Коммутатор вентильного электродвигателя Советский патент 1990 года по МПК H02K29/06 H03K17/64 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в вентильных электродвигателях, работающих в линейном режиме.

Цель изобретения - повышение надежности функционирования путем исключения предельных по рассеиваемой мощнсс ти режимов работы.

На чертеже представлена принци- , - пиальная схема одного канала коммутатора вентильного электродвигателя.

Каждый канал коммутатора вентильного электродвигателя содержит предварительный усилитель 1 с дифференциальным входом 2,3 для подключения чувствительного элемента аналогового датчика по- ложения ротора, промежуточный усили- тель 4 с двумя входами 5 и 6 и силовой транзистор 7, в цепь эмиттера которого включен резистивный датчик 8 тока. Коллектор транзистора 7 соединен с клеммой 9 для подключения секции якорной обмотки электродвигателя, а база транзистора 7 подключена к выходу,проме- жуточного усилителя, первый вход 5 которого соединен посредством резистора 10 с эмиттером силового транзис- 7, а второй вход 6 подключен к выходу предварительного усилителя 1.

Каждый канал коммутатора содержит также регулирующий усилитель 11 с двумя входами 12 и 13, аналоговый блок 14 умножения, а промежуточный .усилитель 4 снабжен третьим входом, при этом вход 12 регулирующего усилителя соединен с клеммой для подключения источника напряжения UCM смеще- ния. Вход 13 усилителя И подключен к выходу аналогового блока 14 умножения, один вход которого соединен с эмиттерсм, а другой - с коллектором силового транзистора 7, а третий вход промежуточного .усилителя 4 подключен к выходу регулирующего усилителя 11. Регулирующий усилитель 11 с двумя входами можат быть выполнен в виде

узла 15 сравнения, диода 16 и усилителя 17.

По другому варианту регулирующий усилитель может быть выполнен как , дифференциальный усилитель на one- рационном усилителе.

Аналоговый датчик положения ротора вентильного электродвигателя может быть выполнен в виде датчиков Холла синусно-косинусного вращающегося трансформатора с модулятором, включенным перед первичной обмоткой, и двумя фазочувствительными выпрямителями, подключенными к его вторичным обмоткам.

Блок 14 умножения может быть выполнен в виде управляемого напряжением делителя тока, т.е. дифференциального усилительного транзисторного каскада, питаемого от управляемого напряжением источника тока. При этом входы дифференциального усилительного транзисторного каскада подключаются параллельно резистивному датчику 8 тока, а вход управляемого напряжением источника тока через делитель напряжения - к коллектору силового транзистора 7. Выход управляемого напряжением делителя тока через дифференциальный усилитель подключается к первому входу двухвходового узла сравнения. В качестве блока 14 умножения в устройстве могут применяться также аналоговые интегральные перемножители, выпускаемые серийно промышленностью и реализующие указанный способ перемножения аналоговых электрических сигналов.

Блок 14 умножения может быть также выполнен с дифференциальными входами, причем выводы первого входа подключаются параллельно резистивному датчику 8 тока, а выводы второго входа соединяются соответственно с коллектором и эмиттером силового транзистора 7.

следуюэлектродвигателя работает щим образом.

