Транзисторный инвертор

О П И 6"А НИ-Е ИЗОБРЕТЕНИЯ Союз Советских Социалистических Республик(51)М. К . с присоединением заявки Мо Н 02 М 7/537 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(72) Авторы ИЗОбрЕтЕНИя В К Лоэенко и В. Л. уан-Золи Московский ордена Ленина энергетический институт( 54 ) Т РАНЗ ИСТОРНЫЙ ИНВЕ РТОР Изобретение относится к области электротехники, в частности к полупроводниковой преобразовательной технике.Известны транзисторные инверторы с диодным мостом обратного тока и устройством обратной связи на токовых трансформаторах, работающих на выходной частоте преобразователя 1 и 2.Известен также транзисторныйинвЕртор с диодньм мостом обратного тока, устройством управления в виде электрического контура, образованного источником переменного напряжения 15 и параллельно соединенными между собой через полупроводниковые ключи переменного тока первичйыми обмотками согласующих трансформаторов, вторичные обмотки которых через де модуляторы 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 траясформаторы обратной связи увеличенных габаритов. 30 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 противофазе и включены в устройство управления последовательно с источником переменного напряженйя. Яа фиг. 1 приведена схема трехфазного инвертора; на фиг. 2 - устройство управления трехфазным инвертором; на фиг. 3 - схема однофазного инвертора; на фиг. 4 - устройство управления однофаэным инвертором; на фиг. 5 - кривые напряженийв узлах и токов в цепях элементов схемы трехфазного инвертора, выполненного согласно фиг. 1.Инвертор (см, фиг, 1) собран по трехфаэной мостовой схеме на транзисторах 2-7, подключен к источнику 8 постоянного тока и на выходе имеет трехфазную нагрузку 9,Устройство, выполненное согласнофиг. 1, 2, работает следующим образом.Допустим, в первый момент задаю 30 ший генератор частоты через распределитель включает полупроводниковыеключи переменного тока 28 и 33, чтоприведет к включению транзисторов2 и 7. Поцепи нагрузки и первичным35 обмоткам токовых трансформаторов 17,18 и 19, 20 проходит ток источника8, ограниченный сопротивлением нагрузки.В управляющих цепях транзисторов4 О 2 и 7 протекает в зто время ток,пропорциональный и по форме повторяющий ток нагрузки,Это обеспечивается включениемвторичных обмоток токовых трансфор 45 маторов 17, 18 и 19, 20 в электрический контур, образованный источником21 переменного напряжения, включенными полупроводниковыми ключами переменного тока 28, 33 и согласующимитрансформаторами 22, 27,Рассмотрим подробнее работу токовых трансформаторов, например, 17,18, поскольку рабочие процессы вдвух других протекают аналогично,Предположим, что частота напряжения55 Б источника переменного напряжениям- представлена на фиг. Ь соответствующей позицией 0 , а частота тока,протекающего по цепи нагрузки., позицией Э . Для момента времени .С=О6 О примем, что сердечник токового трансформатора 17 для токанагрузки ненасыщен, а сердечник трансформатора18 насыщен, Полярность источникапеременного напряжения установилась65 с + вверху. которая может быть включена в звезду. или треугольник,Диодный мост 10 обратного токавключает диоды 11- 16,Устройство обратной связи состоит из двух групп токовых трансформаторов, соответственно 17, 18 и 19,;20, первичные обмотки, которых соединены последовательно в фазе и включены в цепь питания управляемых имитранзисторов, соответственно, 2, 3,4 и 5, б, 7 между инвертором 1 идиодным мостом 10 обратного тока.Вторичные обмотки токовых трансформаторов (см. фиг. 2) соединеныпоследовательно в противофазе ивключены в электрический контур устроства управления, содержащий источник21 переменного напряжения, согласующий трансформаторы 22-27, пеувичныеобмотки которых через полупроводниковые ключи переменного тока 28 - 33(укаэанный ключ собран, например, натранзисторе, включенном в цепь постоянного тока мостового выпрямителя) и вторичные обмотки токовыхтрансформаторов подключены к источнику 21 переменного напряжения.Вторичные обмотки согласующих трансформаторов 22-27 через демодуляторыг /подключены к управляющим входам 2-,7транзисторов 2-7 инвертора 1, Прид,ючем к управляющим входам 2, 3, 4транзисторов 2, 3, 4 подключены выходы соответствующих, демодуляторов,соединенных с вторичными обмоткамисогласующих трансформаторов 22, 23,24, первичные обмотки которых черезполупроводниковые ключи 28, 29, 30соединены с источником 21 переменного напряжения с помощью вторичных, обмоток токовых трансформаторов 17,18 первичные обмотки которых включены в цепь нагрузки транзисторов2, 3, 4 между инвертором 1 и диодным мостом 10 обратного тока.Аналогично произведено подключение выходов 5, б, 7 через полупроводниковые ключи 31, 3, 33 иобмотки трансформаторов 19, 20.Полупроводниковые ключи перемен. ного тока соединены с задающимгенератором частоты через распределитель (на чертеже не показаны) .В качестве задающего генератораи распределителя может быть использован, например, датчик углового положения .ротора в случае, если инвертор йвляется полупроводниковым комутатором бесконтактного электродвигателя постоянного тока.Однофазный транзисторный инвертор 34 (см. фиг. 3) собран по однофазной мостовой схеме натранзисторах 35-38, подключен кисточнику 8 постоянного тока и навыходе имеет однофазную нагрузку 39.Инвертор снабжен диодным мостом 40 обратного тока, собранным на диодах41-44. Устройство обратной связисостоит из двух токовых трансформаторов 45, 46, первичные обмотки которых включены в цепь питаниятранзисторов между инвертором 34 идиодным мостом обратного тока 40.