Вентильный электродвигатель Советский патент 1990 года по МПК H02K29/06 H02P6/00 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в авиационных электроприводах с большим сроком службы.

Целью изобретения является повышение энергетических показателей и надежности вентильного электродвигателя.

На фиг. 1 изображена функциональная схема вентильного электродвигателя; на фиг. 2 - электрическая схема вентильного электродвигателя с однополярными коммутаторами.

Вентильный электродвигатель содержит синхронную машину с первой 1 и второй 2 фазами. Каждая фаза подключена к выходу отдельного коммутатора. Первая фаза 1 подключена к выходу коммутатора 3, выполненного на транзисторах 4 анодной группы и транзисторах 5 катодной группы, а вторая фаза 2 подключена к выходу коммутатора 6, выполненного на транзисторах 7 анодной группы и транзисторах 8 катодной группы. Первый силовой вход каждого коммутатора подключен к первой шине 9 источника 10 питания. Электродвигатель содержит также вольтодобавочный дроссель 11с двухсекционной обмоткой, общая точка последовательно согласно соединенных секций 12 и 13 которой подключена через датчик 14 ЭДС самоиндукции отключаемых секций якорной обмотки к второй шине 15 источника 10 питания. Вторые выводы секций 12 и 13 вольтодобавочного дросселя 11 подключены к вторым силовым входам коммутаторов соответственно, Кроме того, вентильный электродвигатель содержит первый 16 и второй 17 диоды, каждый из которых одним выводом подключен к второму выводу одной из секций 12 и 13 вольтодобавочного дросселя. Вторым выводом первый диод 16 подключен через силовые выводы первого транзисторного ключа 18 к второй шине 15 источника 10 питания. Управляющие входы коммутаторов подключены к соответствующим выходам датчика 19 положения ротора.

Дополнительно вентильный электродвигатель содержит первый 20 и второй 21 дифференцирующие блоки, первую 22 и вторую 23 схемы совпадения И и второй транзисторный ключ 24, причем вторым выводом второй диод 17 подключен к второй

шине 15 источника 10 питания через силовые выводы второго транзисторного ключа 24. Управляющие входы первого 18 и второго 24 транзисторных ключей подключены к

выходам соответственно первой 22 и второй 23 схем совпадения И, первые входы которых подключены к датчику 14 ЭДС самоиндукции, а вторые входы - к выходам соответственно первого 20 и второго 21

дифференцирующих блоков. Каждый дифференцирующий блок 20 и 21 включен между второй шиной 15 источника 10 питания и вторым силовым входом соответствующего коммутатора. Дифференцирующий блок 20

(21) выполнен на последовательно включенных конденсаторе 25(26) и резисторе 27(28), вход дифференцирующего блока 20(21) связан с общей точкой конденсатора 25(26) и резистора 27(28) через стабилитрон 29(30).

Схема 22(23) совпадения И выполнена на транзисторе 31(32) с соответствующими пассивными элементами 33-35(36-38).

Коммутатор 3 включает в себя мост обратного тока на диодах 39-42, а коммутатор

6 - аналогичный мост на диодах 43-46. Коммутаторы могут быть также однополярными на транзисторах 47-50 (фиг. 2),

Вентильный электродвигатель работает следующим образом.

При подключении электродвигателя к источнику 10 питания транзисторы коммутаторов 3 и 6 (фиг. 1) по сигналам датчика 19 положения ротора (ДПР) начинают коммутировать токи в фазах 1 и 2 якорной обмотки. При этом транзисторы 4.1, 5.1 (4.2, 5.2) и 7.1, 8.1(7.2, 8.2) коммутаторов 3 и б переключаются в противофазе, находясь каждый во включенном состоянии на протяжении полупериода выходного сигнала датчика 19.

0 Таким образом, в каждый момент времени ток протекает по .обеим фазам 1 и 2, причем в момент коммутации тока в одной фазе в другой сохраняется прежнее направление тока. В результате взаимодействия тока фаз

5 с полем индуктора ротор двигателя начина ет вращаться.

Допустим, открыты транзисторы 4.1 и 5.2 коммутатора 3.9 и транзисторы 7.1 и 8.2 коммутатора 6.

0 В момент включения транзисторов 4.1 и 5.2 коммутатора 3 а фазе обмотки якоря и в секциях 12 обмотки дросселя 11 возникают ЭДС самоиндукции соответственно eLi и . Так как секции 12 и 13 идентичны, то и ЭДС в них, т.е. eLi2 и , будут идентичны. В этот же момент времени в фазе 2 якорной обмотки и секции 13 дросселя 11 действуют ЭДС ез и етз, под действием ЭДС ei3 в секции 12 дросселя 11 наводится ЭДС самоиндукции ei2.

Очевидно, что

1)кэ U + eLi + eLi2 - ei2, где Ккэ - напряжение на эмиттер-коллекторном переходе выключаемых транзисторов, В;

U - напряжение источника 10 питания, В.