При вращении ротора вентильного электродвигателя на выходных электродах элемента Холла появляется знакопеременное напряжение, которое по- ступгет на входы предварительного усилителя 1. Амплитуда этого напряжения прямо пропорциональна абсолютной величине напряжения на входных электродах элемента Холла. При положительной полярности напряжения на дифференциальном входе предварительного усилителя 1 на его выходе появляется напряжение положительной полярности. Выходное напряжение промежуточного усилителя отрипа- тельную полярность, и силовой транзистор 7 закрыт. В этот момент напряжение на коллекторе силового трач зистора 7 равно сумме напряжения питания Un и ЭДС вращения секции якорной обмотки, однако ток его коллектора практически равен нулю. Поэтому мощность потерь в силовом транзисторе 7 также близка к нулю. Этой величине мощности потерь в силовом транзисторе 7 соответствует равное нулю выходное напряжение блока 14 умножения, так как величина напряжения, по- стулаюшего на его первый вход с резистора 8, равна нулю. В связи с тем что на инвертирующий вход дифференциального усилителя на операционном усилителе (по варианту) подано напряжение смещения UCM положительной полярности, величина которого прямо пропорциональна максимально допустимой или заданной максимальной мощности потерь силового транзистора 7, на его выходе имеС увеличением напря ения на входных электродах элемента Холла возрастает напряжение на дифференциальном входе предварительного усилителя 1 и, соответственно, падение напряжения на резисторе 8. При постоянной час поте вращения вентильного электродвигателя это приводит к возрастанию мощности потерь силового транзистора 7 и, соответственно, пропорциоется напряжение отрицательной полярности. Диод (одкополупериодный выпря- нальному возрастанию выходного напря- митель) смещается в обратном направле- жения блока 14 умножения. Аналогичный нии, и напряжение на втором входе промежуточного усилителя 4 станет равным нулю.

результат получается при снижении частоты вращения вентильного электродвигателя при неизменном напряжении на входных электродах элемента Холла. При величине выходного напряжения блока J4 умножения, большей напряжения смещения UCM, т.е. при превышении мощности потерь силового транзистора 7 заданной величины, диод смещается в прямом направлении. На втором входе промежуточного усилителя 4 появляется напряжение положительной полярности, знак которой противополоПри изменении полярности напряжения на входе дифференциального предварительного усилителя 1 на противоположную его выходное напряжение становится отрицательной полярности, а выходное напряжение из промежуточного усилителя 4 - положительной поляр- .ности. Силовой транзистор 7 открывается и по секции якорной обмотки и резистору 8 проходит ток. Возникаю0

5

0

левого транзистора 7 по резистору 8 падение напряжения подается на первый вход блока 14 умножения. Величина этого напряжения прямо пропорциональна мгновенному значению тока эмиттера силового транзистора 7. На второй вход блока 14 умножения поступает напряжение, равное сумме падений напряжений на силовом транзисторе 7 и резисторе 8. При выборе величины резистора 7, равной 0,02-0,05 от величины активного сопротивления секции якорной обмотки в широком диапазоне изменения тока эмиттера силового транзистора 7, напряжение на втором входе блока 14 умнохения практически равно напряжению на коллекторе этого силового транзистора. Поэтому выходное напряжение блока 14 умножения прямо пропорционально мощности потерь силового транзистора 7. Это напряжение положительной полярности

5 поступает на неинвертирующий вход дифференциального усилителя на операционном усилителе (по варианту). При величине этого напряжения, меньшей напряжения смещения UCM ,на выхо0 де операционного усилителя появляется напряжение отрицательной полярности, диод закрыт и на втором входе промежуточного усилителя 4 напряжение отсутствует.

С увеличением напря ения на входных электродах элемента Холла возрастает напряжение на дифференциальном входе предварительного усилителя 1 и, соответственно, падение напряжения на резисторе 8. При постоянной час поте вращения вентильного электродвигателя это приводит к возрастанию мощности потерь силового транзистора 7 и, соответственно, пропорцио5

нальному возрастанию выходного напря- жения блока 14 умножения. Аналогичный

нальному возрастанию выходного напря- жения блока 14 умножения. Аналогичный

результат получается при снижении частоты вращения вентильного электродвигателя при неизменном напряжении на входных электродах элемента Холла. При величине выходного напряжения блока J4 умножения, большей напряжения смещения UCM, т.е. при превышении мощности потерь силового транзистора 7 заданной величины, диод смещается в прямом направлении. На втором входе промежуточного усилителя 4 появляется напряжение положительной полярности, знак которой противоположен полярности выходного напряжения предварительного усилителя 1„ В итоге результирующее входное напряжение промежуточного усилителя А уменьшается и снижается ток эмиттера сило- , вого транзистора 7 до величины, при которой мощность потерь гнлового транзистора 7 практически равна заданному значению.

