Трехфазный мостовой инвертор с широтно-импульсным управлением

 

..SU„„945 А

СОЮЗ GOBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

3(Я) Н 02 М 7 537

r й3СУДАРС ПЗЕННЦЙ, HOMHTET СССР.

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Г

Ф М д а

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ". .! .;,;,.;.;:.;::,. „ н атоескомм свид ыьстю (54)(57). ТРЕХФАЗНЫЙ NOCTGBOA ИНВЕРТОР С ШИРО 1 НР-ИИНУЛЬСНЫМ УПРАВЛЕ..ННЕИ., содержащий в каждой стойке моста последовательно:соединенные первый и второй ключи на составном

: транзисторе, состоящем из двух уп равляющих и одного силового тран:. зисторов, параллельно база-эмиттер(21).. 3227733/24-07 (22) 31. 12. 80, (.46) 30.05.83. Бюл. Р 20

:(72) В.A Шувалов и A.М. Коровкин (53) 621.314,57(088.8) (56)1.Электронная. техника в автоматике. Сб. под ред. Ю.И. Конева, . . вмп. 9. И., "Советское радио", 1977, . с. 180, рис. 1.

2. Электронная техника в автоматике. Сб. под ред. Ю.Н. Конева, вйп. 8. И., "Советское радио", 1976, :.с. 147, рис. 1. ным переходам управляющих транзисторов первого ключа силового и одного из управляющих транзисторов второго ключа подключены цепи запнрания, а параллельно силовым вйводам силовых транзисторов первого и второго ключей подключены блокирующие диоды, отличающийся тем, что, с целью улучшения массогабарйтных показателей и повышения надежности путем исключения тепловых потерь,в первом ключе каждой: стойки моста, указанная цепь запирания выполнена в виде дополнительного транзистора, прн этом коллектор и эмнттер допол- нительного транзистора соединены соответственно с базой и эмиттером Я силового транзистора первого ключа, а база через введенный резистор -., с коллектором того же силового транзистора, между базой и эмиттером которого включен конденсатор.

1020945

Изобретение .относится к автоматике и преобразовательной .технике и может быть использовано преимущественно для управления бесконтактными двигателями постоянного тока с широтно-импульсным способом управ ления.

Известен трехфазный мостовой инвертор с широf Ho-импульсным управ.лением, содержащим ключи на составных транзисторах с пассивным запира" нием и блокирующими диодами и дополнительные диоды, препятствующие инверсному включению тиристоров (1 3.

Недостаток этого инвертора заклю" чается в наличии сквозного тока, обусловленного зарядом коллекторной емкости, Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является трехфазный мостовой инвертор с широтно-импульс ным управлением, содержащий в каждой стойке моста последовательно соединенные первый и.второй ключи на составном.транзисторе, состоящем из двух управляющих и одного силового транзистора, параллельно базо-змит-. терным переходам управляющих и силового транзисторов первого ключа, .силового и одного из управляющих транзисторов второго ключа подключены цепи эапирания, а параллельно сило- вым выводам силовых транзисторов пер вого и второго ключа подключены бло-, кирующие диоды f2/.

Недостатком такого инвертора является увеличение массы и габаритов, а также понижение надежности из-за тепловых потерь на диодах, включенных во вторичные обмотки трансформаторов.

Цель изобретения - уменьшение массы и габаритов и повышение на.дежности путем исключения потерь от инверсного тока.

Поставленная цель достигается тем, что в трехфазном мостовом инверторе с широтно-.импульсным управ-. лением, содержащем в каждой стойке моста последовательно соединенные первый и второй ключи на составном транзисторе, состоящем из двух уп" равляющих и одного силового транзисторов, параллельно базо-эмиттерным переходам управляющих транзисторов второго ключа подключены цепи, запи-. рания, а параллельно. силовым выводам силовых транзисторов первого и второго ключей включены блокирующие диоды, в первом ключе каждой стойки моста указанная цепь запирания выполнена в виде дополнительного тран зистора, при .этом коллектор и эмит- тер дополнительного транзистора соединены соответственно с базой и змиттером силового транзистора nepsoro ключа, а .база чЕреэ введенный

На фиг. 2 приняты следующие обозначенияз

ol - управляющее напряжение íà верхнем ключе 4;

6 - управляющее напряжение на нижнем ключе 5 а режиме ШИМ;

В - -коллекторный ток дополнительного транзистора 16;

a - базовый ток силового транзистора 10; д - напряженке на коллекторе силового транзистора.:10; а - базовый ток дополнительного транзистора 16у резистор — с коллектором того же силового транзистора, между базой и эмиттером которого включен конден сатор.

