Трехфазный преобразователь напряжения для питания гистерезисного двигателя Советский патент 1984 года по МПК H02P7/36 H02M5/27 

1 Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении источников электропитания гистерезисных двигателей. Известен трехфазный преобразователь для питания. гистерез«сного двигателя, содержащий выходной усилитель, выполненный в виде мостового инвертора напряжения, управляющие входы которого соединены с блоком управления инвертора, схему подачи импульса перевозбуждения в нагрузку, выполненную в виде дополнительнрго к мостовому инвертору блока с собственным блоком управ ления и формирования импульсов перевозбуждения . Недостатком известного преобразователя является отсутствие общего вывода на общую массу импульсного источника постоянного тока, что существенно затрудняет управление электронными ключами этого источник Наиболее близким к предлагаемому является трехфазньй преобразователь напряжения для питания гистерезисных двигателей. Этот преобра™ зователь имеет мостовой инвертор напряжения, в первой фазе которого последовательно с транзистором нижнего плеча стойки включен диод, а последовательно с обратным диодом этого же транзистора - первый транзисторный ключ, управляющий вход ко торого Соединен с управляющим элект родом верхнего силового транзисторного ключа второй фазы мостового инвертора, узел импульса перевозбуждения , включенный между первой и второй фазами мостового инвертора управляющий вход которого соединен с выходом блока дозирования парамет ров импульса перевозбуждения, блок управления инвертором, выходы которого связаны с управляющими элек родами силовых ключей инвертора и с входом блока дозирования параметров импульса перевозбуждения, две логические схемы И и логическая схема НЕ, причем управляющие электроды транзисторного ключа верхнего плеча стойки в первой фазе и транзисторного ключа нижнего.плеча стои ли во второй фазе соединены с блоком управления через логические схемы И каждый, а вторые входы логических элементов И соединены через логическую схему НЕ с блоком дозирова42ния параметров импульсов, второй дополнительный диод включен последовательно с силовым ключом верхней стойки второй фазы мостового инвертора и вторым фазным выходом мостового инвертора 2, .Недостатком этого преобразователя является также наличие сложной схемы управления из-за необходимости иметь гальваническую развязку для управления ключами импульсного источника, что снижает надежность и технологичность уст- . ройства. Цель изобретения - повышение надежности и технологичности преобразователя напряжения. Поставленная цель достигается тем, что в трехфазный преобразователь напряжения для питания гистерезисного двигателя, содержащий мостовой инвертор напряжения, в первой фазе которого последовательно с транзисторным ключом нижнего плеч;а стойки включен диод,, последовательно с возвратным диодом этого же транзисторного ключа включен первый транзисторный ключ, между первой и второй фазами инвертора включен узел формирования импульсов перевозбуждения, -управляющий вход которого соединен с выходом блока дозирования импульса, две логические схемы И, выход первой из них соединен с управляющим электродом транзисторного ключа верхнего плеча стойки первой фазы мостового инвертора, выход второй схемь И соединен с управляющим электродом тран зисторного ключа нижнего плеча стойки второй фазы мостового инвертора, первые входы схемы И соединены с соответствующими выходами блока управления мостовым инвертором, а вторые входы соединены между собой и через схему НЕ включены на выход блока дозирования параметров импульса перевозбуждения, дополнительно введены компаратор напряжения, диод и второй управляемь1й транзисторный ключ, при этом дополнительный диод и второй управляемый транзисторный ключ включены последовательно с возвратным диодом ниж- него плеча стойки второй фазы locтoвого инвертора, а общая точка дополнительного диода и второго управляемого транзисторного ключа соеJдинена с входом компаратора, выход которого соединен с блоком дозирования импульсов. На фиг. 1 приведена схема предлагаемого трехфазного преобразователя напряжения для питания гистерезисных двигателей; на фиг. 2 блок управления, компаратор напряжения с делителем частоты импульса схема Дозирования параметров импульса перевозбуждения; на фиг. 3 временные диаграммы. Трехфазный преобразователь напр .