Устройство для управления стойкой инвертора

 

Устройство для управления стойкой инвертора . Сущность изобретения: устройство содержит задающий генератор 1, делитель частоты 2, элементы ЗИ 3, 4, входные элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5, 6, интегрирующие звенья 7, 8, выключающее устройство 9, элементы 2И-НЕ 10-13 и усилители мощности 14,15, свыходнымитрансформаторами 16, 17, а также выпрямители 18,19, силовые транзисторы 20,21 и датчики состояния силовых транзисторов 22, 23 21- 22-5-7-9-13-15-17-19-21. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР .1 1 0 0 9 g

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4861691/07 (22) 27.08.90 (46) 30.05.92, Бюл. N 20 (71) Научно-исследовательский институт автоматики и электромеханики при Томском институте автоматизированных систем управления и радиоэлектроники (72) В,И,Авдзейко, Ф.В.Токач и Г,П.Казьмин (53) 621.316,727;621.316.925.4(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 771641, кл, G 05 F 1/56, 1979.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1292141, кл. Н 02 М 7/10, 1985.

Авторское свидетельство СССР

N 1394377, кл, Н 02 М 7/537, 1986.

„„ЯЦ „„1 737682 А1 (я)я Н 02 М 7/537, Н 02 H 7/122 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ

СТОЙКОЙ ИНВЕРТОРА (57) Устройство для управления стойкой инвертора. Сущность изобретения: устройство содержит задающий генератор 1, делитель частоты 2, элементы ЗИ 3, 4, входные элементы "ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ" 5, 6, интегрирующие звенья 7,.8, выключающее устройство 9, элементы 2И-НЕ 10 — 13 и усилители мощности 14, 15, с выходными трансформаторами 16, 17, а также выпрямители

18, 19, силовые транзисторы 20, 21 и датчики состояния силовых транзисторов 22, 23 2122-5-7-9-13-15-17-19-21. 1 з.п. ф-лы, 3 ил, 1737682

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке преобразователей постоянного напряжения в низкочастотное переменное, а также систем электропитания и электропривода.

Известна схема управления инвертором, содержащая задающий генератор, делитель частоты, триггер RS типа, усилители мощности с выходными трансформаторами, датчики состояния транзисторов, выполненные на оптронах, элементы ИЛИ и силовые транзисторы. Вторичные обмотки обоих формирователей соединяются последовательно и включаются в цепь база — эмиттер каждого транзистора, Недостатком этой схемы управления инвертором является низкая надежность, В инверторе не предусмотрена отработка случая обрыва силового транзистора, поэтому при этой неисправности происходят, например, замагничивание двигателя или сердечника трансформатора нагрузки и выход из строя транзисторов в противоположной стойке инвертора, что сопровождается обычно выходом из строя усилителей мощности, Известно также устройство управления инвертором, в состав которого входят задающий генератор, делитель частоты, два усилителя мощности с выходными трансформаторами, выпрямители и силовые транзисторы. Выходные трансформаторы формирователей импульсов работают на высокой частоте и осуществляют гальваническую развязку схемы управления с источником питания, Недостатком схемы является низкая надежность, так как в устройстве отсутствует контроль за состоянием транзисторов. Возникновение короткого замыкания одного из транзисторов приводит к выходу из строя другого транзистора. Обрыв в одном из транзисторов сопровождается протеканием в нагрузке постоянного тока, что приводит к выходу ее из строя. Снижают надежность и режимы сквозного тока, которые не устранены в этой схеме.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является устройство для управления стойкой инвертора, содержащее задающий генератор, делитель частоты, элементы 2ИНЕ, два усилителя мощности с выходными трансформаторами, два выпрямителя, два силовых транзистора и два датчика состояния транзисторов, выполненных на базе оптронных переключателей. В схеме осуществляется высокочастотное преобразование сигнала управления с частотой, не5

55 зависимой от частоты выходного напряжения инвертора, и устранены режимы сквозного тока в стойках инвертора.

