Інвертор напруги

Інвертор напруги, що містить в собі чотири силових ключі з двосторонньою провідністю, з'єднані по мостовій схемі, діагональ змінного струму якої утворює вихідні ланцюги інвертора, а діагональ постійного струму - відповідно вхідні ланцюги інвертора, і систему керування, включаючу в себе з'єднані послідовно задаючий генератор, фазорозщеплювач з тактовим входом, до виходів якого підключені входами два основних підсилювальнорозв'язуючих вузли, виходами зв'язані з ланцюгами керування ключів з двосторонньою провідніс 29199 З відомих інверторів напруги найбільш близьким технічним рішенням являється інвертор напруги, описаний в а.с. (СССР) № 744870, кл. Н02М5/27, 1980 (прототип). Інвертор напруги містить в собі чотири ключі з двосторонньою провідністю, з'єднані по мостовій схемі, і систему керування, виконану в вигляді з'єднаних послідовно задаючого генератора, фазорозщеплювача, до виходу якого підключені підсилювально-розв'язуючі вузли, виходами зв'язані з ланцюгами керування ключів з двосторонньою провідністю. Недоліком описаного інвертора являється низька надійність функціонування при роботі на активно-індуктивне навантаження, зв'язана з виникненням перенапруг на силових елементах інвертора при примусовому запиранні його транзисторів по системі керування. Дійсно, якщо при роботі на активно-індуктивне навантаження і при умові періодичної подачі системою керування імпульсів керуючої напруги має місце нормальний енергообмін між реактивним навантаженням і живлячою мережою через ключі з двосторонньою провідністю, то по іншому складуються обставини на інтервалі виключення інвертора. Інвертор може бути відключений від навантаження по силовому ланцюгу з допомогою контактора (механічного чи електромеханічного) з послідуючим зняттям імпульсів з ланцюгів керування транзисторів по інформаційному тракту системи керування, або примусовим одночасним запиранням всіх чотирьох транзисторів з послідуючим відключенням від силової мережі з допомогою контактора і разрядом енергоємних накопичувачів, або переводом інвертора в режим формування "нульової" напруги на навантаженні, шляхом одночасного відпирання одної пари транзисторів, що знаходяться в різних діагоналях моста, і в той же час запирання другої пари транзисторів. Перший з перечислених способів застосовується при штатних виключеннях інвертора і мало придатний при аварійних відключеннях із-за відносно великої інерційності. Другий, враховуючи його високу швидкодію, найбільш часто застосовують в аварійних ситуаціях і поширюють на штатні. Однак, при цьому на навантаженні і на елементах інвертора виникають значні перенапруги за рахунок розриву шляху замикання реактивного струму навантаження. Третій спосіб найбільш придатний при забезпеченні швидкого (що також обтяжливо) переводу інвертора в режим формування "нульової" напруги, але зовсім непридатний при виході з ладу одного з транзисторів. Крім того, процес виникнення перенапруг виявляється і при штатному формуванні пауз між моментами переключення транзисторів з ціллю зняття ефекта протікання "наскрізних" струмів по стійках силових ключів. В основу винаходу покладено завдання створити такий інвертор напруги, в якому введення нових блоків і вузлів, а також виконання відповідної конфігурації з'єднань між ними, дозволило б забезпечити його роботу без виникнення перенапруг на силових елементах і на навантаженні як в установленому режимі, так і на інтервалах штатних, а також аварійних відключень від живлячої мережі, і за рахунок цього підвищити надійність інвертора. Поставлене завдання вирішується тим, що в інверторі напруги, який містить в собі чотири силових ключі з двосторонньою провідністю, з'єднані по мостовій схемі, діагональ змінного струму якої утворює вихід інвертора, а діагональ постійного струму - відповідно вхід інвертора, і систему керування, включаючу в себе з'єднані послідовно задаючий генератор, фазорозщіплювач з тактовим входом, до виходів якого підключені входами два основних підсилювально-розв'язуючих вузли, виходами зв'язані з ланцюгами керування ключів з двосторонньою провідністю, і інформаційно-пусковий блок, виходом зв'язаний з тактовим входом фазорозщіплювача, новим є те, що він доповнений мостовим випрямлячем, діагоналлю змінного струму підключеним до вихідних ланцюгів інвертора, двома допоміжними ключами з двосторонньою провідністю, кожний з яких створений двома транзисторами, зустрічно-паралельно яким включені діоди, до того ж, в одному з них транзистори з'єднані емітерами і зв'язані з анодною групою діодів мостового випрямляча, а колектори підключені до вхідних ланцюгів інвертора, в другому транзистори з'єднані колекторами