Спосіб регулювання вихідної напруги перетворювача

Спосіб регулювання вихідної напруги перетворювача, який полягає в тому, що формують пряму та зворотну півхвилі струму в послідовному резонансному контурі з індукційним навантаженням за допомогою двох однакових мостових транзисторних інверторів напруги, що підключені паралельно по входу до некерованого 3 вихідних напруг кожного інвертора, що обумовлена розбігом параметрів елементів перетворювача. Аналогічним за призначенням і задачею корисної моделі є спосіб регулювання вихідної змінної напруги перетворювача, що складається з декількох інверторів, які формують пряму і зворотну півхвилі струму в індукційному навантаженні, а також багатоелементного трансформатора, що узгоджує, первинні обмотки якого з'єднані з відповідними інверторами, а вторинні обмотки з'єднані послідовно і утворюють контур підсумовування напруги, причому один з інверторів вводять в режим кодоімпульсного регулювання, при якому задають та змінюють два часових інтервали, кратних коливанням синусоїдального струму. [Патент RU 2319282, Н02М7/527, опубл. 10. 03. 2008]. Недоліком цього способу регулювання вихідної напруги перетворювача є складний алгоритм регулювання, що потребує декілька інверторів напруги, а також неможливість забезпечення вихідної напруги фіксованої частоти при зміні параметрів індукційного навантаження. Технічною задачею корисної моделі є удосконалення способу регулювання транзисторним перетворювачем, який забезпечить регулювання вихідної змінної напруги фіксованої частоти при зміні параметрів індукційного навантаження, завдяки якому розширяться функціональні та експлуатаційні можливостей використання транзисторного перетворювача частоти для індукційного нагрівання металів. Поставлена технічна задача вирішується тим, що в способі регулювання вихідної змінної напруги перетворювача, який полягає в тому, що формують пряму та зворотну півхвилі в послідовному резонансному контурі з індукційним навантаженням за допомогою двох однакових мостових транзисторних інверторів напруги, що підключені паралельно по входу до некерованого випрямляча через LC-фільтри та послідовно по виходу двома однаковими трансформаторами, що узгоджують, згідно з корисною моделлю, спочатку шляхом автоматичного підстроювання частоти визначають та фіксують частоту вихідної напруги, яка відповідає резонансній настройці для другого мостового транзисторного інвертора напруги, а потім шляхом зміни фазового кута між моментами включення транзисторів першого та другого інверторів в діапазоні від 0 до 90 ел. градусів, за рахунок підсумовування напруг вторинних обмоток трансформаторів, що узгоджують, здійснюють регулювання вихідної змінної напруги з фіксованою частотою. На фіг. 1 наведена функціональна схема перетворювача з системою управління, яка реалізує запропонований спосіб регулювання вихідної змінної напруги. На фіг. 2 наведені часові діаграми імпульсів управління транзисторами обох інверторів напруги, що пояснюють принцип фазового регулювання. На Фіг. 3 наведені часові діаграми, що пояснюють роботу двох інверторів напруги та формування вихідної напруги та струму при фазовому зсуві  = 0 (Фіг. 3,а), та  = 90 (Фіг. 64129 4 3,б) ел. градусів в сталому режимі. На Фіг. 4 приведена регулювальна характеристика перетворювача при фазовому регулюванні. Перетворювач (Фіг. 1) містить некерований випрямляч у вигляді джерела постійної напруги 1, фіг. 1, який живить два однакових мостових транзисторних інвертори напруги 2 та 3, які підключені паралельно по входу до джерела постійної напруги 1 через LC-фільтри 4 і 5 та навантажені відповідно на первинні обмотки однакових трансформаторів, що узгоджують 6 і 7, вторинні обмотки яких з'єднані послідовно і утворюють контур підсумовування напруги, який навантажений на послідовний резонансний контур, складений з конденсатора 8 та індукційного навантаження, представленого еквівалентними параметрами послідовно з'єднаних індуктивності 9 та опору 10. У коло первинної обмотки трансформатора 7 включено датчик струму 11, вихід якого подається до системи управління на датчик фази 12, який своїм виходом з'єднаний з першим входом вузла порівняння 13, на другий вхід якого подається сигнал завдання uзад 0, відповідний резонансній настройці для другого інвертора напруги 3. Перший вихід вузла порівняння 13 під'єднаний до пристрою пам'яті 14, а другий до блока дозволу 15. Вихід пристрою пам'яті 14 під'єднаний до одного входу вузла автоматичного підстроювання частоти 16, а до другого під'єднаний вихід вузла пуску 17. Вихід вузла автоматичного підстроювання частоти 16 під'єднаний до керуючого входу генератора, що задає 18, який підключений до синхронізатора імпульсів 19, вихід якого під'єднаний одночасно до першого D-тригера 20 та до одного з входів формувача фазового кута 21, вихід якого підключений до входу другого D-тригера 22. До другого входу формувача фазового кута 21 під'єднаний вихід блока дозволу 15, а на третій вхід якого подається керуючий сигнал Uзад t, що задає фазовий зсув. Виходи D-тригера 20 підключені до драйверів 23, які формують імпульси UУ1, UУ2, UУ3 та UУ4 для управління, відповідно, першим, другим, третім та четвертим транзисторами першого інвертора напруги 2. Виходи D-тригера 22 підключені до драйверів 24, які формують імпульси UУ5, UУ6, UУ7 та UУ8 для управління відповідно п'ятим, шостим, сьомим та восьмим транзисторами другого інвертора напруги 3. Спосіб регулювання вихідної напруги перетворювача здійснюється в два етапи наступним чином. Як відомо, в транзисторних інверторах напруги при частотному способі регулювання зміна частоти управління може призвести до двох режимів роботи: з індуктивним та ємнісним режимом узгодження. Тому, щоб запобігти ємнісному режиму узгодження для цього перетворювача та забезпечити регулювання вихідної змінної напруги з фіксованою частотою при зміні параметрів індукційного навантаження в систему управління додатково введено вузол автоматичного підстроювання частоти 16. Для визначення частоти вихідної змінної напруги 5 перетворювача виконується перший етап, на якому вузлом автоматичного підстроювання частоти 16 визначають частоту вихідної напруги, яка відповідає резонансній настройці для другого транзисторного інвертора напруги 3 та фіксують її. Для здійснення першого етапу в другий інвертор напруги 3 в коло первинної обмотки трансформатора 7, що узгоджує включено датчик струму 11, вихідний сигнал якого служить для контролю струму, що проходить через транзистори інвертора напруги 3 та надходить до датчика фази 12. Перед пуском перетворювача до вузла порівняння 13 надходить сигнал задання Uзад 0, відповідний резонансній настройці для другого транзисторного інвертора напруги 3, де порівнюється з вихідним сигналом датчика фази 12. Одночасно до формувача фазового кута 21 надходить керуючий сигнал Uзад t, який задає часову затримку t (Фіг. 2) між моментами включення транзисторів першого 2 та другого 3 інверторів напруги, яка відповідна фазовому куту, який дорівнює  = 90 ел. градусів, і визначається в електричних градусах відносно періоду Tупр за формулою = 360 • t/Tynp. Після чого здійснюється пуск перетворювача, в результаті чого на входи інверторів напруги 2 та 3, що включені паралельно по входу до джерела постійної напруги 1 через LC-фільтри 4 та 5 подається постійна напруга. З вузла пуску 17 формується сигнал Uпуcк, який здійснює пуск вузла автоматичного підстроювання частоти 16, таким чином, щоб вихідний його сигнал, який впливає на генератор, що задає 18, забезпечував би пуск перетворювача з частоти вище власної частоти послідовного резонансного контуру. Вихідний сигнал з генератора, що задає 18, надходить на синхронізатор імпульсів 19, за фронтом вихідних його імпульсів спрацьовує D-тригер 20, а далі сформовані імпульси надходять до драйверів 23 де формуються імпульси UУ1, UУ2, UУ3 та UУ4 для управління, відповідно, першим, другим, третім та четвертим транзисторами першого інвертора напруги 2. Одночасно за фронтом вихідних імпульсів синхронізатора імпульсів 19 в формувачі фазового кута 21 формується часова затримка t між моментами включення транзисторів першого 2 та другого 3 інверторів напруги, яка встановлена керуючим сигналом задання Uзад t відповідним =90 ел. градусів. За фронтом сформованих імпульсів з певною затримкою за часом t відносно iмпульсів на виході генератора, що задає 18, спрацьовує D-тригер 22, а далі сформовані імпульси надходять до драйверів 24, де формуються імпульси UУ5, UУ6, UУ7 та UУ8 для управління, відповідно, п'ятим, шостим, сьомим та восьмим транзисторами другого інвертора напруги 3. У міру наближення до резонансної частоти змінюється фазовий зсув між струмом первинної обмотки трансформатора 7 другого інвертора напруги 3 та її напругою. Датчик фази 12 це контролює і як тільки фазовий зсув стане рівним нулю, тобто сигнал задання Uзад 0, зрівняється з вихідним сигналом датчика фази 12, на виході вузла порівняння 13 формується імпульс, який за 64129 6 допомогою пристрою пам'яті 14 фіксує керуючий сигнал для вузла автоматичного підстроювання частоти 16, який встановлює вихідну частоту генератора, що задає 18, та відповідно частоту вихідної напруги перетворювача. Роботу інверторів з фіксованою частотою при фазовому куті  = 90 ел. градусів показано на Фіг. 3,б, де з часових діаграм видно, що другий інвертор напруги 3 працює в режимі резонансу, при якому напруга на п'ятому транзисторі U5 другого інвертора напруги 3 формується в фазі зі струмом в індукційному навантаженні Ін, а перший інвертор напруги 2 з індуктивним узгодженням, при якому напруга на першому транзисторі U1 першого інвертора напруги 2 відстає від струму в індукційному навантаженні Ін на 90 ел. градусів. Подальша робота вузла автоматичного підстроювання частоти 16 блокується, тим самим забезпечуючи фіксовану частоту генератора, що задає 18. Тільки після цього починається робота другого етапу, на якому шляхом зміни величини керуючого сигналу задання Uзад t діапазоні відповідно від 0 до 90 ел. градусів фазового кута між моментами включення транзисторів першого 2 та другого 3 інверторів напруги, змінюється значення напруги UW12, яке формується за рахунок підсумовування напруг вторинних обмоток трансформаторів, що узгоджують 6 і 7, в результаті чого здійснюється регулювання струму індукційного навантаження Ін та вихідної змінної напруги перетворювача UВИХ з фіксованою частотою, причому максимальне значення вихідної напруги спостерігається при  = 0. Роботу інверторів при  = 0 показано на Фіг. 3,а, де з часових діаграм видно, що відносно струму в індукційному навантаженні Ін напруга на п'ятому U5 транзисторі другого інвертора напруги 3 формується синхронно з напругою на першому U1 транзисторі першого інвертора напруги 2. При подальшому збільшенні фазового кута з > 90 до 180 ел. градусів (Фіг. 4) значення вихідної напруги зменшуються до нуля, причому другий інвертор напруги 3 переходить в ємнісний режим узгодження, що є не допустимим режимом роботи інверторів напруги. Тому, щоб запобігти цьому режиму в системі управління здійснюється контроль роботи транзисторів другого інвертора напруги 3. Як тільки режим роботи другого інвертора напруги 3, який визначається параметрами індукційного навантаження, наблизиться до ємнісного узгодження, на виході вузла порівняння 13 формується сигнал, який через блок дозволу 15 не дозволить збільшувати кут  > 90 ел. градусів. Таким чином, удосконалено спосіб регулювання вихідної змінної напруги перетворювача шляхом двоетапного регулювання інверторів: спочатку шляхом автоматичного підстроювання частоти визначають та фіксують частоту вихідної напруги, яка відповідає резонансній настройці для другого інвертора напруги 3, а потім шляхом зміни керуючого сигналу задання фазового зсуву U зад t відповідного оптимальному діапазону фазового кута між моментами включення транзисторів першого 2 та 7 другого 3 інверторів напруги від  = 0 до  = 90 ел. градусів здійснюють регулювання вихідної змінної напруги перетворювача з фіксованою частотою. Завдяки цьому розширюються функціональні та 64129 8 експлуатаційні можливості транзисторного перетворювача індукційного нагрівання металів. використання частоти для 9 64129 10 11 Комп’ютерна верстка В. Мацело 64129 Підписне 12 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601