Ограничитель пускового тока инвертора

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах защиты инверторов напряжения с внешним возбуждением от перенапряжений на их входе. Цель изобретения - обеспечение защиты инвертора от перенапряжений. Цель достигается за счет того, что управляющие импульсы, включающие инвертор 16, формируются при напряжении на конденсаторе 7, не меньшем порога срабатывания компаратора 13 включения, соответствующего минимально необходимому напряжению включения инвертора 16, и не большем порога срабатывания компаратора 12 выключения, равного максимально допустимому входному напряжению инвертора 16, при котором последний нормально функционирует, а его технические характеристики соответствуют техническим условиям. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (!1)

:(51)5 Н 02 М 3 335 7 53?

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

IlQ ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

f (21 ) 4364495/24-07 (22) 1 3.01 .88 (46) 07.01.90. Бюл. N 1 (72) Г.ИКДонских (53) 621.314.58(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 1239785, кл. Н 02 Н 7/12, 1986.

Авторское свидетельство СССР !

4 !356!44. кл. Н 02 М 3/335, !987. (54) ОГРАНИЧИТЕЛЬ ПУСКОВОГО ТОКА

ИНВЕРТОРА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах защиты инверторов напряжения с внешним возбуждением от перенапряжений на их входе, Цель

2 изобретения — обеспечение защиты инвертора от перенапряжений, Цель достигается за счет того, что управляющие импульсы, включающие инвертор 16, формируются при напряжении на конденсаторе 7, не меньшем порога срабатывания компаратора 13 включения, соответствующего минимально необходимому напряжению включения инвертора 16, и не большем порога срабатывания компаратора 12 выключения, равного максимально допустимому входному напряжению инвертора 16, при котором последний нормально функцио.нирует, а его технические характерис-! тики соответствуют техническим условиям. 3 ил.

1534682

Изобретение относится к электро технике и может быть использовано в устройствах защиты инверторов напряжения с внешним возбуждением от перенапряжений на их входе.

Цель изобретения — обеспечение защиты инвертора от перенапряжений на его входе.

На фиг.l приведена функциональная схема ограничителя; на фиг.2 — функциональная схема формирователя управляющих импульсов, на фиг.3 — диаграммы, поясняющие работу ограничителя пускового тока. 15

Ограничитель пускового тока со1 держит коммут4рующий транзистор 1 (фиг.l), резисторы 2"6, конденсатор

7, стабилитрон 8, управляющий транзистор 9 и пускового блок 10 управле- 20 ния, состоящий иэ делителя 11 напряжения, компараторов выключения 12 и включения 13 и последовательно соединенных элемента И 14 и формирователя

15 управляющих импульсов, Нагрузкой 25 ограничителя является входная силовая цепь инвертора 16 с внешним возбуждением, подключенная параллельно конденсатору 7, при этом инвертор 16 выполнен по двухтактной схеме. 30

Транзистор 1 подключен коллектором к положительному выходу источника питания (U <), а эмиттером — через первый резистор 2 к эмиттеру управляющего транзистора 9„ к первому вхо35 ду делителя 11 напряжения блока 10 управления, к отрицательному выводу дополнительного источника питания (11д „ ) и к положительному выводу кон"

Доп Щ денсатора 7, второй вывод которого соединен с отрицательным выводом источника U . Положительный вывод дополнительного источника питания И оп подключен через второй резистор 5 к базе коммутирующего транзистора 1 и к коллектору управляющего транзистора 9, Балластный резистор 3 подключен параллельно транзистору 1.

Между эмиттером транзистора 1 и ба- зой транзистора 9 включен третий резистор 6. Последовательная цепь иэ четвертого резистора 4 и стабилитрона 8 включена между коллектором транзистора 1 и базой транэчстора 9.

Между двумя другими входами делителя

11 напряжения блока 10 управления включен источник опорного напряжения

ПопПервый выход делителя 11 напряжения подключен к прямому входу компаратора 12 выключения, инвертирующий вход которого подключен к второму выходу делителя 11 и к прямому входу компаратора 13 включения, инвертирующий вход которого подключен к третьему выходу делителя ll выходы компараторов включения 13 и выключения 12 подключены к входам элемента И 14, а выходы формирователя 15 управляющих импульсов подключены к управляющим входам инвертора 16.

