Управляемый вентильный электродвигатель Советский патент 1989 года по МПК H02P6/08 H02P6/18 

выводами дополнительной обмотки 19 трансформатора 12. Средний вывод обмотки 19 и второй вывод конденсатора 23 соединены с эмиттерами транзисторов 3, 5, Каждый транзистор мостового инвертора 2 шунтирован одним из диодов 7-10. В одну из диагоналей каждого мостового, инвертора 1, 2 включена соответствующая фаза обмотки якоря вентильного двигателя. Вторая диагональ каждого мостового инвертора через одну из полуобмоток основной обмотки 13 трансформатора 12 и управляемый ключ 17 подключена к

зажимам источника питания. Управление ключом 17 ведется по сигналам ши- ротно-иктульсного модулятора 18, а транзисторами 24, 25 - по сигналам датчика 16 положения ротора вентильного двигателя. Б электродвигателе., исключаются перенапряжения в элементах схемы при регулировании частоты вращения вала и обеспечиваются форсированное запирание силовых транзисторов мостовых инверторов и регулирование по сигналам датчика 16 и по сигналам с широтно-импульсного модулятора 18. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение надежности и расширение диапазона регулирования частоты вращения вентильного электродвигателя. В f2 j ве из ди то ды ба тр Ре тр ме вы со то 23 ба зи тр во j-VVVXjyVVV.. iT ii 23Щ rw,yvYv. вентильный электродвигатель в каждый из мостовьк инверторов 1, 2 введены диоды 21, 22, конденсатор 23, резисторы 26-33 и транзисторы 24, 25. Каждый из резисторов 26-29 включен между базой и эмиттером соответственно транзисторов 3-6 мостового инвертора. Резистор 30 включен между базами транзисторов 4, 5, а резистор 31 - между базами транзисторов 3 и 6. Один вывод каждого из резисторов 32, 33 соединен с объединенными выводами катодов диодов 21, 22 и конденсатора 23, а другой вывод резистора 32 - с базой транзистора. Вторые выводы ре зисторов 32, 33 соединены с базами транзисторов 3, 5 соответственно. Выводы ауодов диодов 21, 22 связаны с 20 (С сд 00 a J J

1

Ивобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводу, и может быть использовано в высо- конадежньпс приводах с большим диапа- зоном регулирования частоты вращения.

Целью изобретения является повышение надежности и расширение диапазона регулирования частоты вращения вентильного электродвигателя.

На чертеже изображена функциональная схема вентильного электродвигателя .

Вентильный электродвигатель содержит два мостовых инвертора 1 и 2. Плечи каждого из мостовых инверторов 1 и 2 образоааны соединенными встречно-попарно транзисторами 3, 4 и 5 6. Каждьй из транзисторов 3-6 шунтирован одним из диодов 7-10. В первую диагональ каждого из мостовых инверторов 1 и 2 включена соответствующая фаза 11 обмотки якоря синхронного двигателя. Электродвигатель содержит также трансформатор 12, основная об- мотка.13 которого имеет вывод средней точки. Начало этой обмотки подключено к первому выводу 14 второй диагонали мостового инвертора 1, а конец обмотки 13 - к. первому выводу второй диа- гонали мостового инвертора 2, Вторые выводы вторых диагоналей каждого из мостовых инверторов 1 и 2 подключены к первой шине 15 источника питания. Вентильный электродвигатель включает также датчик 16 положения ротора син хронной машины и дополнительно управ.

Q

(5 20 25 JQ35

ляемый ключ 17 и широтно-импульсный модулятор 18. Трансформатор 12 снабжен двумя дополнительными обмотками 19 и 20, каждая из которых вьшолнена с выводом средней точки. Каждый из мостовых инверторов 1 и 2 снабжен двумя диодами 21 и 22, конденсатором 23, двумя управляющими транзисторами 24 и 25 и восемью резисторами 26-33. Каждый из первых четырех резисторов 26, 27, 28 и 29 включен параллельно переходу база - эмиттер одного из транзисторов 3, 4, 5 и 6 моста. Пятый 30 и шестой 31 резисторы включены соответственно между базами транзисторов 4 и 5, 6 и 3 противоположных плеч мостового инвертора. Каждый из управляющих транзисторов 24 и 25 подключен переходом коллектор - эмиттер параллельно переходу база - коллектор соответствующих транзисторов 4 и 6, связанных с первой пшной источника питания. Базы управляющих транзисторов 24 и 25 подключены к выходам датчика 16 положения ротора. Начало и конец положительной обмотки 19 трансформатора 12 подключены через диоды 21 и 2-2 к первым выводам конденсатора 23, седьмого 32 и восьмого 33 резисторов. Второй вывод конденсатора 23 и средняя точка дополнительной обмотки 19 подключены к первому выводу 14 второй диагонали моста, а вторые выводы седьмого 32 и восьмого 33 резисторов - соответственно к базам транзисторов -3 и 5, включенных

14

в смежные плечи мостового инвертора и сязанных с первым выводом 14 второ диагонали моста.

