Вентильный электродвигатель Советский патент 1988 года по МПК H02K29/06 

Г

00

00

ю

Nj

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах для управления вентильным электроприводом.

Целью изобретения является повышение надежности путем исключения сквозных токов в момент коммутации транзисторов мостового коммутатора.

На фиг. 1 представлена блок-схема вентильного электродвигателя; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие работу вентильного электродвигателя.

Вентильный электродвигатель содержит синхронную машину с секциями 1 и 2 (фиг. 1) якорной обмотки, мостовые коммутаторы 3 и 4, выполненные на транзисторах и датчик 5 положения ротора синхронной машины. Один вывод второй диагонали каждого коммутатора 3 и 4 подключен к одному зажиму источника питания. В вентильный электродвигатель введены формирователь б зоны коммутации меньше 180 эл. град, формирователь 7 зоны коммутации больше 180 эл. град, отключающие реле 8 и 9, дроссель 10 с двумя силовыми обмотками 11 и 12, соединенными между собой последовательно согласно, и одной измерительной обмоткой 13, пороговый блок 14, инвертирующая цепь 15.

Секция 1 обмотки якоря синхронной машины включена в первую диагональ мостового коммутатора 3, а секция 2 - в первую диагональ мостового коммутатора 4. Выход датчика 5 положения ротора подключен к входам формирователей 6 и 7 зоны коммутации, выходы которых через отключающие реле 8 и 9 подключены к управляющим входам силовых ключей мостовых коммутаторов (инверторов) 3 и 4 соответственно. Второй вывод второй диагонали инвертора 3 соединен со свободным выводом силовой обмотки И, а второй вывод второй диагонали инвертора 4 подключен к свободному выводу силовой обмотки 12 дросселя Ю.Точка соединение начала силовой обмотки 11 и конца силовой обмотки 12 подключена к другому зажиму источника питания. Измерительная обмотка 13 дросселя 10 подключена к входу порогового блока 14, выход которого подключен к управляющему входу отключающего реле 9 и через инвертирующую цепь 15 - к управляющему входу отключающего реле 8.

Вентильный электродвигатель работает следующим образом.

В исходном состоянии отключающие реле 8 и 9 разомкнуты. При подаче питания на схему на выходе датчика 5 положения ротора появляются сигналы, которые поступают на формирователи 6 и 7 зоны коммутации. На выходе порогового блока 14 при этом сигнал отсутствует, что соответствует наличию сигнала на выходе инвертирующей цепи 15, который замыкает контакты отклю0

5

0

5

0

5

чающего реле 8. При этом на управляющие входы (базы транзисторов) мостовых инверторов 3 и 4 поступают сигналы, обеспечивающие работу электродвигателя с зоной коммутации, меньшей 180 эл. град. На силовых обмотках И и 12 дросселя 10 при коммутации мостовых инверторов 3 и 4 возникает переменное напряжение, близкое к треугольному, частота и амплитуда которого пропорциональны частоте вращения ротора. При этом на измерительной обмотке 13 генерируется напряжение, амплитуда которого также пропорциональна частоте вращения вала электродвигателя. Это напряжение сравнивается с напряжением, пропорциональным заданной частоте вращения, при превышении которого пороговый блок 14 срабатывает и вырабатывает сигнал на замыкание контактов реле 9 и через инвертирующую цепь 15 - на размыкание контактов реле 8. При этом силовые ключи инверторов 3 и 4 начинают коммутировать ток в якорных обмотках 1 и 2 с зоной коммутации, превышающей 180 эл. град.

Величина зоны коммутации выбирается большей 180 эл. град, из следующих соображений. Во-первых, зона перекрытия л if (фиг. 2а) исключает перенапряжение при коммутации транзисторов стоек мостовых инверторов за счет организации замкнутых контуров внутри каждого мостового инвертора. Эти контура включают в себя открытые транзисторы и обратные диоды. Во- вторых, для улучщения гармонического состава тока необходимо его плавное снижение в точках 0,180, 360 эл. град, и т.д. до нуля. Поэтому величина зоны перекрытия должна выбираться с учетом постоянной времени силовой цепи электродвигателя.

Перекрытия зон коммутации, приводя- щие к одновременному открытию силовых ключей одной из стоек мостовых инверторов, не вызывают сквозных токов в режиме вращения вала из-за наличия дросселя в силовой цепи. В его силовых обмотках 11 и 12 возникает ЭДС самоиндукции, препятствующая протеканию сквозных токов в течение угла перекрытия itf.

