ДИОДНО-ТРАНЗИСТОРНЫЙ МОСТ

Полезная модель относится к электротехнике, предназначена для преобразования энергии постоянного тока на входе в энергию постоянного тока на выходе с автоматическим управлением выходным напряжением и может быть использована в конструктивном сопряжении с магнитными подшипниками.
Известен диодно-транзисторный мост, содержащий диагональ питания и диагональ нагрузки (патент RU №2215357, H02K 7/09), в котором к каждому диоду подключен транзистор - коллектором к катоду диода, а эмиттером к аноду диода.
Недостатком диодно-транзисторного моста является зависимость массо-объемных характеристик источника питания от потребляемой им мощности и небольшая скорость нарастания тока в катушке индуктивности, зависящая от напряжения питания источника.
В качестве ближайшего аналога выбран диодно-транзисторный мост (патент RU №2379816, H02M 3/156), содержащий диагональ питания, в которую входят транзисторы, включенные в плечи моста и не имеющие общей точки соединения. В диагональ питания включен конденсатор и разделительный диод, анод которого подключен к положительному выводу источника питания, а катод соединен с катодами двух диодов. В диагональ нагрузки последовательно включен дроссель и, по меньшей мере, одна катушка индуктивности, причем параллельно дросселю включена RC-цепочка из резистора и конденсатора. Указанный диодно-транзисторный мост позволяет существенно снизить потребляемую мощность за счет реверсивного использования энергии.
Недостатком диодно-транзисторного моста является низкое быстродействие катушки индуктивности (низкая скорость нарастания тока), зависящее от параметров катушки индуктивности и от напряжения источника питания, и низкая ее надежность.
Техническим результатом заявляемой полезной модели является увеличение быстродействия катушки индуктивности, включенной в диагональ нагрузки диодно-транзисторного моста, при использовании источника питания с напряжением, превосходящим ЭДС самоиндукции катушки индуктивности, за счет применения средств, передающих информацию о токе, протекающем в катушке индуктивности, о напряжении, приложенном к катушке индуктивности, и о положении ротора на исполнительное устройство, которое при достижении магнитным потоком необходимого значения уменьшает задание напряжения на катушку индуктивности до необходимого для нормальной работы катушки индуктивности, что также позволяет повысить надежность ее работы.
Технический результат достигается тем, что в диодно-транзисторный мост, содержащий диагональ питания, в которую входят включенные в плечи моста транзисторы, при этом в плечах моста они не имеют общей точки соединения, конденсатор и разделительный диод, анод которого подключен к положительному выводу источника питания, при этом в диагональ нагрузки последовательно включен дроссель и, по меньшей мере, одна катушка индуктивности, причем параллельно дросселю включена RC-цепочка, согласно полезной модели, в диодно-транзисторный мост введен наблюдатель (вычислитель) магнитного потока, вход которого связан с датчиком положения ротора, и сумматор, вход которого связан с регулятором, подающим сигнал задания на сумматор, выходы сумматора связаны с базами или затворами транзисторов, при этом в цепь катушки индуктивности подключены датчик тока, датчик напряжения, выходы которых подключены к входам наблюдателя (вычислителя) магнитного потока, выход которого связан с входом сумматора.
В частном случае в диагональ нагрузки диодно-транзисторного моста после катушки индуктивности последовательно ей включен дроссель, параллельно которому включена RC-цепочка.
Сущность полезной модели поясняется следующим образом.
Быстродействие катушки индуктивности определяется постоянной времени, зависящей от скорости нарастания тока в катушке, которая в свою очередь зависит от величины напряжения источника. Однако применение источника питания с напряжением, которое в несколько раз выше ЭДС самоиндукции катушки индуктивности, может привести к выходу ее из строя.
Введение в диодно-транзисторный мост наблюдателя (вычислителя) магнитного потока, вход которого связан с датчиком положения ротора, и сумматора, вход которого связан с регулятором, подающим сигнал задания на сумматор, выходы сумматора связаны с базами или затворами транзисторов, а также подключение в цепь катушки индуктивности датчика тока, датчика напряжения, выходы которых подключены к входам наблюдателя магнитного потока, выход которого связан с входом сумматора, позволило использовать источник питания с напряжением, которое в несколько раз выше ЭДС самоиндукции катушки индуктивности, что привело к увеличению быстродействия катушки, позволило при достижении током рабочего значения уменьшить напряжение, прикладываемое к катушке индуктивности, и тем самым ограничить ток, протекающий через катушку.
Кроме того, ограничение тока и напряжения, протекающего через катушку индуктивности, позволило предохранить катушку от выхода из строя, что привело к повышению надежность работы катушки.
Включение в диагональ нагрузки после катушки индуктивности последовательно ей дросселя и параллельно ему RC-цепочка позволило исключить перенапряжение на втором транзисторе, что привело к повышению надежность работы диодно-транзисторного моста.
Таким образом, предложенная полезная модель позволяет обеспечить форсировку диодно-транзисторного моста с реверсивным использованием энергии.
Сущность полезной модели поясняется схемой диодно-транзисторного моста, приведенной на фигуре 1.
Диодно-транзисторный мост содержит диагональ питания и диагональ нагрузки. В диагональ питания включены четыре диода 1, 2, 3, 4, два транзистора 5, 6, включенные в плечи моста, конденсатор 7 и через разделительный диод 8 источник питания, напряжение которого в несколько раз больше ЭДС самоиндукции катушки индуктивности. Анод разделительного диода 8 подключен к положительному выводу источника питания, а его катод подключен к катодам двух диодов 1, 3. При этом разделительный диод 8 обеспечивает минимальное направление энергии от источника питания и предотвращает выход из строя транзисторов 5 и 6 при непреднамеренной смене полярности источника питания. Кроме того, разделительный диод 8 препятствует протеканию тока ЭДС самоиндукции через источник питания.