Вторичные обмотки токовых трансформаторов 45 и 46 включены в электрический контур устройства управления(см, фиг. 4), содержащего источник21 переменного напряжения,согласующие трансформаторы 47 и 48,первичные обмотки которых через по-лупроводниковые ключи переменноготока 49 и 50 (собранных в данномсл"чае на встречно-включенных тиристорах) и вторичные обмотки токовыхтрансформаторов 45, 46 подключенык источнику переменного напряжения 21Вторичные обмотки согласующих 2 Отрансформаторов 47, 48 через демодуляторы 51-54 подключены к управляющим входам 35,Зб, 37 и 38, соответственно, транзисторов 35, 36,37 и 38.25В начальный момент времени на вторичной обмотке трансформатора 17 появляется напряжение с + в точке, равное сумме напряжения источника 21, падения напряжения полупроводникового ключа 28 и приведенных к первичной обмотке трансформатора 22 падений напряжений демодулятора и управляющего переход транзистора 2. 110 деЫ - сумма упомянутых падений наряжений.Это напряжение в течение времени 01 перемагничивает сердечник по петле гистерезиса, например, иэ точки - Вв точку +Ви служит источником питания управляющей цепи транзистора 2, Ток Лг в источнике 21 течет навстречу приложенному напряжению, В это время напряжение на первичной обмотке трансформатора 18 равно нулю, поскольку его сердечник насыфщен под действием токов Эг и Эг Пренебрегая током холостого хода трансформатора 17 для тока Заимеем:25 Ю- Д - г242 игде(ви юг- число витков, соответственно, первичной и вторичной обмоток.В момент времени 1,( сердечник 30 трансформатора 17 насыщается и напряжения на его обмотках исчезают. К вторичной обмотке трансформатора 18 прикладывается напряжение источника переменного напряжения 21 эа выче том суммы падений напряженияьП.(3)Это напряжение с - в точке перемагничивает сердечник трансформатора 18 в течение времени 11 г по петле гистерезиса из точкй +В в точку -В .Ток изменяет свое направление и управляющая цепь транзистора 2 получает питание от источни ка 21,Пренебрегая током холостого хода трансформатора 18 для тока 3 имеем: ф и 2 юг(5) где О и и - количество витков со 2ответствующих обмоток трансформатора 22,65 50Для трансформаторов 17 и 18 с одинаковыми обмоточными данными для любого момента времени между токамиЭгиду устанавливается строгая пропорциональная зависимость .После трансформации в токовом трансформаторе 22 и выпрямления в демодуляторе для тока имеем: Иэ-эа наличия конечных значений индуктивностей рассеяния трансформаторов и времени рассасывания не- основных носителей в .базе транзистора ток 7 г практически провалов не имеет.Таким образом, между током базы Э 2 транзистора 2 и его коллекторным током существует пропорциональная связь(6)Выбрав витковые соотношения,удовлетворяющие Формуле (6), гдеминимальный коэффициент усиления транзистора 2 по току, можнообеспечить оптимальное упралениегранзистором.ВеличинасоэЧ нагрузки на работутоковых трансформаторов влияния неоказывает. Для Совфр 70,528, индуктивный ток при коммутации транэис"торов 7 и б замыкается через диод13 моста 10 обратного тока, первичные обмотки трансформаторов 17 и 18и выключенный транзистор 2, по которому от источника через упомянутыепервичные обмотки также протекаетток нагрузки.По первичным обмоткамтрансформаторов 19,20 и включенномутранзистору б и в 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 эначенияхсоэ 90,528индуктивный ток при коммутации транзисторов 7 и б замыкается через источник 8 и диоды,13 и 14, минуя первичные обмотки токовых трансформаторов, В этом случае достаточно иметьтолько одну группу токовых трансформаторов,Устройство, выполненное согласноФиг. 3 и 4, работает аналогично рассмотренному,При построении однофазных инверторов необходимость в установке двухгрупп токовых трансформаторов отпадает, поскольку в любой момент времени величину тока, протекающего че"рез транзисторы инвертора, определяет одна группа токовых трансформаторов 45 ц 46, выполненных согласноизобретению. Индуктивный ток нагруэ -ки замыкается через источник 8 постоянного тока и диоды моста обратного тока, минуя первичные обмоткитоковых трансформаторов.Согласно изобретению, могут бытьвыполнены и другие схемы транзисторных инверторов с различньм числомфаз, одно- и двухполупериодные.Формула изобретения Транзисторный инвертар с пропорциональным токовым управлением, содержащий диодный мост обратного тока и блок управления в виде электрического контура, образованного источником переменного напряжения высокой частоты и параллельно соединенными между собой через полупроводниковые ключи переменного така первичными 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 ч а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения и расширения диапазоначастот, первичные обмотки трансформаторов тока соединены последовательно в фазе и включены в цепь питанияуправляемых ими транзисторов междуинвертором и диодным мостом обратного тока, а вторичные обмотки соединены последовательно в противофазе и включены в устройство управления последовательна с источникомпеременного напряжения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР Р 320001, кл. Н 02 м 7/52, 1972.2. Авторское свидетельство СССР 9 009 б 2, кл. Н 02 М 7/48, 1973.3. Авторское свидетельство СССР 9 342271, кл, Н 02 М 7/537, 1972,Тб 1 /О693522 Составитель Е. Дорожки .Морозова Техред С.Мигай Корректор А. Гриценко Редактор Патен Филиал я, 4 г. Ужгород,е акаэ 6413/51 Тираж 857 ЦНИИПИ Государстве по делам изобре 113035, Москва, ЖПадпис но ного комитета СССР ений и открытий Раушская наб, де