Инвертор Советский патент 1991 года по МПК H02M7/5387 

фигЛ

Изобретение относится к электротехнике, преимущественно к транзисторным инверторам с пропорционально-токовым управлением, и может быть использовано в автономных системах электропитания повышенной мощности.

Целью изобретения является увеличение мощности инвертора и упрощение его управления.

На фиг. 1 представлена схема инвертор- ной ячейки; на фиг. 2 - схема управления; на фиг. 3 - схема мостового инвертора; на фиг. 4 - то же, полумостового.

В инвертор (фиг. 1) входит по меньшей мере одна инверторная ячейка, содержащая первую 1 и вторую 2 клеммы питания, третью 3 и четвертую 4 клеммы для подключения схемы управления, пятую клемму 5 для подключения одного из выводов первичной обмотки выходного трансформатора инвертора, шестую 6 и седьмую 7 клеммы для подключения цепи положительной обратной связи (ПОС), 8.1- 8.N транзисторные стойки (где N - целое положительное число больше единицы), которые включают первые 9.1.1-9.N.1 и вторые 9.1.2- 9.N.2 биополярные транзисторы и 10.1-10.N трансформаторы тока с первыми 10.1,1-10.N.1 и вторыми 10.1.2- 10.N.4 обмотками отрицательной обратной связи (ОСС), обмотками 10.1.5-10.N.5 ПОС и 10.1.6-10.N.6 обмотками управления.

Схема управления (фиг. 2) содержит первую 11 и вторую 12 клеммы питания, клеммы 13 и 14 управления, выходные клеммы 15 и 16, логический элемент НЕ 17, логические элементы 2И-НЕ 18 и 19, транзисторы 20 и 21, диоды 22 и 23, трансформатор 24 тока и токоограничивающий резистор 25.

Мостовой инвертор (фиг. 3) содержит первую 26 и вторую 27 шины питания, первую 28 и вторую 29 инверторные ячейки, схему 30 управления, выходной трансформатор 21 с нагрузкой 32.

Полумостовой инвертор (фиг. 4) содержит первую 26 и вторую 27 шины питания, инверторную ячейку 28, схему 30 управления, выходной трансформатор 31с нагрузкой 32 инвертора, конденсаторы 33 и 34.

Инвертор работает следующим образом (на примере полумостового инвертора по фиг.4).

На входную клемму 13 схемы 30 управления поступают импульсы синхронизации со скважностью два от внешнего устройства (на фиг. 2 и 4 не показано). На входную клемму 14 схемы 30 управления поступают импульсы от широтно-импульсного модулятора (на фиг. 2 и 4 не показано), передний или задний

фронт которых синхронизирован относите- льно соответствующих фронтов импульсов синхронизации на входной клемме 13. При наличии на входной клемме 14 низкого уровня напряжения (Лог.О) инвертор находится в исходном состоянии независимо от уровня напряжения на входной клемме 13. При этом транзисторы 20 и 21 (фиг. 2) отперты и насыщены, вследствие чего цепь

0 последовательно соединенных 10.1.6, 10.2.6-10.N.6 обмоток управления (фиг. 1) находится под нулевым напряжением, а поэтому первые 9.1.1, 9.2.1-9.N.1 и вторые 9.1.2, 9.2.2-9.N.2 транзисторы инверторной

5 ячейки 28 заперты и ток как в первичной, так и во вторичной обмотках выходного трансформатора 31 не протекает.

При наличии на входной клемме 13 схемы 30 управления уровня Лог.О в момент

0 появления на входной клемме 14 высокого уровня напряжения (+Лог.1) транзистор 20 по-прежнему отперт и насыщен, а транзистор 21 запирается. Вследствие этого через цепь последовательно соединенных

5 обмоток 10.1.6, 10.2.6-10.N.6 управления начинает протекать ток, величина которого выбирается равной или несколько больше тока намагничивания любого из трансформаторов 10.1, 10.2-10.N тока

0 инверторной ячейки 28. Если включение первичной и вторичной обмоток трансформатора 24 тока осуществлено так, что этот ток вытекает из выходной клеммы 15 схемы

30управления, то первые 9.1.1., 9.2.1-9N.1 5 транзисторы начинают отпираться, вызывая тем самым протекание тока через первичную обмотку выходного трансформатора

31по цепи;первая шина 26 питания, первая клемма 1 инверторной ячейки 28, промежут0 ки коллектор-эмиттер первых 9.1.1.. 9.2.1- 9.N.1 транзисторов, первые 10.1.3, 10.2.3-10.N.3 обмотки ООС, пятая клемма 5 инверторной ячейки 28, первичная обмотка выходного трансформатора 31, конденса5 тор 34, вторая шина 27 питания. При этом во вторичной обмотке выходного трансформатора 31 также начинает протекать ток по цепи: начало вторичной обмотки выходного трансформатора 31, шестая клемма 6

