RU2058657C1

RU2058657C1 - Bridge-type inverter

Info

Publication number: RU2058657C1
Application number: RU92011864A
Authority: RU
Inventors: У.М. Сулейманов; В.Л. Коломейцев; Д.А. Звездунов; Л.Ф. Коломейцев; С.А. Пахомин
Original assignee: Научно-производственное предприятие "Эметрон"
Priority date: 1992-12-14
Filing date: 1992-12-14
Publication date: 1996-04-20

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: bridge-type inverter has switches and backward diodes. Load and motor winding are connected in series with switches and with external power supply and its control circuit incorporates comparator, AND gate, current sensor, reference-current source. Inverter is provided with one-shot multivibrator whose input is connected to comparator output and its output, to AND gate input whose output is connected to switch. EFFECT: simplified design. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а точнее к системам управления однофазными реактивными электродвигателями для бытовой техники, например для стиральных машин. The invention relates to electrical engineering, and more specifically to control systems for single-phase jet electric motors for household appliances, for example, for washing machines.

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. A jet engine control device [1] is known. A jet engine stator comprises several poles grouped in pairs and located on diametrically opposite sides of the stator. In each pair of stator poles, the windings are connected to an external DC power source through two switches with independent control. The first switch connects the windings to the positive terminal of the source, and the second to the negative. Two diodes interacting with the switches provide continuous and unidirectional current flow through the windings. The control units generate control signals for the switches. Moreover, the signals to close each pair of switches come simultaneously, and the signals to open them are shifted in time.

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. The disadvantages of this technical solution are the complexity of the control system and the fact that the signals for closing each pair of switches pass simultaneously, and for opening are shifted in time, which does not allow you to effectively control a jet engine.

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. Known bridge inverter and control circuit of such an inverter [2] which is designed to supply power to a multiphase switchable reactive electric machine. The phase shoulders of the inverter consist of upper and lower switching elements connected in series with the phase windings of the machine. The upper reverse diode is connected in parallel with the serial circuit formed by the upper switching element and the phase winding. The lower reverse diode is connected in parallel to the serial circuit formed by the lower switching element and the corresponding phase winding. Serial circuits are connected to an external DC source. The control circuit consists of several current-measuring units, each of which is connected to the corresponding phase arm of the inverter and generates a signal proportional to the instantaneous value of the phase current flowing through it. The circuit has a block forming the reference current, and several comparators. Each comparator connected to the corresponding measuring unit compares the measured current value with the reference one and generates a signal with the first logical level when the measured current exceeds the reference one by a first set value, and a signal with a second logical level when the measured current is less than the reference one by a second set value.

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. The disadvantage of this source of the inverter, taken as a prototype, and the control circuit of such an inverter is also the complexity of the control system associated with setting the deviation of the actual current relative to the reference by two specified values.

Изобретение направлено на упрощение мостового инвертора и схемы его управления. The invention is aimed at simplifying a bridge inverter and its control circuit.

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. To this end, in a bridge inverter containing a serial circuit from the first switch, terminals for connecting the load and a second switch connected between the terminals for connecting the power source, two reverse diodes, one of which is connected in parallel to the serial circuit from the first switch and the terminals for connecting the load, and another parallel to the serial circuit of the second switch and the terminals for connecting the load. In addition, the comparator, the AND gate, the current measuring element connected in series with the input terminals by a circuit formed by switches and terminals for connecting the load, the reference voltage source, and the outputs of the reference voltage source and the current measuring element are connected to the corresponding inputs of the comparator, a control element for forming signals for switching switches on and off, connected by the output to the first input of the AND logic element, the output of which is connected to the control input According to the invention, the second switch is equipped with an additional one-shot element, the input of which is connected to the output of the comparator and the output of the control element, the output is from the second input of the logic element, and the output of the control element, for example, the rotor position sensor of the jet motor, is connected to the control input of the first switch . In this case, the signal to turn off the switches at the output of the control element is triggering for a one-shot, and the signal generated at the output of a one-shot after starting it is a signal to turn off the switch.

Для снижения пульсаций тока реактивного двигателя в мостовом инверторе управляющий элемент снабжается вторым выходом, который соединен с входом-одновибратора. To reduce ripple current of a jet engine in a bridge inverter, the control element is equipped with a second output, which is connected to the input of a single-shot.

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. In order to use an ordinary shunt that does not require galvanic isolation as a current-measuring element, this circuit element is sequentially connected to the circuit between the second switch and the terminals for connecting the power source.

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. This technical solution greatly simplifies the design of the bridge inverter and its control circuit, which significantly reduces its cost and allows the use of single-phase reactive induction electric motors for household appliances.

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. In FIG. 1 shows a bridge inverter and its control circuit; figure 2 bridge inverter and its control circuit with reduced ripple current in the load; in FIG. 3 time charts; figure 4 an example implementation of the control element.

