МОСТОВОЙ ИНВЕРТОР

МОСТОВОЙ ИНВЕРТОР


RU (11) 2058657 (13) C1

(51) 6 H02M7/48 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - действует 

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

(21) Заявка: 92011864/07 
(22) Дата подачи заявки: 1992.12.14 
(45) Опубликовано: 1996.04.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Патент WO N 90/16111, кл. H 02P 6/02, 1991. 2. Европейский патент N 0397514, кл. H 02P 7/00, 1991. 
(71) Заявитель(и): Научно-производственное предприятие "Эметрон" 
(72) Автор(ы): Сулейманов У.М.; Коломейцев В.Л.; Звездунов Д.А.; Коломейцев Л.Ф.; Пахомин С.А. 
(73) Патентообладатель(и): Научно-производственное предприятие "Эметрон" 

(54) МОСТОВОЙ ИНВЕРТОР 

Изобретение относится к электротехнике, а точнее к системам управления однофазным реактивным электродвигателем для бытовой техники. Сущность изобретения: мостовой инвертор содержит переключатели и обратные диоды. Нагрузка и обмотка двигателя соединены последовательно с переключателями и внешним источником тока, а схема его управления включает в себя компаратор, логический элемент И, датчика тока, источник опорного тока. Для упрощения конструкции инвертор снабжен одновибратором, вход которого соединен с выходом компаратора, а выход - с входом элемента И, выход которого соединен с переключателем. 2 з. п. ф-лы, 4 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнике, а точнее к системам управления однофазными реактивными электродвигателями для бытовой техники, например для стиральных машин.

Известно устройство управления реактивным двигателем [1] Статор реактивного двигателя содержит несколько полюсов, сгруппированных попарно и расположенных на диаметрально противоположных сторонах статора. В каждой паре статорных полюсов обмотки подключаются к внешнему источнику питания постоянного тока через два переключателя с независимым управлением. Первый переключатель соединяет обмотки с положительным зажимом источника, а второй с отрицательным. Два диода, взаимодействующие с переключателями, обеспечивают непрерывное и однонаправленное протекание тока через обмотки. Блоки управления формируют сигналы управления для переключателей. Причем сигналы на замыкание каждой пары переключателей приходят одновременно, а сигналы на их размыкание сдвинуты во времени.

Недостатками данного технического решения являются сложность системы управления и то, что сигналы на замыкание каждой пары переключателей проходят одновременно, а на размыкание сдвинуты во времени, что не позволяет эффективно управлять реактивным двигателем.

Известен мостовой инвертор и схема управления таким инвертором [2] который предназначен для подачи питания на многофазную переключаемую реактивную электрическую машину. Фазные плечи инвертора состоят из верхнего и нижнего коммутационных элементов, соединенных последовательно с фазными обмотками машины. Верхний обратный диод включен параллельно последовательной цепи, образованной верхним коммутационным элементом и фазной обмоткой. Нижний обратный диод включен параллельно последовательной цепи, образованной нижним коммутационным элементом и соответствующей фазной обмоткой. Последовательные цепи подсоединены к внешнему источнику постоянного тока. Схема управления состоит из нескольких токоизмерительных блоков, каждый из которых соединен с соответствующим фазным плечом инвертора и вырабатывает сигнал, пропорциональный мгновенному значению протекающего по нему фазного тока. Схема имеет блок, формирующий опорный ток, и несколько компараторов. Каждый компаратор, соединенный с соответствующим измерительным блоком, сравнивает измеренную величину тока с опорной и вырабатывает сигнал с первым логическим уровнем, когда измеренный ток превышает опорный на первую заданную величину, и сигнал вторым логическим уровнем, когда измеренный ток меньше опорного на вторую заданную величину.

Недостатком данного источника инвертора, принятого за прототип, и схемы управления таким инвертором также является сложность системы управления, связанная с заданием отклонения фактического тока относительно опорного на две заданные величины.

Изобретение направлено на упрощение мостового инвертора и схемы его управления.

