Спосіб адаптивного регулювання інвертора струму з індуктивно – ємнісним навантаженням

Спосіб адаптивного регулювання інвертора струму з індуктивно-ємнісним навантаженням, що полягає в тому, що контролюють моменти інвертування ємнісного струму й напруги на ємності, в інтервалі між моментами інвертування ємнісного струму й моментами інвертування напруги на ємності ведуть зворотний рахунок періодів повторення тактових імпульсів і вихідний струм мостової схеми керованих ключових 2 3 ємнісного струму й швидкість зміни напруги на ємності протягом інтервалу встановлення середнього значення вихідної потужності. Задача зниження часу наростання середнього, за напівперіод вихідної частоти, значення вихідної потужності інвертора струму. Поставлена задача досягається тим, що в інтервалі між моментами інвертування ємнісного струму й напруги на ємності ведуть прямий рахунок імпульсів тактового генератора, зберігають значення рахунку до моменту повторного інвертування ємнісного струму, кінцеве значення прямого рахунку на момент інвертування ємнісного струму використовують як початкове значення для зворотного рахунку тактових імпульсів й обнуляють, а зворотний рахунок обнуляють у моменти інвертування вихідного струму мостової схеми керованих ключових елементів. На Фіг.1 представлені часові діаграми, що пояснюють запропонований спосіб адаптивного регулювання інвертора струму. На першій діаграмі показана зміна вихідної напруги UС31 інвертора і струму І С31 ємності навантаження. На другій діаграмі - зміна числа Q13 тактових імпульсів при прямому рахунку в інтервалі позитивної напівхвилі ємнісного струму І С31 На третій діаграмі при постійному коді керування Q2 - зміна числа Q15 тактових імпульсів при зворотному рахунку в інтервалі негативної напівхвилі ємнісного струму І С31. На четвертій діаграмі - зміна числа Q14 тактових імпульсів при прямому рахунку в інтервалі негативної напівхвилі ємнісного струму І С31. На п'ятій діаграмі при постійному коді керування Q2 - зміна числа Q16 тактових імпульсів при зворотному рахунку в інтервалі позитивної напівхвилі ємнісного струму І С31. На Фіг.2 представлена зміна середнього, за напівперіод вихідної частоти, значення вихідної потужності при регулювання інвертора струму по найбільш близькому по технічній сутності способу. На Фіг.3 представлена зміна середнього, за напівперіод вихідної частоти, значення вихідної потужності при регулюванні інвертора струму по запропонованому способу. На Фіг.4 представлена функціональна схема пристрою, що реалізує запропонований спосіб регулювання. Цей пристрій містить генератор 1 тактових імпульсів, виконаний на мікросхемах НЕ типу К555ЛН1 з періодом повторення імпульсів не менш, ніж на порядок, менше власного часу вимикання діагональних ключових елементів мостової схеми інвертора; регістр 2 зберігання керуючого коду Qtq, виконаний на мікросхемі К555ТМ8; тригери Шмітта 3, 4, 5, 6 на мікросхемах К555ТЛЗ з опорними діодами 7, 8, 9, 10; RSтригери 11, 12 на мікросхемах типу К555ТМ2; реверсивні лічильники 13, 14, 15, 16 на мікросхемах типу К555ИЕ7; багаторозрядні компаратори 17, 18 типу К555СП1; мікросхема АБО 19 типу К555ЛЛ1; лічильний Т-тригер 20 типу К555ТМ2. Елементи: випрямляч 21, індуктивність 22, керовані ключові елементи 23, 24, 25, 26 з формувачами імпульсів 27, 28, 29, 30; ємність 31, 27547 4 датчик струму 32, індуктивність 33, опір 34, датчик напруги 35 згідно установки: "Генератор для питания устройств индукционного нагрева ТПЧ320М-1,0-4УХЛ4. Паспорт EL.435523.016. (ESTEL PLUSS AS, Таллинн, Эстония)". Пристрій, що реалізує запропонований спосіб, працює в такий спосіб. При подачі напруги живлення на елементи системи регулювання тактовий генератор 1 починає формувати вихідні імпульси, а Т-тригер 20 установлюється в стан логічної «1» на інверсному виході. За допомогою формувачів 28 й 29 включаються ключові елементи 25 й 24 мостової схеми інвертора струму. Випрямлений струм від позитивного виводу випрямляча 21 протікає по ланцюгу 22-25 - елементи навантаження 31, 32, 33, 34, 35 - 24 до негативного виводу випрямляча 21. Сигнал, пропорційний струму І С31 (перша діаграма на Фіг.1), викликає спрацьовування тригера 3, вихідний імпульс F3 цього тригера формує на виході тригера 11 імпульс F11, що дозволяє прямий рахунок тактових імпульсів від генератора 1 лічильником 13. Вихідний код Q13 цього лічильника (друга діаграма на Фіг.1) у момент t2 інвертування напруги на ємності 31 зберігає своє значення. В наступний момент t3 інвертування струму І С31 збережене значення коду Q13 передається в лічильник 15 в якості початкового значення. З моменту t3 інвертування струму І С31 спрацьовує тригер 4, вихідний сигнал F4 цього тригера обнуляє лічильник 13 і формує на виході RS-тригера 12 імпульс F12, що дозволяє прямий рахунок тактових імпульсів генератора 1 лічильником 