ОДНОФАЗНЫЙ ПОЛУМОСТОВОЙ ИНВЕРТОР ДЛЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в отказоустойчивых асинхронных или вентильных электроприводах.
Известен однофазный полумостовой инвертор (RU 2291550 С1, МПК Н02М 7/538 (2006.01), опубл. 10.01.2007), выбранный в качестве прототипа, имеющий в силовой части полумост в виде двух последовательно соединенных транзисторов и двух обратных диодов и вторую половину моста, образованную двумя последовательно соединенными конденсаторами, нагрузку, включенную в диагональ переменного тока моста, источник питания, подключенный к диагонали постоянного тока упомянутого моста и шунтированный сглаживающим конденсатором, а также типовую систему управления, четырехобмоточный трансформатор с тремя одинаковыми первичными обмотками и одной вторичной обмоткой, соединенной с одним из входов упомянутой типовой системы управления. Одна первичная обмотка упомянутого трансформатора включена между одним из полюсов источника питания и одноименным полюсом диагонали постоянного тока моста. Две другие первичные обмотки соединены между собой согласно и встречно по отношению к первой обмотке. Их общая точка образует один из выводов диагонали переменного тока моста и объединена с нагрузкой, а свободные концы соединены с эмиттером одного и коллектором второго транзисторов, образуя вместе с этими транзисторами и обратными диодами полумост инвертора.
Такой однофазный полумостовой инвертор позволяет формировать широтно-модулированное напряжение на обмотке статора электродвигателя переменного тока.
Недостатком этого технического решения является невозможность его применения в составе отказоустойчивого электропривода с диагностированием неисправностей типа: «обрыв обмотки статора», «невключение» или «невыключение» силового ключа.
Задачей полезной модели является диагностика состояния элементов однофазного полумостового инвертора и выявление неисправности типа «обрыв фазы», «невключение» или «невыключение» силового ключа.
Поставленная задача решена за счет того, что однофазный полумостовой инвертор для электродвигателя переменного тока, так же как в прототипе, содержит полумост в виде двух последовательно соединенных силовых ключей к каждому из которых подключен обратный диод и вторую половину моста, образованную двумя последовательно соединенными конденсаторами, нагрузку, включенную в диагональ моста переменного тока, источник питания, подключенный к полумосту в диагональ постоянного тока.
Согласно полезной модели к каждому силовому ключу параллельно подключен свой оптрон, к нагрузке параллельно подключены два оптрона, соединенных встречно друг относительно друга, информационные выходы оптронов и входы управления силовых ключей соединены с микроконтроллером, который соединен с процессором верхнего уровня.
Входная цепь каждого оптрона содержит последовательно включенные первый и второй ограничительный резисторы и диод оптопары, причем катод защитного стабилитрона подключен к точке соединения первого и второго ограничительного резистора, а анод подключен к катоду диода оптопары.
На фиг.1 представлена функциональная схема однофазный полумостового инвертора для электродвигателя переменного тока.
На фиг.2 представлена вариант исполнения оптрона для однофазного полумостового инвертора для электродвигателя переменного тока.
В таблице 1 представлены варианты состояния однофазного полумостового инвертора для электродвигателя переменного тока.
Однофазный полумостовой инвертор для электродвигателя переменного тока содержит два последовательно соединенных силовых ключа 1, 2 (фиг. 1). Диод 3 подключен параллельно силовому ключу 1, причем его катод соединен с плюсовым выводом источника питания 4, а анод - с точкой соединения силовых ключей 1, 2. Диод 5 подключен параллельно силовому ключу 2, причем его анод соединен с минусовым выводом источника питания 6, а катод - с точкой соединения силовых ключей 1, 2. Силовые ключи 1, 2 и диоды 3, 4 образуют первую половину моста. Вторую половину моста образуют два последовательно соединенных конденсатора 7, 8, соединяющих плюсовой 4 и минусовой 6 выводы источника питания. Фаза обмотки статора электродвигателя переменного 9 тока подключена между точкой соединения конденсаторов 7, 8 и точкой соединения силовых ключей 1, 2. К силовому ключу 1 параллельно подключен оптрон 10 (О1). К силовому ключу 2 параллельно подключен оптрон 11 (О2). К фазе обмотки статора электродвигателя переменного тока 9 параллельно подключены два оптрона 12 (О3), 13 (О4), соединенные встречно друг относительно друга. Выходы оптронных элементов 10 (О1), 11 (О2), 12 (О3), 13 (О4) и входы управления силовых ключей 1, 2 соединены с выводами 14, 15, 16, 17, 18, 19 микроконтроллера 20 (МК) соответственно. Микроконтроллер 20 (МК) подключен к процессору верхнего уровня 21 (ПВУ).
Оптроны 10 (О1), 11 (О2), 12 (О3), 13 (О4) выполнены одинаково, один из них представлен на фиг.2, состоят каждый из двух последовательно соединенных ограничительных резисторов 22, 23, оптрона 24, анод диода которого подключен к резистору 23, и стабилитрона 25, катод которого подключен к точке соединения резисторов 22, 23, а анод к катоду диода оптрона 24. Вывод оптрона 24 подключен к микроконтроллеру.
В роли силовых ключей 1 и 2 могут выступать IGBT транзисторы. В качестве микроконтроллера 20 (МК) может быть выбран одноплатный микроконтроллер типа АТ89С2051 с тактовой частотой 4 МГц. В качестве процессора верхнего уровня 21 (ПВУ) может быть выбран mitsubishi Q06HCPU.
Сигналы управления силовыми ключами 1, 2, а также логические сигналы с оптронных элементов 10 (О1), 11 (О2), 12 (О3), 13 (О4) поступают на выводы 14, 15, 16, 17, 18, 19 микроконтроллера 20 (МК) соответственно, где производится их непрерывный анализ. Над логическими уровнями, поступающими на выводы 18, 19 микроконтроллера 20 (МК), выполняется логическая операция «ИЛИ», в результате которой происходит присвоение первого бита слова состояния однофазного полумостового инвертора. Для каждой пары сигналов, поступающих на выводы 14, 16 и 15, 17 микроконтроллера 20 (МК), производиться логическая операция «исключающее ИЛИ», в результате выполнения этой операции происходит присвоение третьего и второго бита слова состояния однофазного полумостового инвертора соответственно. Полученное слово состояния сравнивается с возможными вариантами состояния однофазного полумостового инвертора, представленными в таблице 1, после чего информация о состоянии элементов однофазного полумостового инвертора, передается в процессор верхнего уровня 21 (ПВУ), который формирует соответствующие сигналы управления инвертором.
Таким образом, заявляемое техническое решение позволяет проводить диагностику состояния элементов однофазного полумостового инвертора и выявлять неисправности типа «обрыв фазы», «невключение» или «невыключение» силового ключа.