і зв'язані з катодною групою діодів мостового випрямляча, а емітери підключені до вхідних ланцюгів інвертора, нуль-органом, входом зв'язаним з вхідними ланцюгами інвертора, допоміжним підсилювально-розв'язуючим вузлом, входом підключеним до виходу нуль-органа, а виходами до ланцюгів керування допоміжних ключів з двосторонньою провідністю. Введення в інвертор напруги, який містить в собі чотири силових ключі з двосторонньою провідністю, з'єднані по мостовій схемі, діагональ змінного струму якої утворює вихідні ланцюги інвертора, а діагональ постійного струму - відповідно вхідні ланцюги інвертора, і систему керування, включаючу в себе з'єднані послідовно задаючий генератор, фазорозщіплювач з тактовим входом, до виходів якого підключені входами два основних підсилювально-розв'язуючих вузли, виходами зв'язані з ланцюгами керування ключів з двосторонньою провідністю, і інформаційно-пусковий блок, виходом зв'язаний з тактовим входом фазорозщіплювача, мостового випрямляча, діагоналлю змінного струму підключеного до вихідних ланцюгів інвертора, двох допоміжних ключів з двосторонньою провідністю, кожний з яких створений двома транзисторами, зустрічно-паралельно яким включені діоди, до того ж, в одному з них транзистори з'єднані емітерами і зв'язані з анодною групою діодів мостового випрямляча, а колектори підключені до вхідних ланцюгів інвертора, в другому транзистори з'єднані колекторами і зв'язані з катодною групою діодів мостового випрямляча, а емітери підключені до вхідних ланцюгів інвертора, нуль-органу, входом зв'язаного з вхідними ланцюгами інвертора, допоміжного підсилювально-розв'язуючого вузла, входом підключеного до виходу нуль-органа, а виходами до ланцюгів керування допоміжних ключів з двосторонньою провідністю, дозволило створити додаткові, відсутні в прототипі, реверсивні кола замикання реактивної складової струму навантаження інвертора, об'єднуючі вихідні і вхідні ланцюги інвертора в процесі вільного енергообміну на всіх інтервалах його роботи. Ця обставина дозволяє роботу інвертора на активно-індуктивне навантажен 2 29199 ня без виникнення перенапруг на силових елементах як в установленому режимі, так і на інтервалах штатних і аварійних відключень від живлячої мережі, і, як слідство, підвищити його надійність. До сказаного слід додати, що описана вище конфігурація інвертора, крім відмічених позитивних якостей, дозволяє застосовувати алгоритм керування силовими ключами, що знаходяться в одній стійкі, з любими наперед вибраними часовими паузами. Це, в свою чергу, дозволяє побудову силових ключів на основі комбінованих тиристорнотранзисторних структур, значно підвищуючих вихідну потужність інвертора напруги. До того ж при такому алгоритмі керування силовими ключами зникає проблема протікання "наскрізних" струмів по стійках силових ключів. Суть винаходу пояснюється кресленням. На фіг. 1 показана схема електрична функціональна інвертора напруги. На фіг. 2, фіг. 3 - приклади виконання силових ключів з двосторонньою провідністю. На фіг. 4 - приклади виконання підсилювально-розв'язуючих вузлів. На фіг. 5 - схема фазорозщеплювача і інформаційно-пускового блока, на фіг. 6 - схема нуль-органа. В пропонуємому прикладі технічного рішення інвертор напруги містить в собі чотири силових ключі 1 з двосторонньою провідністю, з'єднані по мостовій схемі, діагональ змінного струму якої утворює вихідні ланцюги 2 інвертора, а діагональ постійного струму - відповідно вхідні ланцюги 3 інвертора, і систему керування, включаючу в себе з'єднані послідовно задаючий генератор 4, фазорозщеплювач 5 з тактовим входом 6, до виходів якого підключені входами два основних підсилювально-розв'язуючих вузли 7, виходами зв'язані з ланцюгами керування ключів 1 з двосторонньою провідністю, і інформаційно-пусковий блок 8, виходом зв'язаний з тактовим входом 6 фазорозщеплювача 5. В склад інвертора входять: мостовий випрямляч на діодах 9, діагоналлю змінного струму підключений до вихідних ланцюгів 2 інвертора, два допоміжних ключа 10, 11 с двосторонньою провідіністю, кожний з яких створений двома транзисторами 12, 13 і 14, 15, зустрічно-паралельно яким включені діоди 16, до того ж, в одному - 10 з них транзистори з'єднані емітерами і зв'язані з анодною групою діодів 9 мостового випрямляча, а колектори підключені до вхідних ланцюгів 3 інвертора, в другому - 11 транзистори 14, 15 з'єднані колекторами і зв'язані з катодною групою діодів 9 мостового випрямляча, а емітери підключені до вхідних ланцюгів 3 інвертора. Система керування інвертором, крім вказаних вище блоків, вміщує в собі нуль-орган 17, входом зв'язаний з вхідними ланцюгами 3 інвертора, допоміжний