С этой целью в мостовом инверторе, содержащем последовательную цепь из первого переключателя, выводов для подключения нагрузки и второго переключателя, включенную между выводами для подключения источника питания, два обратных диода, один из которых включен параллельно последовательной цепи из первого переключателя и выводов для подключения нагрузки, а другой параллельно последовательной цепи из второго переключателя и выводов для подключения нагрузки. Кроме того, компаратор, логический элемент И, токоизмерительный элемент, включенный входными выводами последовательно в цепь, образованную переключателями и выводами для подключения нагрузки, источник опорного напряжения, при чем выходы источника опорного напряжения и токоизмерительного элемента соединены с соответствующими входами компаратора, управляющий элемент для формирования сигналов на включение и отключение переключателей, соединенный выходом с первым входом логического элемента И, выход которого соединен с входом управления второго переключателя, согласно изобретению, схема управления снабжена дополнительным элементом одновибратором, вход которого соединен с выходом компаратора и выходом управляющего элемента, выход с вторым входом логического элемента, а выход управляющего элемента, например датчика положения ротора реактивного электродвигателя, соединен с входом управления первого переключателя. При этом сигнал на выключение переключателей на выходе управляющего элемента является запускающим для одновибратора, а сигнал, формируемый на выходе одновибратора после его запуска, является сигналом на выключение переключателя.

Для снижения пульсаций тока реактивного двигателя в мостовом инверторе управляющий элемент снабжается вторым выходом, который соединен с входом-одновибратора.

С целью использования в качестве токоизмерительного элемента обыкновенного шунта, не требующего гальваноразвязок, этот элемент схемы последовательно включается в цепь между вторым переключателем и выводами для подключения источника питания.

Данное техническое решение значительно упрощает конструкцию мостового инвертора и схему его управления, что существенно снижает его стоимость и позволяет использовать однофазные реактивные индукторные электродвигатели для бытовой техники.

На фиг. 1 изображен мостовой инвертор и схема его управления; на фиг.2 мостовой инвертор и схема его управления с уменьшенными пульсациями тока в нагрузке; на фиг. 3 временные диаграммы; на фиг.4 пример выполнения управляющего элемента.

Мостовой инвертор содержит (фиг.1) первый переключатель 1 и второй переключатель 2, соединенные последовательно с выводами 3 и 4 для подключения нагрузки, а также первый обратный диод 5, включенный параллельно последовательной цепи из переключения 1 и выводов 3 и 4 для подключения нагрузки, и второй обратный диод 6, включенный параллельно последовательной цепи из переключателя 2 и выводов для подключения нагрузки. К последовательной цепи из переключателей и выводов для подключения нагрузки при помощи выводов 7 и 8 подключен внешний источник 9 питания. Схема содержит также измерительный элемент 10, включенный последовательно в цепь между переключателем 2 и выводом 8, источник 11 опорного тока и компаратор 12. Выход элемента 10 соединен с первым входом компаpатора 12. Выход источника 11 соединен с вторым входом компаратора 12. Выход компаратора соединен с входом одновибратора 13. Выход одновибратора соединен с вторым входом логического элемента 14. Выход элемента 14 соединен с входом управления переключателя 2. Кроме того, схема содержит управляющий элемент 15, выход которого соединен с входом управления переключателя 1 и с первым входом элемента 14, а также входом одновибратора 13.

Схема может быть дополнена (фиг.2) вторым выходом управляющего элемента 15, который соединен с входом одновибратора 13.