Блок 10 управления не представляет технический трудностей для практической реализации, Так, делитель 11 представляет собой набор из трех реэистивных делителей, каждый из которых состоит иэ двух последовательно соединенных резисторов. Первый и второй дели тели служат для формирования пороговых напряжений для компараторов 12 и 13, а третий делитель предназначен для преобразования высокого изменяющегося напряжения на конденсаторе 7 ограничителя в низкое изменяющееся напряжение с постоянным коэффициентом деления, подаваемое на вторые входы компараторов.

Делители выбраны так, чтобы опорное напряжение для компаратора

12 выключения было больше, чем опорное напряжение для компаратора включения. Тогда напряжение срабатывания компаратора 12 выключения всегда больше напряжения. срабатывания компаратора 13 включения, Формирователь 15 функционально может состоять из последовательно соединенных релаксационного генератора 17, детектора 18 и генератора

19 импульсов (фиг.2}.

Ограничитель работает следующим образом, В исходном состоянии напряжени на клеммах Ua» UAon H Поп (фиг.1) равно нулю. В момент включения на клеммы Пп,, U*gp è Ц „годается напряжен ге причем Uьм)) Ц допствие того, что напряжение стабилизации,стабилитрона Пв намного меньше

U << в цепи, образованной резистором 4, стабилитроном 8 и переходом база — эмиттер транзистора 9, течет так, который переводит управляющий транзистор 9 в режим насыщения. В результате транзистор 9 зашунтирует переход база"эмиттер транзистора 1, 1534682

25

30 вертор 16.

55 переведя его в закрытое состояние.

Это соответствует началу первого этапа заряда конденсатора 7 (фиг.3, момент t ). Зарядной цепью на этом этапе является цепь, состоящая из резисторов 3 и 2 (фиг.l) причем значение сопротивления резистора 3 намного больше, чем резистора 2, и поэтому величина тока заряда конденсатора 7 на этом этапе в основном определяется резистором 3.

На делитель 11 блока 10 управления подается опорное напряжение U6t, (входы 1 и 3) и напряжение с положительного вывода конденсатора 7 (вход 2), В соответствии с алгоритмом работы блока 10 управления, начиная с момента времени t и до момента нарастания напряжения на конденсаторе 7 до величины U „„ (фиг.3, точка С), на выходах формирователя 15 блока 10 управления от сутствуют управляющие импульсы и инвертор 16 находится в выключенном состоянии. Это связано с тем, что пока напряжение на первом входе делителя 11 напряжения равно нулю или остается меньше значения Upped напряжение на втором выходе делителя 11 напряжения остается меньше пороговых значений компараторов 12 и 13. При этом на выходе компаратора 12 выключения присутствует уровень логической единицы (фиг.Зв), а на выходе компаратора 13 включения - уровень логического нуля (фиг.Зг).Элемент И находится в состоянии, при котором на его выходе — уровень логического нуля (фиг.Зд), запрещающий работу формирователя 15.

В конце первого этапа заряда конденсатора 7 (фиг.3а, точка А) напряжение на конденсаторе превышает по крайней мере половину U,ïàäåíèe напряжения на резисторе 4 уменьшает- ся и ток базы транзистора 9 начинает уменьшаться. При этом ток, протекающий в резисторе 5, начинает перераспределяться между цепью базы транзистора 1 и цепью коллектора транзистора

9. Вследствие этого транзистор 1 начинает постепенно открываться, а ток в нем растет (фиг.3, промежуток времени t, — t <), С момента открывания транзистора

1. (фнг. 3, точка А) начинается второй

I этап заряда конденсатора 7. На этом этапе ток заряда определяется внутренним сопротивлением транзистора

1 и резистора 2, По достижении током, протекающим в резисторе 2, зйачения

Ед, (фиг..З, точка В) на нем создается падение напряжения, достаточное для прекращения процесса перераспределения тока, протекающего в резисторе 5, между транзистором 9 и базой транзистора 1 эа счет тока, протекающего в.резисторе б.

