Устройство для управления и защиты инвертора Советский патент 1992 года по МПК H02M7/537 H02H7/122 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в преобразователях постоянного напряжения для защиты от перегрузок

Известны устройства для защиты инвертора от перегрузок по току, содержащие датчики тока, включенные в соответствующее плечо моста инвертора последовательно с силовыми ключами, три элемента И элемента ИЛИ, задающие генераторы, пороговый элемент, устройство управления (исполнительно-коммутирующий блок).

Недостатком устройств указанного типа является отсутствие автоматического восстановления работоспособности устройства при снятии перегрузки по току.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности и достигаемому результату является инвертор содержащий силовые транзисторы и конденсаторы полумоста, выходной трансформатор, в цепь которого включен датчик тока, вход которого подключен к таймеру пускового времени, а также таймер дозапусковой паузы которые

управляют вспомогательными ключами, шунтирующими управляющие входы силовых транзисторов. Устройство данного типа позволяет восстанавливать работоспособность при срабатывании устройства защиты инвертора после истечения времени срабатывания таймера дозапусковой паузы.

Недостатком указанных инверторов является фиксированное время пребывания указанных инверторов в отключенном состоянии при появлении сигнала о перегрузке по току, причем если в течение этого времени перегрузка не была устранена, то инвертор в течение времени срабатывания таймера пускового времени будет работать в режиме ограничения тока, а лишь потом будет отключен. Если же перегрузка была устранена ранее, то все равно будет включен лишь после истечения времени срабатывания таймера дозапусковой паузы. Это приводит к снижению надежности инвертора. Кроме того, защиты срабатывает лишь при перегрузке по току в нагрузочной цепи.

ел

СА) J О 00 О

Цель изобретения - повышение надежности инвертора в аварийном режиме путем ограничения времени пребывания его в режиме перегрузки,

Это достигается тем, в инвертор, содержащий два силовых транзистора, подключенные одним из силовых электродов к входным выводам, а другим - к обмотке силового трансформатора, причем управляющие переходы этих транзисторов подсое- динены через токоограничительные резисторы и управляющий трансформатор к задающему генератору узла управления и зашунтированы силовыми цепями вспомогательных управляемых ключей, входы которых соединены с выходом таймера пускового времени, вход которого соединен с датчиком тока, введены оптрон, токоогра- ничивающий резистор, третья обмотка управляющего трансформатора, три элемента И, два элемента ИЛИ, схема делителя на N, причем последовательно соединенные введенные светоизлучающий элемент оптрона, токоограничивающий резистор и обмотка управляющего трансформатора включены параллельно нагрузке, а фотоприемник оптрона соединен с первым входом первого элемента И, к второму входу которого подключен инверсный выход таймера пускового времени, прямой выход которого соединен с первыми входами второго и третьего элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с первой и второй вторичными обмотками управляющего трансформатора, третьи входы соединены с выходом датчика тока, а выходы - с первыми входами соответственно первого и второго элементов ИЛИ, вторые входы которых соединены с выходом первого элемента И, третьи входы которых соединены с инверсным выходом делителя на N, вход которого соединен с выходом таймера, а выходы элементов ИЛИ - с входами вспомогательных управляемых ключей,

На фиг. 1 представлена электрическая схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы тока и напряжения на входах и выходах элементов устройства для управления и защиты инвертора.

Устройство содержит первый и второй силовые транзисторы 1 и 2, конденсаторы 3 и 4 и выходной трансформатор 5, включенные по полумостовой схеме Выход узла управления, содержащего задающий генератор 6, вход которого соединен с нагрузкой, подключен к первичной обмотке управляющего трансформатора 7, первая и вторая вторичные обмотки которого через соответственно первый и второй токоогра- ничивающие резисторы 8 и 9 подключены к

управляющим переходам силовых транзисторов 1 и 2, которые зашунтированы соответственно первым и вторым управляемыми вспомогательными ключами 10 и 11.

Третья вторичная обмотка 12 управляющего трансформатора 7 через светоизлучающий элемент оптрона 13 и третий токоограничивающий резистор 14 включена параллельно нагрузке 15 Выход датчика 16

0 тока, включенный в минусовую шину цепи постоянного тока инвертора, соединен с входом таймера 17 пускового времени, инверсный выход которого соединен с входом первого элемента И 18, другой вход которо5 го соединен с фотоприемником оптрона 13 Прямой выход таймера пускового времени соединен с входом делителя на N 23, с первыми входами второго и третьего элементов И 19,20, вторые входы которых подсоедине0 ны соответственно с первбй и второй вторичными обмотками управляющего трансформатора 7. а третьи - с выходом датчика 16 тока. Выходы второго и третьего элементов И 19 и 20 соединены соответст5 венно с первыми входами первого и второго элементов ИЛИ 21 и 22, вторые входы которых соединены с выходом первого элемента И 18, а третьи - с инверсным выходом делителя на N 23.

