Датчик тока нагрузки мостового инвертора Советский патент 1992 года по МПК G01R19/00 

Изобретение относится к преобразовательной и измерительной технике и может использоваться в электроприводах переменного тока с частотно-токовым управлением для контроля тока нагрузки.

Известен датчик тока нагрузки мостового инвертора, содержащий два шунта, включенные в плечи мостового инвертора и имеющие общий вывод, соединенный с общей шиной, сумматор, инвертирующий и неинвертирующий усилители, входы которых соединены с соответствующими шунта- ми, мостовой выпрямитель, клеммы переменного тока которого соединены с выходами инвертирующего и немнвертирующе- го усилителей, а выходы сумматора соединены с клеммами постоянного тока мостового выпрямителя,

Недостатком устройства является большая погрешность измерения малых токов нагрузки, возникающая вследствие нелинейности вольт-амперной характеристики диодов мостового выпрямителя.

Наиболее близким к предлагаемому является датчик тока нагрузки мостового инвертора, содержащий два шунта, включенные в плечи инвертора и имеющие общий вывод, соединенный с общей шиной, операционный усилитель и четыре резистора, соединенные по схеме вычитающего усилителя, где инвертирующий вход операционного усилителя через первый резистор соединен с выходом первого шунта и через второй резистор - с выходом операционного усилителя, который является выходом датчика тока, неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с выходом второго шунта через третий резистор и с общей шиной через четвертый резистор, логический блок, входы которого соединены с выходами блока управления мостовым инвертором; выход логического блока соединен с управляющим входом ключа, первый вывод которого соединен с неинвертирующим входом операционного усилителя, второй вывод ключа соединен с общей шиной.

Недостатком этого устройства является несвоевременное изменение коэффициента передачи вычитающего усилителя по не- инверчирующему входу, являющееся следствием существенного различия по быстродействию силовых ключей мостового инвертора и управляемого ключа, в результате чего на выходе датчика тока возникают импульсы, вносящие дополнительную погрешность в измерение в результате увеличения динамической составляющей погрешности.

Целью изобретения является повышение точности измерения тока нагрузки мостового инвертора.

Указанная цель достигается тем, что в

предлагаемом устройстве, содержащем логический блок, два шунта, включенные в плечи мостового инвертора и имеющие общий вывод, соединенный с общей шиной,

операционный усилитель и четыре резистора, соединенные по схеме вычитающего усилителя, в которой инвертирующий вход операционного усилителя через первый резистор соединен с выходом первого шунта

и через второй резистор с выходом операционного усилителя, который является выходом датчика тока, неинвертирующий вход операционного усилителя соединен с выходом второго шунта через третий резистор, а

общей шиной - через четвертый резистор, ключ, соединенный управляющим входом с выходом логического блока, первым выводом с неинвертирующим входом операционного усилителя, который является

выходом датчика тока, и вторым выводом - с общей шиной, логический блок выполнен в виде двухвходовой логической схемы ИЛИ-НЕ, входы которой соединены с выводами нагрузки мостового инвертора.

На чертеже показана схема предлагаемого датчика тока нагрузки мостового инвертора.

Датчик тока нагрузки мостового инвертора 1, в плечи которого включены два шунта 2 и 3, имеющие общий вывод, соединенный с общей шиной, содержит четыре резистора 4 - 7 и операционный усилитель 8, соединенные по схеме вычитающего усилителя, причем инвертирующий вход усилителя 8 через резистор 4 подключен к выходу шунта 2 и через резистор 5 к выходу операционного усилителя 3, который является выходом датчика тока, неинвертирующий вход операционного усилителя 8 через резистор 6 соединен с выходом шунта 3, а через резистор 7 - с общей шиной.

В состав датчика тока также входит ключ 9, управляемый логическим блоком 10,

выполненным в виде логической схемы ИЛИ-НЕ, соединенный первым выводом с неинвертирующим входом операционного усилителя 8, а вторым - с общей шиной, входы логического блока соединены с выво5 дами нагрузки 11 мостового инвертора 1.

В мостового инвертора 1 входят ключи 12-15, шунтированные обратными диодами 16-19.

Устройство работает следующим образом.

При симметричном режиме работы мостового инвертора быстрое нарастание тока нагрузки 11 достигается замыканием ключей 12 и 15, а спад- замыканием ключей 13 и 14.