0 инверторной ячейки 28, цепь последовательно соединенных третьих 10.1.5, 10.2.5-10.N.5 обмоток ПОС, седьмая клем; ма 7 инверторной ячейки 28, нагрузка 32 инвертора, конец вторичной обмотки вы5 ходного трансформатора 31. Вследствие возникновения положительной обратной связи между первыми 10.1.1, 10.2.1-10.N.1 базовыми обмотками и третьими 10.1.5, 10.2.5-10.N.5 обмотками ПОС первые 9.1.1, 9.2.1-9.N.1 транзисторы регенеративно отпираются и переходят в режим насыщения. Выравнивание токов, протекающих через силовые выводы параллельно связанных первыхЭ.1.1,9.2.1-9.N.1 транзисторов, происходит за счет ООС, действующей раздельно для каждого из них при протекании тока через первые 10.1.3, 1Q.2.3-10.N.3 ООС обмотки. В момент окончания действия импульса от широтно-импульсного модулятора (уровень напряжения на входной клемме 14 изменяется с Лог.Г на Лог.О) инвертор переходит в исходное состояние, т.е. первые транзисторы 9.1.1, 9.2.1-9.N.1 запираются и протекание тока в первичной и вторичной обмотках выходного трансформатора 31 прекращается.

При наличии нз входной клемме 13 схемы 30 управления уровня Лог.1 в момент появления на входной клемме 14 уровня Лог.1 транзистор 21 открыт и насыщен, а транзистор 20 начинает запираться. Вслед- ствие этого направление протекания тока через цепь последовательно соединенных обмоток 10.1.6, 10.2.6-10.N.6 управления изменяется на противоположное, в результате чего вторые 9.1.2, 9.2.2-9.N.2 транзисторы начинают отпираться, вызывая тем самым протекание тока через первичную обмотку выходного трансформатора 31 по цепи: первая шина 26 питания, конденсатор 33, первичная обмотка выходного трансформатора 31, пятая клемма 5 инвер- торной ячейки 28, промежутки коллектор- эмиттер вторых 9.1.2, 9.2.2-9.N.2 транзисторов, вторые 10.1.4, 10.2.4- 10.N.4 обмотки ООС, вторая клемма 2 ин- верторной ячейки 28, вторая шина 27 питания. При этом во вторичной обмотке выходного трансформатора 31 также начинает протекать ток по цепи: конец вторичной обмотки выходного трансформатора 31, нагрузка 32 инвертора, седьмая клемма 7 инверторной ячейки 28, цепь последовательно соединенных третьих 10,1.5, 10.2.5-10.N.5 обмоток ПОС, шестая клемма 6 инверторной ячейки 28, начало вторичной обмотки выходного трансформатора 31. Вследствие возникновения положительной обратной связи между вторыми 10.1.2, 10.2.2-10.N.2 базовыми обмотками и третьими 10.1.5, 10.2.5-10.N.5 обмотками ПОС вторые 9.1.2,9.2.2-9.N.2 транзисторы регенеративно отпираются и переходят в режим насыщения. Выравнивание токов, протекающих через силовые выводы параллельно связанных вторых транзисторов 9.1,2, 9.2.2-9.N.2, происходит за счет ООС, действующей раздельно на каждый транзистор при протекании тока через вторые обмотки 10.1.4. 10.2.4-10.N.4 ООС.

В момент окончания действия импульса от широтно-импульсного модулятора инвертор вновь переходит в исходное состояние.

Далее описанные циклы работы инвертора повторяются, чередуясь один с другим, вследствие чего к первичной обмотке выходного трансформатора 31 попеременно прилагается напряжение прямоугольной

формы, которое трансформируется в цепь нагрузки 32 инвертора.

Работа схемы мостового инвертора на фиг. 3 происходит аналогично описанной с той лишь разницей, что здесь- г один цикл

работы одновременно отпираются первые транзисторы 9.1.1, 9.2.1-9.N.1 первой инверторной ячейки 28 и вторые транзисторы 9.1.2, 9.2.2-9.N.2 второй инвергорной ячейки 29, а в другой - вторые транзисторы 9.1.2,

9.2.2-9.N.2 первой инверторнсй ячейки 28 и первые транзисторы 9.1.1, 9.2.1-9.N,1 второй инверторной ячейки 29,/

Для обеспечения работоспособности инвертора при отказах нескольких первых

9.1.1, 9.2.1-9.N.1 и (или) вторых 9.1.2, 9.2.2- 9.N.2 транзисторов инверторной ячейки (короткое замыкание перехода ба а-эмиттер, база-коллектор или промежутка (оплекгоо- эмиттер, а также обрыв любых -г; электродов) необходимо включать плавкие предохранители в силовую цепь каждого из них (не показаны), а количество витков каждой из обмоток трансформаторов 0.:, 10.2-- 10.N тока на основании закона полного токг

для трансформатора должно выбираться и: соотношения

yWy + iHWnoc

N - М

Wooc

40

б,

We.