Недостатком схемы является ее низкая надежность. Неисправность типа "обрыв" любого из транзисторов приводит к выходу из строя других транзисторов инвертора или к аварии в цепи нагрузки, Если у одного из транзисторов возникла неисправность типа "обрыв", то на противоположный транзистор продолжают подаваться сигналы управления, транзистор открывается и в нагрузке протекает ток. При этом ток протекает только полпериода в одном направлении, что приводит к замагничиванию двигателя или трансформатора в нагрузке и к выходу из строя транзисторов инвертора, усилителей мощности и нагрузки.

Цель изобретения — повышение надежности схемы управления, Сущность изобретения, заключается в том, что устройство для управления стойкой инвертора, содержащее задающий генератор с прямым и инверсным выходами, делитель частоты с прямым и инверсным выходами, четыре элемента 2И-НЕ, первый и второй усилитель мощности с выходными трансформаторами, первый и второй выпрямители и датчики состояния транзисторов стойки, причем прямой выход задающего генератора подключен к входу делителя частоты и к первым входам первого и третьего элементов 2И-НЕ, инверсный выход задающего генератора соединен с первыми входами второго и четвертого элементов 2И-Н Е, выходы первого и второго элементов 2И-НЕ соединены с входами первого усилителя мощности, выходная обмотка трансформатора которого через первый выпрямитель предназначена для соединения с переходом база — эмиттер верхнего транзистора стойки инвертора, выходы третьего и четвертого элементов 2И-НЕ соединены с входами второго усилителя мощности, выходная обмотка трансформатора которого через второй выпрямитель предназначена для подключения к переходу база-эмиттер нижнего транзистора стойки инвертора, при этом датчики состояния транзисторов стойки инвертора предназначены для подключения параллельно силовым переходам коллектор — эмиттер соответственно верхнего и нижнего транзисторов стойки инвертора.

Новым является введение двух элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, двух элементов

ЗИ, двух интегрирующих звеньев и выключающего блока, при этом выход датчика состояния верхнего силового транзистора соединен с первыми входами вторых эле1737682

45

55 ментов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и ЗИ, выход датчика состояния нижнего силового транзистора подключен к первым входам первых элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и ЗИ, прямой выход делителя частоты соединен с вторыми входами первого элемента ЗИ и второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, инверсный выход делителя частоты соединен с вторыми входами второго элемента

ЗИ и первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ

ИЛИ, третьи входы элементов ЗИ объединены и подключены к выходу выключающего блока, входы которого через интегрирующие звенья соединены с выходами элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход первого элемента ЗИ подключен к вторым входам первого и второго элементов 2И-НЕ, выход второго элемента ЗИ соединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов

2И-НЕ.

Выключающий блок выполнен на элементах ЗИ-НЕ и 2И-НЕ и RC-цепи, первый и второй вход элемента ЗИ-НЕ использованы в качестве первого и второго входов выключающего блока, а третий вход соединен с выходом элемента 2И-НЕ и использован в качестве выхода выключающего блока, выход элемента ЗИ-НЕ подключен к первому входу элемента 2И-НЕ, второй вход которого соединен с общей точкой RC-цепи, подключенной к цепи питания устройства.

На фиг, 1 приведена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — пример выполнения выключающего блока; на фиг. 3— диаграммы напряжений. поясняющие работу.

В состав устройства входят задающий генератор 1, делитель 2 частоты, элементы

ЗИ 3, 4, 2, входные элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5 и 6, интегрирующие звенья 7 и

8 выключающего блока 9, элементы 2И-НЕ

10 — 13 и усилители 14 и 15 мощности с выходными трансформаторами 16 и 17, а также выпрямители 18 и 19, силовые транзисторы 20 и 21 и датчики 22 и 23 состояния силовых транзисторов.