Средний вывод основной обмотки 13 трансформатора 12 подключен к второй шине источника питания через управляемый ключ 17, вход управления которого подключен к выходу широтно-им- пульсного модулятора 18.

Дополнительная обмотка 20 подключена аналогично подключению обмотки 19, но во втором инверторе 2.

Управляемый вентильный электродвигатель работает следующим образом.

Рассмотрим первый случай, когда управляемый ключ 17 открыт и датчик 16 формирует команды на коммутацию мостовых инверторов 1 и 2. Зона коммутации датчика 16 составляет 180 эл. град. При подаче напряжения от источника питания управляющие транзисторы 24 и 25 и транзисторы 5, 4 и 3, 6 в каждом из инверторов 1 и 2 поочередно переключаются под действием сигна лов датчика 16 положения ротора. По фазам протекает ток-,- создается электромагнитный .-момент, и ротор элек- тродвигателя приходит во вращение, В момент переключения управляемьсх транзисторов 24 и 23 необходимо создать цепь для замыкания реактивного тока в фазах 11 синхронной машины. Из-за наличия трансформатора 12 и значительного индуктивного сопротивления секций обмотки 13 реактивный, ток не может замкнуться через обратный диодный мост 7-10 и внутреннее сопротивление источника постоянного тока. В данном электродвигателе про- исходит расширение зоны коммутации на минимальную ширину, определяемую величиной запасенной энергии в коммутируемой секции. Обеспечивается это следующим образом. В момент времени, например, когда сигналами датчика 16 управляемый транзистор 24 закрывается, .а транзистор 25 открывается, ток в фазе 11, протекавший по цепи: вто

рая шина источника питания, обмотка 13 трансформатора 12, транзисторы 5, 4 и первая шина источника питания стремится сохранить прежнее направление. Открывшиеся транзисторы 3, 6 не позволяют создать цепь для поддержания реактивного тока, и в фазе 11 начинает возникать ЭДС самоиндукции, причем для рассматриваемого момента, плюс ЭДС возникает в начале фазы 11,

Q

5

0 5 о

5

0

14

а минус ЭДС - в конце. Как только амплитуда ЭДС самоиндукции достигнет величины напряжения источника постоянного тока начинает протекать ток по цепи: фаза 11, переход эмиттер - база транзистора 4, резисторы 30 и 38

28,переход эмиттер - база транзистора 3, резисторы 31 и 29, фаза 11. Открывается транзистор 24 на время действия ЭДС. Ток фазы 11 протекает по цепи: фаза 11, транзистор 4, диод 10, фаза 11. Указанная цепь существует

до тех пор, пока ток в фазе 11 не спадет до нуля.

В том случае, когда зона коммутации меньше 180 эл. град., также надежно исключается возможность возникновения перенапряжений в полупроводп- никовых элементах инверторов. Рассмотрим момент времени, когда по сигналам датчика 16 управляемый транзистор 24-закрывается, существует пауза и управляемый ключ 25 также закрывается. Соответственно закрыты в момент коммутации и все транзисторы 3-6, В фазе 11 начинает возникать ЭДС самоиндукции. Плюс в начале фазы, минус - в конце. Как только ЭДС самоиндукции по амплитуде превысит напряжение постоянного тока источника питания, начинает протекать ток по цепи; фаза 11, переход эмиттер - база транзистора 4, резисторы 30 и 28, переход эмиттер - база транзистора 3, резисторы 31 и

29,фаза 11. Открывается транзистор 4 и поддерживается в открытом состоянии до тех пор, пока -ток в фазе 11 не спадет до нуля. Работа инверторов 1 и 2 с любой длительностью сигналов управления датчика 16 безопасна, так как появление ЭДС самоиндукции на фазах якорной обмотки позволяет автоматически создать цепи для протекания peaKTiiBHoro тока.

