СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА НА ВЫХОДЕ МОСТОВОГО ТРАНЗИСТОРНОГО ИНВЕРТОРА

СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА НА ВЫХОДЕ МОСТОВОГО ТРАНЗИСТОРНОГО ИНВЕРТОРА


RU (11) 2326485 (13) C1

(51) МПК
H02M 7/5387 (2007.01) 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 05.12.2008 - действует 

--------------------------------------------------------------------------------

Документ: В формате PDF 
(21) Заявка: 2006144419/09 
(22) Дата подачи заявки: 2006.12.12 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2006.12.12 
(45) Опубликовано: 2008.06.10 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 1309221 A1, 07.05.1987. SU 584415 A1, 15.12.1977. US 699881 B2, 14.02.2006. 
(72) Автор(ы): Карпеев Виктор Александрович (RU); Никитин Владимир Михайлович (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Открытое акционерное общество "Чебоксарский электроаппаратный завод" (RU) 
Адрес для переписки: 428000, Чувашская Республика, г.Чебоксары, пр. И. Яковлева, 5, ОАО "ЧЭАЗ", Техническому директору Г.П. Варганову 

(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА НА ВЫХОДЕ МОСТОВОГО ТРАНЗИСТОРНОГО ИНВЕРТОРАИзобретение относится к электротехнике, в частности к релейным системам автоматического регулирования тока, и может быть использовано в силовых преобразователях постоянного и переменного тока с контуром отрицательной обратной связи по току нагрузки инвертора. Способ регулирования тока на выходе мостового транзисторного инвертора, выполненного из параллельно присоединенных к источнику двухключевых модулей с логическими устройствами, обеспечивающими открытое состояние либо верхних, либо нижних транзисторов двухключевых модулей, при котором измеряют мгновенное значение и знак тока на выходе инвертора, сравнивают измеренное значение с сигналом задания тока, определяют знак и величину их разности (сигнал ошибки), после достижения сигналом ошибки порогового значения переключают транзисторы только в одном из двухключевых модулей, и при открытых только верхних или только нижних транзисторах модулей начинают отсчет выдержки времени , и при неизменном знаке сигнала ошибки переключают транзисторы второго двухключевого модуля, а при изменении знака сигнала ошибки и достижении им порогового значения переключают транзисторы первого модуля до окончания выдержки времени . Технический результат - повышение КПД и точности регулировании инвертора. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. 




ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к электротехнике, в частности к релейным системам автоматического регулирования тока, и может быть использовано в силовых преобразователях постоянного и переменного тока с контуром отрицательной обратной связи по току нагрузки инвертора.

Известен способ регулирования тока на выходе мостового инвертора [1], при котором измеряют значение и знак тока на его выходе, сравнивают его с заданным значением тока, определяют величину и знак их разности (ошибку регулирования). Затем измеренную ошибку сравнивают с двумя значениями пороговой величины I и I'', из которых I> I''. В результате сравнений по специальной программе формируют последовательность включения и выключения силовых транзисторов моста. Форма выходного тока инвертора с таким способом регулирования получается двухступенчатой и всегда с максимальной амплитудой отклонения I в обе стороны от заданного значения I зад.

Более плавную кривую тока с одноступенчатой пульсацией обеспечивает способ регулирования, предложенный в [2]. При этом способе также определяют величину и знак ошибки регулирования тока, а также знак тока и, при положительном знаке разности (ошибки), снимают команду на включение одного из транзисторов отрицательного направления тока и одновременно включают отсчет выдержки времени. После окончания выдержки команда на выключение транзистора снимается. При отрицательном знаке разности производят аналогичные операции с транзистором положительного направления тока с учетом соответствующей выдержки времени. Регулировка выдержки времени в функции сигнала ошибки осуществляется после его выпрямления, т.е. по модулю этого сигнала.

Недостатком такого способа регулирования тока является несовпадение среднего значения тока с его заданием. При формировании синусоидального тока этот способ приводит к отставанию по фазе основной гармоники тока от сигнала его задания, т.е. к неточности регулирования.