где ly - величина тока намгг-с/ч чвания любого из 10 1-10.N трансформаторов тока;

1н - величина тока нагру ч-л /.квеотора;

1б нас - величина тока г:азь - неоохили- мая для насыщения любого ис -ранзисго- ров, входящих в инвертораую ячь: ку; М - допускаемое число вышедших строя транзисторов в вецхчем ь ,или) нюхнем плече транзисторной стойки инверторной ячейки;

Wy - число витков каждой мз обмоток управления (10.1.6-10.N6);

Wnoc число витков каждой из обмоток ПОС (10.1.5-10.N.5);

Wooc число витков каждой из обмоток ООС(Ю.1.3-10.Ши 10.1.4-10.N.4):

We - число витков каждой из базовых обмоток 00.1.1-10.N.1 и 10.1.2-10.N.2).

При этом в случае выхода из строя транзисторов ток 1к, протекавший ранее через силовые выводы каждого из них, автоматически перераспределяется между оставшимися исправными параллельно связанными транзисторами за счет одновременного действия ПОС и ООС.

Таким образом, введение в цепь управления каждым транзистором инвертора положительной обратной связи по току нагрузки и отрицательной обратной связи потоку, протекающему через силовые вы воды соответствующего транзистора, выполненные в виде обмоток трансформаторов тока и соответствующих связей между ними, позволило обеспечить повышение мощности мостовых или полумостовых инверторов с пропорционально-токовым управлением и независимым возбуждением, повысить надежность их работы.

Формула изобретения 1. Инвертор с независимым возбуждением, содержащий схему управления, выходной трансформатор и по крайней мере одну инверторную ячейку, включающую первый и второй выводы питания, третий и четвертый выводы управления, пятый вывод, соединенный с одним из выводов первичной обмотки выходного трансформатора, и транзисторную стойку с пропорционально-токовым управлением, в которую входят последовательно соединенные первый и второй биполярные транзисторы, трансформатор тока с первой и второй обмотками обратной связи, включенные в силовые цепи транзистора, соответственно первая и вторая базовые обмотки, подключенные к управляющим входам соответствующих транзисторов, причем одним из силовых выводов первого транзистора соединен с первым выводом питания, а второго

транзистора - с вторым выводом питания, другой силовой вывод второго транзистора связан с пятым выводом, отличающийся тем, что, с целью увеличения

мощности инвертора и упрощения его управления, в транзисторной стойке все упомянутые обмотки размещены на одном трансформаторе тока, который дополнительно снабжен обмоткой положительной

обратной связи, а в инверторную ячейку введена по крайней мере еще одна дополнительная транзисторная стойка, также подключена к первому, второму и пятому выводам, причем третьи обмотки положительной обратной связи всех трансформаторов тока соединены в последовательную цепь и подключены к шестому и седьмому выводам, обмотки управления всех трансформаторов тока соединены в последовательную

цепь и подключены к третьему и четвертому выводам.

2. Инвертор поп. 1,отличающий- с я тем, что указанные инверторные ячейки соединены по схеме мостового инвертора,

причем выводы вторичной обмотки выходного трансформатора с последовательно включенной цепью нагрузки подключены к шестым выводам соответствующих инвер- торных ячеек, а седьмые выводы инверторных ячеек объединены между собой, схема управления подключена к третьим выводам срответствующих инверторных ячеек, а четвертые выводы инверторных ячеек объединены между собой.

3. Инвертор по п. 1,отличающий- с я тем, что указанные инверторные ячейки соединены по схема полумостового инвертора, причем выводы вторичной обмотки выходного трансформатора с последовательно

включенной цепью нагрузки подключены соответственно к шестому и седьмому выводам инверторной ячейки, схема управления подключена соответственно к третьему и четвертому выводам инверторной ячейки.

№

s

Гr

K qp | o ч лГ Q Q P О 91

C

e&

CM

4 4 i A i 4 AI

W r .« v ч f O tilll)| L - .. -- „им. tfulM

rt

Z. «j м

J i f 9

I s

1€

2§

«: X V

.

X V

J.

26 2 О О

Изобретение относится к электротехнике, преимущественно к транзисторным инверторам с пропорционально-токовым управлением, и может быть использовано в автономных системах электропитания повышенной мощности. Целью изобретения является увеличение мощности инвертора и упрощение его управления. В каждую преобразовательную ячейку инвертора, содержащего по крайней мере одну транзисторную стойку 8.1 с транзисторами 9.1.1 и 9.1.2 и трансформатором 10.1 с обмотками 10.1.1, ... 10.1.6, введены дополнительно N транзисторных стоек 8,2, причем обмотки 10.1.5,... 10.N.5 трансформаторов 10.1,10.N включены последовательно и подключены в цепь нагрузки, обмотки 10.1.6., 10 N.6 управления также включены последовательно и подключены к схеме управления. Введение в цепь управления каждым транзистором положительной обратной связи по току нагрузки и отрицательной обратной связи по току транзистора обеспечивает повышение мощности мостовых и полумостовых инверторов с пропорционально-токовым управлением и независимым возбуждением и надежности их работы. 2 з.п.ф-лы, 4 ил. со