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. The bridge inverter contains (Fig. 1) a first switch 1 and a second switch 2 connected in series with the terminals 3 and 4 for connecting the load, as well as the first reverse diode 5 connected in parallel to the serial circuit from switch 1 and the terminals 3 and 4 for connecting the load, and a second reverse diode 6, connected in parallel to the serial circuit from switch 2 and the terminals for connecting the load. An external power supply 9 is connected to a serial circuit of switches and terminals for connecting the load using terminals 7 and 8. The circuit also includes a measuring element 10 connected in series between the switch 2 and terminal 8, a reference current source 11 and a comparator 12. The output of the element 10 is connected to the first input of the comparator 12. The output of the source 11 is connected to the second input of the comparator 12. The output of the comparator is connected to the input of the single-vibrator 13. The output of the single-vibrator is connected to the second input of the logic element 14. The output of the element 14 is connected to the control input of the switch 2. In addition, the circuit includes a control element 15, the output of which is connected to the control input switch 1 and with the first input of element 14, as well as the input of a single-shot 13.

Схема может быть дополнена (фиг.2) вторым выходом управляющего элемента 15, который соединен с входом одновибратора 13. The circuit can be supplemented (figure 2) with a second output of the control element 15, which is connected to the input of the single-shot 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 i_оп, 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.The operation of the inverter (figure 2) can be explained by timing diagrams (figure 3). The signal to connect the load to the power source 9, i.e. to the closure of the switches 1,2 at the time t ₁ , it is generated by the element 15 and from its first output (figa) comes to the control input of the switch 1, and also to the first input of the element 14. At the same time at the second output of the element 15, at the output of the comparator 12 and the output of the one-shot 13 (figb, d) there is a signal to close the switch 2, which is received at the first input of the element 14. Thus, the signal to the short circuit, which is input to the switch 1, as well as the coincidence of the signals to the short circuit at both inputs of the element 14 and the appearance of the same signal and at its output (Fig.3d) at time t ₁ cause the closure of both switches and the manifestation of increasing current in the load (Fig.3c) and through switch 2 in the comparator 12 (Fig.3e). At the moment when the instantaneous value of the comparator current transformed by the element 10 exceeds the value of the reference current i _op generated by the element 11, the comparator 12 at the time t ₂ supplies the input of the one-shot 13 signal to turn off the switch 2. The one-shot 13 for a predetermined time interval t ₃ t ₂ produces a signal (Fig. 3a) on the opening of switch 2 which, after passing through the element 14 causes opening of the switch 2. in this case the load current ceases to increase, during interval t ₃ t ₂ decreases, becoming isolated via reverse 5. iodo current comparator 12 (Figure 3) flowing through the switch 2 is interrupted for a time equal to t ₂ t _3.

Повторное замыкание переключателя 2 возможно только после интервала времени, задаваемого одновибратором 13, что ограничивает предельную частоту коммутаций переключателя 2. The repeated closure of the switch 2 is possible only after the time interval specified by the single-shot 13, which limits the limit switching frequency of the switch 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.The signal for the deviation of the load from the power source is generated by the element 15 and comes from its first output to the switch 1 and the second input of the element 1-4, as well as from its second output to the input of the one-shot 13. The switches 1, 2 open according to the signal to disconnect the load, and a single-shot provides an open state of the switch 2 during a given time interval t ₅ t ₄ . After opening switches 1 and 2, the current in the load quickly drops through diodes 5 and 6 under the action of the reverse voltage.

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. An example of a specific implementation of the control element 15 using the integrated timer KR1006VI1 with an explanation of part of its internal structure is shown in FIG. 4. The control element also includes an optical position sensor of the rotor of the electric motor on the elements HL and VD. The photodiode VD changes its conductivity depending on the angular position of the rotor of the controlled motor, and the integrated circuit D1 generates a signal to close or open the switches at two outputs: “active” and “passive”, corresponding to output I (pin 3 of circuit D1) and output II ( the output 7 of the circuit D1) of the control element 15.

Claims

1. A BRIDGE INVERTER, containing a serial circuit from the first switch, terminals for connecting the load and a second switch connected between the terminals for connecting the power source, two reverse diodes, one of which is connected in parallel to the serial circuit from the first switch and terminals for connecting the load, and the other parallel to the serial circuit from the second switch and the terminals for connecting the load, in addition, a comparator, a logic element AND, a current measuring element included in the input odes sequentially in a circuit formed by switches and outputs for connecting the load, the reference voltage source, while the outputs of the reference voltage source and the current-measuring element are connected to the corresponding inputs of the comparator, a control element for generating signals to enable and disable the switches, connected by the output to the first input of the logic element And, the output of which is connected to the control input of the second switch, characterized in that a one-shot is introduced into it, the input of which is inen with the outputs of the comparator and the control element, and the output with the second input of the logic element AND, the output of the control element is connected to the control input of the first switch, while the signal to turn off the switches at the output of the control element is triggering for the one-shot, and the signal generated at the output of the one-shot after its start is a signal to turn off the switch.

2. The inverter according to claim 1, characterized in that the control element is provided with a second output, which is connected to the input of the single-shot.

3. The inverter according to claim 1 or 2, characterized in that the current-measuring element is connected in series with the circuit between the second switch and the output for connecting the power source.