підсилювальнорозв'язуючий вузол 18, входом підключений до виходу нуль-органа 17, а виходами до ланцюгів керування допоміжних ключів 10, 11 з двосторонньою провідністю. Силові ключі 1 з двосторонньою провідністю виконуються в вигляді транзистора, включеного в діагональ постійного струму мостового випрямляча (фіг. 2), або на двух транзисторах, зв'язаних емітерами, зустрічно-паралельно яким включені діоди (фіг. 3). Основні підсилювально-розв'язуючі вузли 7 і допоміжний підсилювально-розв'язуючий вузол 18 може бути виконаний по схемі підсилювача потужності з трансформаторним виходом (фіг. 4). Задаючий генератор 4 може бути виконаний по схемі симетричного мультівібратора, а фазорозщеплювач 5 - на основі одного з відомих тригерів (фіг. 5) з рахуючим входом. Тактовий вхід 6 фазорозщеплювача створено об'єднаними входами двовходових логічних элементов "І-НІ". Інформаційно-пусковий блок 8 виконується на основі тригера (фіг. 5), що переключається в найпростішому випадку кнопками "Пуск" и "Стоп". Нуль-орган 17 (фіг. 6) подається операційним підсилювачем, який працює в режимі компаратора, з трансформаторною розв'язкою відносно живлячої мережі і двома буферними елементами "І-НІ" на виході. При підключенні інвертора до живлячої мережі нуль-орган 17 виробляє дві послідовності противофазних імпульсів з частотою живлячої мережі. Моменти часу нульових значень напруги мережі і нульових значень послідовностей імпульсів співпадають між собою. Ця обставина дозволяє вибрати таку фазність імпульсів керування транзисторами допоміжних ключів 10 і 11 з двосторонньою провідністю, яка дає змогу реверсувати підключення мостового випрямляча на діодах 9 до вхідних ланцюгів інвертора синхронно з зміною полярності напруги живлячої мережі. При цьому катодна група діодов 9 подключаеться через транзистор 14 (або в слідуючий полуперіод напруги мережі через транзистор 15) до позитивного полюсу, а анодна група через транзистор 13 (обо синхронно з транзистором 15 через транзистор 12) до негативного полюсу живлячої напруги. Нажимом кнопки "Пуск" інформаційно-пускового блока 8 дається дозвіл на проходження імпульсів керування, що задають алгоритм роботи інвертора, з виходу фазорозщеплювача 5 через основні підсилювально-розв'язуючі вузли 7 в ланцюги керування силових ключів 1 з двосторонньою провідністю. Інвертор нормально функціонує, формуючи на виході напругу з огинаючою по закону зміни напруги живлячої мережі. В цьому режимі на інтервалах споживання енергії з живлячої мережі струмове навантаження лягає на силові ключі 1 з двосторонньою провідністю, а на інтервалах повернення реактивної енергії з кола індуктивного навантаження в роботі беруть участь як силові ключі 1 з двосторонньою провідністю , так і паралельно з ними транзистори допоміжних ключів 10 і 11 з двосторонньою провідністю. Таким чином здійснюється енергообмін (як споживання енергії з живлячої мережі, так і рекуперація реактивної енергії з кола індуктивного навантаження) до моменту відключення інвертора від живлячої мережі. Для штатного виключення інвертора нажимом кнопки "Стоп" інформаційно-пускового блока 8 дається заборона на проходження імпульсів керування на входи основних підсилювально-розв'язуючих вузлів 7. Це приводить до запирання силових ключів 1 з двосторонньою провідністю і до припинення процесу формування напруги на виході інвертора. Струм навантаження при індуктивному його характері продовжує протікати в попередньому напрямку (як і до комутації кнопки "Стоп"), замикаючись в контурі, створеним навантаженням, одною з пар діодів 9 мостового випрямляча, парою транзисторів (в залежності від полярності напруги 3 29199 мережі 14 і 13 або 15 і 12) допоміжних ключів 10 і 11 з двосторонньою провідністю і мережею, підключеною до вхідних ланцюгів 3 інвертора. При цьому будь-які перенапруги як на навантаженні, так і на елементах інвертора в штатному режимі його роботи і на інтервалі відключення відсутні. Аналогічно проходить процес переводу і замикання реактивного струму навантаження і при аварійному відключенні силових ключів інвертора. Команда аварійного відключення заводиться з блока захисту інвертора паралельно кнопки "Стоп" (на фіг. ці ланцюги не показані). Таким чином, запропоноване технічне рішення інвертора напруги дозволяє забезпечити работу інвертора і навантаження як в штатному режимі, так і в режимі аварійного відключення без перенапруг, що підвищує надійність його функціонування і тривалість безаварійної роботи порівняно з прототипом. Фіг. 1 4 29199 Фіг. 2 Фіг. 3 Фіг. 4 5 29199 Фіг. 5 6 29199 Фіг. 6 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 34 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 7