В пусковом режиме, когда ротор двигателя находится в заторможенном состоянии

в течение времени, превыщающем время электромагнитного переходного процесса в силовой цепи, увеличение зоны коммутации, больше 180 эл. град, приводит к протеканию сквозных токов через стойки мостовых инверторов. Поэтому в устройство введен

формирователь б зоны коммутации меньшей 180 эл. град, который работает в пусковом режиме и режиме малых частот вращения.

При управлении электродвигателем постоянное напряжение питания суммируется с близким к треугольному переменным напряжением на обмотках 11 и 12 дросселя 10 и подается в фазе с переменным напря- 5 жением на мостовой инвертор 3 и в проти- вофазе на мостовой инвертор 4. На фиг. 2 представлены временные диаграммы, иллюстрирующие процесс формирования наФормула изобретения Вентильный электродвигатель, содержащий синхронную мащину с двухфазной якорной обмоткой, каждая секция которой включена в первую диагональ мостового коммутатора, выполненного на транзисторах, один вывод второй диагонали которого подключен к одному зажиму источника питания, датчик положения ротора, отличающийся тем, что,

пряжения на секциях 1 и 2 якорной обмотки. с целью повышения надежности путем исключения сквозных токов в моменты ком- Напряжение дросселя Uft (фиг. 2а)мутации транзисторов мостового коммута- складывается с напряжением источника тора, введены дроссель с двумя последо- UucT и прикладывается к обмотке двигате- вательно-согласно соединенными силовыми ля, в которой наводится ЭДС вращения обмотками и измерительной обмоткой, маг- е. Результирующее напряжение формирует 15 нитно-связанной с силовыми обмотками ток в обмотке (фиг. 26). Для сравнения на дросселя, свободный вывод каждой сило- фиг. 2в показана форма тока в двигателе вой обмотки соединен с другим выводом при отсутствии треугольного напряжениявторой диагонали соответствующего мосто- в зоне коммутации, меньшей 180 эл. град.вого коммутатора, а точка соединения сило- Как видно из сравнения кривых тока на фиг. вых обмоток дросселя подключена к дру- 2б,в, треугольное напряжение, формируемоетому зажиму источника питания, формиро- на обмотках 11 и 12 дросселя 10, действуяватели зоны коммутации больше 180° и в противофазе с ЭДС вращения, в сумме с меньше 180° входы которых соединены с прямоугольным напряжением питания при-выходом датчика положения ротора, отклю- водит к существенному улучшению гармо- чающие реле, каждое из которых входом нического состава тока в якорных обмотках 25 соединено с выходом одного из указанных 1 и 2, что повышает точность поддержанияформирователей зоны коммутации, а выхомгновеннои частоты вращения вала электродвигателя и снижает пульсационные потери в сети и тем самым улучщает энергетические показатели электродвигателя.

Кроме того, среднее значение тока на фиг. 26 больще, чем на фиг. 2в, что свидетельствует о лучшем использовании электродвигателя по развиваемому моменту на валу.

дом - с базой соответствующего транзистора одного из мостовых коммутаторов, инвертирующая цепь и пороговый блок, вхо- дом подключенный к измерительной обмот- ке дросселя, а выходом - к управляющему входу одного отключающего реле непосредственно, а к управляющему входу другого отключающего реле - через инвертирующую цепь.

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение надежности электродвигателя путем исключения сквозных токов при коммутации транзисторов мостового коммутатора. Указанная цель достигается тем, что в вентильный электродвигатель введены дроссель (Д) 10, пороговый блок (ПБ) 14, формирователь (Ф) 6 зоны коммутации меньше 180°, Ф 7 зоны коммутации больше 180°, отключающие реле (ОР) 8, 9, инвертирую- шая цепь 15. Посредством силовых обмоток 11, 12 Д 10 мостовые коммутаторы 3 и 4 подключены к зажимам источника питания. Измерительная обмотка 13 Д 10 подключена к ПБ 14, управляющего работой ОР 8 и 9. В режиме пуска и малых частот вращения секции 1, 2 якорной обмотки коммутируются сигналами, поступающими с Ф 6. По достижении заданной (номинальной) частоты вращения срабатывает ПБ 14, который размыкает ОР 8 и замыкает ОР 9. Управление коммутаций осуществляется от Ф 7. В результате из-за наличия зоны перекрытия Д If в силовых обмотках 11 и 12 возникают ЭДС самоиндукции, препятствующие протеканию сквозных токов в зоне перекрытия Atp. Кроме того, улучшается гармонический состав тока в якорной обмотке, что повышает точность поддержания мгновенной частоты вращения и снижает потери в меди, т.е. улучшает энергетические показатели вентильного электродвигателя. 2 ил. i (Л

-% v,cm

VV

иг.1