0Пример реализации изобретения построен на использовании силовых транзисторов 1, 2 типа КТ841, конденсаторов 3, 4 типа «73-16, выходного трансформатора 5 на ферритовом сердечнике Н2000НМС-1

5 К32х20х9 управляющего трансформатора 7 на ферритовом сердечнике Н2000НМС-1 К7х4х2, оптрона 13 типа СЭП-1, резисторов 8,9, 14 типа МЛТ, датчика тока 16 на потенциометре типа С15-9, задающего генерато0 ра узла управления 6 на микросхеме типа 155АГЗ, таймера пускового времени 17 на микросхеме типа 155АГЗ, элементов И 18, 19, 20 на микросхеме типа 155ЛИ1, элементов ИЛИ 21, 22 на микросхеме типа 155ЛЛ1

5 вспомогательные управляемые ключи 10, 11 например, на транзисторах типа КТ630, оп- тронах типа АОУ103, реле типа РЭС 55А, делитель на N 23 на микросхеме типа 155ТМ7.

0 Включение и выключение инвертора при появлении и снятии перегрузки по току происходит следующим образом.

При включении напряжения, питающего инвертор, узел управления с задающим

5 генератором 6 начинает работу, осуществляя устойчивую коммутацию транзисторов 1 и 2. При этом, если отсутствует перегрузка по току, длительность включенного состояния коммутирующих транзисторов 1 и 2 устанавливается в соответствии с их рабочим

режимом. Если включение инвертора производится на нагрузку, имеющую значительный пусковой ток, то поочередно в каждый полутакт с датчика тока 16 на входы таймера 17 пускового времени второго и третьего элементов И 19, 20 поступает сигнал перегрузки. При этом на выходе таймера 17 появляется импульс положительной полярности, длительность которого определена в соответствии с заданной длительно- стью пускового момента.

Таким образом, на выходах элементов 19,20 синхронно с напряжением вторичных обмоток управляемого трансформатора 7, которые заведены на первые входы указан- ных элементов, в момент превышения установленного допустимого значения тока коллекторов коммутирующих транзисторов 1и 2 появляется сигнал, который, проходя через элементы ИЛИ 21,22, включаетуправ- ляемые вспомогательные ключи 10,11, шунтируя управляющие переходы силовых транзисторов 1, 26 предотвращая увеличение тока через них сверх допустимого. Если за установленный период пускового време- ни ток нагрузки установится в пределах рабочего, то защита прекращает свое действие и инвертор выходит на рабочий режим. При этом диаграммы напряжений и токов в цепях инвертора при включении без перегрузок показаны на фиг. 2 и соответствуют отрезку времени to - ti.

Если в момент времени ti рабочего режима инвертора произойдет его перегрузка, то как и в режиме пуска на перегрузку с повышенным пусковым током под воздействием сигнала, поступающего с датчика тока 16, в течение установленного периода пускового времени тпв t2 - ti амплитуда импульсов тока коллектора силовых транзисторов будет ограничена путем укорачивания их длительности, до момента времени t2. Пусковая перегрузка приводит к уменьшению выходного напряжения UHS. Указанная причина приводит к срабатыва- нию оптрона 13, сопротивление фотоприемника которого уменьшается и на первый вход первого элемента И 18 поступает сигнал с единичным уровнем. Однако его прохождение будет блокировано сигналом с нулевым уровнем, который поступает на второй вход указанного элемента с инверсного выхода таймера 17.

Начиная с момента времени t2 на инверсном выходе таймера 17 появляется сигнал единичного уровня и, если не была снята перегрузка, сигнал с выхода первого элемента И 18 поступает через элементы ИЛИ 21, 22, включает управляемые вспомогательные ключи 10, 11, шунтируя управляющие переходы силовых транзисторов 1 и 2 на период времени перегрузки по току в нагрузочной цепи.

Рассмотрим подробнее работу цепи, состоящей из третьей вторичной обмотки трансформатора 7, светоизлучающего элемента оптрона 13, токоограничивающего резистора 14, вторичной обмотки выходного трансформатора 5.

