Вентильный электродвигатель

 

Изобретение относится к электротехнике . Цель изобретения состоит в снижении массы и габаритов. В вентильном электродвигателе, содержащем машину и инвертор по мостовой схеме, каждое из смежных плеч которого представляет собой параллельное соедине ние силового ключа 1,2,.обратного диода 3,6 и последовательной цепи, образованной конденсатором 7,8 и диодом 11,12, соединенным одноименным выводом с вьпсодом ключа, а между общими точками последовательных цепей

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ .ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ rHHT СССР (21) 4224039/24-07 (22) 13.02.87 (46) 23.02.89. Бюл. В 7 (7i) Производственное объединение

"Уралэлектромаш" (72) А.М.Бродецкий, В.А.Косенко, А.Г.Павлов и В.С.РафФ (53) 621 ° 313.392(088.8) (56) Evans P .D., Co t t ingham R. I.

Some aspects of power transistor

design. - IEE. J. Electric power

applications, 1979, vol . 2, N 3.

Авторское свидетельство СССР

У 1365272, кл. Н 02 К 29/06, 1986.

„„Я0„„1460756 А1 (5ц 4 Н 02 К 29/06, Н 02 P 6/02 (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения состоит в снижении массы и габаритов. В вентильном электродвигателе, содержащем машину и инвертор по мостовой схеме, каждое из смежных плеч которого представляет собой параллельное соедине" ние силового ключа 1,2, обратного диода 3,6 и последовательной цепи, образованной конденсатором 7,8 и диодом 11, 12, соединенным одноименным выводом с выходом ключа, а между общими точками последовательных цепей

1460756 включен резистор 9, дополнительно введены трансформатор 22, два стабилитрона 17, 19, зашунтированных конденсаторами !8,20 и диод 4,6 в кажцом плече, при этом один вывод указанных диодов соединен со средней точкой последовательной цепи, а другие одноименные выводы этих же диодов образуют две общие точки в анодных и катодных плечах, к которым подключены одноименные выводы стабилитронов. Свободными анодом и катодом стабилитро1

Изобретение относится к вентильным электродвигателям, в состав которых входит электромеханический преобразователь, например синхронная машина с индуктором на постоянных магнитах, и инвертор на быстродействующих ключах (транзисторах), предназначенным для быстродействующих систем отработки механического параметра с высокой точностью, например, для элект- 10 ропривода подачи металлорежущего станка.

Целью изобретения является снижение массы и габаритов двигателя за счет исключения дросселей из силовой 15 цепи.

На чертеже изображена схема вентильного электродвигателя.

Каждая ветвь инвертора содержит силовые ключи 1 и 2 инвертора, диоды 3-6, конденсаторы 7 и 8, резистор 9.

Выводы обмотки якоря электромеханического преобразователя 10 связаны через трансформатор с транзисторами 1 и 2. Диоды 11-16 объединены в две группы, общие точки которых через параллельные: цепочки, образованные стабилитроном 17, конденсатором 18 (первая) и стабилитроном 19, конденсато- ЗО ром 20, соединены с одной из шин источника 21 питания ° ..

Вентильный электродвигатель рабо- . тает следующим образом.

В исходном состоянии, когда им- .: 35 пульсы управления не поступают на входы силовых ключей, ключи закрыты, ны соединены соответственно с положительным и отрицательным полюсами источника питания, при этом обмотки трансформатора соединены попарно и согласно и образуют также последовательно цепи, одноименные выводы которых подключены соответственно к выходам анодных и катодных плеч, а средние точки — к выводам обмоток машины, причем применен трансформатор кабельного типа. 1 з.п. ф-лы. 1 ил. конденсаторы последовательных цепей заряжены до половины напряжения источника питания, через обмотки машины ток не течет. Процессы в элементах схемы зависят от алгоритма управления силовыми ключами.

Рассмотрим работу схемы, например, для случая использования данного вентильного электродвигателя в станочном электроприводе, содержащем контур регулирования по скорости и подчиненный контур регулирования по току, релейный с гистерезисом (не показан).

Источник питания может представлять собой схему Ларионова на диодах с конденсаторным фильтром на выходе, вход которой непосредственно соединен с промьппленной трехфазной сетью переменного тока. Причем для реализации наиболее высоких динамических характеристик электропривода наибольшая ЭДС электромеханического преобра" зователя 10 выбрана существенно меньшей, чем напряжение источника питания, а алгоритм управления транзисторами, используемыми в качестве силовых ключей, принят следующий.

На заторможенной машине при малом моменте на валу транзисторы попарно включаются с паузой на переключение в соответствии с сигналом регулятора тока, переключая соответствующую пару клемм машины между полюсами ис-. точника питания. Этот случай соответствует величине тока в обмотке машины, .не превышающего величины установленного гистерезиса в регулято1460756 ре тока. Включается, например, одновременно силовой ключ 1 и средний транзистор в катодной группе, а затем силовой ключ 2 и средний транзистор в анодной группе. Ы паузе между импульсами ток обмотки двигателя течет через обратные диоды 3 и 6 и соответствующие диоды в средних по схеме плечах.