На фиг. 1 представлена схема трехфазного инвертора с широтно-импульсным управлением; йа фиг. 2эпюры напряжений и токов, иллюстри рующие работу инвертора.

Инвертор (фиг. 1 ) содержит три

10 идентичных по структуре стойки 1-.3 моста, последовательно соединенные первый (верхний по схеме) 4 и второй (нижний) 5 ключи. Каждый из ключей выполнен на составном транзисторе, 35 состоящем из двух управляющих транзисторов 6-9.двух типов проводимости и силового транзистора 10 (11).

В ключе 4 между базами и эмиттерами управляющих транзисторов 6 и 7 включены резисторы 12 и 13 для их пассивного запирания. В ключе 5 резисторы 14 и 15 того же назначения включены между базами и эмиттерами управляющего транзистора 9 и сило 5 вого транзистора 11. Ключ 4 содержит дополнительный транзистор .16, коллектор и эмиттер которого соединенысоответстзенио с базой и эмиттером силового транзистора 10,а база через введенный резистор 17 - с коллектором

З0 транзистора 10. между базой и эмиттером последнего включен конденсатор 18. Между коллекторами и эмиттерами силовых транзисторов 10 и 11 ключей 5 и 4 включены блокирующие

35 диоды 19 и 20, предназначенные для защиты транзисторов от перенапряжений, возникающих в результате действия ЭДС самоиидукции. Кроме то. . го, диод 19 служит для обеспечения

40:неразрывности тока нагрузки в периоД запирания ключа 5 при наличии на его входе широтно-импульсного сигнала.

Входами инвертора являются входы ключей стоек 1-3 моста. K выходу . инвертора (s диагонали моста ) в качестве нагрузки подключается секция ,обмоток якоря бесконтактного двига.теля постоянного тока. Питание ин вертора осуществляется от источни5© ка постоянного тока (не показан ).

).020945

S(ж - напряжение между базой и эмит:, тером силового транзистора 10 з. - фазовое напряжение на нагрузкеу и - фазовый:ток. нагрузки.

Работа инвертора в:режиме ШИИ .;осуществляется при коммутации пер.;вых ключей стоек моста на основной частоте:, а вторых их .ключей на по- вышзнной частоте.регулирования с ШИИ

:в интервале импульса. основной частоты.

t0

При. этом существующие управляющие импульсы поступают на верхний .. 4 к .нижний 5: клэчн сгойки 1 моста

-(фкг. 2а,5). В момент времени от:крываются транзисторы 8,:9,11 и нройсходит заряд коллекторной емкости (Ск)силового транзистора 10 через конденсатор..18 и открытий дополнитель ный транзистор 16, которые шунтируют базу силового транзистора 10, обеспечивая. его - эакритое. состояние.

В-.интервале времейи:Ф - t2 дополнительный-,транзистор 16 находится

:s настенном состеяйии и в.силу ма:;лОсти ОстатОчнОго :напряжения на нем .,обеспечивается надежное эапкрание .силового транзистора 10.

В момент .времени -t> транзисторы

8. 9,11 закрываются и .ток активно..ийдуктивной нагрузки, обусловленный

ЭДС оамоиндукции,...начинает:протекать . 30 через блокирующий:диод 19. Этот ток при соответствующем выбора час -:.тоти широтно-модулированных импуль сов за интервал времени t2.:, практически не. иэмеияеъся. При этом З5

-! падение. Мапряжения иа блокирующем

- . диоде 19. ке: вызывает инверсного . включения силового транзистора 10, ;-так как закрытый .дополнительный транзистор 16 препятствует протека- 4О йию.тока в базу силового транзисто ра 10.;Одновременно в.момент времени и йроксходкт перезаряд коллекторной емкости (С,1 через конденсатор 18, зелкчика которого выбирается из

::соотношения.

i.

