SU921039A1

SU921039A1 - Method of control of inverter loaded for two series-connected oscillating circuits

Info

Publication number: SU921039A1
Application number: SU802953273A
Authority: SU
Inventors: Александр Васильевич Иванов; Михаил Михайлович Мульменко; Петр Семенович Ройзман; Альберт Хубутдинович Узянбаев
Priority date: 1980-07-07
Filing date: 1980-07-07
Publication date: 1982-04-15

Description

Изобретение относитс к преобразо нательной технике, в частности к способам управлений выходной мощностью инвертора, и может использоватьс в технологических процессах, требующих одновременного и независимого регулировани мощности двух индукционных нагревателей, питающихс от одного автономного инвертора.The invention relates to a conversion technique, in particular to methods for controlling the output power of an inverter, and can be used in technological processes requiring simultaneous and independent power control of two induction heaters fed from one independent inverter.

Известен р д способов управлени преобразователем, нагруженным на ,, нагрузки, сущность которых заключаетс в том, что каждую из нагрузок подключают через дополнительные ти-. ристорные ключи к выходу инвертора, и управление тиристорными ключами ведут в функции регулируемых электри ческих параметров нйгрузок .There are a number of methods for controlling a converter loaded on a load, the essence of which is that each of the loads is connected via additional sockets. The resistor keys to the output of the inverter, and the control of the thyristor keys lead to the function of adjustable electrical parameters of the loads.

Однако эти способы характиризуютс невысокой точностью, св занной с дйскре гностью подачи мощности-в каждую из нагрузок, а также недостаточной надежностью из-за необходимости использовани дополнительных вентильнцх групп.However, these methods are characterized by low accuracy, due to the speed of power supply to each of the loads, as well as lack of reliability due to the need to use additional ventilator groups.

Наиболее близким к предложейному вл етс способ управлени инвертором , нагруженным на два последовательно включенных колебательных коитура , настроенных на различные резонансные частоты, путем изменени частоты инвертора 4.The closest to the proposal is a method of controlling an inverter, loaded on two consecutively connected oscillatory co ура ities, tuned to different resonant frequencies, by varying the frequency of the inverter 4.

Дл осуществлени зтот способ не требует дополнительного вентильного оборудовани , однако он основан на поочередной подаче энергии в нагрузки , что снижает точность поддержани электрических параметров нагрузок на заданном уровне., Кроме того, рез10 ка перестройка частоты инвертора с одной резонансной частоты на другую приводит к возникновению повышенных напр жений на элементах схемы инвертора в переходном процессе, а To accomplish this, the method does not require additional valve equipment, however it is based on the alternate supply of energy to the loads, which reduces the accuracy of maintaining the electrical parameters of the loads at a given level. Moreover, the frequency tuning of the inverter from one resonant frequency to another leads to the appearance of high voltage on the elements of the inverter circuit in the transition process, and

15 также к электродинамическим ударам на элементы конструкции индукционных нагревателей и нагреваемые тела, что снижает надежность работы установок , работающих по такому способу.15 also to electrodynamic impacts on the structural elements of induction heaters and heated bodies, which reduces the reliability of the installations operating according to this method.

2020

Цель изобретени - повышение точ,ности и надежности способа.The purpose of the invention is to improve the accuracy, reliability and reliability of the method.

С этой целью при управлении инвертором , нагруженным на два последовательно включенных колебательных For this purpose, when controlling an inverter loaded on two series-connected oscillatory

25 контура известным способом, непрерывно контролируют регулируемый электрический параметр каждой из нагрузок, определ ют отклонение каждого из нихот соответствующей заданной величины 25 circuits in a known manner, continuously control the adjustable electrical parameter of each of the loads, determine the deviation of each of them from the corresponding specified value

30 и-при совпадении знаков обоих отклонений измен ют величину выходного напр жени инвертора, а при различных знаках упом нутых отклонений измен ю частоту инвертора,причем изменение частоты производ т в диапазоне,ограниченном резонансными частотами колебательных контуров.30 and if the signs of both deviations coincide, they change the value of the output voltage of the inverter, and with different signs of the mentioned deviations, the frequency of the inverter changes, and the frequency is changed in the range limited by the resonant frequencies of the oscillatory circuits.

Кроме того, контролируют фазовый угол каждой из нагрузок, и при достижении одним из них значени , равного его значению при резонансной частоте дополнительно измен ют частоту инвертора .In addition, the phase angle of each of the loads is controlled, and when one of them reaches a value equal to its value at the resonant frequency, the frequency of the inverter is additionally changed.