Вследствие этого в момент времени транзистор l переходит в режим ограничения тока, а транзистор 9 переходит в линейный режим работы, В этих режимах транзисторы 1 и 9 находятся до окончания заряда конденсатора 7.

На интервале времени t — t конденсатор 7 заряжается постоянным током, а напряжение на конденсаторе

7 (в точке С) достигает уровня U „„.

При этом напряжение на втором выходе делителя напряжения становится достаточным для срабатывания компаратора. 13 включения, на выходе которого формируется уровень логической единицы (фиг.Зг), вызывающий срабатывание элемента И, на выходе которого форми". руется также уровень логической единицы (фиг.Зд), разрешающий работу формирователя 15 блока 10 управления, который начинает генерировать на выходах парафазные управляющие импульсы (фиг.Зе и ж), включающие инВ формирователе 15 осуществляется гальваническая развязка между силовы" ми и управляющими входами инвертора, необходимая для его нормальной работы.

Развязка осуществляется путем.преобразования логического сигнала с выхода элемента И 14 во входящем в функциональную схему формирователя 1.5 релаксационном генераторе 17 (фиг.2) в напряжение высокой частоты, передачи его через трансформатор и детек- тирования детектором 18, с выхода которого первоначальный логический сигнал воздействует на генератор 19.

Инвертор 16 в момент времени начинает потреблять ток, что приводит к снижению крутизны заряда конденсатора 7, процесс заряда которого. кончается в точке D. При этом напряжение на конденсаторе ? достигает номинального значения U,„ В точке

I) ток заряда конденсатора снижается до нуля и через транзистор 1 и ре1534682 зистор 2 протекает ток I„ „который потребляет инвертор !6. На этом заканчивается второй этап заряда конденсатора 7.

Так как уровень тока, потребляемо5 го. инвертором 16, значительно ниже уровня ограничения I, падение напр яжения на резисторе 2 в точке D снижается до значения, достаточного для запирания транзистора 9, и весь ток, протекающий через резистор 5, течет в цепь базы транзистора 1.

Вследствие этого транзистор 1 пере" хддит в режим насыщения. На этом э канчивается этап пуска, схема пере" х дит в установившийся режим работы.

В,этом режиме ограничитель находится п!!и любых значениях напряжения на кон1 дЦнсаторе 7, т.е. входного напряжения 20 ш!вертора, лежащих между значениями !

JAN)gH Ug р „„, 4О„

При возникновении перенапряжения н входе ограничителя пускового тока, т е. увеличения входного напряжения 25 дФ уровня, при котором напряжение на конденсаторе 7 достигает значение

Б Ао„ д, при этом напряжение на выходе 2 делителя !1 становится достаточным для срабатывания компаратора

1 2 выключения, на выходе которого фФрмируется уровень логического нуля (иг.Зв), вызывающий обратное переключение элемента И 14, на выходе. которого формируется уровень логического н! ля (фиг,Зд), запрещающий работу формирователя 15 управляющих импульсов блока 10 управления, Таким абра" э м, на управляющий вход иивертора 16 перестают подаваться управляющие иМпульсы и ан оказывается выключенным.

После прекращения действия перенапряжения (фиг.3а, точка F), т.е. при уменьшении входного напряжения инвер" тора до уровня максимально допустимого U „Оке.доп, напряжение на выходе

2 делителя ll блока 10 управления уМеньшается до уровня срабатывания кампаратора 12 выключения, он возвращается в исходное состояние и инвертор 16 снова включается н работу, 50

При дальнейшем снижении напряже1п с на конденсаторе 7 до значения Б (фиг.3 точка К) и ниже, что может произойти в случае уменьшения напря55

Мения U „ или при коротком замыкании, на выход» ограничителя, напряжение на выходе 2 делителя ll снижается до, значения, достаточного для вознращения компаратора 13 включения в исход-. ное состояние (фиг.3r), íà его выходе формируется уровень логического нуля, который передается через элемент