В обоих случаях ток нагрузки 11 протекает по одному из шунтов 2 или 3. При несимметричном режиме работы протекание тока в положительном направлении обеспечивается замыканием ключа 15. а в отрицательном - замыканием ключа 13. Ток нагрузки в обоих случаях протекает одновременно по обоим шунтам 2 и 3,

Высокому уровню напряжения на выводе нагрузки соответствует уровень Лог. 1 на соответствующем входе логического блока 10, а низкому уровню напряжения - Лог. О.

Выходной сигнал логического блока 10 обеспечивает коммутацию ключа 9, причем управляющий сигнал высокого уровня соответствует замкнутому состоянию ключа 9, а управляющий сигнал низкого уровня - соответственно разомкнутому состоянию.

Логический блок 10 может быть выполнен на базе интегральной логической схемы ИЛИ-НЕ с согласующими делителями напряжения на входах.

Допустим, замкнуты ключи 12 и 15. Ток быстро нарастает и протекает по одному шунту, по шунту 3.

На первом выводе нагрузки 11 присутствует высокий уровень напряжения (напряжение питания мостового инвертора 1, за счет открытого ключа 12), а на второй - низкий (напряжение общей шины, за счет открытого ключа 15). Следовательно, на входах логического блока 10 сигналы имеют значение Лог. 1 и Лог. О. Низкий уровень выходного управляющего сигнала логического блока ЮдержитключЭ в разомкнутом состоянии.

Сигнал, пропорциональный току нагрузки, с выхода шунта 3 поступает на резистор 6 и выделяется на выходе датчика тока. На входе резистора 4 при этом потенциал общей шины.

Если ключ 12 размыкается, а ключ 15 остается замкнутым, то ток под действием запасенной в нагрузке 11 (например обмотка двигателя) энергии протекает по цепи нагрузки 11 - ключ 15 - шунт 3 - шунт 2 - обратный диод 17-нагрузка 11. Оба вывода нагрузки 11 находятся под низким потенциалом (первый - за счет открытого диода 17, а второй - за счет открытого ключа 15). При этом на входах логического блока 10 присутствуют сигналы Лог. О, что соответствует

появлению на выходах схемы ИЛИ-НЕ высокого управляющего уровня.

Ключ 9 замыкается. Коэффициент передачи вычитающего усилителя по неинвсртирующему входу становится равным нулю. В результате на выходе датчика тока проходит только сигнал с шунта 2, соответствующий протекаемому току нагрузки 11.

Моменты начала протекания тока по

двум шунтам 2 и 3 одновременно и замыкание ключа 9 практически совпадают, а следовательно, в выходном сигнале датчика тока нет ложного импульса.

Аналогично предлагаемое устройство

работает при протекании тока в противоположном направлении.

По сравнению с прототипом предлагаемый датчик тока нагрузки мостового инвертора повышает точность измерения тока за

счет непосредственного определения действительного распределения тока нагрузки по шунтам, своевременного изменения коэффициента передачи вычитающего усилителя по неинвертирующему входу.

Кроме того, отсутствие косвенного контроля распределения тока нагрузки по шунтам расширяет функциональные возможности датчика тока за счет использования в автономном инверторе в качестве

ключей устройств, которые не требуют для своего открывания и поддержания открытого состояния управляющих сигналов, длительность которых соизмерима с длительностью протекания тока через этот

ключ (например, тиристоров).

Формула изобретения Датчик тока нагрузки мостового инвертора, содержащий логический блок, управляемый ключ, вычитающий усилитель и два

шунта, включенные в плечи моста мостового инвертора, вторые выводы которых соединены с общей шиной, первый вывод первого шунта соединен с инвертирующим входом вычитающего усилителя, второй вывод второго шунта соединен с неинвертирующим входом вычитающего усилителя, выход логического блока соединен с управляющим входом ключа, первый вывод которого соединен с неинвертирующим входом вычитающегоусилитиеля,а второй вывод-с общей шиной, выходом датчика тока является выход вычитающего усилителя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения при несимметричном

режиме коммутации ключей, в качестве логического блока использован логический элемент ИЛИ-НЕ, входы которого подключены к диагонали моста мостового инвертора.

Использование: изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в электроприводах переменного тока с частотно-токовым управлением для контроля тока нагрузки. Сущность изобретения: устройство содержит мостовой инвертор 1 с шунтами 2 и 3, четыре резистора 4-7, операционный усилитель 8, управляемый ключ 9, логический блок 10. 1 ил.