МОСТОВОЙ ИНВЕРТОР И СХЕМА ЕГО УПРАВЛЕНИЯ

Мостовой инвертор и схема его управления
Полезная модель относится к электротехнике, а точнее, к си-ловым полупроводниковым преобразователям частоты (инверторам) для питания вентильных (например, управляемых реактивных) двигателей и схемам их управления.
Известен мостовой инвертор и схема его управления (см. Патент ЕПВ (ЕР) N 0397324 Н02 Р 6/02. РЖ. Изобретения стран мира. N 20, 1991 г. , Вып. 107. с. 27. ), который предназначен для подачи питания на многофазную переключаемую реактивную электрическую машину. Фазные плечи инвертора состоят из верхнего и нижнего ключей, соединенных последовательно с фазными обмотками машины. Верхний обратный диод включен параллельно последовательной цепи, образованной верхним ключом и фазной обмоткой. Нижний обратный диод включен параллельно последовательной цепи, образованной нижним ключом и соответствующей фазной обмоткой. Последовательные цепи подсоединены к внешнему источнику постоянного тока. Схема управления состоит из нескольких токоизмерительных блоков, каждый из которых соединен с соответствующим фазным плечом инвертора и вырабатывает сигнал, пропорциональный мгновенному значению протекающего по нему фазного тока. Схема имеет блок формирования опорного тока и несколько компараторов. Каждый компаратор, соединенный с соответствующим измерительным блоком, сравнивает измеренную величину тока с опорной и вырабатывает сигнал с первым логическим уровнем, когда измеренный ток превышает опорный на первую заданную величину, и сигнал со вторым логическим уровнем, когда измеренный ток меньше опорного на вторую заданную величину.
Недостатком данного мостового инвертора и схемы его управления является сложность схемы управления, связанная с заданием отклонения фактического тока относительно опорного на две заданные величины.
Данная полезная модель разработана с целью упрощения мостового инвертора и схемы его управления.
В мостовой инвертор и схему его управления, состоящий из первого и второго ключей, каждый из которых имеет первые, вторые и управляющие выводы, первого и второго диодов; содержащий первый и второй зажимы для подключения положительного и отрицаН 02 М 7/48
- 2
тельного выводов внешнего источника постоянного напряжения соответственно; третий и четвертый зажимы для подключения нагрузки инвертора, причем первый вывод первого ключа соединен с первым зажимом, второй - с четвертым зажимом; первый вывод второго ключа соединен с третьим зажимом, второй - со вторым зажимом; катод первого диода соединен с первым зажимом, анод - с третьим зажимом; катод второго диода соединен с четвертым зажимом, анод - со вторым зажимом, согласно данного заявления ,введены: первая и вторая управляющие микросхемы, каждая из которых имеет первый (инверсный) и второй (прямой) входы, вход разрешения, вход модуляции, первый выход, второй выход с открытым коллектором, а также первый и второй выводы для подключения источника питания микросхемы; оптрон, имеющий первый и второй входные выводы и первый и второй выходные выводы; первый и второй датчики напряжения, каждый из которых имеет первый и второй измерительные выводы и выход; транзистор; стабилитрон; третий диод; первый - десятый резисторы; терморезистор; переменный резистор; шунтовой резистор (шунт); первый - третий конденсаторы; пятый зажим для подключения внешнего управляющего элемента; шестой зажим для подключения источника напряжения для питания схемы управления; причем первый выход первой микросхемы связан с управляющим выводом первого ключа через восьмой резистор; первый выход второй микросхемы связан с управляющим выводом второго ключа через девятый резистор, а с первым входом оптрона - через седьмой резистор; вход разрешения второй микросхемы соединен с выходом второго датчика напряжения, с коллектором транзистора, а также связан с шестым зажимом через четвертый резистор; эмиттер транзистора соединен со вторым зажимом, его база связана с пятым зажимом, а также связана с шестым зажимом через третий резистор; между шестым и вторым зажимами включен второй конденсатор и стабилитрон (анодом - ко второму зажиму); к шестому зажиму также подключены: первый измерительный вывод второго датчика напряжения, первый вывод для подключения источника питания второй микросхемы, а ко второму зажиму - второй измерительный вывод второго датчика напряжения и второй вывод для подключения источника питания второй микросхемы; первый и второй входы второй микросхемы соединены между собой, а также связаны с ее первым выходом через переменный резистор, а со вторым зажимом - через третий конденсатор; первый выход второй микросхемы также связан с шестым
зажимом через шестой резистор, вход модуляции второй микросхемы со вторым зажимом через пятый резистор; второй вход оптрона соединен со вторым зажимом; первый выход оптрона соединен с первым и вторым входами первой микросхемы; анод третьего диода соединен с шестым зажимом; катод третьего диода соединен с первым выводом для подключения источника питания первой микросхемы, а также связан с четвертым зажимом через первый конденсатор, с первым выходом оптрона через первый резистор, с первым измерительным выводом первого датчика напряжения через десятый резистор, с выходом датчика напряжения через второй резистор; второй выход оптрона соединен с четвертым зажимом; вход разрешения первой микросхемы соединен с выходом первого датчика напряжения; первый измерительный вывод первого датчика напряжения связан с четвертым зажимом через терморезистор, причем терморезистор прикреплен к одной из нагревающихся поверхностей в составе изделия; второй вывод для подключения источника питания первой микросхемы и второй измерительный вывод первого датчика напряжения соединены с четвертым зажимом.