жения для питания гистерезисного двигателя содержит мостовой инвертор 1 (фиг. 1), выполненный на попарно-последовательно включенных транзисторных ключах 2 и 3, 4 и 5, 6 и 7с возвратными диодами к ним соответсчвенно 8и9, 10и11, 12 и 13. Средние точки каждой пары транзисторных ключей образуют выхо ды 14, 15 и 16 трех фаз преобразователя. Последовательно с транзисторным ключом 3 нижнего плеча стойки первой фазы и транзисторным ключом 4 . верхнего плеча стойки второй фазы включены диоды 17 и 18 соответственно, а доследовательно с возврат ными диодами 9 и 11 тех же фаз по.следовательно включены соответственно первый и второй транзисторные ключи 19 и 20. Последовательно с вторьм транзисторным ключом 20 и возвратным диодом нижнего плеча стойки второй фазы мостового инвер тора включен дополнительньй диод 2 Узел 22 формирования импульса п ревозбуждения включен между вывода ми первой и второй фазы инвертора Управлякмций же вход зтого узла сое динен с выходом блока 23 дозирования импульса перевозбуждения. Вход компаратора 24 соединен с общей точкой дополнительного диода 21 и второго управляемого транзисторного ключа 20, а выход - с входом бл ка 23 дозирования импульса перевозбуждения. Выхода блока 25 управления мостовым инвертором соединены с управляющими входами тран зисторных ключей инвертора 1, причем с транзисторьшми ключами 3 и 5 они соединены соответственно через вторую и первую схемы И 26 и 27, вторые входы которых соединены меж ду собой и через схему НЕ 28 под544ключены к выходу блока 23 дозирования импульса перевозбуждения. Транзисторные ключи 19 и 20 содержат одинаковые коммутирующий транзистор 29, базовые резисторы 30 и 31 управляющий транзистор 32, включенный последовательно с резистором 31 и подключенный по управляющему входу к тому же выходу блока 25 управления, что и транзисторный ключ 4. Узел 22 формирования импульса перевозбуждения содержит последовательно включенные между двумя его входами зарядньй конденсатор 33, вентиль 34 и ограничительный резисТор 35, причем первая обкладка конденсатора подключена к выходу первой фазы преобразователя, а вторая включена через ключевой транзистор 36 на общую шину питания инвертора 1. Блок 23 дозирования импульса перевозбуждения (фиг. 2а) содержит К5-триггер 37, С-вход которого яв-. ляется входом блока,R -вход соединен с выходом триггера через параллельно включенные резистор 38 и диод 39 и общей шиной питания через конденсатор 40.1)-вход триггера соединен с полюсом источника питания. Компаратор 24 (фиг. 26) состоит из последовательно включенных порогового блока 41, счетчика 42 импульсов и элемента И 43, один из входов которого соединен с входом счетчика, а другие - с его выходами. Блок 25 управления мостовым инвертором (фиг. 2в) состоит из последовательно включенных задающего генератора 44, распределителя 45 импульсов, выполненного на последовательно-параллельном регистре сдвига с логическими элементами НЕ 46. Нагрузкой преобразователя является гистерезисный двигатель 47. Трехфазный преобразователь работает следующим образом. Управляющие сигналы с выхода блока 25 управления осуществляют коммута цию диодов 8и 9, 10 и 11,12 и 13 мостового инвертора 1. Управляющие сигналы сдвинуты по фазе на 120°, благодаря чему на выходе мостового инвертора 1 (выходные выводы 14,15 и 16) формируется трехфазное переменное напряжение прямоугольной формы с паузой 60 градусов (фиг, 3), Замыканйе цепи реактивных токов нагрузк обеспечивается возвратными диодами 8-13, ключами 19, 20 и диодом 21, причем ключ 19 включается ,одновременно с транзисторным ключом 4, а ключ 20 открыт все время , кроме момента подачи импульса перевозбуждения. Необходимая длительность управ ющего сигнала на включение ключа 19 определяется возможным.