Вентильный электродвигатель

 

ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий ротор, статор с обмоткой якоря, один из зажимов калсдой из m секций которой соединен через силовой транзистор fn -канального однополупериодного коммутатора с одним из полюсов цепи питания и через отсекающий диод - с другим полюсом цепи питания, схему преобразования энергии коммутации , содержащую конденсатор и m транзисторов , каждый из которых связан с общей точкой секции и силового транзистора и датчик положения ротора, чувствительные элементы которого связаны с управляющими цепями силовых транзисторой своего канала, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и энергетических показателей, он снабжен дополнительными диодами и логическими схемами совпадения, причем диоды в каждом канале подключены между общей точкой силового транзистора и секции и первым из электродов транзистора схемы преобразования, второй электрод каждого из транзисторов схемы преобразования соединен с общей точкой секции и отсекающего диода своего канала , управляющий электрод соединен с выходом схемы совпадения, первый вход каждой из которых связан с выходом чувствительного элемента свосл его канала, второй - с выходом чувствительного элемента канала, предыс: дущего по направлению вращения, общие точки дополнительных диодов и транзисторов цепи преобразования объединены и подключены к первой обкладке конденсатора , вторая обкладка которого о соединена с общей точкой цепочки из последовательно соединенных диодов, СП подключенной к цепи питания встречно СО ls3 ее полярности. СО

Сасз СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧ ЕСНИХ

РЕСПУБЛИН,„„Ног к2

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ HSGEPETE

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3560469/24-07 (22) 03.03.83 (46) 30.05.84. Бюл. Ф 20 (72) Ю,В. Осидач и В.И. Ткачук (71) Львовский ордена Ленина политехнический институт им. Ленинского комсомола (53) 621.313. 13.014.2:621.382(088.8) (56) 1. Овчинников И.Е. и Лебедев Н.И.

Бесконтактные двигатели постоянного тока. Л., "Наука", 1979, с. 34.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 995217, кл. Н 02 К 29/02, 1981. (54)(57) ВЕНТИЛЬНЬЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий ротор, статор с обмоткой якоря, один из зажимов каждой из m секций которой соединен через силовой транзистор rn -канального однополупериодного коммутатора с одним из полюсов цепи питания и через отсекающий диод — с другим полюсом цепи питания, схему преобразования энергии коммутации, содержащую конденсатор и п транзисторов, каждый из которых связан с общей точкой секции и силового транзистора и датчик положения ротора, чувствительные элементы которого связаны с управляющими цепями силовых

„,SU, 1095323 А транзисторов своего канала, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности и энергетических показателей, он снабжен дополнительными диодами и логическими схемами совпадения, причем диоды в каждом канале подключены между общей точкой силового транзистора и секции и первым из электродов транзистора схемы преобразования, второй электрод каждого из транзисторов схемы преобразования соединен с общей точкой секции и отсекающего диода своего канала, управляющий электрод соединен с выходом схемы совпадения, первый вход каждой из которых связан с вы- Я ходом чувствительного элемента своего канала, второй — с выходом чувствительного элемента канала, предыдущего по направлению вращения, общие точки дополнительных диодов и транзис торов цепи преобразования объединены и подключены к первой обкладке конденсатора, вторая обкладка которого соединена с общей точкой цепочки из последовательно соединенных диодов, © подключенной к цепи питания встречно ее полярности.

СО

1 1095

Изобретение относится к электротехнике, в частности к шаговым двигателям, работающим в режиме самокоммутации, и к вентильным электродвигателям.

Известны вентильные электродвига5 тели постоянного тока, секции якорных обмоток которых подключены через с однополупериодный транзисторный коммутатор к источнику питания, а для защиты транзисторов коммутатора от перенапряжений применяются цепочки из последовательно соединенных диодов и стабилитрона f1).

Недостатком известных двигателей является низкий КПД, так как на стабилитроне рассеивается практически вся энергия, запасенная в индуктивности секции якорной ббмотки.