Предлагаемый в настоящем изобретении способ регулирования тока не имеет отмеченного недостатка. Среднее значение тока всегда совпадает с его заданием. При том же допустимом уровне высокочастотных пульсаций тока нагрузки (высокочастотных отклонений от сигнала задания) это позволяет иметь меньшую частоту включений и выключений транзисторов силового моста, т.е. иметь меньше, чем у прототипа потери на переключение силовых транзисторов и, следовательно, иметь более высокий коэффициент полезного действия (КПД) инвертора.

Технический результат - повышение КПД и точности регулирования тока инвертора.

Технический результат достигается тем, что переключение двухключевых модулей инвертора выполняют по сигналу ошибки регулирования тока и после того, как она достигнет порогового значения, переключают только один из модулей, затем сравнивают их состояние и, если оно оказывается одинаковым, начинают отсчет выдержки времени . Если за время сигнал ошибки не меняет знак, то переключают транзисторы второго двухключевого модуля, если же до окончания выдержки сигнал ошибки меняет знак и достигает пороговой величины другого знака, то переключают транзисторы первого модуля, не дожидаясь окончания выдержки .

Предлагаемый способ регулирования тока может быть реализован, например, с помощью устройства, функциональная схема которого приведена на фиг.2, а на фиг.1 показана диаграмма изменения выходного тока инвертора.

Устройство для реализации способа содержит задатчик тока 1, суммирующее устройство 2, элемент задержки 3, переключатель сигналов 4, релейные элементы 5 и 6, счетный триггер 7, логический элемент «исключающий или» 8, инвертор сигнала 9, логические устройства 10 и 11, двухключевые транзисторные модули 12 и 13, нагрузку 14 и датчик тока 15.

Задатчик тока 1 представляет собой регулируемый источник напряжения, например потенциометр, а функции суммирующего устройства 2 обычно реализуется с помощью операционного усилителя

Элемент задержки 3 представляет собой устройство с двумя входами, из которых первый сигнальный, а второй логический. Если на его втором входе присутствует логический нуль, то на выходе элемента задержки формируется сигнал в виде интегральной функции от сигнала на первом входе. Если же на втором входе элемента присутствует логическая единица, то на его выходе устанавливается нулевой сигнал независимо от уровня и знака сигнала на его первом входе.

Переключатель сигналов 4 состоит из четырех полупроводниковых ключей, управляющие входы которых попарно объединены, как показано на фиг.2, и с помощью логических сигналов на этих входах обеспечивают либо присоединение своего первого входа к первому выходу, а второго входа ко второму выходу, если комбинация сигналов на управляющих входах переключателя 01 и соответственно первого входа ко второму выходу, а второго входа - к первому выходу, если комбинация сигналов на его управляющих входах будет 10.

Выходы переключателя сигналов 4 подключены ко входам релейных элементов 5 и 6 с одинаковыми для обоих симметричными гистерезисными характеристиками. Первый выход - ко входу релейного элемента 5, а второй - ко входу релейного элемента 6.

Выход релейного элемента 5 подключен ко входу логического устройства 10, управляющего двухключевым модулем 12, и к первому входу логического элемента 8, а выход релейного элемента 6 ко второму входу логического элемента 8 и через инвертирующий элемент 9 ко входу логического устройства 11, управляющего двухключевым модулем 13.

Логический элемент 8 обеспечивает на своем выходе логическую единицу, если на его входах сигналы имеют одинаковый знак (оба плюс или оба минус) и обеспечивают логический нуль, если на его входах оказываются различные по знаку сигналы.

Логические устройства 10 и 11 обеспечивают открытое состояние «верхнего» транзистора двухключевого модуля, если на входе устройства сигнал положителен, и открытое состояние нижнего транзистора этого же модуля, если сигнал на его входе отрицателен. При изменении знака сигнала логическим устройством обеспечивается стандартная задержка на отпирание транзисторного ключа, исключающая «сквозной» ток в транзисторном модуле.