На заторможенной машине и большом моменте на валу, когда величина тока обмотки машины превышает величину выбранного гистерезиса регулятора тока, в зависимсч.ти от знака момента включается одновременно только одна пара транзисторов с паузой после каждого включения: например, только силовой ключ 1 и средний в нижнем ряду при одном знаке момента, и только силовой ключ 2 и средний транзистор в верхнем ряду при другом знаке момента.

Для описываемого случая частоты переключения лежат в пределах единиц кГц при величине паузы в несколько десятков мкс.

При вращении ротора импульсы управления поступают на другие пары силовых ключей в соответствии с сигналами датчика положения ротора, и для описываемого в качестве примера случая наибольшая частота переключения групп транзисторов составляет десятки Гц. За счет использования транс. форматора вместо отдельных индуктивных элементов все обмотки связаны сильной индуктивной связью и значительная часть электромагнитной энер-, гии, записываемой в трансформаторе, отдается источнику 21 питания через обратные диоды и частично через включенные в данный момент времени ключи;

Оставшаяся меньшая часть электромагнитной энергии, не отданная по ука-: занным цепям источнику питания, вызывает перенапряжения на силовых клю"=. чах, но величина перенапряжений строга нормирована стабилитронами 17 и 19 (перенапряжений не будет, если стабилитроны заменить диодами). Например, если потенциал эмиттера любого as транзисторов анод:..:ой группы снизится до величины, меньшей, чем потенциал отрицательного полюса источника питания, на величину пробивного напряжения стабилитрона 17, откроется соответствующий из диодов 11, 13, 15 и величина перенапряжения будет ограничена Соответственно ограничиваются и положительные потенциалы на коллекторах транзисторов катодной группы через диоды 12, 14,16 и стабилитрон 19.

Иунтирующие конденсаторы 18 и 20 обеспечивают практически постоянные напряжения на стабилитронах и снижают величины импульсных токов через них.

10 В известном техническом решении рассеяние энергии дросселей происходит, в основном, только на активных сопротивлениях самих дросселей и диодов. В предлагаемом устройстве за счет магнитной связи между всеми обмотками трансформатора возникают при переключениях перенапряжения и на обмотках, соединенных с ключами, в данные моменты времени не работающими, 20 поэтому часть энергии через соответствующие элементы схемы отдается,источнику питания: например, если при данном угловом положении ротора электродвигателя не работают ключи 1 и 2 (чертеж), то полярность перенапряжения от переключения работающих ключей такова, что "плюс" приложен к коллектору ключа 2, а "минус" к эмиттеру ключа 1, и цепь от коллекто30 ра ключа 2, замыкается черед диоды 5 и 11 и стабилитрон 19 на положительный полюс источника питания, а от отрицательного полюса источника питания — через стабилитрон 17, диоды

11 и 4 на эмиттер ключа 1.

Общий защитный индуктивный элемент выполнен в виде трансформатора 22 кабельного типа, представляющего собой набор кольцевых ферритовых сердечни40 ков, сквозь отверстия которых пропу щены монтажные проводннки в направлениях, показанных на чертеже. Изготовление одного такого трансформатора проще изготовления шести дроссе45 лей. Инвертор с одним трансформатором и двумя маломощными стабилитронами, зашунтировайными конденсаторами для ограничения импульсных токов через стабилитроны, меньше по габари5р там и лучше по энергетическим характеристикам, чем инвертор с шестью дросселями, Кроме того, инвертор имеет меньший уровень акустических шумов.

55 формула изобретения

1. Вентильный электродвигатель, с одержащий электромеханический преоб1460756

Составитель А.Санталов

Редактор А.Ворович Техред Л.Сердюкова. Корректор М.Пожо

Заказ 547/58 Тираж 645 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент" ° r.Óàãîðoä, ул. Гагарина, 101 разователь, обмотка якоря которого связана с выходом мостового инвертора, каждое из плеч которого содержит силовой ключ, параллельно которому подключены обратный диод и цепочка из последовательно соединенных конденсатора и диода, диод цепочки соединен разноименным выводом с обратным дио-дом, с общей точкой диода и конденса- 10 тора каждого плеча соединен дополнительный диод, выводом, разноименным выводу . диода цепочки, общие точки конденсатора и диода цепочек, при. надлежащих плечам одной ветви инвер- 16 тора, соединены через резистор, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения массы и габаритов, дополнительно введены трансформатор и два стабилитрона, эашунтированные конденсаторами, одноименные выводы дополнительных диодов плеч анодной и катодной групп объединены и подключены к одноименным им выводам ста билитронов, свободными анодом.и катодом соединенных соответственно с положительным и отрицательным полюсами источника питания, трансформатор выполнен с числом обмоток, равным числу ветвей инвертора, концы каждой иэ обмоток соединены с плечами одной ветви мостового инвертора, а средняя точка — с одним из выводов обмотки якоря.

2. Электродвигатель по п. 1, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения и снижения тепловых потерь в элементах инвертора, использован трансформатор кабельного типа.