Реверсивный широтно-импульсный преобразователь постоянного тока Советский патент 1980 года по МПК H02P5/16 H02M3/155 

Изобретение относится к преобраэова.тельной технике и может быть вспользо вано в аяектроприводах постоянного тока Известны реверсивные щиротнс-импуль сные преобразователи прсгоянного тока, выполненные по мостовой схеме на транзисторах lij и |2. Недостаткс л таких преобразователей является незащищенность транзисторов стоек моста от сквозных токов и напи чие бросков тока в тормозном режиме, что создает динамические удары в дви«гателе и снижает надежность работы пре« образователя. Известны также реверсивные преобразователи, в которых: в цепь якоря (шнга таля введен ограничительный резистор, который уменьшает броски тока только в пусковых режимах J3J. Известен реверсивный тфеобразова.тель с несимметричным законом коммутации, в котором значительно уменьшается скорость нарастания тока при переключениях транзисторов, но не ограничивается величина его броска через двигатель и транзисторы в тормозных режимах 4. В этом преобразователе с источникам питания включен дроссель. Включение реактивных элементов в цепь двигателя приводит к ухудшению динамических и статических характеристик привода. Кроме того, в указанном преобразователе в тормозном режиме возникают значительные броски тока через транзисторы и двигатель, что снижает надежность работы преобразователя. Основной причиной возникновения сквозных токов через стойки мостовых схем является процесс рассасывания избыточных носителей в базе отключающегося транзистора и в базе блокирующего диода. Для исключения сквозных токов через отключающийся транзистор в данном преобразователе задерживается на- растение коллекторного тока включающе- гося транзистора путем применения временных задержек в предварительных касЖадах регулятора. Сквозной ток через 37 блокирующий диод нельзя устранить введением временных задержек. Между тем, амплитуда этого тока может значительно превышать ток нагрузки. Возникаю щая при этом опасность вторичного пробоя выходных транзисторов требует применения дополнительных метопов защиты. Цель Изобретения - повышение надежности работы преобразователя путем ограничения бросков тока в тормозном режиме и сквозных токов. Указанная цель достигается тем, что в реверсивном широтно-импульсном преобразователе постоянного тока, содержащем мост, в каждом плече которого вклю чены встречно-параллельно транзистор и диод, а в диагональ - двигатель, и схему управления мостом, плечи моста, подключенные к положительному зажиму источника питания, соединены с двигателем через параллельно соединенные огра ничительный резистор и шунтирующий его транзистор, причем выходные каскады схемы управления, соединенные первыми выходами с базами транзисторов левой стойки моста, своими вторыми выходами соединены с базой транзистора, шунтирующего ограничительный резистор правой стойки моста, а выходные каскады схемы управления, соединенные первы ми выходами с базами транзисторов правой стойки моста, своими вторыми выходами соединены с базой транзистора, шунтирующего ограничительный резистор правой стойки моста. На фиг. 1 приведена схема преобразо вателя; на фиг. 2 - скоростные характе ристики двигателя независимого возбуждения, поясняющие работу преобразователя. Реверсивный широтно-импульсный преобразователь содержит мост, выполненный на транзисторах 1-4, встречнопараллельно которым включены, соответ ственно, обратные диоды 5-8. Верхние плечи моста, соединенные с положительным зажимом источн 1ка питания, подклю чены через ограничительные резисторы 9, 1О и шунтирующие их транзисторы 11, 12 к двигателю 13. Транзисторы 1-4 и 11, 12 управляются выходными каскадами схемы управления 14-17. Коммутация транзисторов моста осущес вдве1ч:я 1по несимметричному закону. Прес разователь работает следующим офазом. При отсутствии сигнала управления в исходном сос тоянии транзисторы 1 и 2 моста открыты, а 3, 4 и 11, 12 зарыты. Двигатель отключен от источника итания. При определенной полярности сигнала управления переключаются в противофа39 под действием модулированных по длительности импульсов