, На фиг. 1 приведена блок-схема системы автоматического управлени , с помощью которой может быть реализовай способ; на фиг. 2 - частотные характеристики нагрузок (DL- по напр жению , § - по фазовому углу) ., FIG. 1 shows a block diagram of an automatic control system with which the method can be implemented; in fig. 2 - frequency characteristics of loads (DL- by voltage, § - by phase angle).

К выходу автономного инвертора 1 подключены резонансные нагрузки 2 и 3, кажда из которых представл ет собой колебательный контур,.состо щий из индуктора, шунтированного батареей компенсирующих конденсаторов, С нагрузками св заны датчики 4 и 5 регулируемого электрического параметрд , выходы которых св заны с элементами сравнени , на другие входы которых поданы сигналы с задатчиков 8 и 9. Выходы элементов сравнени 6 и 7 св заны с первым и вторым входами управл ющего устройства 10, выходы которого св заны с регул тором 11 выходного напр жени и первым выходом регул тора 12 частоты инвертора . Датчи ки 13 и 14 фазовых углов нагрузок св заны своими входами с соответствующими нагрузками, а выходами - с элементами 15 и 16 сравнени на другие входы которых поданы сигналы задатчиков 17 в 18 фазовых углов, а выходы элементов 15 и 1 сравнени через вентили 19 и 20 св заны со вторым входом регул тора 12 частоты.The output of the autonomous inverter 1 is connected to resonant loads 2 and 3, each of which is an oscillating circuit consisting of an inductor shunt by a battery of compensating capacitors. Sensors 4 and 5 of adjustable electrical parameters are connected to the loads, the outputs of which are connected to comparisons, to the other inputs of which signals are supplied from setters 8 and 9. The outputs of comparison elements 6 and 7 are connected to the first and second inputs of the control device 10, the outputs of which are connected to the output voltage regulator 11 and a first output of the regulator 12, the inverter frequency. Sensors 13 and 14 of the phase angles of the loads are connected by their inputs with the corresponding loads, and the outputs - with the elements 15 and 16 of the comparison, to the other inputs of which the signals of the adjusters 17 are fed to 18 phase angles, and the outputs of the elements 15 and 1 of the comparison through the gates 19 and 20 connected to the second input of the frequency regulator 12.

Способ управлени -инвертором 1, нагруженным на два колебательных контура , резонансные частоты которых fp и fpj отличаютс друг от друга, заключаетс в том, что с помощью датчиков 4 и 5 непрерывно контролируют регулируемые электрические параметры нагрузок, например напр жение U, сравнивают их в элементах сравнени 6 и 7 с сигналами задатчиков 8 и 9 Uo, и Uo2 , определ ют отклонени от заданных значений Uo4 -U и At Uo2-U2 и в зависимости от знаков и величин этих отклонений с помощью регул тора 12 частоты и регул тора 11 напр жени измен ю.т частот и напр жение инвертора 1. Причем с помощью управл ющего устройства 10 при совпадении знаков лИл и д.и2 измен ют выходное напр жение U, а при по влении сигналов д.и и . различных знаков измен ют частоту f инвертора 1, при этом изменение частоты f ведут в диапазоне, ограниченном резонансными частотами fp и fn нагрузок 2 и 3.The control method of the inverter 1, loaded on two oscillatory circuits, the resonant frequencies of which fp and fpj differ from each other, is that using sensors 4 and 5 continuously control the adjustable electrical parameters of the loads, for example, the voltage U, compare them in elements Comparisons 6 and 7 with the signals of setting units 8 and 9 Uo, and Uo2, determine the deviations from the set values Uo4 -U and At Uo2-U2 and depending on the signs and magnitudes of these deviations with the help of frequency regulator 12 and voltage regulator 11 change yt frequencies and tense e inverter 1. Moreover, by a control device 10 at coincidence of signs and Lil d.i2 alter the output voltage U, and on the occurrence of signals and DI. different signs change the frequency f of inverter 1, while changing the frequency f is conducted in the range bounded by the resonant frequencies fp and fn of loads 2 and 3.

