Управляемый вентильный электродвигатель

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах с повышенным ресурсом работы. Целью изобретения является повышение КПД и надежности. Для достижения цели управляемый вентильный электродвигатель дополнительно содержит демпферный диод, два конденсатора и линейный дроссель. При обрыве одной из фаз 1 двигателя функции трансформатора 12 выполняет линейный дроссель 34, частота вращения при этом снижается, но двигатель сохраняет работоспособность. 1 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Н 02 Р 6 02

ГОСУДАРСТВЕННЫ И КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ при гк-ц ссср

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1458961 (21) 4602008/24-07 (22) 04.11,88 (46) 23.10.90. Бюл. М 39 (72) Г.Б. Михайлов (53) 621.13 1.13.0142:621.382(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1458961, кл. H 02 Р 6/02, 1987. (54) УПРАВЛЯЕМЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОД В И ГАТЕЛ Ь (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электро Ы 1601724 А2 приводах с повышенным ресурсом работы. Целью изобретения является повышение КПД и надежности. Для достижения цели управляемый вентильный электродвигатель дополнительно содержит демпферный диод, два конденсатора и линейный дроссель. При обрыве одной из фаэ 1 двигателя функции трансформатора 12 выполняет линейный дроссель 34, частота вращения при этом снижается, но двигатель сохраняет работоспособность. 1 ил.

1601724

Изобретение относится к электротехнике, может быть использована в электроприводах с повышенным оесурсом работы и является усовершенствованием изобретения па авт, "".E:, 1Ф 1458961, Целью изобретения является повышение КПД и надежности Вентильного элект. РОДВИГдТЕЛЯ, На чертеже представлена функциональ, ная схема управляемого вентильного электрадВигателя.

Управляемый вентильный электродви,; гател ь содержит синхронную машину с фаз: ной обмоткой 1 якоря, два мостовых : инвертора 2 и 3, каждое плечо моста обра:. зовано параллельно соединенными транзистором 4(5 — 7) и диодом 8(9 — 11), ВКЛЮЧЕННЫМИ ВСТРЕЧНО ОТНОСИТЕЛЬНО ИХ

" проводимости, В первую диагональ каждого

:,, моста включена одна из фаз обмотки 1 я <о., ря синхронной машины, и трансформатор

1 12 с основной обмоткой 13, снабженной средним выводом, начало которой соединено с первым выводом второй диагонали мостового инвертора 2, а конец — с первым выводам второй диагонали мостового ин, вертора 3, вторые выводы диагоналей мос. товых инверторов подключены к первой шине 14 источника питания.

Электродвигатель содержит также датчик 15 положения ротора синхронной машины, управляемый ключ 16, широтно-импульсный модулятор (ШИМ) 17, . трансформатор 12 включает дополнительные обмотки 18 и 19 с выводами средней точки. Каждый мостовой инвертар 2(3) вкл ачает два диода 20 и 21, конденсатор 22, два управляющих транзистора 23 и 24 и восемь резисторов 25 — 32, каждый из первых четырех резисторов 25 — 28 включен параллельно переходу база-эмиттер соответствующего транзистора 4 — 7, пятый 29 и шестой 30 резистары включены соответственна между базами транзисторов 4 — 7 и 5 — 6 противоположных плеч мостового инвертора, связанных с разноименными ВыВОдами Второй диагонали этого мостового инвертора, Каждый из управляющих транзисторов

23(24) подключен переходом коллектор— эмиттер параллельно переходу база — коллектор транзистора 6(7) мостового инвертора, связанного с первой шиной 14 источника питания. Базы управля ощих транзисторов 23 и 24 подключены к выводам датчика 15 положения ротора синхронной машины.

Начало и конец каждой дополнительной обмотки 18 (1.9) трансформатора 12 соединены через диоды 20 и 21 с первыми выводами конденсатора 22, седьмого 31 и восьмого 32 резисторов соответствующего мостового инвертара. Первый вывод второй диагонали мостового инвертора 2 соединен с вторым выводом конденсатора 22 и выводом средней точки дополнительной обмотки

18 трансформатора 12, а вторые выводы седьмого 31 и восьмого 32 резисторов подключены соответственно к базам транзисторов 4 и 5 смежных плеч мостового инвертара 2, связанных с первым выводом второй диагонали этого мостового инвертора;

Средний вывод основной обмотки 13 трансформатора 12 связан с второй шиной

33 источника питания через управляемый ключ 16, вход управления которого падкл очен к выходу (ШИМ) 17, вход которого является входом управления. Управляемый вентильный электродвигатель дополнительно содержит линейный Дроссель 34, два конденсатора 35 и 36 и демпферный диод 37, причем линeéíûé дроссель 34 включен последовательно между средней точкой основной обмотки 13 трансформатора 12 и выхода;-:, управляемого ключа 16. Конденсатор 35 первым выводом подключен к началу обмотки 13 трансформатора 12, а вторым выводом подключен к первой шине 14 источника питания, соотве ственно второй конДенсатор 36 ABpBbIM ВыВОДОм ПОДключен к концу обмотки 13 трансформатора 12, а другим — к первой шине 14 источника питания.

Демпферный диод 37 включен между выходом управляемого кл.ача 16 и первой шиной 14 источника питания.