ы ьл Уа1, "Щ.. - Ц Ф

:где U - напряжение питания;

08 - допустимое обратное набуря- 50 .-::жение между базой к эмкттером сило:вого.транзистора 10„ которое выво-

,дитая кэ общих положений теории электрических цепей.

-55

При этом обеспечивается безопас--аое запнранке напряжения на базе силового транзистора 10 (фиг. 2ж) . 8 момент времеви t транзисторы 8,9,, 11.открываются и происходит заряд 60 .коллекторной емкости С силового транзистора 10 через конденсатор 18 и..открывающий. дополнительный тран;зистор 16, которые шунтируют переход база-эмкттер силового транзистора 10. 65

В момент времени t+ прекращается действие управляющего импульса на .входе ключа 5 и наступает пауза в течение времени, равного половине длительности импульса, во время которой обеспечивается насыщение дополнительного транзистора 16 током, протекающим с плюсовой шины через резистор 17, переход база-эмиттер дополнительного транзистора 16, нагрузку и ключи двух других стоек моста в мкнусовую шину инвертора.

В момент времени t> открываются транзисторы 6,7 и ток с плюсовой шины через конденсатор 18 дополнительl ный транзистор 16 к базу силового транзистора 10 начинает .протекать в нагрузку (фиг. 2и)к через ключи двух других стоек - в минусовую шину.

При этом ток включения огранкчкваетая индуктивностью нагрузки, Так.как дополнительный транзистор 16 в насыщенном состоянии имеет небольшое сопротивление, то при нарастании тока на нем увеличивается падение напряжения, которое прикладывается к база-эмкттеру силового транзистора 10, в результате чего последний открывается, напряжение между его коллектором и эмиттером начинает уменьшаться. Это приводит к закрыванию дополнительного транзис тора 16 и в дальнейшем весь коллек- . (торный ток. управляющего транзистора

7 протекает через переход база-змиттер силового транзистора 10 (фнг.21)„

В слЕдующкй момент вреМени .ФЬ, снимается управляющий сигнал с ключа 4, ток через управляющие транзис- торы 6 к 7 прекращается, начинает закрываться силовой транзистор 10, напряжение на его коллекторе растет, дополнительный транзистор 16 открывается и переходит в .режим насыще". ния. Время перехода дополнительного транзистора 16 к закрывания силового транзистора 10 сокращается .за счет неизменности коллекторного тока си- лового транзистора 10 при его закрывании, что связано.с индуктивным характером нагрузки. Напряжение между коллектором и эмиттером силового транзистора 10 изменяется в соответствии .с фиг. 28.

Работа других двух стоек моста аналогична описанной.

Таким образом, введение новых элементов прк указанном их соединении позволяет осуществить шунтирование перехода база-эмиттер силового транзистора верхнего ключа каждой стойки моста при перезарядке . емкости коллекторного перехода С а.также обеспечить закрытое состояние силового транзистора при отсутствии управляющего импульса, а тем саьым исключить сквозные токи через

1020945

Стойки при минимально возможных массе и -габаритах инвертора эа счет отказа от применения индуктивных

: элементов (трансформаторов, дроссе-лей:). кроме того, достигают повышения КПД за счет исключения из схемы инвертора дополнительных диодов, повышения надежности исключения тепловых потерь, а также обеспечения более экономического режима работы по входу силовых:транзисторов верхних ключей стоек Моста.. Дополз .вительно обеспечиваются лучшие условия дхию микромйниатюризации.

1020945

444243

Составитель H Цишевская

Техред О.Неце Хорректор С. Шекмар.

Редактор Е. Папп

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул..Проектная, 4

Закаэ 3912/47 Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5.