14 і зворотний рахунок тактових імпульсів лічильником 15. Вихідний код Q14 лічильника 14, що додає, (четверта діаграма на Фіг.1) формується одночасно з вихідним кодом Q15 лічильника 15, що віднімає, (третя діаграма на Фіг.1). В момент t4 при рівності коду Q15 коду керування Q2 спрацьовує компаратор 17, його вихідний сигнал обнуляє лічильник 15 і через схему АБО 19 сигналом F t. перемикає Т-тригер 20 у стан логічної "1" на прямому виході. Через формувачі 27 й 30 вмикаються ключові елементи 23 й 26 мостової схеми. Випрямлений струм від позитивного виводу випрямляча 21 протікає по ланцюгу 22-23 - елементи навантаження 32, 31, 33, 34, 35 - 26 до негативного виводу випрямляча 21. Момент t4 інвертування вихідного струму мостової схеми запізнюється від моменту t3 інвертування ємнісного струму І С31 на інтервал td і випереджає момент t5 інвертування напруги UC31 b tq = w , де b - кут на ємності 31 на час w - кругова частота коливань випередження, енергії між індуктивністю 33 й ємністю 31 (перша діаграма на Фіг.1). В момент t5 інвертування напруги UC31 сигнал F6 з виходу тригера 6 скидає тригер 12 у стан лог. «0» і сигнал F12 з виходу тригера 12 знімає дозвіл 5 на прямий рахунок тактових імпульсів у лічильнику 14. Вихідний код Q14 цього лічильника (четверта діаграма на Фіг.1) в момент t5 інвертування напруги на ємності 31 зберігає своє значення. У наступний момент t6 інвертування струму І C31 збережене значення коду Q14 передається в лічильник 16 в якості початкового значення. З моменту t6 інвертування струму І C31 спрацьовує тригер 3, вихідний сигнал F3 цього тригера обнуляє лічильник 14 і формує на виході RS-тригера 11 імпульс F11, що дозволяє прямий рахунок тактових імпульсів генератора 1 лічильником 13 і зворотний рахунок тактових імпульсів лічильником 16. Вихідний код Q13 лічильника 13, що додає, (друга діаграма на Фіг.1) формується одночасно з вихідним кодом Q16 лічильника 16, що віднімає, (п'ята діаграма на Фіг.1). В момент t7 при рівності коду Q16 коду керування Q2 спрацьовує компаратор 18, його вихідний сигнал обнуляє лічильник 16 і через схему АБО 19 сигналом Ft перемикає тригер 20 у стан лог. «1» на інверсному вході. Далі процеси інвертування вихідного струму мостової схеми керованих ключових елементів повторюються. Запропонований спосіб у порівнянні із прототипом має наступні відмінності й переваги. У пристрої, що реалізує спосіб - прототип, установлений початковий фіксований код для зворотного відліку тактових імпульсів між моментами інвертування струму й напруги на ємності й інвертування вихідного струму інвертора відбувається в момент порівняння зворотного відліку з кодом завдання. У запропонованому способі момент інвертування вихідного струму визначається аналогічно при порівнянні з кодом завдання, однак початкове значення коду для зворотного відліку не фіксоване, а формується протягом попередньої напівхвилі ємнісного струму, що входить складовою частиною у вихідний струм інвертора. Початковий код для зворотного відліку зберігається й використовується при наступній напівхвилі ємнісного струму, при цьому зворотний відлік протягом кожної напівхвилі ємнісного струму йде одночасно із прямим відліком імпульсів між моментом інвертування ємнісного струму й моментом інвертування вихідного струму інвертора. Запропонований спосіб дозволяє системі регулювання адаптуватися до зміни параметрів індуктивно-ємнісного навантаження протягом кожної напівхвилі ємнісного струму, що скорочує час встановлення середнього значення вихідної потужності. В результаті чисельного моделювання системи адаптивного регулювання інвертора струму з параметрами: Ud=500В - постійна вихідна напруга випрямляча 21; R34 =0,8Ом - опір навантаження 34; f=1000Гц - робоча частота; Ld=L22=2,2мГн - індуктивність дроселя 22; L33=38мкГн індуктивність дроселя 33; С31=630мкФ - ємність конденсатора 31, отримані діаграми зміни середнього значення, за 27547 6 напівперіод вихідної частоти, вихідної потужності в пристрої - прототипі (Фіг.2) і в пристрої по запропонованому способі (Фіг.3). Час наростання вихідної потужності до номінального значення в пристрої - прототипі становить tH=11Т, де T = 2 × p × LC - період коливань ідеального LC-контуру L33-C31. Аналогічний час наростання вихідної потужності в запропонованому пристрої становить tH=6Т. Зниження часу наростання середнього значення вихідної потужності в 1,5... 1,8 рази дає перевагу джерелу електроживлення установки, особливо при індукційному нагріванні тугоплавких матеріалів, де час наростання середнього значення вихідної потужності є суттєвим параметром технологічного процесу. Джерела інформації 1. И.А. Коноплев, Н.А. Тимченко, М.Р. Вержановская. Минимизация датчиков адаптивных регуляторов инвертора тока при LCнагрузке // Технічна електродинаміка. Тем. випуск - 2006, Т.З, с.73-75, рис.2. 7 27547 8