УСТРОЙСТВО ЗАЩИТЫ СТАТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ НАПРЯЖЕНИЯ ОТ ПЕРЕГРУЗКИ

Предлагаемая полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в автономных системах электроснабжения для электронного преобразования постоянного тока в стабилизированное напряжение переменного тока.
Известен статический преобразователь тока в составе системы контроля асинхронного электродвигателя (см. патент РФ №2342638, 2007), выходы которого подключены через коммутатор, управляемый блоком управления, к фазам асинхронного электродвигателя, содержащий узел защиты от перегрузок с датчиком тока, отключающий коммутатор от электродвигателя при превышении тока через него.
Одним из недостатков известного устройства является то, что после устранения короткого замыкания в нагрузке система автоматически не восстанавливается и требует выключения и повторного включения электропитания.
По совокупности сходных существенных признаков наиболее близким к предложенной полезной модели является устройство контроля и защиты системы «статический преобразователь - асинхронный электродвигатель» (см. патент РФ по заявке №2019100648 от 10.01.2019), содержащее шину питания постоянного тока, подключенную к статическому преобразователю, состоящему из последовательно соединенных
повышающего преобразователя напряжения (конвертора) и инвертора на основе полумостовых драйверов с входами управления и блокировки силовыми ключами и подключенного к ним узла защиты от токовых перегрузок. В качестве блока управления драйверами в известном устройстве используется микроконтроллер, выходы ШИМ-сигналов которого подключены к управляющим входам полумостовых драйверов инвертора статического преобразователя, а узел защиты от токовых перегрузок содержит последовательно соединенные датчик тока, пороговое устройство и одновибратор.
В известном устройстве реализуется функция автоматического самовосстановления после снятия токовой перегрузки, однако подобное устройство защиты обладает и существенным недостатком, заключающимся в том, что после каждого такого восстановления возникает резкий бросок тока, негативно сказывающийся на силовых ключах инвертора преобразователя и его нагрузке. Указанные токовые выбросы при перезапусках преобразователя могут приводить к значительным просадкам напряжения сети и вызывать ложные срабатывания подключенной к сети аппаратуры, а также снижение сроков службы шестеренок редукторов двигателей из-за ударных нагрузок.
Целью заявленной полезной модели является устранение указанного недостатка, то есть исключение резких токовых выбросов при перезапусках преобразователя из-за перегрузок или коротких замыканий в нагрузке.
Поставленная цель достигается тем, что предложено устройство защиты статического преобразователя напряжения от перегрузки, содержащее шину питания постоянного тока, подключенную к повышающему преобразователю напряжения, последовательно соединенному с подключенным к нагрузке через выходной фильтр инвертором напряжения, состоящим из соответствующего числу фаз преобразователя числа полумостовых драйверов и подключенных к ним силовых ключей и выходному фильтру по мостовой схеме, узла защиты от токовой перегрузки, включенного в диагональ моста и содержащего последовательно соединенные датчик тока, пороговое устройство и таймер, выход которого подключен к входам блокировки управляющих сигналов полумостовых драйверов, и микроконтроллера, выходы управляющих ШИМ-сигналов которого подключены к соответствующим входам полумостовых драйверов.
Новым в предложенном устройстве является то, что повышающий преобразователь напряжения содержит подключенный к шине питания постоянного тока входной ключ, управляемый от ШИМ-регулятора с механизмом плавного пуска, подключенного к соответствующему выходу микроконтроллера инвертора, управляющий вход которого подключен к выходу таймера узла защиты от токовой перегрузки.
Технический результат заявленной полезной модели состоит в устранении резких бросков тока на выходе статического преобразователя при его повторных запусках при наличии токовой перегрузки или короткого замыкания в нагрузке, негативно сказывающихся на силовых ключах преобразователя и его нагрузке.
На фигуре представлена функциональная блок-схема заявленного устройства (без ограничения общности для однофазного преобразователя).
Заявленное устройство содержит шины питания 1, 2, подключенные к повышающему преобразователю напряжения 3 с входным ключом 4, подключенным к ШИМ-регулятору входного ключа 5, инвертор 6 с полумостовыми драйверами 7, соединенными по полумостовой схеме с силовыми ключами 8 и по мостовой схеме с выходным фильтром 9, подключенным к нагрузке 10, включенным в диагональ моста узлом защиты от токовой перегрузки 11 с последовательно соединенными датчиком тока 12, пороговым устройством 13 и таймером 14, подключенным к микроконтроллеру 15 инвертора 6 и входам блокировки управляющих ШИМ-сигналов полумостовых драйверов 7. Выходы управляющих ШИМ-сигналов микроконтроллера 15 подключены к соответствующим входам полумостовых драйверов 7, а управляющий вход ШИМ-регулятора 5 входного ключа 4 повышающего преобразователя 3 подключен к соответствующему выходу микроконтроллера 15.
Заявленное устройство работает следующим образом.
При нормальном значении выходного тока статического преобразователя в нагрузке 10, фиксируемое датчиком тока 12 узла защиты от токовой перегрузки 11 инвертора 6, пороговое устройство 13 находится в отключенном состоянии, при котором таймер 14 не срабатывает. Как только ток через датчик тока 12, включенный в диагональ моста, образованного полумостовыми драйверами 7 и силовыми ключами 8, увеличивается до предельно-допустимого значения, пороговое устройство 13 срабатывает и запускает на определенное время таймер 14. При этом сигнал с его выхода с одной стороны блокирует прохождение ШИМ-сигналов управления с микроконтроллера 15 на драйверы 7 силовых ключей 8, а с другой стороны поступает на микроконтроллер 15, который снимает ШИМ-сигналы управления с драйверов 7 и сигнал разрешения с ШИМ-регулятора 5 входного ключа 4 повышающего преобразователя напряжения 3, подключенного к шинам питания 1,2 сети постоянного тока. Таким образом, быстрое отключение силовых ключей 8, подключенных к нагрузке 10 через выходной фильтр 9, осуществляемое аппаратно узлом защиты от токовой перегрузки 11, подхватывается микроконтроллером 15, запускающим механизм плавного пуска ШИМ-регулятора 5 после восстановления сигнала разрешения, поступающего с выхода микроконтроллера 15 на вход ШИМ-регулятора 5 входного ключа 4. Если токовая перегрузка сохраняется, то процесс срабатывания и повторного плавного запуска преобразователя будет периодически повторяться, а пиковое значение тока и среднее значение мощности будет сохраняться не опасным для транзисторов статического преобразователя.
В качестве ШИМ-регулятора 5 входного ключа 4 повышающего преобразователя напряжения 3 может служить отечественная микросхема 1156ЕУ3Т, а в качестве микроконтроллера 15 - микросхема 1986ВЕ92У.