Кроме того, для обеспечения лучшего использования активных материалов двигателя и надежного его пуска, угол активной зоны сигнального сектора датчика положения ротора при трехфазной обмотке якоря должен быть больше 120 эл. град., что в данном двигателе приводит к значительным пульсациям тока питания, что в свою очередь вызывает помехи для нормальной работы устройств, подключенных к общей

30 питающей сети.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является вентильный электродвигатель, содержащий ротор, статор с обмоткой якоря, один из зажимов каждой из секций которой соединен через основной транзистор

tn -канального однополупериодного коммутатора с одним из полюсов цепи питания и через отсекающий диод;с другим ее полюсом, схему преобразования при коммутации запасеннОй в секциях энергии, содержащую конден. сатор и rn транзисторов, каждый из которых связан с общей точкой секции силового транзистора и датчик положения ротора„ чувствительные элементы которого связаны с управляющими цепями силовых транзисторов своего канала f2), Однако данное устройство характеризуется относительно низкой надеж-.ностью вследствие того, что энергия магнитного поля, запасенная в индуктивности секций якорной обмотки, выделяется на резисторе разрядного устройства и в секциях при больших напряжениях, а также значительными пульсациями тока литания вследствие

323 2 поочередного подключения одной или двух фаз обмотки якоря к источнику питания при угле активной части сигнального сектора датчика положения ротора большем 120 эл.град. при трех фазной обмотке якоря.

Целью изобретения является повыше" .ние надежности и энергетических показателей, .уменьшение пульсаций тока источника питания вентильного реактивного двигателя постоянного тока .

Указанная цель достигается тем, что вентильный электродвигатель, содержащий ротор, статор с обмоткой якоря, один из зажимов каждой из rn секций которой соединен через силовой транзистор tn -канального однополупериодного коммутатора с одним из полюсов цепи питания и через отсекающий диод — с другим полюсом, цепи питания, схему преобразования энергии коммутации, содержащую конденсатор и m транзисторов, каждый из которых связан с общей точкой секции и силового транзистора, и датчик положения ротора, чувствительные элементы которого связаны с управляющими цепями силовых транзисторов своего канала, снабжен дополнительными диодами и двухвходовыми логическими схемами совпадения, причем диоды в каждом канале подключены между общей точкой силового транзистора и секции и первым из электродов транзистора схемы преобразования, второй электрод каждого иэ транзисторов схемы преобразования соединен с общей точкой секции и отсекающего диода своего канала, управляющий электродрод соединен с выходом схемы совпадения, первый вход каждой из которых связан с выходом чувствительного элемента своего канала, второй— с выходом чувствительного элемента канала, предыдущего по направлению вращения, общие точки дополнительных диодов и "транзисторов схемы преобразования объединены и подключены к первой обкладке конденсатора, вторая обкладка которого соединена с общей точкой цепочки из последовательно соединенных диодов, подключенной к цепи питания встречно ее полярности.

На фиг. 1 приведена схема электродвигателя; на фиг, 2 — диаграмма работы транзисторных ключей (наличие положительного сигнала условно обозначает открытое состояние соответствующего ключа).

Вентильный реактивный электродвигатель постоянного тока содержит, например, пассивный явно полюсный ротор, статор с трехфазной обмоткой якоря, каждая из Фаз 1, 2 и 3 которой соединена с одним из полюсов источника питания через транзисторные ,ключи 4, 5 и 6 однополупериодного коммутатора, управляющие цепи которы

: подключены к выходу датчика положения ротора 7 с углом активной зоны сигналь-, ( ного сектора большим t20 эл.град,,образуя три канала усиления 8,,9 и 10.

С другим же полюсом источника фазы обмотки соединены через диоды 11, 12 и 13. Цепи защиты силовых ключей коммутатора от перенапряжений содержат конденсатор 14, одна из обкладок которого соединена с общими точками каждого из ключей 4, 5 и 6 и фаз обмот- 0 ки якоря 1, 2 и 3 через диоды 15, 16 и 17 и с общими точками диодов 11 12 и 13 и другого конца фаз обмотки якоря 1, 2 и 3 через силовые электроды транзисторов 18, 19 и 20, управляющи цепи которых подключены к логическим схемам попарного совпадения 21, 22 и 23 сигналов положения ротора 7 через усилительные устройства 24, 25 и 26. Другая обкладка конденсатора

14 подключена к полюсам источника питания через диоды 27 и 28.

Вентильный двигатель работает следующим образом.

Предположим, что сигналом датчика 5 положения 7 открыт силовой транзисторный ключ однополупериодного коммутатора . В фазе 1 обмотки якоря протекает ток по цепи: источник питания — диод 11, фаза 1, транзистор 44О

Конденсатор 14 при этом заряжен до величины напряжения, большей величины напряжения источника питания, за счет отключения тока в предыдущей фазе. При повороте ротора на опреде- 4 ленный угол сигнал датчика положения ротора 7 через усилитель 9 открывает транзисторный ключ 5, и одновременно сигнал логической схемы попарного совпадения 22 через усилитель 25 открывает транзистор 19. Напряжение конденсатора 14 прикладывается к фазе 2 обмотки якоря и в последней начинает протекать ток по цепи: конденсатор 14, транзистор t9, фаза 2 об- 55 мотки якоря, транзисторный ключ 5, диод 27. Поскольку напряжение конден.сатора 14 выше напряжения источника

323

4 питания, то нарастание тока в фазе 2 происходит форсировано.