значением реактивного тока нагрузки и всегда меньше полупериода питающего напряжения. В процессе работы мостового инвертора 1 через зарядную цепочку 33-35 импульсами напряжения с ампли тудой и частотой выходного напряжения мостового инвертора 1 периодически происходит заряд накопительного конденсатора 33 через транзисторные ключи 3,4 и диод 17. В моменты времени (фиг.3б) реактивный ток второй фазы двигателя 47 замыкается по цепи: выход.1 мостового инвертора 1 - фаза двигателя 47 - выход 14 - транзисторный ключ 3 - общая шина источника питания - диод 21 - транзисторный ключ 20 (открытый транзисторный ключ 29) возвратньй диод 11 - выход 15. Таким образом, через диод 21 протекает реактивный ток, и его напряжение насыщения, имеющее отрицательное значение относительно общей шины питания инвертора, приложено к входу компаратора 24. Поскольку это напряжение меньше напряжения на инвертирующем входе порогового блока 41 (фиг. .2), на выходе компаратора присутствует сигнал логического О, выходы счетчика 42 и схемы И 43 также находятся в состоянии О. При наличии на выходе компаратора 24 напряжения логического О блок 23 дозирования параметров импульса тоже находится в со тоянии О. Этим сигналом ключевой транзистор 36 узла 22 Лгормирования импульсов перевозбуждения заперт, а ключ 20 открыт. Логической схемой НЕ 28 инвертируется выходной сигнал блока 23 дозирования импульсов, т.е на первых входах схем R 26 к 27 при сутствует сигнал логической 1, ра 1 ешающий проход управляющих сигналов от блока 25 управления через схемы И 26 и 27 на управление транзисторными ключами 2 и 5 мостового инвертора 1. В моменты времени ts (фиг. 3) реактивный ток через возвратный диод 11, а следовательно, и через диод 21 снижается до нуля, в момент его равенства нулю пороговый блок 41 переходит в состояние логической 1 на.выходе и возвращается в состояние О в момент времени t. Таким образом, на выходе порогового -блока 41 формируются импульсы напряжения, длительность которых соответствует отсутствию реактивного тока в возвратном диоде 11 (), а пауза между импульсами - времени протекания реактивного тока в возвратном диоде 11 (), причем момент времени ij- момент отсутствия тока в цепи нагрузки второй фазы мостового инвертора 1. Счетчик 42 импульсов отсчитывает установленное количество импульсов с вьпсода порогового блока 41, а логической схемой И 43 вьщеляется каждый ft-и импульс с порогового блока 41 (где П - число задействованных разрядов счетчика 42). Выделенный компаратором напряжения импульс (фиг. Зв) запускает блок 23 дозирования параметров им-пульса. Передний фронт запускающего импульса переводит триггер 37 в состояние , начинается заряд конденсатора 40 через резистор 38, по достижении напряжением на конденсаторе 40 порогового значения для Р-входа (вход установки в О) триггера 37 последний устанавливается в исходное состояние (состояние 0). Таким образом, с момента достижения током во второй фазе мостового инвертора 1 нулевого значения с выхода блока 23 дозирования парметров импульса формируется положительный импульс, длительность которого п устанавливается выбором сопротивления резистора 38 и емкости конденсатора 40 блока 23 дозирования параметров импульса (фиг. Зг). Сформированный таким образом импульс перевозбуждения запирает электронный ключ 20, через схему НЕ 28 подает на схемы И 26 и 27 сигнал логического О, запирающего схемы И 26 и 27, на их выходах устанавливается уровень логического О, приводящий в состояние отсечки транзисторные ключи, 2 и 5 мостового инвертора 1. По сигналу

