Устройство для регулирования бесконтактного электродвигателя постоянного тока

 

34П25

ОП И САНИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соеетскил

Социалистическил

Республик

Зависимое от авт, свидетельства ¹

Заявлено 25.V.1970 (№ 1443365.24-7) с присоединением заявки ¹

Приоритет

Опубликовано 05.V1.1972. Бюллетснь № 18

Дата опубликования описания 21 V1.1972

М. Кл. Н 02k 29 02

Н 02р 7/28

Комитет оо делам изобретений и открытий сои Совете Министров

СССР

УДК 621.313.33 (088.8) Авторы изобретения

В. П. Лянзбург и В. Н, Булдаков

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛ ИРОВАН ИЯ БЕСКОНТАКТНОГО

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Предлагаемое устройство предназначено для регулирования скорости бесконтактного электродвигателя постоянного тока и может быть использовано в маломощных следящих электроприводах. Электродвигатель регулируется изменением средней величины фазного напряжения, подводимого к его статорным обмоткам, которое осуществляется регулированием скважности относительно высокочастотных импульсов, т. е. широтно-импульсным способом.

Известны устройства для широтно-импульсного регулирования скорости бесконтактных и коллекторных двигателей постоянного тока, у которых изменяется длительность импульсов фазного напряжения.

Цель изобретения — повышение динамических свойств двигателя.

Это достигается тем, что устройство снабжено широтно-импульсным блоком динамического торможения, совмещенным с коммутатором. Блок динамического торможения выполнен из управляемого широтно-импульсным модулятором транзистора, диодов и многообмоточного дросселя, одна из обмоток которого включена между отрицательным полюсом источника и общей точкой обмоток двигателя, а другие — между диодами, соединенными катодами с коллекторами транзисторов коммутатора, и коллектором транзистора, подключенного эмиттером к общей точке обмоток двигателя.

Благодаря этому блоку при уменьшении сигнала управления и скважности импульсов двигатель переходит в режим динамического торможения и быстро снижает свою скорость, что приводит к повышению его быстродействия. В то же время при динамическом тор1р можении не потребляется мощность из сети, так как тормозной электромагнитный момент развивается за счет кинетической энергии маховых масс нагрузки и ротора двигателя.

Так как в паузах между заполняющими

15 импульсами фазного напряжения обмотки двигателя в предлагаемом устройстве замыкаются накоротко, то потери мощности в этих паузах незначительны. Благодаря высокой частоте заполняющих, импульсов фазного на20 пряженпя ток двигателя непрерывен. Поэтому скачки тока, потребляемого от источника, отсутствуют.

На фиг. 1 показана принципиальная схема

25 стройства; на фиг. 2 — диаграммы напряжений и токов в элементах схемы.

Силовые транзисторы 1, 2 и 8, коммутирующие фазные обмотки 4, 5 и 6 образуют коммутатор двигателя с ротором 7. Через

3р ключи 8, 9 и 10 подключены широтно-им3411

3 пульсный модулятор (ШИМ) 11 и чувствительные элементы 12, И и 14 датчика 15 положения ротора 7.

Блок обеспечения непрерывного тока состоит из транзисторов 16, 17 и 18, диодов 19, 20 и 21, обмотки 22 дросселя 23,и выпрямителей 24, 25 и 26.

В блок динамического тормо>кения входя r обмотки 27, 28 и 29, принадлежащие дросселю 23, диоды 80, 31 и 32 и транзистор 38.

Транзисторы 1, 2 и 3 коммутатора управляются одновременно импульсами е первого выхода широтно-импульсного модулятора и элементами 12, И и 14 датчика с помощью ключей 8, 9 и 10. Каждый из этих ключей пропускает на вход соответствующего транзистора импульсы U »» только в том слу ие, когда на данный ключ поступают напряжения U>q, U|3 и U>< с выходов соответствующих элементов 12, И и 14 датчика 15. Если на выходе какого-либо элемента датчика, например 12, напряжения нет, то ключ 10 подает на вход транзистора 8 запираюгцее напряжение (Уг,„на фиг. 2). Точно так же работают ключи 8 и 9 и элементы И и 14 рагчика 15 (Ue„Uej.

Транзисторы 16, 17 и 18 управляются элементами 12, 18 и 14 датчика 15, выходные напряжения которых подаются на входы этих транзисторов через выпрямители 24, 25 и 26.

Как видно из фиг. 1, каждый из транзисторов 16, 17 и 18 открывается и закрывается одновременно с тем транзистором 1, 2, 3, к которому он подсоединен через один из диодов 19, 20 и 21. Например, если на интервале коммутации импульсами ключа 8 открывается транзистор 1, то на этом интервале постоянно открыт транзистор 18. При открытом транзисторе 1 диод 21 заперт («+» источника подается íà его катод); при закрывании транзистора 1 э. д. с. самоиндукцип дросселя 23 и обмотки 4 двигателя открывает диод 21 и поддерживает непрерывным ток в фазной обмотке 4, который замыкается по контуру: диод 21 — транзистор 18 — дроссель 28. Аналогично работают другие фазы двигателя.