Прямой выход задающего генератора 1 подсоединен к первым входам элементов

2И-НЕ 10 и 12. Инверсный выход задающего генератора связан с первыми входами элементов 2И-НЕ 11 и 13 и с входами делителя 2 частоты. Прямой выход делителя 3 частоты подключен к вторым входам элемента ЗИ-Ç и двухвходового элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6, а инверсный выход делителя 2 частоты соединен с вторыми входами элемента ЗИ-4 и элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5. Первые входы элементов

ЗИ-3 и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5 подключены к выходу датчика 23 состояния силового

35 транзистора 21. Первые входы элементов

ЗИ-4 и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 6 связаны с выходом датчика 22 состояния силового транзистора 20. Третьи входы элементов ЗИ

3 и 4 объединены и подключены к выходу выключающего блока, входы которого через интегрирующие звенья 7 и 8 связаны с выходами двухвходовых элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5 и 6. Вторые входы элементов 2И-НЕ 10 и 11, 12 и 13 объединены и подключены к выходам элементов ЗИ 3 и 4. Выходы элементов 2И-НЕ 10 и 11, 12 и

13 соединены с входами усилителей 14 и 15 мощности. Выходные обмотки выходных трансформаторов 16 и 17.через выпрямители 18 и 19 связаны с переходами база — эмит-тер силовых транзисторов 20-и 21.

Выключающий блок 9 (фиг. 2) выполнен на элементе 24 ЗИ-НЕ, элементе 25 2И-НЕ и

RC-цепи 26. Первый.и второй входы элемента 24 ЗИ-Н Е являются входами, а выход элемента 25 2И-НŠ— выходом выключающего блока, На фиг. 3 приведены диаграммы; 27— напряжения на выходе генератора; 28 — на выходе делителя частоты; 29 — сигнал датчика состояния силового транзистора; 30— напряжения на обмотках трансформатора усилителя мощности; 31 — сигнал датчика состояния при обрыве в силовом трансформаторе; 32 и 33 — напряжения на выходе интегрирующего звена выключающего блока; 34 — напряжение на обмотках трансформатора усилителя мощности при неисправности типа "обрыв".

Устройство работает следующим образом.

Допустим, что открыт транзистор 21, С выхода датчика 22 состояния силового транзистора 20 на первый вход элемента ЗИ 4 подается сигнал "1". На второй вход этого элемента подается "1" с выхода делителя 2 частоты (диаграмма 25). На третий вход поступает "1" с выхода выключающего блока

9. Поэтому на выходе элемента ЗИ 4 формируется "1", позволяющая усилителю 15 мощности вырабатывать высокочастотное напряжение с частотой коммутации, определяемой частотой задающего генератора 1 (напряжение 27), Под действием этого напряжения транзистор 21 поддерживается в открытом состоянии. В момент времени i> происходит переключение делителя 2 частоты. На второй вход элемента ЗИ 4 подается

"0" под действием которого усилитель 15 мощности выключается. Напряжение 27 перестает подаваться на переход база-эмиттер и транзистор 21 начинает выключаться

Однако мгновенно он выключиться не может. Поэтому на выходе датчика 23 состоя1737682

55 ния силового транзистора 22 продолжает формироваться сигнал "0". поддерживающий усилитель мощности в выключенном состоянии до момента времени tz, когда силовой транзистор 21 полностью закроется.

Таким образом, в схеме устраняется режим с к воз н ых токов. Далее откры вается транзистор 20 и работа инвертора осуществляется аналогично.

Рассмотрим работу устройства при возникновении неисправности типа "обрыв" в силовом транзисторе 21. Допустим, что в момент времени тз открылся транзистор 21, а в момент т4 в этом транзисторе возник обрыв. На выходе датчика состояния 23 силового транзистора 21 появляется сигнал

"1". На первом входе элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 5 появляется "1", а на втором присутствует "1" с выхода делителя 2 частоты. Под действием этих сигналов осуществляется срабатывание элемента

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 4, на его выходе формируется "0" и на выходе интегрирующего звена 7 в момент времени в также формируется "0", под действием которого срабатывает выключающий блок 9. На общие выходы элементов ЗИ 3 и 4 подается "0" и формирователи импульсов выключаются.