Точность ограничения максимально допустимой мощности потерь силового транзистора 7 пропорциональна величине коэффициента усиления регулирующего усилителя 11, т.е. дифференциального усилителя на операционном усилителе (по варианту). Включение диода в цепь отрицательной обратной связи дифференциального усилителя на операционном усилителе (па варианту) снижает ошибку регулирования мощности потерь в силовом транзисторе 7 из-за неидеальности вольт-амперной характеристики реального диода.

Повышение точности ограничения максимально допустимой мощности потерь силового транзистора 7 достигается также при применении блока 14 умножения с дифференциальными входами. В этом случае повышается точность измерения мощности потерь в силовом транзисторе 7, так как на выводы второго входа поступает только напряжение между его коллектором и эмиттером. В итоге увеличивается также точность работы всего устройства по ограничению максимально допустимой мощности потерь в силовом транзисторе 7.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого коммутатора вентильного электродвигателя по сравнению с известным заключается в повышении надежности функционирования за счет ограничения мощностей потерь3 рассеиваемых силовыми транзистора-ми 9 ниже максимально допустимых. Это снижает вероятность выхода из строя силовых транзисторов и всего устройства в целом, особенно при работе вентильного электродвигателя на низких частотах вращения, при реверсе и пуске. Применение предлагаемого

коммутатора вентильного электродвигателя позволяет также избежать в некоторых случаях параллельного включения силовых транзисторов и тем самым увеличения массогабаритных показателей всего устройства.

Более высокая надежность функционирования предлагаемого коммутатора по сравнению с известным позволяет использовать его в вентильных электродвигателях следящих систем летательных аппаратов и робототехничес- ких устройств.

Формула изобретения

Коммутатор вентильного электродвигателя, каждый из каналов которого

0 содержит предварительный усилитель с дифференциальным входом для подключения чувствительного элемента аналогового датчика положения ротора, промежуточный усилитель с двумя входами

5 и силовой транзистор, в цепь эмиттера которого включен - резистивный датчик тока, коллектор соединен с клеммой для подключения секций якорной обмотки электродвигателя, а база

0 подключена к выходу промежуточного усилителя5 первый вход которого соединен посредством резистора с эмиттером силового транзистора, а второй вход подключен к выходу предваритель5 ного усилителя с дифференциальным входом, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности функционирования путем исключения предельных по рассеиваемой мощности

0 режимов работы, в каждый канал коммутатора дополнительно введены двухвхо- довый регулирующий усилитель, аналоговый блок умножения, а промежуточный усилитель снабжен третьим входом,

5 при этом один вход регулирующего усилителя соединен с клеммой для подключения источника напряжения смещения, другой вход регулирующего усилителя подключен к выходу аналогового

Q блока умножения, один из входов которого подключен к эмиттеру, а другой вход - к коллектору силового транзистора, а третий вход промежуточного усилителя подключен к выходу регули- рующего усилителя

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в вентильных электродвигателях. Целью изобретения является повышение надежности функционирования путем исключения предельных по рассеиваемой мощности режимов работы. Коммутатор вентильного электродвигателя содержит силовой транзистор 7, в цепь эмиттера которого включен резистивный датчик 8 тока. Эмиттер силового транзистора 7 соединен с первым входом промежуточного усилителя 4. К эмиттеру и коллектору силового транзистора 7 подключены входы блока 14 умножения, выходное напряжение которого сравнивается с напряжением, эквивалентным заданной мощности рассеивания силового транзистора 7. Выходное напряжение регулирующего усилителя 11 подводится ко второму входу промежуточного усилителя 4, управляющего током коллектора силового транзистора 7 в направлении ограничения рассеиваемой им мощности ниже максимально допустимой. 2 ил.