логической 1 (длительностью Т ) открывается ключевой транзистор 36 узла 22 подачи импульса перевозбуждения, положительно заряженная до напряжения +Е обкладка конденсатора 33 оказывается соединенной с общей шиной источника питания.

Таким образом, на момент подачи импульса перевозбуждения в схеме трехфазного преобразователя устанавливается следующее состояние.

Ток во второй фазе двигателя 47 равен нулю, ток первой фазы двигате 47 равен по величине и противоположен по знаку току третьей фазы двигателя 47. Транзисторные ключи 2-5, 7, 19, 20 закрыты, транзисторные ключи 6 и 36 открыты. В схеме протекает i ток по цепи:+Е,- транзисторный ключ 6 - вывод 16 третьей фазы мостового инвертора 1 - третья первая фазы двигателя 47 - вывод 14 первой фазы мостового инвертора 1 накопительный конденсатор 33 узла 22 формирования импульса перевозбуждения-общая шина источников питания (минус источника Е,). Очевидно, что напряжение между выводами 16 и 14 мостового инвертора 1 равно сумме напряжений источника постоянного тока Е,и напряжения на конденсаторе 33. Это приводит к возрастанию тока в первой и третьей фазах двигателя 47 и созданию в йем режима перевозбуждения ротора.

Наличие транзисторного ключа 20, запертого в момент подачи импульса перевозбуждения, препятствует протеканию тока по цепи: вывод 15 мостового инвертора 1 вторая-первая фазы двигателя 47 вывод 14 мостового инвертора 1 накопительный конденсатор 33 - тразисторный ключ 36 - диод 21 - возвратный диод 11 - вывод 15 второй фазы мостового инвертора t, а следовательно, повьпненному разряду конденсатора 33.

Таким образом, введение компаратора 24 напряжения диода 21,

электронного ключа 20 приводит к тому, что независимо от величины cos Cf конкретного образца 47 импульс перевозбуждения подается в обмотуи двигателя всегда в момент отсутствия тока в одной из фаз равенства токов в двух других фазах, т.е. независимо от значения cosCp полюса, образуемые импульсом перевозбуждения на роторе, отстают от

направления вектора напряженности магнитного поля статора на один и тот же угол, что обеспечивает постоянство скорости скольжения ротора и повышение стабильности точностных параметров двигателя от

образца к образцу. Наиболее тяжелый режим работы преобразователя момент подачи импульса перевозбуждения, когда в схеме действуют повьш1енные напряжения и токи фаз. При использовании изобретения поддаются расчету с достаточной степенью точности независимо от разброса значения параметров cosсрнагрузки, что

обеспечивает стабипьность режимов работы элементов схемы. Изобретение позволяет также уменьшить величину тока перевозбуждения до минимально необходимого,значения, т.е. уменьшить габариты накопительного конденсатора 33, зарядной цепи 34, 35 и силового ключа 36, устранить потери от протекания тока во второй фазе двигателя 47, т.е. повысить КПД,

повысить надежность работы преобразователя благодаря стабильности режима работы элементов при изменении типа или конкретного образца нагрузки, повысить технологичность

изготовления благодаря отсутствию необходимости регулировки.

ff)

4-fn2ZJ

J7

fl AJ

ТРЕХФАЗНЬП ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ.ДЛЯ ПИТАНКЯ ГИСТЕРЕЗИСНОГО ДВИГАТЕЛЯ, содержащий мостовой инвертор напряжения, в первой фазе которого последовательно с тарнзисторным ключом нижнего плеча стойки включен диод, последовательно с возвратным диодом этого же транзисторного ключа включен первый транзисторный ключ, между первой и второй фазами инвертора включен узел формирования импульсов перевозбуждения, управляющий вход которого соединен с выходом блока дозирования импульса, две логические схемы И, выход первой из них соединен с управляющим электродом транзисторного ключа верхнего плеча стойки первой фазы мостового инвертора, выход второй схемы И соединен с управляющим электродом транзисторного ключа нижнего плеча стойки второй фазы мостового инвертора, первые входы схемы И соединены с соответствующими выходами блока управления мостовь1м инвертором, а вторые входы соединены между собой и через схему НЕ включены на выход блока дозирования параметров импульса перевозбуждения, отличающийся тем, что, с целью повьшения надежности и технологичности, дополнительно введены компаратор напряжения, диод и второй управляемый транзисторный ключ, при СО этом дополнительный диод и второй .управляемый транзисторный ключ включены последовательно с возвратным диодом нижнего плеча стойки второй фазы мостового инвертора, а общая точка дополнительного диода и второго управляемого транзисторного ключа соединена с входом компаратора, выход которого соединен с блосо ком дозирования, импульсов. .

20

25

Ж

ЖГ

Ж

&

т

Шв

фиг.2