Транзисторный инвертор Советский патент 1979 года по МПК H02M7/537 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к полупроводниковой преобразовательной те нике. Известны транзисторные инверторы с диодным мостом обратного тока и устройством обратной связи на токовых трансформаторах, работающих на выходной частоте преобразователя 1 и 21. Известен также транзисторный инв тор с диодньм мостом обратного тока устройством управления в виде электрического контура, образованно го источником переменного напряжени и параллельно соединенными мезкду с бой через полупроводниковые ключи переменного тока первичыьми обмотка ми согласующих трансформаторов, вто ричные обмотки которых через демодуляторы соединены с управляющими цепями транзисторов инвертора и устройством обратной связи из двух токовых трансформаторов 3. Недостатком указанных инверторов является сложность и небольшой диапазон выходных частот, так как для низких частот требуются боковые трансформаторы обратной связи увеличенных габаритов. Цель изобретения - расширение диапазона частот и упрощение устройства. Для этого в транзисторном инверторе первичные обмотки токовых трансформаторов соединены последовательно в фазе и включены в цепь питания управляемых ими транзисторов между инвертором и диодным мостом обратного тока, а вторичные обмотки соединены последовательно в противофаэе и включены в устройство управления последовательно с источником переменного напряжения. На фиг. 1 приведена схема трехфазного инвертора; на фиг. 2 - устройство управления трехфазным инвертором; на фиг. 3 - схема однофазного инвертора; на фиг. 4 - устройство управления однофазным йнверторсмл; на фиг. 5 - кривые напряжений в узлах и токов в цепях элементов схемы трехфазного инвертора, выполненного согласно фиг. 1. Инвертор (см. фиг. 1) собран по трехфазной.мостовой схеме на транзисторах 2-7, подключен к источнику 8 постоянного тока и на выходе имеет трехфазную нагрузку 9, которая может быть включена в эвезцу. или треугольник. Диодный мост 10 обратного тока включает диоды 11- 16. Устройство обратной связи состоит из двух групп токовых трансформаторов, соответственно 17, 18 и 19,; 20, первичные обмотки,которых соеди нены последовательно в фазе и включ ны в цепь питания управляемых ими транзисторов, соответственно, 2, 3, 4 и 5, б, 7 между инвертором 1 и диодным мостом 10 обратного тока. Вторичные обмотки токовых трансформаторов (см. фиг. 2) соединены последовательно в противофазе и включены вэлектрический контур уст ства управления, содержащий источни 21 переменного напряжения,согласующий трансформаторы 22-27, первичные овмотки которых через полупроводник вне ключи переменного тока 28 - 33 (указанный ключ собран, например, н тра нзисторе, включенном в цепь постоянного тока мостового выпрямителя) и вторичные обмотки токовых трансформаторов подключены к источнику 21 переменного напрял ения.Вторичные обмотки согласующих трансфор маторов 22-27 через демодуляторы подключены к управляющим входам 2-.7 транзисторов 2-7 инвертора 1. Причем к .управлякщим входам 2, 3 4 транзисторов 2,3, 4 подключены выходы соответствующих , демодуляторов соединенных с -вторичными обмотками согласующих трансформаторов 22, 23, 24, первичньае обмотки которых через полупроводниковые ключи 28, 29, 30 соединены с источником 21 переменного напряжения с помощью вторичных , обмоток токовых трансформаторов 17, 18, первичные обмотки которых вклю чены в цепь нагрузки транзисторов 2, 3, 4 между инвертором 1 и диодным мостом 10 обратного тока. Аналогично произведено подключение выходов 5, 6j 7через полупроводниковые ключи 31, 32, 33 и обмотки трансформаторов 19, 20. Полупроводниковые ключи переменного тока соединены с задающим генератор9м частоты через распрёделитель (на чертеже не показаны). В Качестве задающего генератора и распределителя может быть использрван, например, датчик углового по ложения ротора в случае, если инвертор йвляется полупроводниковым к мутатором бесконтактного электродви гателя постоянного тока. Однофазный транзисторный инвертор 34 (см. фиг. 3) собран по однофазной мостовой схеме на транзисторах 35-38, подключен к источнику 8 постоянного тока и на выходе имеет однофазную нагрузку 39 Инвертор снабжен дисдным мостом 40 братного тока, собранным на диодах 41-44. Устройство обратной связи остоит из двух токовых трансформаторов 45, 46, первичные обмотки которых включены в цепь питания ранзисторов между инвертором 34 и иодным мостом обратного тока 40. торичные обмотки токовых трансформаторов 45 и 46 включены в электрический контур устройства управления (см, фиг. 4), содержащего источник 21 переменного напряжения, согласующие трансформаторы 47 и 48, первичные обмотки которых через полупроводниковые ключи переменного тока 49 и 50 (собранных в данном сл/чае на встречно-включенных тиристорах) и вторичные обмотки токовых трансформаторов 45, 46 подключены к источнику переменного напряжения 21. Вторичные обмотки согласующих трансформаторов 47, 48 через демодуляторы 51-54 подключены к управляющим входам 35 ,3б, З7и 38, соответственно, транзисторов 35, 36, 37 и 38. Устройство, выполненное согласно фиг. 1, 2, работает следующим образом. Допустим, в первый момент задающий генератор частоты через распределитель включа ет полупроводниковые ключи переменного тока 28 и 33, что приведет к включению транзисторов 2 и 7. По,епи нагрузки и первичным обмоткам токовых трансформаторов 17, 18 и 19, 20 проходит ток источника 8, ограниченный сопротивлением нагрузки. В управляющих цепях транзисторов 2 и 7 протекает в это время ток, пропорциональный и по форме повторяющий ток нагрузки. Это обеспечивается включением вторичных обмоток токовых трансформаторов 17, 18 и 19, 20 в электрический