третьим входами преобразовател 16, з выходы - с входами блока 29 умножени , разностного блока 30, первым входом сумматора 31. Выход разностного блока 30 соединен с входом блока 32 умножени , выход которого подключен к второму входу сумматора 31, а вход задани коэффициента умножени блока 32 умножени соединен с четвертым входом преобразовател 16. Вход задани коэффициента умножени блока 29 умножени соединен с выходом блока 32 задани .Functional. The converter 16 comprises a polarity switch 28, the inputs of which are connected to the first, second and third inputs of the converter 16, and the outputs to the inputs of the multiplication unit 29, the difference unit 30, the first input of the adder 31. The output of the difference unit 30 is connected to the input of the multiplication unit 32, the output of which is connected to the second input of the adder 31, and the input of the setting of the multiplication factor of the multiplication unit 32 is connected to the fourth input of the converter 16. The input of setting the multiplication factor of the multiplication unit 29 is connected to the output of the task processing unit 32.

Работает преобразователь 16 следующим образом. Переключатель 28 пол рности осуществл ет поканальное переключение пол рностей входных сигналов н, ic, Uc в момент изменени пол рности напр жени на нагрузке Uc. Переключатель 28 может быть выполнен, например, с использованием нуль-органа, регистрирующего пол рность напр жени нагрузки 8, 9 и каналов переключени пол рности. Каждый канал выполнен с использованием двух противофазных ключей и инвертирующего звена, причем ключи, управл емые нуль-органом , подают на выход канала пр мой или инвертированный входной сигнал канала. Таким образом, на выходах переключател 28 пол рности имеютс сигналы SIH, Sic, SUC. На выходе блока 29 умножени имеетс сигнал 2Sin, на выходе разностного блока 30 - сигнал SiC-2SiH, на выходе блока 32 умножени - сигнал (K/a}t3(SiC-2SiH)/c, на выходе сумматора 31 -управл ющее напр жениеThe converter 16 operates as follows. The polarity switch 28 performs the switching of the polarity of the input signals n, ic, Uc by channels at the moment of changing the polarity of the voltage on the load Uc. Switch 28 may be implemented, for example, using a null organ that detects the polarity of the load voltage 8, 9 and the polarity switching channels. Each channel is made using two antiphase keys and an inverting link, with the keys controlled by the null organ giving the output of the channel a direct or inverted input signal of the channel. Thus, at the outputs of the polarity switch 28, there are signals SIH, Sic, SUC. The output of the multiplication unit 29 is a 2Sin signal, the output of the difference unit 30 is a SiC-2SiH signal, the output of the multiplication unit 32 is a signal (K / a} t3 (SiC-2SiH) / c, and the output of the adder 31 is control voltage

U | t3{S|C-2SiH)/c+SUc (|С-2,„) .U | t3 {S | C-2SiH) / c + SUc (| С-2, „).

Это напр жение поступает на выход функционального преобразовател 16,This voltage is fed to the output of the functional converter 16,

Способ управлени параллельным инвертором тока со стабилизирующим диодом обеспечивает высокую устойчивость и надежность работы инвертора за счет более точной стабилизации времени выключени тиристоров при изменении нагрузки, в пусковых режимах и поддержани минимальной реактивной мощности инвертора при его работе.The control method of the parallel current inverter with a stabilizing diode provides high stability and reliability of the inverter due to more accurate stabilization of the thyristors off time during load change, in starting modes and maintaining the inverter's minimum reactive power during operation.

На фиг, 3 приведены зависимости времени выключени тиристоров при пуске. Кривые соответствуют предварительному зар ду компенсирующей батареи 7 до напр жени 0,7 от номинального значени , входному току инвертора 0,1 от номинального л номинальному сопротивлению нагрузки 3,9. Видно, что при пуске инвертора.Fig. 3 shows the dependences of the thyristors off time at the start. The curves correspond to the precharge of the compensating battery 7 up to a voltage of 0.7 of the nominal value, the input current of the inverter is 0.1 of the nominal l nominal load resistance of 3.9. It is seen that when the inverter starts.

управл емэго по способу, выбранному за прототип (ом. кривую 2), врем выключени to может сокращатьс более чем вдвое по сравнению с номинальным режимом. Это может прь вести к срыву инвертировани . Дл исключени этого влени приходитс завышать предварительный зар д компен- сирующей батареи и входной ток инвертора , что приводит к перенапр жени м на элементах в процессе пуска. При управле- нии по описанному способу врем выключени to (крива 1 на фиг. 3) в ходе пуска практически не снижаетс за ечет коррекции функцлональной зависимости управл ющего напр жени от измер емых токов и напр жени нагрузки по фактическому времени выключени .controlled by the method chosen for the prototype (ohm. curve 2), the turn-off time to can be reduced by more than half compared to the nominal mode. This can lead to a breakdown of the inversion. To eliminate this phenomenon, the pre-charge of the compensating battery and the input current of the inverter must be overestimated, which leads to overvoltages on the cells during the start-up process. When controlled by the described method, the off time to (curve 1 in Fig. 3) during start-up practically does not decrease the correction of the functional clonal dependence of the control voltage on the measured currents and the load voltage according to the actual off time.

Перечисленные преимущества позвол ют уменьшить установленную мощность элементов инвертора за счет минимизации реактивной мощности в установившихс и переходных режимах и установленную мощность пускового устройства за счет обеспечени возможности запуска при более низких начальных услови х (напр же- нии компенсирующей батареи, входного тока), а также - упростить пусковое устройство .The listed advantages allow to reduce the installed power of the inverter elements by minimizing reactive power in the established and transient modes and the installed power of the starting device by providing the possibility of starting under lower initial conditions (voltage of the compensating battery, input current), and to simplify the starting device.

Claims

Invention Formula

A control method of a parallel current inverter with a stabilizing diode connected through a coupling circuit to a load in the form of an oscillatory circuit formed by a parallel-connected active-inductive consumer and a compensating capacitance C, which measures the instantaneous values of current 1H and voltage Uc of load, of the current of the compensating capacitor 1C, set the thyristor off time setting t.3 and form the periodically varying control voltage U, and the next turn on the inverter thyristors exist at the moment of transition of the instantaneous value of the specified control voltage across zero, characterized in that, in order to increase the stability and reliability of the inverter, measure the conduction time of the stabilizing diode, provided to restore the thyristor control properties, and generate a signal a, proportional to the specified time, form the switching signal. S ± 1 describing the state of the thyristors, and the change of its sign is carried out at the moment of polarity change of the indicated voltage Uc load, and the control voltage U is formed in accordance with the expression

and- (1s-21 „) 4-, where K is a proportionality coefficient.

0-O 2 4 6 in p

Fig.d

(Reg. 2