И 14 на вход формирователя управляющих импульсов 15 и вызывает снятие управляющих импульсов с инвертора 16 и, таким образом, его выключение. дпя большинства распространенных инверторон напряжения (кроме однотактных) амплитуда напряжения на его силовых ключах, работающих н режиме переключений, т.е. во включенном coc" таянии инвертора, по крайней мере в два раза больше, чем амплитуда напряжения на закрытых ключах, т,е. в выключенном состоянии инвертора, что обусловлено спецификой работы инвертора и наличием индуктивностей рассеяния силового трансформатора. Поэтому в предлагаемом устройстве при возникновении перенапряжений на входе работающего иннертора 16 при его выключении (отсутстнии управляющих импульсов) амплитуда напряжения на силовых ключах инвертора уменьшается вдвое, тем самым защищая ключи от вторичного пробоя, В однотактных же

1 инверторах в выключенном состоянии амплитуда напряжения на его силовом ключе и вовсе равна нулю.

Такой способ защиты иннертора от перенапряжений на входе эффективен при входных напряжениях от U„o до !

1,„,„, где U „ — номинальное значение входного напряжения, которое реально может иметь место в существунлщих электрических сетях.

Предлагаемое устройство сохраняет качества известного, заключающиеся в том, что. при высоком входном напряже" нии исключается ньщеление большой мощности рассеяния в цепи заряда кон" денсатора 7 на первом этапе пуска за счет исключения протекания через эту цепь тока нагрузки и большой мощнос" ти рассеяния в цепи заряда конденсатора i на втором этапе пуска эа счет того, что транзистор 1 включается тогда, когда напряжение на нем становится по крайней мере меньше половины входного напряжения, а постепенно нарастающий ток транзистора 1 достигает максимального значения I „ . тогда, когда напряжение между его коллектором и эмиттером становится малым в сравнении с U8„.

Предлагаемое устройство приобретает новое качество, заключающееся в том, что при высоких входных напряжениях, превьппающих допустимое

past инвертора 16, т.е. когда возникает перенапряжение на входе инвертора, блок 10 управления выключает инвертор и тем самым, как было показано, защищает его, Формула и э о б р е т е н и я

Ограничитель пускового тока инвер-, тора, содержащий включенную между 15 положительным и отрицательным вывода" ми источника питания цепь иэ последовательно .соединенных коммутирующего транзистора, первого резистора и конденсатора, выводы которого пред- 20 назначены для подключения к силовым входам инвертора, последовательную цепь из второго резистора и управа ляющего транзистора, подключенную к выводам дополнительного источника пи- 25 тания, третий резистор, включенный между змиттером .коммутирующего транзистора и базой управляющего тран зистора, коллектор которого соединен с базой коммутирующего транзистора, 30 балластный резистор, включенный параллельно коммутирующему транзистору

:цепь из последовательно соединенных ,четвертого резистора и стабилитрона, . включенную между коллектором коммути" 35 рующего и базой управляющего транэис1534682 10 торов, причем анод стабилитрона соединен с базой управляющего транзис-. тора, змиттер которого соединен с общей точкой первого резистора и конденсатора, пусковой блок управления, содержащий делитель напряжения, первый и второй входы которого соединены с положительным и отрицательным выводами источника опорного напряжения, третий вход - с змиттером управляющего транзистора, первый выход соединен с прямым входом компаратора выключения, второй — с инверсным входом компаратора включения, порог срабатывания которого выбран равным минимально необходимому напряжению включения инвертора, инверсный и прямой выходы компараторав выключения и включения соответственно соединены с третьим выходом делителя напря. жения, формирователь управляющих импульсов, выходы которого предназначены для подключения к управляющим входам инвертора, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью обеспечения защиты от перенапряжений на входе инвертора, введен элемент И, а порог срабатывания компаратора вЫ-. ключения выбран равным максимально допустимому входному напряжению инвер,тора, причем первый и второй входы элемента И соединены с выходами компараторов выключения и включения соответственно, а выход — с входом ,.формирователя управляющих импульсов, 1534682

Редактор И.Дербак

Заказ 53 Тираж 487 Подписное

ВНИИЛИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Хр

IHd

Юа еу tzt3 4 4

Шиг.Я

Составитель А.Меркулова

Техред М.Ходанич Корректор C.Øåêìàð