Работу инвертора (фиг.2) можно пояснить временными диаграммами (фиг.3). Сигнал на подключение нагрузки к источнику 9 питания, т.е. на замыкание переключателей 1,2 в момент времени t1, вырабатывается элементом 15 и с его первого выхода (фиг.3а) поступает на вход управления переключателя 1, а также на первый вход элемента 14. Одновременно на втором выходе элемента 15, на выходе компаратора 12 и выходе одновибратора 13 (фиг.3б,г) присутствует сигнал на замыкание переключателя 2, поступающий на первый вход элемента 14. Таким образом, сигнал на замыкание, поступающий на вход переключателя 1, а также совпадение сигналов на замыкание на обоих входах элемента 14 и появление такого же сигнала на его выходе (фиг.3д) в момент t1 вызывают замыкание обоих переключателей и проявление нарастающего тока в нагрузке (фиг.3,в) и через переключатель 2 в компараторе 12 (фиг.3е). В тот момент, когда мгновенное значение тока компаратора преобразованное элементом 10, превысит значение опорного тока iоп, вырабатываемое элементом 11, компаратор 12 в момент времени t2 подает на вход одновибратора 13 сигнал на отключение переключателя 2. Одновибратор 13 в течение заданного интервала времени t3 t2 вырабатывает сигнал (фиг. 3г) на размыкание переключателя 2, который, пройдя через элемент 14, вызывает размыкание переключателя 2. При этом ток в нагрузке перестает нарастать и в течение интервала t3 t2 спадает, замыкаясь через обратный диод 5. Ток компаратора 12 (фиг.3е), протекающий через переключатель 2, прерывается на время, равное t3 t2.

Повторное замыкание переключателя 2 возможно только после интервала времени, задаваемого одновибратором 13, что ограничивает предельную частоту коммутаций переключателя 2.

Сигнал на отклонение нагрузки от источника питания вырабатывается элементом 15 и поступает с его первого выхода на переключатель 1 и второй вход элемента 1-4, а также с его второго выхода на вход одновибратора 13. По сигналу на отключение нагрузки размыкаются переключатели 1, 2, причем одновибратор обеспечивает разомкнутое состояние переключателя 2 в течение заданного интервала времени t5 t4. После размыкания переключателей 1 и 2 ток в нагрузке быстро спадает через диоды 5 и 6 под действием обратного напряжения.

Пример конкретного выполнения управляющего элемента 15 с использованием интегрального таймера КР1006ВИ1 с пояснением части его внутренней структуры приведен на фиг. 4. В состав управляющего элемента входит также оптический датчик положения ротора электродвигателя на элементах HL и VD. Фотодиод VD изменяет свою проводимость в зависимости от углового положения ротора управляемого электродвигателя, а интегральная схема D1 формирует сигнал на замыкание или размыкание переключателей по двум выходам: "активному" и "пассивному", соответствующим выходу I (вывод 3 схемы D1) и выходу II (вывод 7 схемы D1) управляющего элемента 15. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. МОСТОВОЙ ИНВЕРТОР, содержащий последовательную цепь из первого переключателя, выводов для подключения нагрузки и второго переключателя, включенную между выводами для подключения источника питания, два обратных диода, один из которых включен параллельно последовательной цепи из первого переключателя и выводов для подключения нагрузки, а другой параллельно последовательной цепи из второго переключателя и выводов для подключения нагрузки, кроме того, компаратор, логический элемент И, токоизмерительный элемент, включенный входными выводами последовательно в цепь, образованную переключателями и выводами для подключения нагрузки, источник опорного напряжения, при этом выходы источника опорного напряжения и токоизмерительного элемента соединены с соответствующими входами компаратора, управляющий элемент для формирования сигналов на включение и отключение переключателей, соединенный выходом с первым входом логического элемента И, выход которого соединен с входом управления второго переключателя, отличающийся тем, что в него введены одновибратор, вход которого соединен с выходами компаратора и управляющего элемента, а выход с вторым входом логического элемента И, выход управляющего элемента соединен с входом управления первого переключателя, при этом сигнал на выключение переключателей на выходе управляющего элемента является запускающим для одновибратора, а сигнал, формируемый на выходе одновибратора после его запуска, является сигналом на выключение переключателя.

2. Инвертор по п.1, отличающийся тем, что управляющий элемент снабжен вторым выходом, который соединен с входом одновибратора.

3. Инвертор по п.1 или 2, отличающийся тем, что токоизмерительный элемент последовательно включен в цепь между вторым переключателем и выводом для подключения источника питания.