Во врем предварительной настройки фиксируют значение фазовогоугла фр каждой нагрузки, измеренное в момент перехода через максимум регулируемого электрического параметра данной нагрузки, т.е. угол соответствующий резонансной частоте, а зате: в процессе регулировани с помощью датчиков 13 и 14 контролируют фазовый угол Р каждой из нагрузок и при достижении им зафиксированного значени (fp дополнительным изменением частоты f стабилизируют это значение Дополнительное изменение частоты f производитс путем воздействи на второй вход регул тора 12 частоты сигналом, поступающим через вентили 19 и 20 с элементов 15 и 16 сравнени осуществл ющих вычитание из сигналов фазовых углов f и fg сигналов их зафиксированных значений р и (Cpj, поступающих от задатчиков 17 и 18.During the presetting, the value of the phase angle fr of each load is measured, measured at the moment of transition through the maximum of the adjustable electrical parameter of the load, i.e. angle corresponding to the resonant frequency, and then: in the process of adjustment, using the sensors 13 and 14, control the phase angle P of each load and, when it reaches the fixed value (fp, by additional changing the frequency f, stabilize this value) An additional change of the frequency f is performed by acting on the second control input the frequency torus 12 is transmitted by the signal through the gates 19 and 20 from the elements 15 and 16 of the comparison that carry out the subtraction from the signals of the phase angles f and fg of the signals of their fixed values of p and (Cpj, incoming x from setters 17 and 18.

Система автоматического регулировани , изображенна на фиг. 1, вл етс двухмерной системой, в которой перераспределение выходной мсмцности инвертора I между нагрузками производитс за счет соответствующего изменени частоты и напр жени инвертора , в системе происходит независимое регулирование, т.е. поддёркание на заданном уровне напр жений двух нагрузок. При необходимости вместо напр жени может регулироватьс другой электрический (ток, мощность) или св занный с ним технологический (температура нагреваемого в индукторе тела) параметр. Изменение частоты легко осуществл етс изменением периода следовани импульсов задающего генератора, схемы управлени инвертора , а изменение напр жени может производитьс как за счет регулировани напр жени , питающего инвертор с помсадью управл емого выпр мител 21, так и другими известными методами, в которых регулирование вы ходной мощности инвертора совмещено с процессом инвертировани (метод геометрического суммировани токов чеек t широтно- импульсный и другие методы) .The automatic control system shown in FIG. 1 is a two-dimensional system in which the redistribution of the output value of inverter I between loads is made by a corresponding change in the frequency and voltage of the inverter, an independent control occurs in the system, i.e. support at a given level of tension of two loads. If necessary, instead of voltage, another electric (current, power) or technological parameter (body temperature in the inductor of the body) parameter may be regulated. Frequency change is easily accomplished by changing the pulse period of the master oscillator, the inverter control circuit, and the voltage change can be made either by adjusting the voltage supplying the inverter with the controlled rectifier 21, or by other known methods in which the output is controlled. the power of the inverter is combined with the inversion process (the method of geometric summation of cell currents t pulse-width and other methods).

В устройстве 10 управлени происходит определение знаков отклонений регулируемых параметров от заданных значений. В зависимости От конкретного сочетани этих знаков устройство 10 управлени переводит систему либо в режим изменени -напр жени , либо в режим изменени частоты. Совпадение знаков отклонений лОд и u.Ua. свидетельствует об одновремеином недостатке или избытке величины регулируемого параметра в обеих нагрузкак , поэтому в такой ситуации устройство управлени производит изменение напр жени инвертора. При различный знаках отклонений в одной нагрузке выдел етс недостаточна , в другой избыточна мощность, поэтому устройство 10 управлени , измен частоту инвертора, перераспредел ет мощность между нагрузками (кривые на фиг. 2а) Переключение системы из одного режима в другой происходит вплоть до исчезновени отклонений.In the control device 10, the signs of the deviations of the controlled parameters from the predetermined values are determined. Depending on the specific combination of these characters, control device 10 switches the system to either voltage change mode or frequency change mode. The coincidence of the signs of deviations LOD and u.Ua. indicates the simultaneous lack or excess of the value of the controlled parameter in both loads, therefore, in such a situation, the control device changes the voltage of the inverter. With different signs of deviations in one load, there is insufficient power in the other, therefore control device 10, by changing the frequency of the inverter, redistributes power between loads (curves in Fig. 2a). Switching the system from one mode to another occurs until the deviations disappear.