При вращении вала электродвигателя в дополнительных секционированных обмотках 19 и 20 наводится переменное напряжение, близкое к треугольному и пропорциональное частоте вращения. Посредством первого и второго диодов 21 и 22 напряжение обмотки 19 выпрямляется и через резисторы 32 и 33 подается на базы транзисторов 3 и 5 как запирающее. Запирающее напряжение через резисторы 30 и 31 и диоды 7 и 9 поступает также и на базы транзисторов 4 и 6, что позволяет надежно закрывать все транзисторы мостового инвертора при отсутствии управляющего сигнала.

В случае работы электродвигателя в режиме ШИМ регулирования процессы, происходящие в мостовых инверторах, аналогичны описанным, Koм ryтaциoннaя энергия, запасенная в обмотке 13 трансформатора 12, за счет трансформаторной связи с первой 19 и второй 20 обмотками передается и запасается наиконденсаторах 23 и далее используется для форсированного запирания всех силовых транзисторов 3-6 инверторов 1 и 2 первой и второй фаз. Причем в случае малых частот вращения (скважность импульсов регулирования мала) запирающее напряжение формируется в основном за счет запасенной в обмотке 13 ЭДС самоиндукции. С увеличением частоты вращения вала соответственно падает коммутационная энергия (уменьшается количество импульсов, заполняющих межкоммутац он- ный интервал), но увеличивается ЭДС вращения, наводимая в обмотках 19 и 20 ротором вентильного двигателя. Поэтому надежно осуществляется форсированное запирание силовых транзисторов мостовых инверторов 1 и 2 во всем диапазоне частот вращения вала вентильного двигателя.

Таким образом, в управляемом электродвигателе исключаются перенапряг жения в элементах схемы при регулировании частоты вращения вала, осуществляется форсированное запирание силовых транзисторов мостовых инверторов, осуществляется управление как по цепи датчика положения ротора, так и через регулятор. Существенно расщиряется диапазон регулирования частоты вращения и повьщтаются надежность и массо-габаритные показатели электродвигателя.

Формул, а изобретения

Управляемый вентильный электродвигатель, содержащий синхронную машину с фазной обмоткой якоря, два мостовых инвертора, каждое плечо моста которого образовано параллельно соединенными транзистором и диодом, включенными встречно относительно их проводимости, в первую диагональ каждого моста включена одна из фаз обмотки якоря синхронной машины, и трансформатор с обмоткой, снабженной срацним выводом, начало которой сое0

5

0

динено с первым выводом второй диагонали одного мостового инвертора, а конец - с первым выводом второй диагонали другого мостового инвертора, вторые выводы лвторых диагоналей мостовых инверторов подключены к первой шине источника питания, и датчик положения ротора синхронной машины,

Q отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и- расширения диапазона регулирования частоты 1зращения, введены управляемый ключ, широтно-импульсный модулятор,

5 трансформатор снабжен двумя дополнительными обмотками с выводами средней точки, а каждьш мостовой инвертор снабжен двумя диодами, конденсатором, двумя управляющими транзистора ш и восемью резисторами, каждый из первых четырех резисторов включен параллельно переходу база - э шттep соответствующего транзистора мостового инвертора, пятый и шестой резисторы включены соответственно между базами транзисторов противоположных плеч мостового инвертора, связанных с разноименными в лшодами второй диагонали этого мостового инвертора, каждый из управляющих транзисторов подключен переходом коллектор - эмиттер параллельно переходу база - коллектор транзистора мостового инвертора, связанного е первой шиной источника питания, базы управляющих транзисторов подключень к вькодам датчика положения ротора синхронной машины, начало и ко}1ец каждой дополнительной обмотки трансформатора соединены тчерез диоды с первыми выводами конденсатора, седьмого и восьмого резисторов соответствующего мостового инвертора, первый вывод второй диагонали которого соединен с вторым выводом конденсатора и выводом средней точки дополнительной обмотки трансформатора, а вторые выводы седьмого и восьмого резисторов подключены соответственно к базам транзисторов смежных плеч мостового инвертора, связанных с первым выводом второй диагонали этого мостового инвертора, причем средний вывод -.основной обмотки трансформатора подключен к второй шине источника питания через управляемый ключ, вход управления которого подключен к выходу широтно-импульсного модулятора, вход которого является входом управления.

5

0

5

0

5