Мостовой инвертор и схема его управления

 

Использование: 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, датчик тока, источник опорного тока, компаратор, одновибратор. Для улучшения регулировочных свойств инвертор снабжен вторым одновибратором, вход которого соединен с выходом управляемого элемента, а выход - с входом управления первого переключателя. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

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

Известно устройство управления реактивным двигателем (см. Патент PCT (WO) N 90/16111, H 02 P 6/02. РЖ. Изобретения стран мира. N 19, 1991, Вып. 107. с. 57). 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 обмотку с положительным зажимом источника, а второй с отрицательным. Два диода, взаимодействующие с переключателями, обеспечивают непрерывное и однонаправленное протекание тока через обмотку. Блоки управления формируют сигналы управления для переключателей, причем сигналы на замыкание каждой пары переключателей приходят одновременно, а сигналы на их размыкание сдвинуты во времени.

Недостатком данного технического решения является 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 (См. Патент ЕПВ (ЕР) N 0397514, H 02 P 7/00. РЖ. Изобретения стран мира. N 20, 1991, Вып. 107. с. 29), который предназначен для подачи питания на многофазную переключаемую реактивную 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 с вторым логическим уровнем, когда измеренный ток меньше опорного на вторую заданную величину.

Недостатком данного мостового 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.

Предлагаемое изобретение направлено на улучшение регулировочных свойств мостового инвертора.

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 этом выходы источника опорного напряжения и токоизмерительного элемента соединены с соответствующими входами компаратора, управляющий элемент для формирования сигналов на включение и отключение переключателей, соединенный с первым входом логического элемента И, выход которого соединен с входом управления второго переключателя, одновибратор, вход которого соединен с выходом компаратора, а выход с вторым входом логического элемента, согласно изобретению схема снабжена одновибратором, вход которого соединен с выходом управляющего элемента, а выход с входом управления первого переключателя. При этом сигнал на выключение переключателей на выходе управляющего элемента является запускающим для второго одновибратора, а сигнал, формируемый на выходе одновибратора после его запуска, является сигналом на выключение первого переключателя.

Для исключения открытия первого переключателя до сигнала на открытие от управляющего элемента введен второй логический элемент И. Первый вход этого элемента И соединен с выходом управляющего элемента, второй вход с выходом второго одновибратора, а выход второго логического элемента И с входом управления первого переключателя.

Для исключения открытия второго переключателя до сигнала на открытие первого переключателя выход второго одновибратора соединен с третьим входом первого логического элемента И, т.е. обеспечивается одновременно открытие обоих переключателей после их закрытия управляющим элементом.

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

На фиг. 1 показан мостовой инвертор и схема его управления; на фиг. 2 - мостовой инвертор и схема его управления с дополнительным логическим элементом И; на фиг. 3 мостовой инвертор и схема его управления с одновременным открытием обоих переключателей; на фиг. 4 временные диаграммы.

Мостовой инвертор содержит (см. фиг. 1) первый переключатель 1 и второй переключатель 2, соединенные последовательно с выводами для подключения нагрузки 3 и 4, а также первый обратный диод 5, включенный параллельно последовательной цепи из переключателя 1 и выводов для подключения нагрузки 3 и 4, 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 питания 9. Схема содержит также токоизмерительный элемент 10, включенный последовательно в цепь между переключателем 2 и выводом 8, источник опорного напряжения 11, компаратор 12 и первый одновибратор. Выход элемента 10 соединен с первым входом компаратора 12. Выход источника 11 соединен с вторым входом компаратора 12. Выход компаратора 12 соединен с входом одновибратора 13. Выход одновибратора 13 соединен с вторым входом первого логического элемента И 14. Выход элемента 14 соединен с входом управления переключателя 2. Кроме того, схема содержит управляющий элемент 15, выход которого соединен с входом второго одновибратора 16 и с первым входом элемента 14.

Схема, показанная на фиг. 2, снабжена вторым логическим элементом И 17.

Работу инвертора (см. фиг. 1) можно пояснить при помощи временных диаграмм (см. фиг. 4). Сигнал на отключение нагрузки от источника питания 9, т. е. на размыкание переключателей 1 и 2 в момент времени t1 вырабатывается элементом 15, который является датчиком положения ротора, и с его выхода поступает на вход второго одновибратора, а также на первый вход элемента 14. Таким образом, сигнал на размыкание переключателя 1 поступает с выхода запустившегося одновибратора 16. Одновибратор 16 в течение заданного интервала времени t1-t3 вырабатывает сигнал на размыкание переключателя 1.

После размыкания переключателей 1 и 2 ток в нагрузке быстро спадает через диоды 5 и 6 под действием обратного напряжения.

С помощью одновибратора 16 можно уменьшить время, в течение которого включены оба переключателя, а значит и уменьшить ток двигателя. Изменяя это время, можно регулировать частоту вращения двигателя. Такой способ обеспечивает стабилизацию частоты вращения. При росте нагрузки на валу двигателя время t1-t2 приближается к времени t1-t3, т.е. уменьшается время t2-t3 и увеличивается время t2-t4. Это ведет к росту тока и увеличению момента на валу двигателя, т.е. сохранению прежней частоты вращения.

Предлагаемый мостовой инвертор со схемой управления изготовлен и испытан в НПП "Эметрон".

Формула изобретения

1. Мостовой инвертор и схема его управления, 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, одновибратор, вход которого соединен с выходом компаратора, а выход с вторым входом логического элемента И, отличающийся тем, что введен второй одновибратор, вход которого соединен с выходом управляющего элемента, а выход соединен с входом управления первого переключателя.

2. Мостовой инвертор и схема его управления по п.1, отличающийся тем, что между выходом второго одновибратора и входом управления первого переключателя включен второй логический элемент И, при этом первый вход второго логического элемента И соединен с выходом управляющего элемента, второй вход второго логического элемента И соединен с выходом второго одновибратора, а выход второго логического элемента И соединен с входом управления первого переключателя.

3. Мостовой инвертор и схема его управления по п.1 или 2, отличающийся тем, что выход второго одновибратора соединен с третьим входом логического элемента И.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4