Управляемый вентильный электродвигатель

 

Изобретение относится к электротехнике . Целью изобретения является повышение надежности и расширение диапазона регулирования частоты вращения вентильного электродвигателя. В f2 j ве из ди то ды ба тр Ре тр ме вы со то 23 ба зи тр во j-VVVXjyVVV.. iT ii 23Щ rw,yvYv. вентильный электродвигатель в каждый из мостовьк инверторов 1, 2 введены диоды 21, 22, конденсатор 23, резисторы 26-33 и транзисторы 24, 25. Каждый из резисторов 26-29 включен между базой и эмиттером соответственно транзисторов 3-6 мостового инвертора. Резистор 30 включен между базами транзисторов 4, 5, а резистор 31 - между базами транзисторов 3 и 6. Один вывод каждого из резисторов 32, 33 соединен с объединенными выводами катодов диодов 21, 22 и конденсатора 23, а другой вывод резистора 32 - с базой транзистора. Вторые выводы ре зисторов 32, 33 соединены с базами транзисторов 3, 5 соответственно. Выводы ауодов диодов 21, 22 связаны с 20 (С сд 00 a J J

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1458961

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H АВТСРСНОМ, СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4283479/24-07 (22) 03.06.87 (46) 15.02.89. Бюл. Р 6 (72) Р.Б.Михайлов, В.Д,Косулин и В,В.Омельченко (53) 62 1.3 13.13.014.2:621.382(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1065979, кл. Н 02 К 29/14, 1984.

Авторское свидетельство СССР

Р l387124, кл. Н 02 P 6/02, 1986. (54) УПРАВЛЯЕМЫЙ ВРНТИЛЬНЫЙ ЗЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение надежности и расширение диапазона регулирования частоты вращения вентильного электродвигателя. В

1у !

I

I

I3

l !

I

gg 4 Н 02 P 6/02 Н 02 К 23/06 вентильный электродвигатель в каждый из мостовых инверторов 1, 2 введены диоды 21, 22, конденсатор 23, резисторы 26-33 и транзисторы 24, 25. Каждый из резисторов 26-29 включен между базой и эмиттером соответственно транзисторов 3-6 мостового инвертора, Резистор 30 включен между базами транзисторов 4, 5, а резистор 31 между базами транзисторов 3 и 6. Один вывод каждого из резисторов 32, 33 соединен с объединенными выводами катодов диодов 21, 22 и конденсатора

23, а другой вывод резистора 32 — с базой транзистора. Вторые выводы резисторов 32, 33 соединены с базами g транзисторов 3, 5 соответственно. Выводы анодов диодов 21, 22 связаны с

С::

1458961 выводами дополнительной обмотки 19 трансформатора 12. Средний вывод об» мотки 19 и второй вывод конденсатора 23 соединены с эмиттерами транзисторов 3, 5. Каждый транзистор мостового инвертора 2 шунтирован одним из диодов 7-10. В одну из диагоналей каждого мостового.инвертора 1, 2 включена соответствующая фаза обмотки якоря вентильного двигателя. Вторая диагональ каждого мостового инвертора через одну из полуобмоток основной обмотки 13 трансформатора 12 и управляемый ключ 17 подключена к

Иаобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводу, и может быть использовано в высоконадежных приводах с большим диапаS зоном регулирования частоты вращения.

Целью изобретения является повышение надежности и расширение диапазона регулирования частоты вращения вентильного электродвигателя. 10

На чертеже изображена функциональная схема вентильного электродвигателя.

Вентильный электродвигатель содержит два мостовых инвертора 1 и 2.

Плечи каждого иэ мостовых инверторов

1 и 2 образованы соединенными встречно-попарно транзисторами 3, 4 и 5, 6.

Каждый иэ транзисторов 3-6 шунтирован одним из диодов 7-10. В первую диагональ каждого из мостовых инверторов 1 и 2 включена соответствующая фаза 11 обмотки якоря синхронного двигателя. Электродвигатель содержит также трансформатор 12, основная об- 25 мотка 13 которого имеет вывод средней точки. Начало этой обмотки подключено к первому выводу 14 второй диагонали мостового инвертора 1, а конец обмотки 13 — к. первому выводу второй диагонали мостового инвертора 2, Вторые выводы вторых диагоналей каждого из мостовых инверторов 1 и 2 подключены к первой шине 15 источника питания.

Вентильный электродвигатель включает также датчик 16 положения ротора син35 хронной машины и дополнительно управзажимам источника питания. Управление ключом 17 ведется по сигналам широтно-импульсного модулятора 18, а транзисторами 24, 25 — по сигналам датчика 16 положения ротора вентильного двигателя. В электродвигателе.. исключаются перенапряжения в элемен" тах схемы при регулировании частоты вращения вала и обеспечиваются форсированное запирание силовых транзисторов мостовых инверторов и регулирование по сигналам датчика 16 и по сигналам с широтно-импульсного модулятора 18. 1 ил. ляемый ключ 17 и широтно-импульсный модулятор 18. Трансформатор 12 снабжен двумя дополнительными обмотками

19 и 20, каждая из которых выполнена с выводом средней точки. Каждый из мостовых инверторов 1 и 2 снабжен двумя диодами 21 и 22, конденсатором

23, двумя управляющими транзисторами

24 и 25 и восемью резисторами 26-33.