Выход логического элемента 8 (стандартный элемент логики «исключающий или») подключен к счетному входу триггера 7 и ко второму логическому входу элемента задержки 3. Счетный триггер 7 переключается передним фронтом выходного сигнала логического элемента 8. Выходы триггера 7 подключены к управляющим входам ключей переключателя сигналов 4, формируя логический код либо 01, либо 10.

Знак и крутизна нарастания выходного сигнала элемента задержки 3 при каждом появлении логического нуля на его втором входе зависят от знака и величины сигнала на его первом входе, т.е. от величины ошибки по току, которая в виде пропорционального ей сигнала формируется на выходе суммирующего устройства 2. Время, в течение которого выходной сигнал элемента задержки достигает порога срабатывания одного из релейных элементов 5 или 6, и является временем выдержки .

Присоединенные параллельно к источнику U n двухключевые модули 12 и 13 образуют мост, в диагональ которого последовательно включены нагрузка 14 и датчик тока 15. Выход датчика тока 15 подключен ко второму входу суммирующего устройства 2.

Нагрузка представляет собой электрическую цепь из последовательно соединенных активного сопротивления R н, индуктивности Lн и противо ЭДС Ен. Будем считать, что всегда выполняется условие Un>Eн.

Работу устройства удобнее рассмотреть вначале без учета работы переключателя сигналов 4, полагая, что счетный вход триггера 7 отключен от выхода логического элемента 8, при этом выход триггера 7 находится в состоянии 01. Это означает такое состояние ключей переключателя, при котором выход суммирующего устройства 2 постоянно подключен ко входу релейного элемента 5 и, через элемент задержки 3, ко входу релейного элемента 6.

Предположим, что под действием сигнала ошибки релейные элементы 5 и 6 имеют один и тот же знак выходного сигнала, например «плюс». Это означает, что открыты верхний транзистор двухключевого модуля 12 и нижний модуля 13, при этом на выходе логического элемента 8 присутствует сигнал в виде логической единицы, которая обнуляет выход элемента задержки 3. Под действием напряжения источника плюс U n и противо ЭДС ток в цепи нагрузки возрастает в положительном направлении (интервал времени t1-t 2). На этом интервале будем считать, что противо ЭДС направлена встречно положительному току.

После того как ток нагрузки возрастет до значения больше заданного на величину (момент t2), ошибка регулирования, изменив свой знак, достигает порога срабатывания релейного элемента 5. На выходе его появляется отрицательный сигнал, запирающий верхний и отпирающий нижний транзистор двухлключевого модуля 12. Одновременно на выходе логического элемента 8 появляется логический нуль и начинается отсчет выдержки времени . Установившаяся на этом интервале комбинация сигналов удерживает замкнутыми нижние транзисторы двухключевых модулей 12 и 13. Цепь нагрузки закорочена и ток спадает под действием противо ЭДС (интервал t2-t 3).

Если ток нагрузки успевает снизиться до величины Iзад.- за время меньше выдержки , то происходит обратное переключение релейного элемента 5 (момент t3) с появлением положительного знака на его выходе и логической единицы на выходе элемента 8. Снова обнуляется выход элемента задержки 3, а под действием напряжения Un-Eн ток нагрузки снова возрастает до значения Iзад.+ (интервал t3-t4 ).

В момент t4 ошибка регулирования, изменив свой знак, снова достигает порога срабатывания релейного элемента 5, на выходе его снова появляется отрицательный сигнал, снова образуется короткозамкнутая цепь из нижних транзисторов модулей 12 и 13, и снова ток спадает под действием противо ЭДС (интервал t4-t5). Далее процесс может повторяться в уже описанной последовательности.

Пусть теперь противо ЭДС направлена согласно с током и начальные условия соответствуют моменту t5. Ток в цепи нагрузки, закороченной нижними транзисторами модулей 12 и 13, с момента t5 уже будет нарастать под действием изменившегося знака противо ЭДС, увеличивая ошибку регулирования и одновременно сокращая время .