Для устранения ложных срабатываний постоянная времени интегрирующего звена выбирается большей времени рассасывания силовых транзисторов.

В случае возникновения короткого замыкания, допустим транзистора 21, с выхода датчика 23 состояния силового транзистора 21 подается "0" на первый вход элемента ЗИ 3 и усилитель 15 мощности не включается. Так же с выхода датчика 23 состояния силового транзистора 21 подается

"0" на первый вход элемента 5 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, на втором входе которого присутствует "0" с выхода делителя 2 частоты.

Под действием этих сигналов на выходе элемента 5 ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ формируется "0", что приводит к появлению "0" на выходе интегрирующего звена 7 и к переключению выключающего блока, появлению "0" на выходах элементов 3 и 4 и выключению усилителей мощности.

Таким образом, введение двух элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, двух элементов

ЗИ интегрирующих цепей и выключающего устройства с указанными связями позволяет повысить надежность за счет контролирования состояния силовых ключей транзисторов и в случае выхода из строя одного из них — защитить остальные и отключить схему управления для исключения протекания в нагрузке постоянного тока, В известных устройствах неисправность од5

35 ного из транзисторов сопровождается выходом из строя других транзисторов или выходом из строя нагрузки.

Формула изобретения

1. Устройство для управления стойкой инвертора, содержащее задающий генератор с прямым и инверсным выходами, делитель частоты с прямым и инверсным выходами, четыре элемента 2И-НЕ, первый и второй усилители мощности с выходными трансформаторами, первый и второй выпрямители и датчики состояния транзисторов стойки инвертора. причем прямой выход задающего генератора подключен к входу делителя частоты и к первым входам первого и третьего элементов 2И-НЕ, инверсный выход задающего генератора соединен с первыми входами второго и четвертого элементов 2И-Н Е, выходы первого и второго элементов 2И-НЕ соединены с входами первого усилителя мощности, выходная обмотка трансформатора которого через первый выпрямитель предназначена для соединения с переходом база — эмиттер верхнего транзистора стойки инвертора, выходы третьего и четвертого элементов 2И-HE соединены с входами второго усилителя мощности, выходная обмотка трансформатора которого через второй выпрямитель предназначена для подключения к переходу база — эмиттер нижнего транзистора стойки инвертора, при этом датчики состояния транзисторов стойки инвертора предназначены для подключения параллельно силовым переходам соответственно верхнего и нижнего транзисторов стойки инвертора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, введены два элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, два элемента

ЗИ, два интегрирующих звена и выключающий блок, при этом выход датчика состояния верхнего силового транзистора соединен с первыми входами вторых элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и ЗИ, выход датчика состояния нижнего силового транзистора подключен к первым входам первых элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и ЗИ, прямой выход делителя частоты соединен с вторыми входами первого элемента ЗИ и второго элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, инверсный выход делителя частоты соединен с вторыми входами второго элемента ЗИ и первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, третьи входы элементов 3 И объединены и подключены к выходу выключающего блока, входы которого через интегрирующие звенья соединены с выходами элементов

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, выход первого элемента ЗИ подключен к вторым входам пер10

1737682

ЮКОВ У,1

Щ Я

55 вого и второго элементов 2И-НЕ, выход второго элемента ЗИ соединен с вторыми входами третьего и четвертого элементов

2И-Н Е.

2. Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что выключающий блок выполнен на элементах ЗИ-НЕ и 2И-НЕ и RC-цепи, первый и второй входы элемента ЗИ-НЕ использованы в качестве первого и второго входов включающего блока, а третий вход соединен с выходом элемента 2И-НЕ и использован в качестве выхода выключающего блока, вы5 ход элемента ЗИ-НЕ подключен к первому входу элемента 2И-НЕ, второй вход которого соединен с общей точкой RC-цепи, подключенной к цепи питания устройства.

1737682

z l

Г9

«70

Составитель В,Авдзейко

Редактор И,Касарда Техред М.Моргентал Корректор Т.Палий

Заказ 1904 Тираж Подписное

BHÈÈÏÈ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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