Вентильный электродвигатель Советский патент 1986 года по МПК H02P6/12 H02K29/00 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводу. Целью изобретения является повышение надежности при неисправности типа обрыв диода обратного моста. На фиг,1 представлена функциональ ная схема вентильного электродвигателя; на фиг.2-3 - варианты выполнения триггера Шмитта; на фиг.4 - вари ант подключения триггера Шмитта к управляющим входам блока запрета; на фиг.5 и 6 - эпюры напряжений на элементах схемы по фиг.I в нормальном и аварийном режимах работы соот ветственно. Вентильный электродвигатель содер жит электрическую машину 1 с индуктором 2 и и -секционную обмотку якоря (в данном случае состоящую из секций 3-5), (), преобразователь 6 частоты с управляемыми ключами 7 12 и диодами 13 - 18 обратного моста блок 19 формирования сигналов управления, 2гг| выходов которого связаны с первыми входами 20 управляемых ключей 7-12 преобразователя 6 частоты соответственно, выход преобразователя 6 частоты подключен к секциям 3-5 обмотки якоря электричвской машины 1. Дополнительно вентильный электродвигатель содержит 2т триггеры Шмитта 21 - 26, блок 27 запрета с 2т управляющими входами 28 а каждый управляемьй ключ 7-12 преобразователя 6 частоты снабжен вторым входом 29, который подключен к выходу того триггера Шмитта 21 - 26, вход которого подключен к выходу этого же управляемого ключа, связанному с соответствующей секцией обмотки якоря электрической мащины 1 выходы блока 19 формирования сигнало управления подключены к первым входам 20 управляемых ключей 7-12 преобразователя 6 частоты через блок 27 запрета соответственно, а 2гп управляющих входов 28 блока 27 запрета связаны с выходами соответствующи триггеров Щмитта 21 - 26. Каждьй триггер Имитта 21-26 содержит (фиг.2 - 3) компаратор 30 с двумя входами, первый вход которого подклю чен к выходу управляемого источника 31 опорного напряжения, а выход - к управляющему входу 32 указанного источника опорного напряжения, второй вход и выход компаратора 30 являются входом и выходом триггеров Шмитта 21-26 соответственно. Управляемый источник 31 опорного напряжения включает в себя первичньм источник 33 напряжения и сумматор, выполненный на резисторах 34 и 35. При подключении к выходу управляемого источника 31 инвертирующего входа компаратора 30 управляемый источник 31 снабжается дополнительно инвертором 36 в цепи управляющего входа 32. Блок 19 формирования сигналов управления может быть выполнен в виде датчика положения ротора с сигнальным 37 и с чувствительньм 38 элементами. Сигналы управления преобразователем 6 частоты могут быть сформированы также по сигналам ЭДС вращения, иаводимьм,в секциях 3-5 обмотки якоря электрической мащины 1, или по сигналам с задающего генератора . Блок 27 запрета служит для отключения управляемых ключей 7-12 преобразователя 6 частоты от блока 19 формирования сигналов управления при подаче на его управляющие входы 28 управлякнцего сигнала. Блок 27 запрета 1ожет быть выполнен на 2гп логических элементах 2И 39 (фиг.1) и одном элементе 2т ИЛИ-НЕ 40, первые входы логических элементов 2И 39 и, их выходы являются соответственно входами и выходами блока 27 запрета, вторые входы логических элементов 2И объединены и подключены через логический элемент 2т ИЛИ-НЕ 40 к 2т управлягацим входам 28 указанного блока 27. К I -му входу 28 подключен выход L-го триггера Шмитта 21-26. Каждый элемент 39 может быть объединен с элементом 40 и реализован на логическом элементе (1+2п)и с одним прямым и 2ЯП инверсными входами. При выполнении управляющих входов 28 одноканальньми они могут быть связаны с триггерами Шмитта 21 - 26 напряжения в соответствии с фиг.4 через диоды 41. В этом случае объединенные вторые входы логических элементов 39 вьшолняются инвертирующими и непосредственно являются