напряжения от выходных каскадов схемы управления транзисторы 1 и 3, при этом транзистор 2 постоянно открыт, а 4 заперт. Транзистор 12 управляется от выходного - . каскада схемы управления 16 и переключается синфазно с транзистором 3 моста. Выходной каскад схемы управления 14 осуществляет активное запирание транзистора 12. С приходом имгцшьса напряжения положительной полярности с выходов высокого каскада схемы управления 16 транзисторы 3 к 12 открьтаются и ток нагрузки протекает по цепи: плюс источника питания, транзистор 2, транзис-i тор 12, якорь двигателя 13, транзистор 3, минус источника. После запирания транзисторов 3 и 12 и включения транзистора 1 ток через двигатель продолжает протекать в том же направлении под действием ЭДС самоиндукции по цепи: якорь двигателя 13, резистор 9, диод 5, открытый транзистор 2, резистор 10, якорь двигателя 13. При относительной продолжительности включения N 1 транзисторы 3 и 12 полностью открыты и двигатель работает на естественной характеристике (фиг. 2). Установившийся режим работы двигателя, например, в точке а описьюается уравнением. где и -напряжение источника пита ния}-ЭДС двигателя; -сопротивление якорной обмотки;-ток нагрузки. Так как величина сопротивления якорной обмотки двигателя незначительная и при работе двигателя на естественной характеристике Е и то первоначальный бросок тока, согласно выражению (1), в момент отключения якоря двигателя от источника питания и замыкания его накоротко через открытые транзисторы и диоды верхних плеч моста в известных преобразователях достигает величины (фиг. 2)Хо,, значительно превышающей допустимое значение тока якоря и доггустнмое значение тока коллектора транзистора. Бросок тока вызывает динамические удары в двигателе, поломки в редукторе, выход транзисторов верхних плеч моста из строя, что снижает надежность работы устройства, В связи с этим становится очёвйй- ной необходимость ограничения бросков тока в преобразователе. В переходных режимах, например при сбросе нагрузки или уменьшении сигнала управления в системе с обратной связью по скорости, относительная продолжительность включения Af становится равной нулю. В этом случае транзисторы 3 я 4 закрываются и ток в двигателе под действием ЭДС меняет свое направление и протекает по цепи: якорь двигателя 13, резистор 1О (так как при этом транзис тор 12 закрыт), диод 6, открытый тран зистор 1, резистор 9, якорь двигателя. Следовательно, осуществляется торможение двигателя, а первоначальный тока достигает значения (фиг. 2) (Гпл-КЛ10не превышающего допустимое При вращении двигателя в противопо ложную сторону, когда переключаются транзисторы 2 и 4, сйнфазно с транзис ром 4 переключается транзистор 11, а транзистор 12 закрыт. Формула изобретения Реверсивный широтно-импульсный пре образователь постоянного тока, содержащий мост; в каждом плече которого включены встречно-параллельно транзистор и диод, а в диагональ - двигатель, и скему управления мостом, отлича-ющийся тем, что с целью повышения надежности путем ограничения бросков тока в тормозном режиме и сквозных токов, плечи моста, подключенные к положительному выводу источника питания, соедине.ны с двигателем через параллельно сое- диненные ограничительный резистор и шунтирующий его транзистор, причем выходные каскады схемы управления, соединенные первыми выходами с базами транзис- торов левой стойки моста,. своими вторы-. ми выходами соединены с базой транзистора, шунтирующего ограничительный резистор правой стойки моста, а выходные каскады схемы управления, соединенные первыми выходами с базами транзисторов правой стойки моста, своими вторыми выходами соединены с базой транзистора, шунтирующего ограничительный, резистор левой стойки моста. Источники информации, принятые во внимание прИ экспертизе 1. Коссов О. А. Усилители мощности на транзисторах в режиме переключений. Энергия, 1971, с. 124. 2, Глазенко Т. А, Импульсные полупроводниковые усилители в электроприводах. Энергия, 1965, с. 129. 3. Патент США № 3924168, кл. 31,8-257, 1968. 4. Электронная техника в автоматике. Сбораик, Вьш. 5, Советское радио 1973, с. 44, 47.

/

i/y

l-CJ Фиг. 2