В диагональ нагрузки последовательно включен дроссель 9, катушка индуктивности 10, напряжение которой в несколько раз ниже, чем напряжение питания, дроссель 11. Емкость конденсатора 7 выбирается из условия индуктивности катушки 10 для обеспечения резонанса на частоте широтно-импульсного модулятора (на схеме не показан) при параллельном включении. Параллельно дросселю 9 включена RC-цепочка 12, а параллельно дросселю 11 включена RC-цепочка 13. Каждая RC-цепочка 12, 13 состоит из резисторов 14, 15 и конденсаторов 16, 17.
В цепь катушки индуктивности 10 подключены датчик тока 18, датчик напряжения 19. При этом в диодно-транзисторный мост введен наблюдатель (вычислитель) магнитного потока 20, вход которого связан с датчиком положения 21 ротора (на схеме не показан), и сумматор 22. Выходы датчика тока 18, датчика напряжения 19 и датчика положения 21 подключены к входам наблюдателя магнитного потока 20, выход которого связан с сумматором 22, причем выходы сумматора связаны с базами или затворами (зависит от типа транзистора) транзисторов 5, 6.
Диодно-транзисторный мост работает следующим образом.
При включении источника питания и отсутствии сигнала задания на входе сумматора 22 конденсатор 7 через разделительный диод 8 заряжается до напряжения источника питания. При поступлении сигнала задания на сумматор 22 на выходе сумматора 22 формируется положительный импульс с заданной длительностью, поступающий на транзисторы 5 и 6. Транзисторы 5 и 6 открываются, диагональ нагрузки моста оказывается подключенной к конденсатору 7. Конденсатор 7 разряжается через транзистор 5, дроссели 9 и 11, катушку индуктивности 10 и транзистор 6. При этом RC-цепи 12 и 13 ограничивают перенапряжение на транзисторах 5 и 6.
В начальный момент времени в катушке индуктивности 10 возникает ЭДС самоиндукции, противодействующая нарастанию тока в ней. Ток самоиндукции протекает по цепи: дроссель 9, диод 1, конденсатор 7, диод 4, дроссель 11. Но так как напряжение питания источника в несколько раз превышает ЭДС самоиндукции, то постоянная времени катушки индуктивности 10 уменьшается в несколько раз. Например, для уменьшения постоянной времени катушки индуктивности в 100 раз при ЭДС самоиндукции равной 3 В был использован источник питания с напряжением 300 В.
При достижении тока в катушке индуктивности 10 заданного значения наблюдатель магнитного потока 20 и сумматор 22 ограничивают ток, протекающий по катушке индуктивности 17. Это происходит следующим образом. Датчик тока 18, датчик напряжения 19 и датчик положения 21 передают свои сигналы на наблюдатель магнитного потока 20. Наблюдатель магнитного потока 20 на основании сигналов датчиков 18, 19 и 21 вычисляет значение магнитного потока в катушке индуктивности 10 и передает сигнал, соответствующий вычисленному значению магнитного потока, на сумматор 22. На сумматор 22 также поступает сигнал задания с регулятора (на схеме не показан). В сумматоре 22 сигнал задания суммируется с сигналом с наблюдателя магнитного потока 20 и формируется управление широтно-импульсным модулятором, входящим в состав сумматора 22. Импульсы управления с сумматора 22 поступают на затворы транзисторов 5 и 6. При установившемся токе ЭДС отсутствует.
По окончании управляющего импульса с сумматора 22 транзисторы 5 и 6 закрываются. При этом происходит резкое уменьшение тока, протекающего через дроссели 9 и 11, и катушку индуктивности 10. Это приводит к возникновению ЭДС самоиндукции катушки индуктивности 10, стремящейся подержать уменьшающийся ток в цепи. Ток самоиндукции протекает по цепи: положительная составляющая тока - катушка индуктивности 10, дроссель 11, диод 3, положительная обкладка конденсатора 7; отрицательная составляющая тока - катушка индуктивности 10, дроссель 9, диод 2, отрицательная обкладка конденсатора 7. ЭДС самоиндукции стремится восстановить напряжение на конденсаторе 7, уменьшившееся при отсутствии управляющих импульсов. При последующем появлении управляющего импульса с сумматора 22 процесс повторяется.
При возникновении напряжения на конденсаторе 7 ниже напряжения источника питания открывается разделительный диод 8 и конденсатор 7 дополнительно заряжается от источника питания. В процессе работы катушка индуктивности 10 и конденсатор 7 образуют колебательный контур, в котором энергия электрического поля, накопленная конденсатором 7, преобразуется в энергию магнитного поля катушки индуктивности 10 и наоборот. При этом направление тока в катушке индуктивности 10 не изменяется.
Таким образом, введение в диодно-транзисторный мост наблюдателя магнитного потока, связанного с датчиком положения ротора, и сумматора, выходы которого связаны с транзисторами, а также подключение в цепь катушки индуктивности датчика тока, датчика напряжения, передающих свои сигналы на наблюдатель магнитного потока, вычисляющий значение магнитного потока в катушке индуктивности и передающий вычисленное значение магнитного потока на сумматор, который при достижении магнитным потоком необходимого значения уменьшает задание напряжения на катушку индуктивности до необходимого для ее нормальной работы, позволяет повысить быстродействие катушки индуктивности за счет возможности использовать источник питания с напряжением, в несколько раз превышающим ЭДС самоиндукции катушки индуктивности, и ограничить ток, протекающий через катушку индуктивности, предохраняя ее от выхода из строя.