Оценим величины составляющих Укэ. Последовательно и встречно с ЭДС самоин дукции eLi фазы 1 в замкнутом открытыми транзисторами 7.1 и 8.2 коммутатора 6 в контуре действуют ЭДС и падение напряжения фазы 2, а последовательно и согласно - ЭДС и падение напряжения секции.13 дросселя 11, общая величина которых невелика. Поэтому практически сразу при появлении eLi по цепи: фаза 1, диод 40, дифференцирующее устройство 20, датчик 14 ЭДС самоиндукции, секция 13 дросселя 11, открытый транзистор 7,1, фаза 2, открытый транзистор 8.2, диод 41, фаза 1 протекает ток. При этом с выхода дифференцирующего блока 20 на второй вход схемы 23 совпадения И поступает сигнал, разрешающий открытие транзисторного ключа 18. Одновременно датчик 14 ЭДС самоиндукции на первый вход схемы 22 совпадения И подает сигнал на открытие транзисторного ключа 18. Так как разрешающий сигнал поступил только на схему 22 И совпадения, то открывается только лишь транзистор 18, шунтирующий секцию 12 дросселя 11. При дальнейшем росте ЭДС ток потечет по цепи: фаза 1, диод 40, диод 16, транзисторный ключ 18, датчик 14 ЭДС самоиндукции, обмотка 13 дросселя 11, открытый транзистор 7.1, фаза 2, открытый транзистор 8.2, диод 41, фаза 1. Этот ток уменьшает энергию, накопленную в индуктивности фазы 1,и используется для создания полезного момента при протекании по фазе 2. Рост амплитуды eLi практически сразу прекратится (eLi 0), с прекращением роста ЭДС самоиндукции мгновенно исчезает сигнал на выходе дифференцирующего блока 20 и схема 22 совпадения И обеспечит выключение транзистора 18. Быстрота выключения, не зависимая от величины нагрузки, объясняется тем, что дифференцирующий блок 20, в отличие от датчика 14 ЭДС самоиндукции, не задействован в силовой цепи электродвигателя. Однако в случае применения только лишь

дифференцирующего блока для управления транзисторным ключом устройства защиты эффективность существенно снижается ввиду недостатка мощности дифференциру- ющего блока, а увеличение его мощности приводит к существенному увеличению потерь.

Так как секция 12 обмотки дросселя 11 оказывается замкнутой накоротко диодом

0 16 и открытым транзистором 18, то 0; ei2 0. С учетом вышеизложенного Укэ U. При каждом последующем переключении очередных транзисторов каждого коммутатора 3.6 процессы в схеме будут

5 повторяться аналогично описанному.

Принцип действия электродвигателя с

однополярными коммутаторами (фиг. 2) ана логичен принципу действия с разнополярным устройством коммутации. Секции 1,1 и

0 1.2 фазы 1 коммутируются соответственно ключами 47 и 48. а секции 2.1 и 2.2 фазы 2 коммутируются ключами 49 и 50.

Таким образом, за счет использования энергии, накопленной в отключаемой фазе

5 для создания двигательного момента,повы- шаются энергетические показатели. Кроме того, закорачивание соответствующей секции дросселя 11 при коммутации ключей коммутаторов снижает величину перенап0 ряжения на коммутируемых ключах, что по- вышает надежность вентильного электродвигателя

35

Формула изобретения

Вентильный электродвигатель, содержащий двухфазную синхронную машину, каждая фаза которой подключена к выходу отдельного коммутатора, первый силовой

0 вход коммутаторов подключен к первой шине источника питания, вольтодобавочный дроссель с двухсекционной обмоткой, общая точка последовательно согласно соединенных секций которой подключена через

5 датчик ЭДС самоиндукции отключаемых секций якорной обмотки к второй шине источника питания, вторые выводы секций вольтодобавочного дросселя подключены к вторым силовым входам коммутаторов соот0 ветственно, первый и второй диоды, каждый из которых первым выводом подключен к второму выводу соответствующей секции вольтодобавочного дросселя, вторым выводом первый диод подключен через силовые

5 выводы первого транзисторного ключа к второй шине источника питания, а управляющие входы коммутаторов подключены к соответствующим выходам датчика положения ротора, отличающийся тем, что, с целью повышения энергетических показателей и надежности, он снабжен первым и вторым дифференцирующими блоками, первой и второй схемами совпадения и вторым транзисторным ключом, причем вторым выводом второй диод подключен к второй шине источника питания через силовые выводы второго транзисторного ключа, управляющие входы первого и второго транзисторных ключей подключены к выходам соответственно первой и второй схем совпадения, первые входы которых подключены к датчику ЭДС самоиндукции, вторые их входы подключены к выходам соответственно первого и второго дифференцирующих блоков, каждый из которых включен между второй шиной источника питания и вторым силовым входом соответствующего коммутатора.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автономных электроприводах. Целью изобретения является повышение энергетических показателей и надежности вентильного электродвигателя. Для достижения указанной цели вентильный электродвигатель содержит двухфазную синхронную машину 1, каждая фаза которой подключена к выходу отдельного коммутатора. Коммутаторы связаны между собой через двухсекционный вольтодобавочный дроссель 11, общая точка секций которого подключена к выводу источника питания через датчик 14 ЭДС самоиндукции. Другие выводы секций подключены к этому же выводу источника через последовательно включенные диод и транзистор, управляющие цепи которого подключены к выходу соответствующего дифференцирующего блока через схему сравнения, второй вход которой подключен к выходу датчика ЭДС самоиндукции. При коммутации, например, ключа 5 в секции возникает ЭДС самоиндукции. На выходе датчика 14 ЭДС самоиндукции и устройства 20 дифференцирования возникают управляющие напряжения. Срабатывает схема 22 совпадения и открывается ключ 18. Секция 12 дросселя 11 оказывается замкнутой, за счет чего снижаются перенапряжения на ключе 5, и энергия, запасенная в секции 11, используется для создания вращающего момента, что и обеспечивает достижение поставленной цели. 2 ил.