Объектом регулировани в системе вл етс комплекс инвертор - распределенна нагрузка, причем объект этот двухмерный, поскольку имеет две выходные величины } и U и два входных воздействи - частоту f и напр жение U. Изображенные на фиг.2а частотные характеристики объекта регулировани вл ютс его статистическими характеристиками. Здесь 1 напр жение первой, 2 - напр жение второй нагрузки Г и 2 - те же напр жени при вдвое меньшем выходном напр жении инвертора. Из-за, наличи экстремумов на статических характеристиках объект регулировани вл етс существенно нелинейным, так как его статические характеристики неоднозначны (одному и тому же значению напр жени соответствуют два значеВИЯ частоты). Очевидно, что осуществление предлагаемого способа регулировани возможно лишь в диапазоне частот между экстремумами статических характеристик fp ..,р , за пределами которого нарушаетс устойчивость регулировани (область, отмеченна штриховкой на фиг. 2л,S) Так как резонансные частоты нагрузок в процессе регулировани могут в некоторых пределах измен тьс , необходимо следить за этим изменением и не допускать частоту инвертора за пределы указанного диапазона. В системе показанной на фиг. 1, это обеспечиваетс дополнительным воздействием н частоту сигналом, поступающим на второй вход регул тора 12 частоты через вентили 19 и 20. В данном примере , зафиксированные значени фазог вых углов «Ppt, и iflpz равны нулю (кривые фиг. 2а). При достижении частоты fp сигнал 4(««Pi- ft i становитс положительным и через вентиль 19 преп тствует дальнейшему снижению частоты. Аналогично при переходе через частоту fp2 открываетс вентиль ,20 и отрицательный сигнал (Va ограничивает частоту сверху. В диапазоне частот fp.,.fp2 вентили 19 и 20 закрыты и обратные св зи по фазовым углам разомкнуты.The object of regulation in the system is the inverter complex - distributed load, and this object is two-dimensional because it has two output values} and U and two input effects - frequency f and voltage U. The frequency characteristics of the object of control shown in Fig. 2a are statistical characteristics. Here, 1 is the voltage of the first, 2 is the voltage of the second load G, and 2 is the same voltage at half the output voltage of the inverter. Due to the presence of extremes on static characteristics, the object of regulation is essentially non-linear, since its static characteristics are ambiguous (the same voltage value corresponds to two frequency values). It is obvious that the implementation of the proposed regulation method is possible only in the frequency range between the extremes of the static characteristics fp .., p, beyond which the stability of the regulation is disturbed (the area marked by hatching in Fig. 2L, S) Since the resonant frequencies of the loads during the regulation can some limits vary, it is necessary to monitor this change and not to allow the frequency of the inverter outside the specified range. In the system shown in FIG. 1, this is provided by an additional effect on the frequency by a signal arriving at the second input of frequency adjuster 12 through gates 19 and 20. In this example, the recorded phase angles "Ppt and iflpz are zero (curves in Fig. 2a). When the frequency fp is reached, the 4 signal (““ Pift i becomes positive and through the valve 19 prevents further reduction of the frequency. Similarly, when going through the frequency fp2, the valve 20 opens and the negative signal (Va limits the frequency from above. In the frequency range fp., .fp2 valves 19 and 20 are closed and feedbacks on phase angles are open.

Использование предложенного способа позвол ет увеличить точность поддержани регулируемого параметра нагрузок по крайней мере в 10 раз, так как означает переход от позиционного к непрерывному регулированию. В частности при регулировании температуры в индукционных печах по вл етс возможность замены след щих потенциометров высокочастотныю регул торами температурл. При испытани х способа получена точность tO,5 вместо 15° по известному способу. Помимо повышени точности значительно повышаетс надежность работы оборудовани за счет устранени импульсных нагрузок на его элементы.Using the proposed method makes it possible to increase the accuracy of maintaining an adjustable parameter of loads by at least 10 times, since it means a transition from positional to continuous regulation. In particular, when regulating the temperature in induction furnaces, it becomes possible to replace the following potentiometers with high-frequency temperature regulators. When testing the method, the accuracy of tO, 5 instead of 15 ° was obtained by a known method. In addition to improving accuracy, the reliability of equipment operation is significantly increased by eliminating pulsed loads on its elements.

Claims

1. The method of controlling an inverter loaded on two series-connected oscillatory circuits tuned to different resonant frequencies by varying the frequency of the inverter / characterized in that, in order to increase accuracy and reliability, the electrical parameter of each load is controlled continuously to control the deviation of each of them, from the corresponding specified value and when the signs of both deviations coincide, change the value of K1 of the inverter voltage, and for different signs of the mentioned deviations Nij alter said inverter frequency, the frequency change is produced into a range limited chastotsh4I resonant oscillating circuits.

2. A method according to claim 1, characterized in that the phase angle of each load is controlled, and when one of them reaches a value equal to its value at a resonant frequency, the frequency of the inverter is additionally changed.

Sources of information taken in the examination

1. The patent of Japan 51-28133, cl. H 02 M 7/48, 1976 ..

2. US Patent 3,717,807 cl. H 02 M 7/48, 1970.

3. US patent 3,925,633, cl. H 05 B, 1975.

4. USSR author's certificate number 647815, cl. H 02 R 13/18, 1975.