В момент t6 окончания выдержки отрицательным сигналом с выхода элемента задержки 3 переключается релейный элемент 6 с появлением отрицательного знака на его выходе. В таком состоянии схемы выходы релейных элементов 5 и 6 будут оба отрицательны. Это означает, что открыт нижний транзистор модуля 12 и верхний - модуля 13. Ток нагрузки уменьшается под действием разности напряжений минус Un и противо ЭДС, совпадающей по напряжению с током нагрузки (интервал t6-t7).

После того как ток нагрузки снизится до значения Iзад. - (момент t7), ошибка регулирования, изменив свой знак, достигает порога срабатывания релейного элемента 5, на выходе которого появляется положительный сигнал. Теперь уже верхние транзисторы двухключевых модулей 12 и 13 удерживают цепь нагрузки в закороченном состоянии и ток снова увеличивается под действием против ЭДС (интервал t7-t 8). В момент t8 он достигает величины Iзад.+ и, следовательно, порога срабатывания релейного элемента 5, который изменяет знак на выходе с положительного на отрицательный. На новом интервале t8-t 9 будут открыты нижний транзистор модуля 12 и верхний модуля 13. Ток нагрузки снова уменьшится под действием разности напряжений минус Un и противо ЭДС, совпадающей по знаку с током Iн, достигая уровня I н- в точке t9 и, следовательно, порога срабатывания релейного элемента 5. На выходе его устанавливается положительный сигнал. Снова замкнуты верхние транзисторы двухключевых модулей и в закороченной цепи нагрузки ток снова увеличивается под действием противо ЭДС (интервал t9-t 10). Далее процесс может повторяться в описанной последовательности.

Пусть теперь противо ЭДС станет равной нулю и начальные условия соответствуют моменту t10. Нарастание тока в закороченной верхними транзисторами цепи нагрузки прекратится, и за счет активного сопротивления в этой цепи ток начнет медленно спадать. После окончания выдержки времени в момент t11 положительным сигналом с выхода элемента задержки 3 переключается релейный элемент 6. В результате на интервале t11-t 12 открыты верхний транзистор модуля 12 и нижний - модуля 13. Ток нагрузки возрастает под действием напряжения плюс U n, при этом на выходе логического элемента 8 присутствует сигнал в виде логической единицы, т.е. выход элемента задержки 3 равен нулю. В момент t12 ток достигает значения Iзад.+ , а вместе с ним и порога срабатывания релейного элемента 5, который переключается в положение с отрицательным выходом, и цепь нагрузки оказывается закороченной нижними транзисторами модулей. Начинается отсчет выдержки времени . Ток опять медленно спадает (интервал t 12-t13). В момент t 13 заканчивается выдержка времени и отрицательным сигналом с выхода элемента задержки 3 переключается релейный элемент 6. В новом состоянии схемы открыт нижний транзистор модуля 12 и верхний модуля 13. Ток спадает под действием напряжения минус Un (интервал t13-t14). В момент t14 он достигает значения I зад.- , т.е. порога срабатывания релейного элемента 5, который переключается в положение с положительным выходом. Цепь нагрузки снова закорочена верхними транзисторами модулей, при этом ток нагрузки продолжает медленно спадать, увеличивая ошибку на выходе суммирующего устройства и одновременно сокращая время выдержки (интервал t14-t15 ).

В момент t15 заканчивается выдержка и положительным сигналом на выходе элемента задержки 3 происходит переключение релейного элемента 6. Выходы релейных элементов 5 и 6 положительны, на выходе логического элемента 8 сигнал в виде единицы, выход элемента задержки 3 «обнуляется», а в силовой схеме открыты верхний транзистор модуля 12 и нижний модуля 13. Ток в цепи нагрузки возрастает под действием напряжения плюс Un (интервал t15 -t16). В момент t16 ток достигает значения Iзад+ , а сигнал ошибки - отрицательного порога срабатывания релейного элемента 5. На его выходе после переключения формируется отрицательный сигнал и цепь нагрузки снова закорочена открытыми нижними транзисторами модулей 12 и 13 (интервал t 16-t17). Далее процесс может продолжаться в описанной последовательности.