Каждый из первых четырех резисторов

26, 27, 28 и 29 включен параллельно переходу база — эмиттер одного из транзисторов 3, 4, 5 и 6 моста. Пятый

30 и шестой 3 1 резисторы включены соответственно между базами транзисторов 4 и 5, б и 3 противоположных плеч мостового инвертора. Каждый иэ управляющих транзисторов 24 и 25 подключен переходом коллектор — эмиттер параллельно переходу база — коллектор соответствующих транзисторов 4 и б, связанных с первой шиной источника питания. Базы управляющих транзисторов 24 и 25 подключены к выходам датчика 16 положения ротора. Начало и конец положительной обмотки 19 трансформатора 12 подключены через диоды

21 и 22 к первым выводам конденсатора 23, седьмого 32 и восьмого 33 резисторов. Второй вывод конденсатора

23 и средняя точка дополнительной обмотки 19 подключены к первому выводу 14 второй диагонали моста, а вторые выводы седьмого 32 и восьмого

33 резисторов — соответственно к базам транзисторов .3 и 5, включенных

3 145896 в смежные плечи мостового инвертора и сязанных с первым выводом 14 второй диагонали моста.

Средний вывод основной обмотки 13 трансформатора 12 подключен к второй

5 шине источника питания через управляемый ключ 17, вход управления которого подключен к выходу широтно-импульсного модулятора 18.

1О

Дополнительная обмотка 20 подключена аналогично подключению обмотки

19, но во втором инверторе 2. управляемый вентильный электродвигатель работает следующим образом. 15

Рассмотрим первый случай, когда управляемый ключ 17 открыт и датчик

16 формирует команды на коммутацию мостовых инверторов 1 и 2. Зона коммутации датчика 16 составляет 180 эл. град. При подаче напряжения от источника питания управляющие транзисторы

24 и 25 и транзисторы 5, 4 и 3, 6 в каждом из инверторов 1 и 2 поочередно переключаются под действием сигна- 25 лов датчика 16 положения ротора, По фазам протекает ток; создается электромагнитный момент и ротор электродвигателя приходит во вращение.

В момент переключения управляемых 30 транзисторов ?4 и 25 необходимо создать цепь для замыкания реактивного тока в фазах li синхронной машины.

Из-за наличия трансформатора 12 и значительного индуктивного сопротив35 ления секций обмотки 13 реактивный ток не может замкнуться через обратный диодный мост 7-10 и внутреннее сопротивление источника постоянного тока. В данном электродвигателе происходит расширение зоны коммутации на минимальную ширину, определяемую величиной запасенной энергии в коммутируемой секции. Обеспечивается это следующим образом. В момент времени, 45 например, когда сигналами датчика 16 управляемый транзистор 24 закрывается, :а транзистор 25 открывается, ток в фазе 11, протекавший по цепи: вторая шина источника питания, обмотка

13 трансформатора 12, транзисторы 5, 4 и первая шина источника питания стремится сохранить прежнее направление. Открывшиеся транзисторы 3, 6 не позволяют создать цепь для поддержания реактивного тока, и в фазе 11 начинает возникать ЭДС самоиндукции, причем для рассматриваемого момента, плюс ЭДС возникает в начале фазы 11, 1

4 а минус ЭДС вЂ” в конце. Как только амплитуда ЭДС самоиндукции достигнет величины напряжения источника постоянного тока начинает протекать ток по цепи: фаза 11, переход эмиттербаза транзистора 4, резисторы 30 и 38

28, переход эмиттер — база транзистора 3, резисторы 31 и 29, фаза 11. Открывается транзистор 24 на время действия ЭДС. Ток фазы 11 протекает по цепи: фаза 11, транзистор 4, диод 10, фаза 11 ° Указанная цепь существует до тех пор, пока ток в фазе 11 не спадет до нуля.