Индуктивность линейного дросселя определяется выражением где Тк — период коммутации электродвигателя в номинальном режиме, определяемый датчиком 15 положения ротора или ега электронным аналогом;

r — полное суммарное сопротивление цепи одной фазы, г=гф+ ap+rxp где гф — активное сопротивление фазы синхронной машины, гдр — активное сопротивЛЕНИЕ ВВЕДЕННОГО ЛИНЕЙНОГО PPOCCQËË, Гтр— активное сопротивление транзисторов мостового инвертара в открытом состоянии, Управляемый вентильный эгектрадвигатель работает следующим образом, .

При подаче напряжения питания начинает работать ШИМ 17 и на управля ащем входе управляемога ключа 16 появляются

i 601724 импульсы, скваженность которых onределяется сигналом на входе ШИМ 17, Одновременно начинает работать датчик 15 положения ротора, и посредством управляющих транзисторов 23 и 24 транзисторы 4 и

7 мостовых инверторов в каждой из якорных обмоток 1 начинают переключаться с зоной коммутации 180 эл.град, Ротор электродвигателя вращается с частотой, определяемой скваженностьк> БИМ 17 и нагрузкой на валу, Введенный линейный дроссель 34 существенным образом снижает пульсации тока в якорных обмотках v, частоту переключения

ШИМ, так как его индуктивность на порядок больше индуктивности фаз якорных обмоток электродвигателя, На интервале коммутации, равной

180 эл.град., когда, например, открыты транзисторы 4 и 7, переключение управляемого ключа 16 не вызывает бросков напряжения на мостовых инверторах 2 и

3, так как ток фазы, протекающий, например, от плюса источника через управляющий ключ в открытом состоянии, линейный дроссель 34, обмотки 13 трансформатора

12, открытые транзисторы 4 и 7 к второй шине источника питачия, при отключении ключа 16 (на частоте ШИМ) протекает от линейного дросселя 34 (начало обмотки), попре>кнему открыть.е кл очи 4 и 7 и демпферный диод 37, к концу дросселя 34. При переключении транзисторов сигналом датчика 15 положения ротора, т.е. с 4 и 7 на 5 и

6 на фазе якорной обмотки 1 возникает ЭДС самоиндукции.

При достижении напря>кения самоиндукции величины, равной напря>кению питания исгочника постоянного тока ЭДС самоиндукции, ток замыкается по цепи: конец фазы, резисторы 28, 29 и 25, эмиттернобазовый переход транзистора 5, резисторы

30 и 27 и начало фазы. Падечием напряжения на резисторе 28 транзистор 7 открывается, и якорный ток фазы течет через транзистор 7 и диод 10. Таким образом, при отсутствии линейного дросселя 34 схема полностью застрахована от перенапряжений при перекг очении транзисторов 4 — 7 сигналами датчика 5, причем независимо от ширины эоны коммутации, Включение в схему линейного доосселя 34 приводит при переключении транзисторов 4 и 7 на 5 и б сигналами датчика 15 к росту напряжения

ЭДС самоиндукции как на фазе, так и на линейном дросселе 34. В момент переключения транзисторов 4 — 7 процесс во времени конечен и определяется частотньгми свой твами транзисторов 4 — 7. На определенный момент времени цепь для замыкания тока от запасеHHoA энергии

25 3 0

50 потокосцепления линейного дросселя 34 обрывается. В этот момент возникает значительное перенапряжение на мостовом инверторе 2.

Г ведение в схему конденсаторов 35 и 36 позволяет разделить процессы замыкания тока B мостовых инверторах от ЗДС самоиндукции (физика процесса описана) и линей,ого дросселя 34, В момент переключения транзисторов 4 — 7 возникающая в линейном дросселе 34 ЭДС самоиндукции замыкается по цепи: начало обмотки линейного дросселя 34, обмотка 13 трансформатора 12, выводы конденсатора 35, демпферный диод 37 и конец обмотки линейного дроселя 34. Величина емкости определяется временем переклю ения транзисторов 4-7 и величиной тока в обмотке линейного дросселя 34, "ассмотрим отказ, заключающийся в обрыве фазы обмотки якоря или одного из мостовых инверторов. В том случае, если. нет линейного дросселя 34, при обрыве одной из фаз якорнсй обмотки происходит насыщение трансформатора 12, так как постоянный ток протекает по одной половине обмотки 13. Поскольку зона коммутации электродвигателя равна 180 эл,град., а трансформатор 12 насыщен, то электродвигатель превращается в неэкономичный двигатель с большими пульсациями тока, достигающими в начале и конце коммутационного нтервала величины, равной току короткого замыкания, так как противо-ЗДС вращения в этих точках равна нулю. Частота вращения электродвигателя резко падает, и он не мо><ет выполнять возложенные на него функции.

В ведение линейного дросселя 34 позволяет повысить надежность электродвигателя. В случае обрыва одной из фаз якорной обмотки или одного из мостовых инверторов трансформатор 12 оказывается в насыщении, так как через îëîâèíó обмотки 13 протекает постоянный ток, В моменты коммутации, когда -противо-ЭДС p3BI à нулю, все напряжение источника питания, в случае, когда, например, управляемый ключ 16 открыт, приложено к линейному дросселю

34. Если индуктивность дросселя достаточна и минимальна (et o величина определяется из(1)), то энергия, запасенная в линейном дросселе 34, уменьшается до нуля за половину периода коммутации. Если индуктивность больше, чем определяемая соотношением (1), то энергия, запасенная в линейном дроссе å, спадает медленней, но на качес во процессов этот факт не сказывается. Таким образом, в момент времени коммутации, когда противо-ЭДС равна нулк>, все напряжение источника постоянного