Инвертор с защитой Советский патент 1987 года по МПК H02M7/44 H02H7/122 

Изобретение относится к преобразовательной технике, в частности к разработке преобразователей напряжения постоянного тока в напряжение переменного тока.

Цель изобретения - расширение облас- ти использования путем обеспечения возможности работы устройства на выпрямительную нагрузку.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2- 4 - временные диаграммы его работы; на фиг. 5 - схема включения нагрузки.

Устройство содержит собственно инвертор 1, узел 2 индикации перегрузок, узел 3 запуска инвертора, узел 4 мгновенной защиты, селектор 5 импульсов, узел 6 инерционной защиты и источник 7 постоянного тока.

В состав собственно инвертора входят силовые ключи 8 и 9 на транзисторах, управляющий трансформатор 10 тока, силовой 11 трансформатор, датчик 22 тока, на- грузка 13, резистор 14 положительной обратной связи и емкостный делитель на конденсаторах 15 и 16.

Узел индикации перегрузок состоит из индикатора 17, блокирующего ключа 18, кнопки 19 повторного запуска инвертора, исполнительного тиристора 20 и трансформатора 21 тока.

Узел запуска инвертора содержит блокирующий ключ 22, накопительный конденсатор 23 и динистор 24.

В состав узла мгновенной защиты входят щунтирующие диоды 25 и 26, исполнительный тиристор 27, исполнительные ключи (на транзисторах) 28 и 29, блокирующие ключи (на транзисторах) 30 и 31, а также выключатели 32 и 33 защиты.

Узел инерционной защиты содержит транзистор 34, накопительный конденсатор 35 и пороговый блок 36.

Селектор импульсов состоит из диодов 37 и 38 с накоплением заряда, токоог- раничивающих резисторов 39 и 40, а также быстродействующих диодов 41 и 42. Элементы вспомогательного назначения на фиг. 1 изображены без указания позиций. На схеме включения нагрузки (фиг. 5) показаны дроссель 43 и выпрямительные диоды 44 и 45. В исходном состоянии инвертор 1 не работает. Ключи 8 и 9 заперты. Управляющие и информационные сигналы в устройстве защиты не формируются. Идут только процессы заряда конденсаторов 15 и 16 емкостного делителя инвертора и конденсатора 23 узла запуска инвертора от источника 7. Ток заряда конденсатора 23 протекает через ключ 18. Поэтому индикатор 17 не светится. Исполнительные тиристоры 20 и 27 заперты. Как только напряжение на конденсаторе 23 достигает напряжения про- боя динистора 24, импульс тока поступает в базу ключа 9. Открывшись, ключ 9 подсоединяет трансформаторы 10-12 к конден

5

0

0 5

0

5

5

0

сатору 16. Включаются н работу внутренние положительные обратные связи по току (через трансформатор 10) и по напряжению (через резистор 14). Начинается процесс преобразования постойного тока источника 7 в переменный ток на выходе трансформатора 11.

Временная диаграмма работы инвертора при питании нагрузки 13 переменным током приведена на фиг. 2. Пороги срабатывания мгновенной и инерционной защит одинаковы и по приведенному к их входам значению тока обозначены /о. В нормальном режиме (.t) ток в диагонали инвертора меньше уровня i. Инвертор работает в автогенераторном режиме с управлением ключами 8 и 9 от трансформатора 10. В момент времени ti происходит естественное насыщение сердечника трансформатора 10 и, как с.ледствие, закорачн- вание базовых цепей транзисторов 8 и 9. Начинается процесс расснсывания зарядов в базе включаюц его транзистора, наприме|1 транзистора 8. Этот пронесс идет на интервале времени (t, /о), сопровождаясь дальнейшим ростом тока. В момент времени /.. транзистор 8 запирается, формируя перепад напряжения на выходе трансформато)а 11. Ток в диагонали инвертора перек.чючается на транзистор 9, кото рому на интервале времени (/2, з) приходится работать в инверсном режиме. Уменьшаясь под действием встречно включенного напряжения на конденсаторе 16, этот ток чротекает по базовой обмотке трансформатора 10, база-коллекторному переходу к.поча 9 н первичным обмоткам трансформаторов 10- 12 В транзисторе 9 накагкмивается заряд, готовя его к нормальному режиму работы. В момент времени гз ток в д| :агона- ли инвертора меняет иапранление, сердечник трансформатора И) начинает neooMai- ничиваться в обратном нанрав. юиин н на всех его обмотках появляются нагфя/кения обратных полярностей.