управляющими входами 28. Преобразователь 6 частоты обеспечивает в соответствии с сигналами блока 19 формирования сигналов управления циклическое подключение и отключение от источника питания (не показан) комбинаций секций 3-5 обмотки якоря электрической мащины Г. Такую коммутацию обеспечивают управляемые ключи 7 - 12. Первый вход 20 каждого ключа подключен к соответствующему выходу блока 27 запрета. Второй вход 29 каждого ключа подключен к выходу соответствующего тригг ра Шмитта 21 - 26. Например, вход 29 управляемого ключа 7 подключен к выходу триггера Шмитта 21, вход которого подключен к выходу этого ж ключа 7, связанному с секцией 3 обмотки якоря. Каждый управляемьй ключ 7-12 шунтирован соответствующим диодом 13-18, которые образуют обратньй мост. Работу вентильного электродвигателя с трехсекционной обмоткой якоря () поясняют эпюры напряжений на элементах схемы (фиг.5 и 6), позиции которых соответствуют позициям узлов устройства (фиг.1 - 3). Вентильньй электродвигатель с работает следующим образом. При исправном преобразователе-6 частоты по сигналам блока 19 формирования сигналов управления происходит периодическое подключение к исто нику питания и отключение от него . комбинаций секций 3-4, 3-5, 4-5, 4-3 5-3 5-4 обмотки якоря электрической машины 1 с помощью ключей 7-10, 9-12j 9-8, 11-8, 11-10 преобразовате ля 6 частоты. Условно принимаем, что наличие на ключах напряжения (диаграммы 5 и 6) свидетельствует о том, что ключи открыты. В момент отключения ключа 10 и включения ключа 12 пр включенном ключе 7 (фиг.5) для отклю чаемой комбинации секций 3-4 обмотки якоря за счет возникающей ЭДС самоиндукции организуется замкнутый электрический контур 3-4-15-7-3 (фиг.1). В этом контуре протекает коммутационный ток за счет энергии, запасенной в индуктивности отключаемых секций 3-4 обмотки якоря электри ческой машины 1. Точно также при отк лючении других ключей организуются другие электрические контуры для замыкания ЭДС самоиндукции. Коммутационный ток через диод 15 обратного моста, протекающий при отключении управляемого ключа 10, показан на фиг.5. Поскольку при исправном преоб разователе 6 частоты для ЭДС самоиндукции организуются замкнутые электрические контуры, то в электродвигателе перенапряжений не возникает. Напр яжение на входе триггеров Шмитта 21 - 26 находится ниже порога их срабатывания. На выходах триггеров Шмитта 21-26 сохраняется сигнал логического нуля и блок 27 запрета беспрепятственно пропускает сигналы блока 19 формирования сигналов управления на первые входы 20 управляемых ключей 7-12 преобразователя 6 частоты. Предположим, что в процессе работы вентильного электродвигателя произошел обрыв диода 15 обратного моста. В этом случае (фиг.6) в момент отключения управляемого ключа 10 и включении ключа 12 при включенном ключе 7 возникает ЭДС самоиндукции за счет энергии, запасенной в индуктивности отключаемых секций 3-4 обмотки якоря. Однако из-за обрыва диода 15 замкнутого электрического контура не организуется. На секциях 3-4 возникает ЭДС, самоиндукции, которая через открытый ключ 7, суммируясь с источником напряжения, прикладьшается к закрытому управляемому ключу 10. Перенапряжение на ключе 10 (в том случае, если не будут предусмотрены дополнительные средства, ограничивающие ее величину) может превысить допустимое значение для ключа 10 и привести к его неисправности. Одновременно из строя может быть -вьшеден ключ 9, к которому указанное выше перенапряжение прикладьтается также. В рассматриваемом вентильном электродвигателе при достижении в отключаемых секциях 3-4 ЭДС самоиндукции значения, превьш1акяцего пороговое напряжение и„ор на выходе уп- равляемого источника 31 опорного напряжения (фиг.2-3) в момент t (фиг.6) произойдет срабатьшание ком паратора 30 триггера Шмитта 24 (фиг.3 После срабатьюания