Пусть теперь задание тока станет равным нулю и начальные условия будут соответствовать моменту t17. Под действием большой по абсолютной величине отрицательной ошибке на выходе суммирующего устройства происходит быстрое нарастание по модулю отрицательного сигнала на выходе элемента задержки 3 и переключения релейного элемента 6 в состояние с отрицательным выходом (моменту t 18). На интервале t18-t 19 открыты нижний транзистор модуля 12 и верхний модуля 13. Ток нагрузки спадает под действием напряжения минус U n и в момент t19 достигает значения минус , т.е. положительного порога срабатывания релейного элемента 5, который возвращается в состояние с положительным сигналом на выходе. Цепь нагрузки снова закорочена верхними транзисторами модулей 12 и 13, а ток медленно уменьшается по модулю до момента окончания выдержки времени (интервал t19-t20 ). В момент t20 положительным сигналом с выхода элемента задержки 3 переключается релейный элемент 6 и на интервале t20-t21 открыты верхний транзистор модуля 12 и нижний - модуля 13. Ток нагрузки возрастает до значения плюс и, следовательно, до отрицательного порога срабатывания релейного элемента 5. На интервале t21-t 22 цепь нагрузки снова закорочена нижними транзисторами модулей. В момент t22 снова происходит переключение релейного элемента 6 под действием отрицательного сигнала элемента задержки. Далее процесс продолжается в описанной последовательности, как показано на фиг.1.

Итак, мы рассмотрели работу устройства, реализующего способ регулирования тока во всех возможных режимах эксплуатации инвертора, но без учета переключателя сигналов 4 и триггера 7. Нетрудно убедиться, что в такой схеме при длительной работе инвертора на цепь нагрузки с однонаправленными током и противо ЭДС, например при работе на якорь двигателя постоянного тока, возникает неравномерная загрузка по току транзисторов и обратных диодов модулей 12 и 13. Это обусловлено тем, что нулевая пауза выходного напряжения постоянно формируется за счет открытого состояния только верхних либо только нижних транзисторов двухключевых модулей. В эти моменты ток, протекая по одному из них и обратному диоду другого, будет вызывать более сильный перегрев таких более загруженных по току элементов. Чтобы избежать этого, можно периодически менять местами входы подключения релейных элементов с помощью переключателя сигналов 4, подключая вход релейного элемента 5 то к выходу суммирующего устройства 2, то к выходу элемента задержки 3, а вход релейного элемента 6 соответственно то к выходу элемента задержки 3, то к выходу суммирующего устройства 2. Периодичность таких переключений можно обеспечить с помощью триггера 7 со счетным входом, используя в качестве сигнала для переключения выход логического устройства 8.

Источники информации

1. Бродовский В.Н., Иванов Е.С. Приводы с частотно-токовым управлением. М.: Энергия, 1974.

2. А.с. №1309221 от 01.07.87, Бюл. №17. Н.В.Донской, В.А.Матисон. Способ регулирования тока на выходе мостового транзисторного инвертора.




ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


1. Способ регулирования тока на выходе мостового транзисторного инвертора, выполненного из параллельно присоединенных к источнику двухключевых модулей с логическими устройствами, обеспечивающими открытое состояние либо верхних, либо нижних транзисторов двухключевых модулей, при котором измеряют мгновенное значение и знак тока на выходе инвертора, сравнивают измеренное значение с сигналом задания тока, определяют знак и величину их разности (сигнал ошибки), отличающийся тем, что после достижения сигналом ошибки порогового значения переключают транзисторы только в одном из двухключевых модулей и при открытых только верхних или только нижних транзисторах модулей начинают отсчет выдержки времени , и при неизменном знаке сигнала ошибки переключают транзисторы второго двухключевого модуля, а при изменении знака сигнала ошибки и достижении им порогового значения переключают транзисторы первого модуля до окончания выдержки времени .

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину выдержки времени т уменьшают при увеличении сигнала ошибки.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что переход двухключевых модулей в одинаковые состояния выполняют, обеспечивая в них чередование открытых верхних с открытыми нижними транзисторами.





ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru