СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ
FREQUENCY CONVERTER CONTROL METHOD

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.
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).
Недостатком способа управления является высокий уровень пульсаций тока нагрузки преобразователя частоты, обусловленных пульсациями напряжения на выходе выпрямителя.
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).
Недостатком способа управления является высокий уровень пульсаций тока нагрузки преобразователя частоты, обусловленных пульсациями напряжения на выходе выпрямителя.
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).
Данный способ управления преобразователем частоты является наиболее близким по технической сущности к изобретению и рассматривается в качестве прототипа.
Недостатком способа управления является высокий уровень пульсаций тока нагрузки преобразователя частоты, обусловленных пульсациями напряжения на выходе однофазного выпрямителя.
Изобретение направлено на решение задачи снижения пульсаций тока в нагрузке преобразователя частоты, обусловленных пульсациями выходного напряжения однофазного выпрямителя, что является целью изобретения.
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.
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.
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.
На фиг.1 приведена схема устройства для реализации способа управления преобразователем частоты, на фиг.2 - временные диаграммы процессов в элементах схемы, поясняющие принцип управления.
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.
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.
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.
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.
По сравнению с прототипом пульсации тока нагрузки могут быть снижены на более чем 95% относительно исходных значений без усложнения силовой части преобразовательных устройств.