Вентильный двигатель Советский патент 1984 года по МПК H02K29/00 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к вентильным . двигателям, у которьпс управление пре образователем (коммутатором) осущест ляется от датчика положения ротора, и может быть использовано для создания бесконтактных электроприводов постоянного тока с широкш- диапазоно регулирования частоты вращения. Известен вентильный двигатель, содержащий синхронную машину с m -фа ной обмоткой якоря с нулевьм выводом связанным через дополнительный ключ с одним из полюсов источника питания постоянного тока, например отрицательным, и устройство взаимной блоки ровки одной из группы ключей коммутатора, например катодной, и дополни тельного ключа для изменения структу ры устройства коммутатора из двухполупериодной в однополупериодную l 1Известное устройство имеет все преимущества, характерные для электродвигателей постоянного тока, относительно высокий КПД, большой пусковой момент, хорошие регулировочные свойства (и лишено недостатков, связанных с наличием кбллекторно-щеточного узла,малый срок службы, сравнительно низкая надёжность. Кроме того, наличие дополнительных ключей дает возможность,регулиро вать частоту вращения путем изменения структуры, ЧТО расширяет функциональные возможности двигателя. Недостатком данного устройства является узкая область применения, вызванная возможностью реализации лишь частных регулировочных характе ристик в двигателе с изменяемой структурой коммутатора... Наиболее близким к изобретению по технической сущности является вен тильный двигатель,, содержащей синх ронную машину, гп -фазная обмотка якоря которой подключена каждой фазой к основным ключам ксммутатора, а, СВОИ1.1 нулевым вьтодом соединена с одним из полюсов источника питания через дополнительный ключ, устройство блокировки дополнительного ключа .и ключей одной из групп коммутатора, например катодной, вентиль, включенньй между нулевым вьгаодом и положительным полюсом источника питания во встречном ему направлении, мост обратного тока, вентили анодной груп пы которого вьшолнен с цепями управления, подключенными к устройству блокировки, щиротно-импульсный модулятор, выход которого связанс цепями управления дополнительного ключа и ключей катодной группы коммутатора 2. По сравнению с 1 } известное устройство имеет улучшенные регулировочные свойства и позволяет получить Жесткие регулировочные характеристики вентильного двигателя. Недостатком известного двигателя является наличие снижающих надежность двигателя всплесков перенапряжения на силовьк переходах ключей анодной группы коммутатора, обусловленных тем, что вентили анодной группы моста обратного тока при работе с однополупериодной схемой коммутатора постоянно заблокированы. Блокировка вентилей, преследующая цель устранения тормозных токов от противо-ЭДС неработающих фаз, приводит к разрыву в паузе широтно-импульсного модулятора цепи спадания тока отключающейся фазы двигателя, вследствие чего в момент начала паузы ЭДС самоиндукции отключающейся фазы достигает значительной величины и вызывает перенапряжения на силовом переходе ключа анодной группы, закрывающегося сигналом датчика положения ротора. . Цель изобретения - повышение надежности вентильного двигателя с изменяемой структурой коммутатора. Поставленная цель достигается тем, что вентильный двигатель, содержащий синхронную машину, m-фазная обмотка якоря которой подключена каждой фазой к основным ключам коммутатора, а своим нулевым вьтодом соединена с одним из полюсов источника питания через дополнительньм ключ, устройство блокировки дополнительного ключа и ключей одной из групп коммутатора, например катодной, вентиль, включенный между нулевым вьгеодом и положительным полюсом источника питания во встречном ему направлении, мост обратного тока, вентили анодной группы которого выполнены с цепями управления,широтноимпулъсный модулятор, выход которого связан с цепями управления дополнительного ключа и ключей катодной группы коммутатора, снабжен w одновибраторами, вход каждого из которых подключен к цепи управления соответствующего ему ключа анодной группы коммутатора, а выход - к цепи управления соединенного с этим клюнем вен тиля анодной группы моста обратного тока. Во всех возможных режимах работы предлагаемого вентильного двигателя имеются цепи замыкания токов отключающихся фаз двигателя, что предотвр щает возникновение всплесков перенап ряжения на силовых переходах ключей коммутатора, и отсутствуют цепи, по которым могут протекать тормозные токи от противо-ЭДС неработающих фаз Это позволяет повысить надежность вентильного двигателя, сохраняя свойственные известному двигателю хорошие регулир.овочные и энергетичес кие характеристики. На чертеже приведена функциональная схема вентильного двигателя с изменяемой структурой коммутатора. Вентильньш двигатель содержит син ронную машину 1 с многофазной обмоткой якоря (в данном случае трехфазной) с нулевым вьгоодом 2,,связанным через дополнительный ключ 3 с одним из полюсов источника 4 постоянного тока, например отрицательным, а чере дополнительный вентиль 5 - с другим полюсом источника. Фазы обмотки якоря синхронной машины 1 подключены к выходу коммутатора с анодной группой ключей 6-8 и катодной группой ключей 9-11. Коммутатор снабжен мостом обратного тока на вентилях 12-17. Вентили анодной группы 15-17 выполнены управляемьми. Цепи управления ключей 6-11 связаны с чувствительным элементами 18-23 датчика положения ротора, который может быть выполнен по любой известной конструктивной схеме. Вентильный двигатель снабжен широтно-импульсным модулятором 24, выход которого связан с цепями управления дополнительного ключа 3 и ключей 9-11 катодной группь} комму татора, и устройством 25 блокировки, вькод которого связан с цепями ления дополнительного ключа 3 и клю.чей 9-11 катодной группы коммутатора Цепь 26 управления устройством 25 блокировки может быть подключена к выходу дополнительного широтно-импул сного модулятора (не показан). Входы дополнительных одновибраторов 27-29 подключены к цепям управления ключей 6-8 анодной группы коммутатора, а их выходы 27-29 - к цепям управле- ния вентилей. 15-17 анодной группы моста обратного тока. Вентильный двигатель работает следующим образом. Устройство 25 блокировки разблокирован дополнительный ключ 3 и заблокированы ключи 9-11. Вентильньй двигатель работает с однополупериодной схемой коммутации при помощи клочей 6-8, управляемых по сигналам чувствительных элементов 18-20 датчика положения ротора, дополнительного ключа 3 и вентилей 5, 15, 16 и 17. При этом в течение каждого межкоммутационного интервала в импульсе широтно-импульсного модулятора открыт ключ 3 и сигналами соответствующих чувствительных элементов открыты ключи анодной группы коммутатора, вследствие чего соответствующие фазы обмотки якоря подключены к источнику питания, а в паузе широтно-импульсного модулятора закрывается ключ 3 и якорный ток замыкается через отстающиеся открытыми ключи анодной группы коммутатора и рткрьгоающийся под действием ЭДС самоиндукции дополнительный вентиль 5, тем самым реализуется режим динамического торможен 1Я. При закрывании одного из ключей анодной группы, например ключа 6 по сигналу чувствительного элемента 18, запускается одновибратор 27 и в течение установленного времени вьздержки одновибратора сигнал с его выхода разблокирует вентиль 15. Время выдержки одновибратора подбирается такой величины, чтобы в течение этого времени ток отключаемой фазы успевал снизиться до нуля во всех ра- бочих режимах. Разблокирование вентиля 15 приводит к тому, что в-паузе широтно-импульсного модулятора на кoм ryтaциoннoм интервале ток отключаемой фазы замыкается через вентили 5 и 15, и источник питания (реализуется режим рекуперативного торможения). В импульсе широтно-импульсного модулятора ток отключаемой фазы замыкается через ключ 3 и вентиль 15 (реализуется режим динамического торможения) . По истечении времени вьщержки однойибратора 27 сигнал на его выходе заблокирует вентиль 15 вплоть до нового запуска одновибратора, блогодаря чему исключается протекание тормозного тока от противо-ЭДС неработающей фазы.