компаратора 30 управляемый источник 31 опорного напряжения изменит пороговое напряжение до величины и„ор.1 (фиг. 6) . Уровень логической единиьц) с выхода триггера ПЫитта 24 поступит на соответствующий управляющий вход 28 блока 27 запрета и на второй вход 29 управляемого ключа 10 преобразователя 6 tacтоты. Все ключи 7, 8, 9, 11 и 12 будут отключены,, а ключ 10 вновь включится. В этом случае организуется замкнутый электрический контур 3-410-14-3, в котором протекает Kot-мутационный ток за счет энергии, запасенной в индуктивности отключаемых с кций 3-4 обмотки якоря. При этом перенапряжение на ключе 10 исчезает, что исключает его пробой. К моменту ti (фиг.6) энергия, запасенная в индуктивности, уменьшится до нуля и коммутационный ток будет равен нулю. При этом падение напряжения на ключе 10 уменьшится до значения поро гового напряжения на выходе управляемого источника 31 опорного напряжения. На выходе триггера ВЫитта 24 установится уровень логическо.а блок 2 ГО нуля. Ключ 10 закроется запрета начнет пропускать сигналы с блока 19.формирования сигналов управ ления на первые входы 20 управляемых ключей 7-12 преобразователя 6 частоты. Восстановится поочередное подключени е к источнику питания и отклю чение от него комбинаций секций 3-5 обмотки якоря электрической машины 1 При последующих .отключениях ключа 10 алгоритм работы повторится и опять будет организован электрический контур 3-4-10-14-3 для протекания коммутационного тока, исключающий возникновение перенапряжения на ключе 10, приводящего к его пробою. При обрыве любого другого диода обратного моста, аналогично описанному выше случаю, меняется алгоритм .работы преобразователя 6 частоты и организуется электрическая цепь для протекания коммутационного тока. Это исключает возникновение перенапряжения на отключаемом ключе преобразователя 6 частоты. Таким образом, изобретение позволяет повысить надежность вентильного электродвигателя при неисправности типа обрыв диода обратного моста в преобразователе частоты. Повьшение надежности объясняется тем, что пред ложенный вентильный электродвигатель сохраняет нормальную работоспособ78( ность при обрыве диода обратного моста. Формула изобретения 1.Вентильный электродвигатель, содержащий электрическую машину с т-секционной обмоткой якоря, преобразователь частоты с управляемыми ключами и диодами обратного моста в количестве2гп каждые, блок формирования сигналов управления, 2т выходов которого связаны с первыми входами управляемых ключей преобразователя частоты соответственно, выход преобразователя частоты подключен к m -секционной обмотке якоря электрической машины, отличающийс я тем, что, с целью повышения надежности при неисправности типа обрыв диода обратного моста, в него дополнительно введены 2 m триггеров Шмитта, блок запрета с 2т управляющими входами, а каждый управляемый, ключ преобразователя частоты снабжен вторым входом, который подключен к выходу того триггера ИЦитта, вход которого подключен к выходу этого же управляемого ключа, связанному с соответствукщей секцией обмотки якоря электрической машины, выходы блока формирования сигналов управления подключены к первым входам управляемых ключей преобразователя частоты через блок запрета соответственно, а 2m управляющих входов блока запрета связаны с,выходами соответствующих триггеров Шмитта. 2.Электродвигатель по п.1, о т личающийся тем, что каждый триггер Шмитта содержит компаратор с двумя входами, первьй вход которого подключен к управляющему источнику опорного напряжения, а выход - к управлякяцему входу указанного источника опорного напряжения, второй вход и выход компаратора являются соответственно входом и выходе триггера Шмитта.

Фиг.3 Ко входам Z9(a,6., 2т)

ФигЛ

I Явннутацивнмми ток, при отключемии 1hsJ ялюуд to . ftji

J4

t, t.

tat

(i

at

Фаг. 5

Фиг. 6