В том случае, когда зона коммутации меньше 180 эл. град., также надежно исключается возможность Возникновения перенапряжений в полупровод т. никовых элементах инверторов. Рассмотрим момент времени, когда по сигналам датчика 16 управляемый транзис— тор 24-закрывается, существует пауза и управляемый ключ 25 также закрывается. Соответственно закрыты в момент коммутации и все транзисторы 3-6. В фазе 11 начинает возникать ЭДС самоиндукции ° Плюс в начале фазы, минус в конце, Как только ЭДС самоиндукции по амплитуде превысит напряжение постоянного тока источника питания, начинает протекать ток по цепи: фаза 11, переход эмиттер — база транзистора 4, резисторы 30 и 28, переход эмиттер база транзистора 3, резисторы 31 и

29, фаза 11 ° Открывается транзистор 4 и поддерживается в открытом состоянии до тех пор, пока -.îê в фазе 11 не спадет до нуля. Работа инверторов

1 и 2 с любой длительностью сигналов управления датчика 16 безопас -a, так как появление ЭДС самоиндукции на фазах якорной обмотки позволяет автоматически создать цепи для протекания реактивного тока.

При вращении вала электродвигателя в дополнительных секционированных обмотках 19 и 20 наводится переменное напряжение, близкое к треугольному и пропорциональное частоте вращения.

Посредством первого и второго диодов

21 и 22 напряжение обмотки 19 выпрямляется и через резисторы 32 и 33 подается на базы транзисторов 3 и 5 как запирающее. Запирающее напряжение через резисторы 30 и 31 и диоды 7 и 9 поступает также и на базы транзисторов 4 и 6, что позволяет надежно saкрывать все транзисторы мостового ин58961

5 14 вертора при отсутствии управляющего сигнала.

В случае работы электродвигателя в режиме ШИМ-регулирования процессы, происходящие в мостовых инверторах, аналогичны описанным. Коммутационная энергия, запасенная в обмотке 13 трансформатора 12, за счет трансформаторной связи с первой 1д и второй

20 обмотками передается и запасается на .конденсаторах 23 и далее используется для форсированного запирания всех силовых транзисторов 3-6 инверторов 1 и 2 первой и второй фаз, Причем в случае малых частот вращения (скважность импульсов регулирования мала) запирающее напряжение формируется в основном за счет запасенной в обмотке 13 ЭДС самоиндукции. С увеличением частоты вращения вала соответственно падает коммутационная энергия (уменьшается количество импульсов, заполняющих межкоммутационный интервал), но увеличивается ЭДС вращения, наводимая в обмотках 19 и

20 ротором вентильного двигателя. Поэтому надежно осуществляется форсированное запирание силовых транзисторов мостовых инверторов 1 и 2 во всем диапазоне частот вращения вала вентильного двигателя.

Таким образом, в управляемом электродвигателе исключаются перенапря-. жения в элементах схемы при регулировании частоты вращения вала, осуществляется форсированное запирание силовых транзисторов мостовых инверторов, осуществляется управление как по цепи датчика положения ротора, так и через регулятор. Существенно расширяется диапазон регулирования частоты вращения и повышаются надежность и массо-габаритные показатели электродвигателя.

Формула из обрет е ния

Управляемый вентильный электродвигатель, содержащий синхронную машину с фазной обмоткой якоря, два мостовых инвертора, каждое плечо моста которого образовано параллельно соединенными транзистором и диодом, включенными встречно относительно их проводимости, в первую диагональ каждого моста включена одна из фаэ обмотки якоря синхронной машины, и трансформатор с обмоткой, снабженной средним выводом, начало лкоторой сое5

55 динено с первым выводом второй диагонали одного мостового инвертора, а конец — с первым выводом второй диагонали другого мостового инвертора, вторые выводы .вторых диагоналей мостовых инверторов подключены к первой шине источника питания, и датчик положения ротора синхронной машины, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и расширения диапазона регулирования частоты вращения, введены управляелый ключ, широтно-импульсный модулятор, трансформатор снабжен двумя дополнительными обмотками с выводами средней точки, а каждьп> мостовой инвертор снабжен двумя диодами, конденсатором„ двумя управляющиля транзисторалш и восемью резисторами, каждый из первых четырех резисторов включен параллельно переходу база — эмиттер соответствующего транзистора мостового инвертора, пятый и шестой резисторы включены соответственно между базами транзисторов противоположных плеч мостового инвертора, связанных с разноименными в:: водами второй диагонали этого мостового инвертора, каждый из управляющих транзисторов подключен переходом коллектор — змиттер параллельно переходу база — коллектор транзистора мостового инвертора, связанцого с первой шиной источника питания, базы управляющих транзисторов подключены к выходам датчика положения рстора синхронной машины, начало и конец каждой дополнительной обмотки трансформатора соединены через диоды с первыми выводами конденсатора, седьмого и восьмого резисторов соответствующего мостового инвертора, первый вывод второй диагонали которого соединен с вторым выводом конденсатора и выводом средней точки дополнительной обмотки трансформатора, а вторые выводы седьмого и восьмого резисторов подключены соответственно к базам транзисторов смежных плеч мостового инвертора, связанных с первым выводом второй диагонали этого мостового инвертора, причем средний вывод .основной облютки трансформатора подключен к второй шине источника питания через управляемый ключ, вход управления которого подключен к выходу широтно-импульсного модулятора, вход которого является входом управления.