Со второго выхода широтно-импульсного модулятора 11 на вход транзистора 33 блока динамического торможения подаются импульсы напряжения U „„», Импульсы напряжений И>»»» и (!»»щ, следуют в противофазе по отношению к входам транзисторов 1, 2 и

8 и 88, т. е. когда, например, на интервале коммутации на базу транзистора 1 подается отрицательный импульс, а на базу транзистора 88 — положительный импульс и наоборот.

Это означает, что если транзистор 1 на интервале коммутации открыт, то транзистор 88 закрыт и наоборот. Аналогично работают на своих интервалах коммутации транзисторы 2 и 8.

Если обозначить длительность отрицательных импульсов U „„, через I„„, а их период следования через Т„„то скважность у= T„(У „,, 5

4.

Скважность у регулируется сигналом управления Uz.

Пусть сигнал управления увеличивается или остается неизменным. Рассмотрим интервал коммутации транзистора 1 (транзисторы 2 и 3 заперты, транзистор 18 открыт, транзисторы 17 и 16 заперты). 11редположим, что импульсом напря>кения U,„, открыт транзистор

Транзистор 33 закрыт, поэтому цепи обмоток 27, 28 и 29 дросселя 23 разомкнуты. Напряжение питания, преодолевая э. д. с. самоиндукции обмотки 22 и фазных обмоток, вызывает возрастающий ток 1Ф, через обмотку 4 (фиг. 2). При закрывании транзистора 1 э,д.с. самоиндукции фазной обмотки 4 и обмоток 22, 27, 28, 29 дросселя изменяют свою полярность и поддерживают ток в фазе, который замыкается через открытый транзистор 18 и диод 21. Транзистор 88 открыт, но так как э.д.с. самоиндукции обмоток 27, 28, 29 приложены «минусом»,к анодам jflfoдов 80, 31, 82, то последние заперты, цепи обмоток 27, 28, 29 так же, как в предыдущем случае, разомкнуты.

Если индуктивность фазной обмотки близка к индуктивности дросселя, то следует увеличить число витков обмоток 27, 28, 29 до величины, необходимой для запирания диодов 80, 31, 82. Аналогичная картина имеет место на интервалах коммутации транзисторов 2 и 3.

Таким образом, если сигнал управления и, следовательно, скважность заполняющих импульсов остается неизменной, то блок динамического торможения на работу электропривода не влияет.

При скачкообразном уменьшении сигнала управления У,. среднее напря>кение уапц, приложенное к фазной обмотке 5, также скачком снижается из-за уменьшения скважности у. Непосредственно после скачка сигнала U>, э.д.с. обмотки 22 дросселя стремится поддержать величину протекающего через нее тока, у которого вследствие уменьшения напряжения yUp наблюдается тенденция к спаду. Э.д.с. самоиндукции е99 на обмотке 22 при этом имеет одинаковую полярность как при открытом, так и при закрытом транзисторе 2. Поэтому э. д. с. е уменьшается по величине, вследствие расхода накопленной энергии, до скачка У, Практически через 2 — 3 периода Т э.д.с. е 4=е — åäp=

=е становятся меньше э. д. с, на обмотках двигателя еф„е4,„которые мало изменились по амплитуде за истекшее время, вследствие малого изменения скорости.

По достижении указанного неравенства э.д.с. еф, и е4„открывают диоды 80 и 82 и при открытом транзисторе 88 замыкаются практически накоротко, вызывая токи через обмотки 4 и 6, Иначе говоря, двигатель переходит в генераторный режим, При этом возникает электромагнитный тормозной момент, 341125

Г

I

I

I

По истечении нескольких периодов Т„при закрывании транзистора 88 (и открывании транзистора 1) э. д. с. самоиндукции обмотки 22 имеет такую полярность, что вызывает инверсный ток через источник и обмотку б, который также тормозит двигатель.

Таким образом, при уменьшении скважности заполняющих импульсов среднее значение фазного напряжения становится меньше э. д. с. вращения двигателя и они открывают диоды 27, 28, 29 блока динамического торможения. Двигатель переходит в генераториый режим, что приводит к эффективному торможению. Кривые среднего значения тока через транзистор 88 и скорости n(t) показаны на фиг. 2.

Предмет изобретения

Устройство для регулирования бесконтактного электродвигателя постоянного тока с транзисторным коммутатором, унравляе.;,ым широтно-импуль ным регулятором, содер)кащес блок обеспечения непрерывности тока и блок динамического торможения, от.гпча(а5 и(веся тем, что, с целью повышения динамических свойств двигателя, блок динамического торможения выполнен нз управляемого широтно-импульсным модулятором трап:истОРа, PIIO«QB H мно oo()MQTo Ilio(0,(РОссел51, 10 одна из обмоток которого вкл(очена между отрицательным полюсом источника и((та((и(1

II Общей точкой ()33Hb(x Обмоток «внг;(те 151, а другие — между диодами, соединен(1 (uiI катодами с коллекторами транзисторов ком15 мутатора, н коллектором упомянутого тран3II0Top3, подкл(оченного эмиттером к Обlце!1 точке обмоток двигателя.

)12

0д

И 14

"шим, /шум 2 е,р, /

Оу

ТИо

<5 (t

n(t) 4ие,.2

Составитель В. Ратайко

Тскред T. Ускова

Редактор И. Грузов»

Корректор Е, Зимина

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 1929/15 Изд. № 798 Тираж 448 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Мссква, 7К-З5, Раушская наб., д. 4/5