контур, образованный источником 21 переменного напряжения, включенными полупроводниковыми ключами переменного тока 28 ,33 и согласующими трансформаторами 22, 27, Рассмотрим подробнее работу токовых трансформаторов, например, 17, 18, поскольку рабочие процессы в двух других протекают аналогично. Предположим, что частота напряжения и источника переменного напряжения представлена на фиг. 5 соответствующей позицией и , а частота тока, протекающего по цепи нагрузки., позицией 2 . Для момента времени примем, что сердечник токового тран сформатора 17 для токанагрузки ненасыщен, а сердечник трансформатора 18 насыщен. Полярность источника переменного напряжения установилась с + вверху. В начальный момент времени на вт ричной обмотке трансформатора 17 по является напряжение с + в точке, ра ное сумме напряжения источника 21, падения напряжения полупроводникового ключа 28 и приведенных к перви ной обмотке трансформатора 22 паден напряжений демодулятора и управляющего перехода транзистора 2, , 1гдеди - сумма упомянутых падений на пряжений. Это напряжение в течение времени перемагничивает сердечник по петле гистерезиса, например, из точ ки - BgB точку +Вg и служит источни ком питания управляющей цепи транзистора 2. Ток источнике 21 те чет навстречу приложечному напряжению. В это время напряжение на перв ной обмотке трансформатора 18 равно нулю,поскольку его сердечник насыщен под действием токов 32 и д 2. Пренебрегая током холостого хода тр сформатора 17 для тока 32-1 имеем: ча 1 - - -i-1 2 i гдеш и VJU2- число витков , соответст венно, первичной и вторичной обмото В момент времени t сердечник трансформатора 17 насыщается и напр жения на его обмотках исчезают. К вторичной обмотке трансформатора 18 прикладывается напряжение источника переменного напряжения 21 за вычетом суммы падений напряженияди. Это напряжение с - в точке перемагничивает сердечник трансформатора 18 в течение времени по петле гистерезиса из точки +3 в точку -В .ToK jfизменяет свое направление и управляющая цепь транзис тора 2 получает питание от источника 21.Пренебрегая током холостого хо да трансформатора 18 для токаJ fимеем:Для трансформаторов 17 и 18 с од наковыми обмоточными данными для любого момента времени между токами 32 иЛ2 устанавливается строгая пропорциональная зависимость.После трансформации в токовом трансформаторе 22 и выпрямления в демодуляторе дня тока имеем: -.,. ии; 1деи; и ии - количество витков соответствующих обмоток трансформатора 22. Из-за наличия конечных значений индуктивностей рассеяния трансформаторов и времени рассасывания неосновных носителей в .базе транзистора ток Л2 практически провалов не имеет. Таким образом, между током базы транзистора 2 и его коллекторным током существует пропорциональная связь. Да UJ2-Uj2 , а пин Выбрав витковые соотношения, удовлетворяющие Формуле (б), где минимальный коэффициент усиления транзистора 2 по току, можно обеспечить оптимальное упраление транзистором, ВеличинасозЧ нагрузки на работу токовых трансформаторов влияния не оказывает. Для 70 ,528 , индуктивный ток при коммутации транзисторов 7 и 6 замыкается через диод 13 моста 10 обратного тока, первичные обмотки трансформаторов 17 и 18 и выключенный транзистор 2, по которому от источника через упомянутые первичные обмотки также протекает токнагрузки.По первичным обмоткам трансформаторов 19,20 и включенному транзистору бив это время протекает только ток. нагрузки. Таким образом, указанное включение первичных обмоток токовых трансформаторов 17, 18 и 19, 20 обеспечивает контроль текущих через транзисторы верхнего и нижнего плеч инвертора различных по величине токов. При малых значениях cos Ч О , 528 индуктивный ток при коммутации транзисторов 7 и 6 замыкается через источник 8 и диоды,13 и 14, минуя пербичные обмотки токовых трансформаторов . В этом случае достаточно иметь только одну группу токовых трансформаторов . Устройство, выполненное согласно фиг. 3 и 4,работает аналогично рассмотренному. При построении однофазных инверторов необходимость в установке двух групп токовых трансформаторов отпаает, поскольку в любой момент времени величину тока, протекающего чёрез транзисторы инвертора, определяет одна группа токовых трансформаторов 45 ч 46, выполненных согласно изобретению. Индуктивный ток нагрузки замыкается через источник 8 постоянного тока и диоды моста обратного тока, минуя первичные обмотки токовых трансформаторов. Согласно изобретению, могут быть ыполнены и другие схемы транзисторных инверторов с различным числсм аз, одно- и двухполупериодные. Формула изобретения Транзисторный инвертор с пропорциональным токовьм управлением, содержащий диодный мост обратного тока и блок управления в виде электри ческого контура, образованного источником переменного напряжения выс кой частоты и параллельно соединенными между собой через полупроводниковые ключи переменного тока перВИЧ.НБМИ обмотками согласующих трансформаторов , вторичные обмотки которых через демодуляторы соединены с управляющими входами транзисторов а также цепь обратной связи из двух токовых трансформаторов, о т л и чающийся тем, что, с целью упрощения и расширения диапазона iacTOT, первичные обмотки трансформаторов тока соединены последовательно в фазе и включены в цепь питания управляемых ими транзисторов между инвертором и диодным мостом обратного тока, а вторичные обмотки соединены последовательно в противофазе и включены в устройство управления последовательно с источником переменного напряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР f 320001, кл. Н 02 М 7/52, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР № 100962, кл. Н 02 М 7/48, 1973, 3.Авторское свидетельство СССР № 342271, кл. Н 02 М 7/537, 1972.

ftSifS

Фuг.

СЛ

.5