Инвертор напряжения

Полезная модель относится к силовым преобразователям напряжения и частоты, используемым для управления работой электродвигателей. Инвертор напряжения содержит три n-p-n, три p-n-p транзистора, включенных по схеме с общим эмиттером, и шесть диодов. Технический результат - повышение коэффициента полезного действия. 1 ил.

Полезная модель относится к силовым преобразователям напряжения и частоты, используемым для управления работой электродвигателей переменного тока.

Известен инвертор напряжения, содержащий шесть n-p-n транзисторов и шесть диодов. (Управляемые бесконтактные двигатели постоянного тока / Адволоткин Н.П., Гращенков В.Т., Лебедев Н.И., Овчинников И.Е., Стоцина А.К. - Л., «ЭНЕРГООТОМИЗДАТ», Ленинградское отделение, 1984 г., с.16, рис.1-2).

Недостатком известного инвертора напряжения является низкий коэффициент полезного действия.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является инвертор напряжения, содержащий шесть n-p-n транзисторов и шесть диодов, в котором три транзистора включены по схеме с общим эмиттером, а три другие транзистора - по схеме с общим коллектором. (Соколовский Г.Г. Электроприводы переменного тока с частотным регулированием. Учебник для ВУЗов. - М.: «ACADEMIA», 2006 г., с.83-90, рис.4.7.)

Недостатком известного инвертора напряжения является низкий коэффициент полезного действия.

Данный недостаток вызван тем, что в известном инверторе напряжения три из шести транзисторов включены по схеме с общим коллектором. При такой схеме включения, базовые токи, открывающие транзисторы, ограничивается нагрузкой. В данном случае - сопротивлением обмоток статора электродвигателя, включенных последовательно с переходами база-эмиттер транзисторов. Величина базового тока при такой схеме включения транзисторов недостаточна для обеспечения режима их насыщения. Поэтому сопротивление транзисторов, включенных по схеме с общим коллектором, в открытом состоянии будет высоким. Это, во-первых, приводит к ограничению рабочих токов, протекающих через обмотки статора электродвигателя, во-вторых, вызывает нагрев транзисторов, для компенсации которого требуется теплоотвод (радиатор, вентиляция).

Таким образом, известный инвертор напряжения использует мощность источника питания не достаточно эффективно, так как расходует ее не только на управление электродвигателем, но и на паразитный нагрев транзисторов, включенных по схеме с общим коллектором. Следовательно, коэффициент полезного действия известного инвертора напряжения является невысоким.

Задача полезной модели заключается в повышении коэффициента полезного действия инвертора напряжения.

Технический результат достигается тем, что в инвертор напряжения, содержащий три n-p-n транзистора и шесть диодов, в котором эмиттеры первого, второго и третьего n-p-n транзистора, а также аноды первого, второго и третьего диода подключены к отрицательному полюсу источника питания, катоды четвертого, пятого и шестого диода подключены к положительному полюсу источника питания, нагрузку в виде электродвигателя переменного тока, коллектор первого n-p-n транзистора подключен к катоду первого диода и к первой обмотке статора электродвигателя, коллектор второго n-p-n транзистора подключен к катоду второго диода и к второй обмотке статора электродвигателя, коллектор третьего n-p-n транзистора подключен к катоду третьего диода и к третьей обмотке статора электродвигателя, введены три p-n-p транзистора, эмиттеры которых подключены к положительному полюсу источника питания, коллектор первого p-n-p транзистора подключен к аноду четвертого диода и к коллектору первого n-p-n транзистора, коллектор второго p-n-p транзистора подключен к аноду пятого диода и к коллектору второго n-p-n транзистора, коллектор третьего p-n-p транзистора подключен к аноду шестого диода и к коллектору третьего n-p-n транзистора.

Функциональная схема заявляемого инвертора напряжения представлена на чертеже.