В рабочем режиме через светоизлу- чающий элемент оптрона 13 ток Св не протекает, что обеспечивается выбором токоограничивающего резистора 14 из условия:

I V|l7-V|l5l -Усв13 R14

I ев 13 мин . (1)

При отключении силовых транзисторов 1, 2 на вторичной обмотке выходного трансформатора 5 напряжение Uns отсутствует. В данном случае ток через светодиод будет определяться выражением

Vll7 - Усв13

RM + RH и RMS

I ев 13 мин

(2)

а в случае короткого замыкания

ICB 13 мин ICB 13 кз

V|I7 - Усв13

RM

I ев 13 макс

(3)

Таким образом, выбирая токоограничи- вающий резистор 14 наряду с (1) еще и из условия:

ICB 13 мин

V|| - VCB13

Rl4 + R4MHH доп II R|I5

(4)

обеспечиваем требуемую работоспособность указанной выше цепи.

Если в момент времени т.з перегрузка в нагрузочной цепи будет устранена (RH RH мин.доп.), то перестанет выполняться условие (4), сопротивление фотоприемника оптрона 13 увеличится, на первый выход элемента И 18 будет подан сигнал нулевого уровня, вспомогательныеуправляемые ключи 10, 11 будут разомкнуты, защита прекращает свое действие и инвертор перейдет в рабочий режим.

Если же перегрузка по току произошла не вследствие уменьшения сопротивления нагрузки, а по другой причине, например, из-за протекания сквозного тока через силовые транзисторы 1, 2 в момент т.4, то повторятся процессы, происходящие на интервале времени t2 - ti, а затем, начиная с момента времени ts t4 + тпв таймер 17 будет подготавливаться к работе до момента te нарастания тока перегрузки до значения порогового тока.

В момент te на входе таймера 17 появится следующий импульс, который изменит состояние делителя на N 23, на инверсном выходе которого появится импульс единичного уровня, длительность которого будет равна

(5)

+ (1б-г5)Мо .

Указанный импульс подается на элементы ИЛИ 21, 22, включает управляемые вспомогательные ключи 10, 11, шунтируя управляющие переходы силовых транзисторов 1 и 2, отключая инвертор.

Таким образом, до снятия указанной перегрузки инвертор переходит в релейный режим с длительностью выключенного состояния тд и длительностью включенного

СОСТОЯНИЯ Тпв

Таким образом, предлагаемый инвертор с узлом защиты от перегрузки по току отличает высокая надежность, посколькуус- транено длительное пребывание в аварийном режиме при перегрузке по току нагрузочной цепи и в других цепях. Формула изобретения Устройство для управления и защиты инвертора, выполненного по двухтактной схеме и включающего силовые транзисторы, подключенные одними из силовых электродов к входным выводам а другими - к обмотке выходного трансформатора, содержащее вспомогательные управляемые ключи, силовые переходы которых предназначены для шунтирования управляющих переходов силовых транзисторов датчик тока.

выходом подключенный к входу таймера пускового времени и блок управления инвертором, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, в него введены оп5 трон, токоограничивающий резистор, три элемента И, дяа элемента ИЛИ и делитель частоты, а блок управления инвертором включает задающий генератор, управляющий трансформатор и два токоограничи10 тельных резистора, причем выход задающего генератора блока управления инвертором подключен к первичной обмотке управляющего трансформатора, первая и вторая вторичные обмотки которого через

15 первый и второй токоограничительные резисторы блока управления инвертором предназначены для подключения к управляющим переходам соответственно первого и второго силовых транзисторов, а третья вто20 ричная обмотка через последовательно сое- диненные светоизлучатель оптрона и токоограничительный резистор предназначена для подключения параллельно нагрузке, фотоприемник оптрона соединен с

25 первым входом первого элемента И, с вторым входом которого соединен инверсный выход таймера пускового времени, прямой выход которого соединен с входом делителя частоты и с первыми входами второго

30 и третьего элементов И, вторые входы которых соединены соответственно с первой и второй вторичными обмотками управляющего трансформатора, третьи входы соединены с выходом датчика тока, включенного

35 в силовую шину на входе инвертора, а выходы - с первыми входами соответственно первого и второго элементов ИЛИ, вторые входы которых соединены с выходом первого элемента И, третьи входы - с инверсным

40 выходом делителя частоты, а выходы элементов ИЛИ-суправляющими входами вспомогательных управляемых ключей.

-Ъ

r

Сущность изобретения: устройство содержит силовые транзисторы 1,2, конденсаторы 3, 4, выходной трансформатор 5, задающий генератор 6, управляющий трансформатор 7, токоограничивающие резисторы 8, 9. Т4, вспомогательные управляемые ключи 10, 11, оптрон 13, элементы И 18, 19, 20, датчик тока 16, таймер 17 пускового времени, элементы ИЛИ 21, 22, делитель частоты 23.2 ил.

да/г/