Вентильный электродвигатель Советский патент 1989 года по МПК H02K29/06 H02P6/00 

1

Изобретение относится к вентильным электродвигателям, в состав которых входит электромеханический преобразователь, например синхронная машина с индуктором на постоянных магни- тах, и инвертор на .быстродействующих ключах (транзисторах), предназначен- ным для быстродействующих систем отработки механического параметра с сокой точностью, например, для элект- ропривода подачи металлорежущего станка.

Целью изобретения является снижение массы и габаритов двигателя за счет исключения дросселей из силовой цепи..

На чертеже изображена схема вентильного эле стродвигателя.

Каждая ветвь инвертора содержит силовые ключи 1 и 2 инвертора, диоды 3-6, конденсаторы 7 и 8, резистор 9.

Вьгооды обмотки якоря электромеханического преобразователя 10 связаны через трансформатор с транзисторами 1 и 2. Диоды 11-16 объединены в две группы, общие точки которых через параллельные: цепочки, образованные стабилитроном 17, конденсатором 18 (первая) и стабилитроном 19, конденсатором 20, соединены с одной из шин источника 21 питания. .

Вентильный электродвигатель работает следующим образом.

В исходном состоянии, когда им- .: пульсы управления не поступают на входы силовых ключей, ключи закрыты.

конденсаторы последовательньпс цепей заряжены до половины напряжения источника питания, через обмотки машины ток не течет. Процессы в элементах схемы зависят от алгоритма управления ШИЛОВЫМИ ключами.

Рассмотрим работу схемы, например, для случая использования данного вентильного электродвигателя в станочном электроприводе, содержащем контур регулирования по скорости и подчиненный контур регулирования по току, ре- лейньй с гистерезисом (не показан). Источник питания может представлять собой схему Ларионова на диодах с конденсаторным фильтром на выходе, вход которой непосредственно соединен с промьгашенной трехфазной сетью переменного тока. Причем для реализации наиболее высоких динамических характеристик электропривода наибольшая ЭДС электромеханического преобразователя 10 выбрана существенно меньшей, чем напряжение источника питания, а алгоритм управления транзисторами, используемыми в качестве силовых ключей, принят следующий.

на заторможенной машине при малом моменте на валу транзисторы попарно включаются с паузой на переключение в соответствии с сигналом регулятора тока, переключая соответствующую пару клемм машины между полюсами ис-. точника питания. Этот случай соответствует величине тока в обмотке машины, .не превышающего величины установленного гистерезиса в регуляторе тока. Включается, например, одновременно силовой ключ 1 и средний транзистор в катодной группе, а затем силовой ключ 2 и средний транзистор в анодной группе. В паузе между импульсами ток обмотки двигателя течет через обратные диоды 3 и 6 и соответствующие диоды в средних по схеме плечах.Ю

На заторможенной машине и большом моменте на валу, когда величина тока обмотки машины превьппает величину выбранного гистерезиса регулятора тока, в зависимости, от знака момента вклю- 15 чается одновременно только одна пара транзисторов с паузой после каждого включения: например, только силовой

ключ 1 и средний в нижнем ряду при „.е моменты времени не работающими, одном знаке момента, и только силовой 20 поэтому часть энергии через соответ- ключ 2 и средний транзистор в верх- ствующие элементы схемы отдается ис- нем ряду при другом знаке момента. точнику питания: например, если при Для. описываемого случая частоты пере- данном угловом -положении ротора ключения лежат в пределах единиц кГц электродвигателя не работают ключи 1 при величине паузы в несколько десят- 25 „ 2 (чертеж), то полярность перена- ТС тч М1С

„ пряжения от переключения работающих

При вращении ротора импульсы управления поступают на другие пары силовых ключей в соответствии с сигнаположительные потенциалы на коллекто рах транзисторов катодной группы через диоды 12, 14,16 и стабилитрон 19.

Шунтирующие конденсаторы 18 и 20 обеспечивают практически постоянные напряжения на стабилитронах и снижают величины импульсных токов через них.

В известном техническом решении рассеяние энергии дросселей происходит, в основном, только на активных сопротивлениях самих дросселей и диодов. В предлагаемом устройстве за счет магнитной связи между всеми обмотками трансформатора возникают при переключениях перенапряжения и на обмотках, соединенных с ключами, в данключей такова, что плюс приложен к коллектору ключа 2, а минус к эмиттеру ключа 1, и цепь от коллектоключей такова, что плюс приложен к коллектору ключа 2, а минус к эмиттеру ключа 1, и цепь от коллектолами датчика положения ротора,- и для зо ра ключа 2, замыкается черед диоды 5

описываемого в качестве примера случая наибольшая частота переключения групп транзисторов составляет десятки Гц. За счет использования транс

и 11 и стабилитрон 19 на положительный полюс источника питания, а от отрицательного полюса источника питания - через стабилитрон 17, диоды

. 1 ci./rijija 1 jjun

..форматора вместо отдельных индуктив- g 11 и 4 на эмиттер ключа 1.

