Реверсивный широтно-импульсный преобразователь постоянного тока

Союз СоветсннкСоцналнстнческнвРеспублнк ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ. 3 (5 )М. Кл.Н 02 Р 5/16 Н 02 М 3/155 с присоединением заявки ЛфВсударственнвИ каатнтет СССР(72) Авторы изобретения Ю. Ф. Михеев и С. Л. Пахомов Научно-исследовательский институт автоматикии электромеханики при Томском институтеавтоматизированных систем управлениии радиоэлектроники(54) РЕВЕРСИВНЫЙ ШИРОТНОИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в алектроприводах постоянного тока.Известны реверсивные широтно-импульсные преобразователи постоянного тока, выполненные по мостовой схеме на трен аисторах 11 и )2 .Недостатком таких преобразователей является незащищенность транзисторов стоек моста от сквозных токов и иали 10 чие бросков тока в тормозном режиме, что создает динамические удары в двигателе и снижает надежность работы пре образователя.Известны также реверсивные преобра1 эователи, в которых в цепь якоря юнга теля введен ограничительный резистор, который уменьшает броски тока только в пусковых режимах 3.Известен реверсивный преобразователь с несимметричным законом коммутации, в котором значительно уменьшается 1скорость" нарастания тока при переключениях транзисторов, но не ограничивает 2ся величина его броска через двигатель и транзисторы в тормозных режимах 141.В этом преобразователе с источником питания включен дроссель. Включение реактивных элементов в цепь двигателя приводит к ухудшению динамических и статических характеристик привода. Кроме того, в укаэанном 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 нарастание коллекторного тока включающе гося транзистора путем применения вре менных задержек в предварительных каскадах регулятора, Сквозной ток через3 75 блокирующий диод нельзя устранить введением временных задержек. Между тем, амплитуда этого тока может значительно превышать ток нагрузки. Возникающая при этом опасность вторичного пробоя выходных транзисторов требует применения дополнительных методов защиты,Цель изобретения - повышение надежности работы преобразователя путем Рограничения бросков тока в тормозном режиме и сквозных токов.Укаэанная цель достигается тем, что в реверсивном широтно импульсном пре образователе постоянного тока, содержа щем 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 ограничительный 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 ограничйтельный резистор правой стойки моста, а выходные каскады схемы управления, соединенные первыми выходами с базами транзисторов правой стойки моста, своими вторыми выхо дами соединены с базой транзистора, шунтирующего ограничительный резистор правой стойки моста.На фиг, 1 приведена схема преобразо вателя; на фиг, 2 - скоростные характеристики двигателя независимого возбуждения, поясняющие работу преобразователя.Реверсивный широтно-импульсный преобразователь содержит мост, выполненный на транзисторах 1-4, встречно- параллельно которым включены, соответ" ственно, обратные диоды 5-8. Верхние плечи моста, соединенные с положительным зажимом источника питания, подключены через ограничительные резисторы 9, 10 и шунтирующие их транзисторы 11, 12 к двигателю 13. Транзисторы1-4 и 11, 12 управляются выходными каскадами схемы управления 14-17. Коммутации транзисторов моста осущест вляется по несимметричному закону,Преобразователь работает следующим образом.При отсутствии сигнала управления в исходном состоянии транзисторы 1 и8452 42 моста открыты, а 3, 4 и 11, 12 закрыты, Двигатель отключен от источника пижния,О:8+1 г где О 5 10 15 го 25зо 4050 55 При определенной полярности сигнала управления переключаются в противофазе 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 переклю чается синфазно с транзистором 3 моста. Выходной каскад схемы управления 14 осуществляет активное эапирание транзистора 12.С приходом импульса напряжения положительной полярности с выходов высокого каскада схемы управления 16 транзисторы 3 и 12 открываются и ток нагрузки протекает по цепи: "плюс" источника питания, транзистор 2, транэис тор 12, якорь двигателя 13, транзистор 3, "минус" источник. После запирания транзисторов 3 и 12 и включения транзистора 1 ток через двигатель продолжает протекать в том же направлении под действием ЭДС само- индукции по цепи: якорь двигателя 13, резистор 9, диод 5, открытый транзистор 2, резистор 10, якорь двигателя 13.При относительной продолжительности включения / "-1 транзисторы 3 и 12 полностью открыты и двигатель работает на естественной характеристике (фиг. 2). Установившийся режим работы двигателя, например, в точке "а" описывается уравнением- напряжение источника пита -нияЪ - ЭДС двигателя;- ток нагрузки,Так как величина сопротивления якорной обмотки двигателя незначительная и при работе двигателя на естественной характеристике ЯъО , 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 дости гает величины (фиг, 2) Т.-/г, значиПри вращении двигателя в противоположную сторону, когда переключаются ЗО транзисторы 2 и 4, синфазно с транзистором 4 переключается транзистор 11, а транзистор 1 2 закрыт. 5 7 тельно превышающей допустимое значение тока якоря и допустймое значение тока коллектора транзистора, Бросок тока вызывает динамические удары в двигателе, поломки в редукторе, выход транзисторов верхних плеч моста иэ строя, что снижает надежность работы устройства.В связи с этим становится очевидной 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 включениястановится равной нулю, В этом случае транзисторы 3 и 4 закрываются и ток в двигателе под действием ЭДС меняет свое направление и про текает по цепи: якорь двигателя 1 3, резистор 10 (так как при этом транзистор 12 закрыт), диод 6, открытый транзистор 1, резистор 9, якорь двигателя, Следовательно, осуществляется торможение двигателя, а первоначальный бросок тока достигает значения (фиг. 2) Ь.В/(г +дрыне превышающего допустимое,.ф о р м у л а и з о б р е т е н и я.Реверсивный широтно-импульсный преобразователь постоянного тока, содержа 58452 6щий мост, в каждом плече которого вклю. чены встречно-параллельно транзистор идиод, а в диагональ - двигатель, и схемууправления мостом, о т л и ч а.ю щ и йся тем, что с целью повышения надежности путем ограничения бросков тока втормозном режиме и сквозных токов,плечи моста, подключенные к положительному выводу источника питания, соедине:1 О ны с двигателем через параллельно соединенные ограничительный резистор и шунтирующий его транзистор, причем выходные каскады схемы управления, соединенные первыми выходами с базами транэис 15 торов левой стойки моста,.своими вторы-,ми выходами соединены с базой транзистора, шунтирующего ограничительный резистор правой стойки моста, а выходныекаскады схемы управления, соединенные20 первыми выходами с базами транзисторовправой стойки моста, своими вторыми выходами соединены с базой транзистора,шунтирующего ограничительный резисторлевой стойки моста,25 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. 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 М 3924168,кл. 31,8-257, 1968,з 5 4. "Электронная техника в автоматикеф. Сборник, Вып. 5, "Советское радио"1973, с. 44, 47.Составитель Ю. АндреевРедактор А. Маковская Техред М. Кузьма Корректор М. ВигулаЗаказ 5765/19 Тираж 783 ПодписноеЦНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий13.3035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4