В частных случаях выполнения, описанных ниже, полезная модель может дополнительно характеризоваться одним или несколькими из следующих признаков:
-схема снабжена одиннадцатым резистором, включенным между управляющим выводом первого ключа и четвертым зажимом, и двенадцатым резистором, включенным между управляющим выводом второго ключа и вторым зажимом;
-схема снабжена четвертым конденсатором, включенным между базой транзистора и вторым зажимом;
-схема снабжена тринадцатым резистором, включенным между первым и шестым зажимами;
-схема снабжена седьмым и восьмым зажимами для подключения к внешнему источнику переменного напряжения, выпрямителем, имеющим два входа, соединенных с седьмым и восьмым зажимами, и два выхода, соединенных с первым и вторым зажимами соответственно, пятым конденсатором, включенным между первым и вторым зажимами; а также четырнадцатым и пятнадцатым резисторами, включенными между шестым зажимом и седьмым и восьмым зажимами соответственно.
В дальнейшем полезная модель поясняется со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых показаны:
- 3 -фиг. 2 - то же, с добавленными элементами для частных случаев реализации.
Для облегчения пояснения работы установим соответствие между наименованиями элементов в формуле и описании полезной модели и их позиционными обозначениями на чертежах: первый (верхний) ключ - 1, второй (нижний) - 2; первый диод - 3, второй - 4, третий - 16; первый зажим - 5, второй - 6, третий - 7, четвертый 8, пятый - 33, шестой - 32, седьмой - 39, восьмой - 40; первая микросхема - 9, вторая - 10; оптрон - 11; первый датчик напряжения - 12, второй - 13; транзистор - 14; стабилитрон - 15; первый резистор - 17, второй - 18, третий - 19, четвертый - 20, пятый 21, шестой - 22, седьмой - 23, восьмой - 24, девятый - 25, десятый - 26, одиннадцатый - 35; двенадцатый - 36, тринадцатый - 38, четырнадцатый - 43, пятнадцатый - 44; переменный резистор - 27; первый конденсатор - 29, второй - 30, третий - 31, четвертый 37, пятый - 42; терморезистор - 28; выпрямитель - 41.
Для микросхем соответствие между наименованиями выводов согласно формуле и описанию и нумерацией выводов на чертежах следующее: первый вход - 2, второй - 6, вход разрешения - 4, вход модуляции - 5; первый выход - 3, второй - 7; первый вtJвoд для подключения источников питания - 6, второй - 1.
Соответствие между наименованиями выводов оптрона согласно формуле и описанию и нумерацией выводов на чертежах следующее: первый вход - 1, второй - 2; первый выход - 3, второй - 4.
Соответствие между наименованиями выводов датчиков напряжения согласно формуле и описанию и нумерацией выводов на чертежах следующее: первый измерительный вывод - 3, второй - 1; выход - 2.
Мостовой инвертор и схема его управления питаются от внешнего силового источника постоянного напряжения, имеющего положительный зажим 5 и отрицательный 6. К зажимам инвертора 7 и 8 подключена нагрузка, например, фазная обмотка управляемого реактивного двигателя. Таким образом, силовой ток нагрузки течет от зажима 5 к зажиму В при условии одновременного открытия ключей 1 и 2, медленно спадает (при индуктивном характере нагрузки) через обратный диод 3 при закрытии нижнего ключа и быстро спадает через оба обратных диода при закрытии обоих ключей под действием
- 4 -Гприложенного к нагрузке напряжения обратной полярности.
Ключ 1 управляется микросхемой 9, которая включена по схеме триггера Шмитта с инверсией. При появлении на объединенных входах 2 и 6 напряжения низкого уровня, при условии присутствия на входе разрешения 4 напряжения высокого уровня, на выходе 3 появляется напряжение высокого уровня, открывающее ключ 1. Ключ 2 управляется микросхемой 10, которая вместе с резисторами 21, 22, 27, конденсатором 31 включена по схеме мультивибр атора. При наличии на выводе разрешения 4 микросхемы 10 напряжения высокого уровня мультивибратор запускается, и импульсы положительной полярности с его выхода 3 открывают ключ 2.