Аналогичным образом протекают рабочие процессы на коммутационных интервалах других фаз двигателя. Широтно-импульсная модуляция напряжения, подвожимого к фазам двигателя, позволяет регулировать частоту вращения при относительно малой величине потерь в ключах вьтолняющик. функции исполнительного органа регулятора частоты вращения. При этом регулировочные характеристики имеют относительно большую жесткость, поскольку при достаточных величинах частоты широтноимпульсного регулятора и индуктивности обмотки якоря ток двигателя не претерпевает разрыва.

Изменение структуры устройства коммутатора осуществляется за счет блокировки ключа 3 и разблокировки ключей 15-17. Вентильный двигатель работает с двухполупериодноц схемой коммутатора при помощи ключей 6-11, управляемых по сигналам чувствительных элементов 18-23 датчика положения ротора, и вентилей 12-17 моста обратного тока.

Регулирование частоты вращения осуществляется lio сигналам широтноимпульсного модулятора, взаимодействующего с ключами 9-11 коммутотора. Рабочие процессы на коммутационных интервалах протекают аналогично процессам при работе с однополупериодной схемой коммутатора, при этом в импульсе широтно-импульсного модулятора ток отключаемой фазы замыкается через соединенньш с выводом этой фазы управляемый вентиль анодной группы моста обратного тока и открытый сигналом чувствительного элемента соответствующий ключ катодной группы коммутатора, а в паузе - через указаный управляемый вентиль и через один из вентилей катодной группы моста обратного тока.

Управление устройством 25 блокироки может осуществляться как от дополнительного широтно-импульсного модулятора, так и вручную.

Таким образом, введение дополнительных одновибраторов, управляющих вентилями анодной группы моста обратного тока, позволяет предотвратить возникновение всплесков перенапряжения на силовых переходах ключей коммутатора, сниажющих надежность дви гателя.

ВЕНТИЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий синхронную машину, m-фазная обмотка якоря которой подключена каждой фазой к основным ключам коммутатора, а своим нулевым выводом соединена с одним из полюсов источника питания через дополнительный ключ, устройство блокировки дополнительного ключа и ключей одной из групп коммутатора, например катодной, вентиль, включенный между нулевым вьгоодом и положительным полюсом источника питания во встречном ему направлении, мост обратного тока, вентили анодной группы которого выполнены с цепями управления, широтно-импульсный модуля-; тор, выход которого связан с цепями управления дополнительного ключа и ключей катодной группы коммутатора, отличающийся тем что, с целью повьшения надежности, он снабжен m одновибраторами, вход каждого из которьк подключен к цепи § управления соответствующего ему ключа анодной группы коммутатора, а вы(Л ход - к цепи управления соединенного с этим ключем вентиля анодной группы моста обратного тока.