При . приведенн;,:й ток на рузкн превышает допустимое значение /i; и в работу вступает устройство защиты. На интервале времени /и вторичная о()мотка трансфор а- тора 10, подключенная к узлу мгнозенион защиты, оказывается закороченной з.юмента- ми 28 и 26 (или 25 н 29). Порог срабатывания мгновенной защиты по напряжению на вторичной обмотке датчика 12 тока определяется числом шунтирующих ее р - п переходов диода и транзистора. Сердечник трансформатора 10 при этом закорачиваннн ненасыщен, значит вп,1оть до момента изменения направления Т1:)ка в днагоналн нн- вертора нужно обеспечить закорачивание вторичной обмотки трансформатора 10 э;1ект- ронными средствами. при превьиненни током значения включился транзистор 28. В момент достижения л аксимума тока меняется полярность напряжепия на трансферматоре 11. Это приводит к включению блокирующего ключа 30, удерживающего ключ 28 замкнутым и носле уменьшения тока ниже уровня г о. В момент времени /з ток в диагонали инвертора меняет направление. Меняется полярность напряжения и на обмотках трансформатора 10. Замыкается выключатель 32 защиты, создавая условия для разрыва искусственно созданной короткозам- кнутой цепи во вторичной обмотке трансформатора 10 элементами 28 и 26.

Казалось бы, сама смена полярности напряжения на вторичной обмотке трансформатора 10 гарантирует снятие этой закорот- ки по причине запирания диода 26, необходимости в выключателях 32 и 33 защиты нет. Но задержки на запирание у реальных элементов схемы удерживают искусственно созданную закоротку и после смены направления тока в диагонали инвертора. Эта задержка создает условия для срыва генерации инвертора. С целью устранения возможности срыва генерации инвертора вводятся не только выключатели 32 и 33, но и элементы, обеспечивающие ненасыщенный режим работы транзисторов 30 и 31 (элеме1ггы не показаны на фиг. 1). Дополнительные меры направлены на повышение быстродействия узла мгновенной защиты в момент снятия искусственно созданной закороткн.

Одновременно с началом работы узла мгновенной защиты включается и узел инерционной защиты. На интервал времени t нормально открытый транзистор 34 запирается, формируя имнульсы, заряжающие накопительный конденсатор 35. В момент времени /6 напряжение на конденсаторе достигает уровня U(} срабатывания порогового блока 36 и с его второй базы на управляющий электрод исполнительного тиристора 27 поступает отпирающий импульс. Отпирание тиристора 27 приводит к срыву генерации инвертора за счет создания долговременной короткозамкнутой цепи из элементов 25--27 во вторичной обмотке трансформатора 10, а также к включению через трансформатор 21 исполнительного тиристора 20. При этом ключ 18 запирается и начинает светиться индикатор 17 перегрузки. Тиристор 20, открывшись, запрещает функционирование узла запуска инвертора 3 за счет устранения источника для заряда накопительного конденсатора 23.

Повторное вkлючeниe инвертора в работу осуществляется нажатием кнонки 19. Во время ее замкнутого состояния ситуация меняется лищь по отнощению к тиристору 20, который запирается. При отпускании кнопки 19 начинается работа узла запуска инвертора.

В отсутствии селектора 5 импульсов устройство защиты работоспособно только для нагрузки 13, питаемой переменным током. На фиг. 3 приведена временная диаграмма работы устройства при питании нагрузки постоянным током, на фиг. 5 - схема включения нагрузки. На фиг. 5 но- зициями обозначены выпрямительные диоды J 44 и 45, дроссель 43, включенный в цепь переменного тока, и сопротивление нагрузкн 46. С приходом напряжения обратной полярности в процессе выпрямления диоды 44 и 45 мгновенно не запираются. На короткое время вторичная обмотка трансфор матора 11 закорачивается из-за явления перекрытия диодов. Если трансформатор И выполнен качественно и индуктивность его рассеяния мала, то закорачивание диодов 44 и 45 приводит к резкому нарастанию

C тока нагрузки. Даже введение дросселя 43 с целью увеличения индуктивности рассеяния трансформатора 11 не устраняет импульсов из-за перекрытия диодов 44 и 45. Амплитуды импульсов тока зависят от сопротивления нагрузки 46, но в соответствии