ных элементов все обмотки связаны сильной индуктивной связью и значительная часть электромагнитной энер- . гии, записываемой в трансформаторе, отдается источнику 21 питания через обратные диодь и частично через включенные в данньй момент времени ключи; Оставшаяся меньшая часть электромагнитной энергии, не отданная по укаОбщий защитный индуктивный элемент выполнен в виде трансформатора 22 кабельного типа, представляющего собой набор кольцевых ферритовых сердечни- 40 ков, сквозь отверстия которых пропу- щены монтажные проводники в направлениях, показанных на чертеже. Изготовление одного такого трансформатора проще изготовления шести дроссе- ванным цепям источнику питания, вызы- „ей. Инвертор с одним трансформато- вает перенапряжения на свдовьпс клю-,.,. ром и двумя маломощными стабилитрона- чах, но величина перенапряжений стро- запгунтировайными конденсаторами го нормирована стабилитронами 17 и «„« ограничения импульсных токов че- (перенапряжений не будет, если стаби- рез стабилитроны, меньше по габари- литроны заменить диодами). Например, ам и лучше по энергетическим характеристикам, чем инвертор с шестью дросселями. Кроме того, инвертор имеет меньший уровень акустических шумов .

если потенциал эмиттера .любого из транзисторов анод;.ой группы снизится до величины, меньшей, чем потенциал отрицательного полюса источника питания, на величину пробивного напряжения стабилитрона 17, откроется соответствующий из диодов 11,13,15 и величина перенапряжения будет ограничена Соответственно ограничиваются и

55

9оркула изоб

р е т е н и я

1. Вентильный электродвигатель, содержащий электромеханический преоб„.е моменты времени не работающими, поэтому часть энергии через соответ- ствующие элементы схемы отдается ис- точнику питания: например, если при данном угловом -положении ротора электродвигателя не работают ключи 1 „ 2 (чертеж), то полярность перена-

положительные потенциалы на коллекторах транзисторов катодной группы через диоды 12, 14,16 и стабилитрон 19.

Шунтирующие конденсаторы 18 и 20 обеспечивают практически постоянные напряжения на стабилитронах и снижают величины импульсных токов через них.

В известном техническом решении рассеяние энергии дросселей происходит, в основном, только на активных сопротивлениях самих дросселей и диодов. В предлагаемом устройстве за счет магнитной связи между всеми обмотками трансформатора возникают при переключениях перенапряжения и на обмотках, соединенных с ключами, в данключей такова, что плюс приложен к коллектору ключа 2, а минус к эмиттеру ключа 1, и цепь от коллектора ключа 2, замыкается черед диоды 5

ра ключа 2, замыкается черед диоды 5

и 11 и стабилитрон 19 на положительный полюс источника питания, а от отрицательного полюса источника питания - через стабилитрон 17, диоды

1 ci./rijija 1 jjun

11 и 4 на эмиттер ключа 1.

55

9оркула изоб

р е т е н и я

1. Вентильный электродвигатель, содержащий электромеханический преоб5 14607566

разователь, обмотка якоря которогоконденсаторами, одноименные выводы связана с выходом мостового инверто-дополнительных диодов плеч анодной ра, каждое из плеч которого содержити катодной групп объединены и под- силовой ключ, параллельно которому ключены к одноименным им выводам ста- подключены обратный диод и цепочка избилитронов, свободными анодом, и като- последовательно соединенных конден-дом соединенных соответственно с по- еатора и диода, диод цепочки соединенложительньм и отрицательным полюсами разноименным выводом с обратным дио-источника питания, трансформатор вы- дом, с общей точкой диода и конденса-ю полнен с числом обмоток, равным чис- тора каждого плеча соединен дополни-лу ветвей инвертора, концы каждой из тельный диод, выводом, разноимен-обмоток соединены с плечами одной ным выводу диода цепочки, общие точ-ветви мостового инвертора, а средняя ки конденсатора и диода цепочек, при-точка - с одним из выводов обмотки надлежащих плечам одной ветви инвер-15 якоря.

тора, соединены через резистор, о . Электродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что, с це-л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью снижения массы и габаритов, до-лью упрощения и снижения тепловых полнительно введены трансформатор ипотерь в элементах инвертора, исполь- два стабилитрона, зашунтирЬванные20 зован трансформатор кабельного типа.

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения состоит в снижении массы и габаритов. В вентильном электродвигателе, содержащем машину и инвертор по мостовой схеме, каждое из смежных плеч которого представляет собой параллельное соедине ние силового ключа 1,2,.обратного диода 3,6 и последовательной цепи, образованной конденсатором 7,8 и диодом 11,12, соединенным одноименным выводом с вьпсодом ключа, а между общими точками последовательных цепей