Инвертор напряжения содержит три n-p-n транзистора 1, 2, 3, включенные по схеме с общим эмиттером, три p-n-p транзистора 4, 5, 6, также включенные по схеме с общим эмиттером, и шесть диодов 7-12. Эмиттеры первого, второго и третьего n-p-n транзистора 1, 2 и 3, а также аноды первого, второго и третьего диода 7, 8 и 9 подключены к отрицательному полюсу 13 источника питания. Эмиттеры первого, второго и третьего p-n-p транзистора 4, 5 и 6 и катоды четвертого, пятого и шестого диода 10, 11 и 12 подключены к положительному полюсу 14 источника питания. Коллектор первого n-p-n транзистора 1 подключен к катоду первого диода 7 и к первой обмотке 15 статора электродвигателя. Коллектор второго n-p-n транзистора 2 подключен к катоду второго диода 8 и к второй обмотке 16 статора электродвигателя. Коллектор третьего n-p-n транзистора 3 подключен к катоду третьего диода 9 и к третьей обмотке 17 статора электродвигателя. Коллектор первого p-n-p транзистора 4 подключен к аноду четвертого диода 10 и к коллектору первого n-p-n транзистора 1. Коллектор второго p-n-p транзистора 5 подключен к аноду пятого диода 11 и к коллектору второго n-p-n транзистора 2. Коллектор третьего p-n-p транзистора 6 подключен к аноду шестого диода 12 и к коллектору третьего n-p-n транзистора 3.

На чертеже показан также блок управления инвертором напряжения 18.

В качестве n-p-n транзисторов 1, 2, 3 в заявляемом инверторе напряжения использованы транзисторы типа IXTH16P60P, в качестве p-n-p транзисторов 4, 5, 6 - транзисторы типа IXTH26N60P фирмы «IXYS CORPORATION» (http://www.ixys.com/).

Инвертор напряжения работает следующим образом.

В исходном состоянии транзисторы 1-6 инвертора напряжения закрыты. При этом блок управления 18 подает на базы транзисторов 1, 2 и 3 отрицательный, а на базы транзисторов 4, 5 и 6 положительный потенциал. Сопротивление транзисторов 1-6 в закрытом состоянии велико, токи в обмотки 15-17 статора электродвигателя не поступают, его якорь не вращается, электродвигатель выключен.

Для включения электродвигателя блок управления 18 формирует на своих выходах соответствующую последовательность команд определенной длительности на открытие транзисторов 1-6 инвертора напряжения, путем подачи на базы транзисторов 1, 2 и 3 импульсов положительной, а на базы транзисторов 4, 5 и 6 импульсов отрицательной полярности. Транзисторы 1-6, получившие эти команды, открываются на заданное командой время, переходя в режим насыщения. Сопротивление транзисторов 1-6 в режиме насыщения минимально. Токи, протекающие через обмотки 15-17 статора электродвигателя, включенные последовательно с открытыми транзисторами 1-6, образуют вращающий момент, воздействующий на якорь электродвигателя. Электродвигатель развивает заданную мощность.

Так как все шесть транзисторов 1-6 заявляемого инвертора напряжения включены по схеме с общим эмиттером, то протекающие через них в открытом состоянии базовые токи будут ограничиваться только сопротивлением обмоток 15-17 статора электродвигателя. Транзисторы 1-6 же будут находиться в режиме насыщения, и сопротивление их будет пренебрежимо мало по сравнению с сопротивлением обмоток 15-17 статора электродвигателя. При этом рабочие токи в обмотках 15-17 статора электродвигателя будут - максимальными, а нагрева транзисторов 1-6 происходить не будет за счет их пренебрежимо малого сопротивления. Таким образом, повышается КПД предлагаемого инвертора напряжения.

Поскольку непроизводительных потерь мощности источника питания в заявляемом инверторе напряжения будет гораздо меньше, то его коэффициент полезного действия, определяемый как отношение мощности, развиваемой электродвигателем, к потребляемой мощности от источника питания, будет выше, чем у известного инвертора напряжения.

Инвертор напряжения, содержащий три n-p-n транзистора и шесть диодов, в котором эмиттеры первого, второго и третьего n-p-n транзисторов, а также аноды первого, второго и третьего диодов подключены к отрицательному полюсу источника питания, катоды четвертого, пятого и шестого диодов подключены к положительному полюсу источника питания, нагрузку в виде электродвигателя переменного тока, коллектор первого n-p-n транзистора подключен к катоду первого диода и к первой обмотке статора электродвигателя, коллектор второго n-p-n транзистора подключен к катоду второго диода и ко второй обмотке статора электродвигателя, коллектор третьего n-p-n транзистора подключен к катоду третьего диода и к третьей обмотке статора электродвигателя, отличающийся тем, что в него введены три p-n-p транзистора, эмиттеры которых подключены к положительному полюсу источника питания, коллектор первого p-n-p транзистора подключен к аноду четвертого диода и к коллектору первого n-p-n транзистора, коллектор второго p-n-p транзистора подключен к аноду пятого диода и к коллектору второго n-p-n транзистора, коллектор третьего p-n-p транзистора подключен к аноду шестого диода и к коллектору третьего n-p-n транзистора.