Конденсатор 14 разряжается, и фаза 2 на интервале перекрытия сигналов датчика положения ротора 7 получает питание только за счет энергии электростатического поля, накопленной в конденсаторе. К источнику питания подключена только фаза 1. При этом ротор продолжает вращаться и в некоторый момент времени сигнал датчика положения ротора отключает транзисторный ключ 4, а сигнал с выхода схемы логического попарного совпадения сигналов датчика положения ротора 22 — транзистор 19. Конденсатор 14 прекращает свой разряд и ток через Фазу 7» протекает под действием напряжения источника питания по цепи: диод 12, фаза 2, транзисторный ключ 5. Ток фазы 1 под действием ЭДС самоиндукции начинает протекать через диод 15, конденсатор 14, диод 28 и диод 11, заряжая при этом конденсатор 14. Происходит форсированное спадание тока в фазе 1. Энергия магнитного поля, накопленная в индуктивности фазы 1, накапливается в электростатическом поле конденсатора 14, заряжая его до напряжения, большего напряжения источника питания, которое сохраняется до последующего изменения структуры схемы. Одновременно осуществляется защита силовых ключей

4, 5 и 6 полупроводникового коммутатора от перенапряжения. Величина конденсатора 14 выбирается из условия, чтобы напряжение на нем не превышало допустимого напряжения коллектор-эмиттерного перехода транзисторов 4, 5 и 6 коммутатора и чтобы он при номинальном режиме работы двигателя за время перекрытия сигналов датчика положения не успевал разрядиться до напряжения источника питания. Этим самым обеспечивается питание включаемой фазы 2 энергией поля конденсато1 а 14 на интервале перекрытия сигналов датчика положения ротора (фиг. 2), и только фаза 1 подключена к источнику питания, а значит отсутствуют пульсации тока источника питания, обусловленные одновременным подключением к нему двух фаз. По окончании заряда конденсатора 14 ток фазы 1 прекращается ° При дальнейшем повороте ротора открывается транзисторный ключ 6 и транзистор 20, и цикл повторяется.

Использование вентильного реактивного двигателя постоянного тока позволяет значительно повысить его иадежность и КГЩ по сравнению с извест ным, вследствие того, что практичес- 5 ки вся энергия магнитного оля, запасенная в индуктивности отключаемой фазы, накапливается в электростатическом поле конденсатора, при этом ограничивается перенапряжение на силовых элементах полупроводникового коммутатора до.допустимой величины, а при включении последующей фазы передается в нее, выполняя таким образом полезную работу, в то время как с использованием в прототипе для защиты транзисторов коммутатора от перенапряжений разрядного устройства, состоящего из последовательно соединенных транзистора и резистора, на 20 последнем выделяется в виде тепла практически вся энергия магнитного поля отключаемой фазы.

Кроме того, цепи защиты электродвигателя обеспечивают отсутствие пульсаций тока питания, которые в прототипе возникают за счет одновременного подключения двух фаз обмотки якоря на интервале перекрытия сигналов датчика положения ротора к источнику питания, что вытекает из необходимости более лучшего использо- . вания активных материалов в реактивгом двигателе и обеспечения надежного пуска, благодаря тому, что вновь включенная фаза на периоде перекрытий сигналов датчика положения получает питание не от источника, а за счет энергии, накопленной в конденсаторе при отключении предыдущей фазы, а к источнику питания в любой момент времени подключена только одна фаза двигателя.

Наибольшее применение изобретение найдет в вентильных электродвигателях, электромеханический преобразователь которых выполнен в виде реактивной или индуктивной синхронной машины, поскольку они обладают повышенным рассеянием и в секциях запасается много энергии. В других типах венткльных электродвигателей, в част иости в электродвигателях с возбуж:,дением от постоянных магнитов, целе,сбобразно использовать изобретение с повышением их мощности. гоыз з фью /

1095323

Составитель А. Санталов

Редактор Т. Иитейко Техред Ж.Кастелевич

Корректор М. Демчик

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 3615/38 Тираж 667 Подписное

ВНФИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5