0 с временной диаграммой, приведенной на фиг. 3, амплитуды имнульсов тока превышают уровень /о даже тогда, когда «рабочие значения тока нагрузки ее не достигают (сравнение и контроль значений тока идет по диаграмме выходного сигнала

датчика 12 тока). «Всплески тока короткого замыкания нарушают логику работы узла мгновенной защиты инвертора, формируют ложные импульсы на транзисторе 34, которые заряжают конденсатор 35 и, в коQ нечном счете приводят к срабатыванию порогового блока 36 узла инерционной защиты. В результате этого нагрузка 13 ложно отключается от питаюн1ей сети.

С целью устранения ложных срабатыва НИИ защиты в схему, изображенную на

j фиг. 1, введен селектор 5 импульсов. Процессы работы устройства д.чя защиты инвертора в этом случае изображены на временной диаграмме на фиг. 4. Пороги срабатывания узлов мгновенной и инерционной зац1.иты по значению нанряжения на вторич0 ной обмотке датчика 12 тока вчетверо нре- вышают порог срабатывапия диодов 37 и 38. Поэтому, начиная со значения тока нагрузки вчетверо меньшего нредельно допустимого, диод, например 37, через резистор 39 открывается импульсом i основного тока

нагрузки и заряжает свою диффузионную емкость. Следующий сразу же за ним импульс тока /2 от перекрытия диодов 44 и 45 расходуется на разряд диффузионной емкости диода 37 и заряд его барьерной емQ кости. По этой причине на входы узлов мгновенной инерционной защиты он не поступает. Импульс /3 на выходе датчика 12 тока вызывает заряд диффузионной емкости диода 38 через резистор 40 и т. д., причем наличие резисторов 39 и 40 позво5 ляет импульсам тока it и /.- проходить на входы узлов защиты. Пока амплитуды их не превышают значения (о, узлы защиты не срабатывают. Только при превьинении амплитудами импульсов i и г з уровня г о на выходе формирователя 34 появляются информационные импульсы о начале перегрузки инвертора и его устройство для защиты начинает функционировать в соответствии с описанным.

Формула изобретения

Инвертор с защитой по авт. св. № 1259445. отличающийся тем, что, с целью расширения области использования путем обеспечения

возможности работы устройства на выпрямительную нагрузку, выход датчика тока подключен к входам узлов мгновенной и инерционной защиты через селектор импульсов, содержащий две нара.члельные и встречно включенные ветви, каждая из которых включает диод с накоплением заряда, резистор и быстродействующий диод, причем параллельно соединенные резистор и быстродействующий диод подключены последовательно к диоду с накоплением заряда так, что их катоды включены вместе.

ж

Jv

Фиг. г

UZ.J

о

ФигЛ

I II I.-ч.

I I-.i Т т . X™

Ч НИ- I 1„ Фиг.Ь

.li ..

/J

Фиг.Ь

Составитель О. Мещерякова

Редактор Е. КопчаТехред И. ВересКорректор .П. атай

Заказ 1321/55Тираж 661Подписное

ВМИИПИ Государственного комитета ССС.Р по делам изобретений и открытий

I 13035, Москва, Ж--ЗГ), Раушская наб., д. 4, 5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проек luiii, 4

J i:u)6peTeiine OTtiocHTCH к преоб)азо- вате.мыюй те.хнике, касается разработки пре- образор.ателей напряжения постоянного тока в напряжение неременного тока и является усовер1не11ствова11ием изобретения но авт. св. № 1259445. Целью изобретения является расширение области использования нутем обеспечения возможности работы устройства на выпрямительную нагрузку. Цель достигается за счет введения в инвертор селектора 5 имнульсов между выходом датчика тока 12 и соединенными вместе входами узлов М1 новенной 4 и инерционной 6 защит. Селектор 5 шунтирует выход датчика тока 12 двумя нараллельпыми и встречно включенными одинаковы.ми ветвями, в каждую из которых входят нара,:|лельно соединенные резистор 39 (40) и быстродействую- Н1нй днод 41 (42), подключенные последо- ва1ельно к диоду 37 (38) с накоплением заряда. На выходе формирователя 34 ноя- вятся информационные импульсы о нача.че перегрузки инвертора 1 только при превышении амплитудами импульсов с датчика тока 12 уровия, 5 нл. с со (Л со о 4; fanoA.