На зажин 32 относительно зажима 6 подается на:лряжение, питающее схему управления, например, от внешнего источника питания, или, в частных случаях реализации, от зажима 5 через резистор 38, и, в случае питания инвертора от сети переменного напряжения (зажимы 33,40) с помощью выпрямителя 41 и фильтрового конденсатора 42, от зажимов 39,40 через резисторы 43, 44 ооответственно.
Элементы 15 и 30 предназначены для стабилизацией напряжения, питающего схему управления. При этом элементы управления нижнего ключа питаются непосредственно, а верхнего - от заряженного конденсатора 29, который заряжается только при подключенной нагрузке в моменты, когда открыт диод 16, что имеет место при закрытом ключе 1 и открытом диоде 4 (в течение быстрого спадания тока нагрузки), либо при закрытом ключе 1 и открытом ключе 2. Напряжения питания схем управления ключами 1 и 2 контролируются о помощью датчиков напряжения 12 и 13 соответственно, на выходах 2 которых разрешающее напряжение высокого уровня присутствует только в случае присутствия напряжения питания на измерительных выводах 3, 1 не ниже допустимого уровня.
Сигнал от зажима 33 внешнего управляющего  злемента, имеющего цифровой выход, например, датчика положения ротора управляемого реактивного двигателя, поступает на базу транзистора 14. Таким образом, при появлении сигнала низкого уровня на зажиме 33 закрыв.э.ется транзистор 14, и на вывод разрешения 4 микросхемы 10 через резистор 20 поступает напряжение высокого уровня, разрешающего работу одновибратора, за исключением случая авйрийного снижения напряжения, питающего схему управления ключом 2, контролируемого датчиком напряжения 13, и появления на выводе 2 датчика напряжения 13,, представляющего собой выход с открытым коллектором, напряжения низкого уровня. Мультивибратор начинает вырабатывать импульсы, частота и скважность которых зависит от соотношения номиналов элементов 31, 21, 27, 22. Эти импулвсь: открывают ключ 2. С помощью переменного резистора 27 можно регулировать частоту импульсов мультивибратора, т.е. изменять, например. частоту вращения двигателя, на который нагружен инвертор.
Сигнал с вывода 3 микросхемы 10 через резистор 23 поступает на вход 1 оптрона 11 (анод светодиода). Сигна.п с выхода 3 оптрона 11 (коллектор фототранзистора) поступает на входы 2.G микросхемы 9. Таким образом, при появлении сигнала высокого уровня на выводе 3 М1;кросхемы 10 загорается светодиод оптрона 11, открывается его фототранзистор и на выводах 2,6 микросхемы 9 появляется напряжение низкого уровня, и ключ 1 открывается, за исключением случая аварийного снижения напряжения, питаю-щего схему управления ключим 1, контролируемого датчиком напряжения 12, и появления на выводе 4 микросхемы 9 напряжения низкого У1оовня.
Таким образом, при низком уровне напряжения иа зажиме 33 ток нагрузки ограг-ичивается с помощью мультивибратора с переменной скважностью, собранного на элементе 10. При высоком з-рс-вне напряжения на его выходе оба ключа 1 и 2 открывактся, при низком закрываются,, Сбеспечивая нарастание и спадание тока нагрузки соответственно. Ток нагрузки спадает через обратные диоды 3, 4,
При высоком уровне напряжения на зажиме 33 закрыты оба ключа - 1 и 2.
Резисторы 24 и 25 служат для ограничения тока управления ключей, резистсфы 35 и 36 - для улучшения помехоустойчивости ключей.
С целью защиты от перегрева, связанного, например, с заклиниванием двигателя, вывод 3 датчика напряжения 12 соединен с точкой 34 через резистор 26, а с зажимом 8 - через терморезистор 28. При этом терморезистор необходимо прикрепить к поверхности, подверженной нагреву, например, к радиатору или корг;усу верхнего ключа или i:opnycy двигателя, служащего нагрузкой инвертора. Зти резисторы образуют делитель напряжения с коэффициентом деления, изменяющимся при повышении температуры терморезис . Г:ри превы.
- €
шении температуры выше определенного уровня напряжение на измерительных выводах датчика напряжения 12 понизится, и ключ 1 закроется.
vC целью повышения помехоустойчивости база транЗ)-1стора 14 соединена с зажимом 6 через конденсатор 37.
Технический эффект настоящей полезной модели состоит в простоте ее реализации, низкой стоимости и высокой надежности, достигаемых засчет отс:/тствия вторичного источника электропит 1ния схемы управления и других эффективных схемных решений.
Директор НПП Эметрон -  x. Коломейцев Л. Ф.
Зг с-гХХ - Р