Вентильный электродвигатель с токовым регулированием Советский патент 1991 года по МПК H02K29/06 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к управляемым вентильным электродви гател я м.

Цель изобретения - повышение надежности.

На фиг. Т представлена блок-схема вентильного электродвигателя с токовым регулированием, один из входов логического элемента сравнения которого подключен к прямому выходу счетного триггера; на фиг. 2 - блок-схема вентильного электродвигателя с токовым регулированием, один из входов логического элемента сравнения которого подключен к инверсному выходу счетного триггера; на фиг. 3 - принципиальная схема источника импульсов токового регулирования; на фиг. 4 - эпюры напряжений в узлах блок-схемы фиг. 1 и 3.

Индексы при напряжениях, изображенных на фиг. 4, соответствуют позициям блок-схемы фиг. 1 и 3.

Вентильный электродвигатель (фиг. 1) с токовым регулированием содержит электрическую машину 1, фазы 2-4 якорной обмотки которой подключены к выходам мостового преобразователя 5 частоты на полностью управляемых ключах 6-11, образующих анодную 12 и катодную 13 группы; основные входы 14-19 управления которых подключены к выходам источника 20 управляющих сигналов, первые дополнительные входы анодной группы ключей объединены и образуют вход 21 токового регулирования анодной группы 12 ключей, который подключен к выходу 22 первого логического элемента 23 Запрет, первый управляющий вход 24 которого подключен к прямому выходу 25 счетного триггера 26, к инверсному выходу 27 которого подключен первый управляющий вход 28 второго логического элемента 29 Запрет, информационные входы 30, 31 указанных логических элементов объединены и подключены к входу 32 источника 33 импульсного токового регулирования и счетному входу 34 счетного триггера 26, информационный вход которого соединен с инверсным его выходом, катодная группа 13 ключей снабжена дополнительными входами, которые объединены и образуют вход 35 токового регулирования катодной группы ключей, к которому подключен выход 36 второго логического элемента 29 Запрет. Вентильный электродвигатель (фиг. 1, 2) снабжен логическим элементом 37 сравнения, а источник 33 импульсов токового регулирования выполнен с входом 38 управления, подключенным к выходу 39 логического элемента 37 сравнения, первый вход 40 которого подключен к выходу 32 источника 33, а второй 41 - к

одному из выходов (прямому 25 или инверсному 27) счетного триггера 26. На фиг. 1 вход 41 элемента 37 подключен к прямому выходу 25 триггера 26, а на фиг. 2 - к инверсному выходу 27 указанного триггера.

Источник 33 импульсов токового регулирования (фиг. 3) содержит датчики 42 и 43 тока ключей соответственно анодной 12 и катодной 13 групп преобразователя 5, пер0 вый 44 и второй 45 пороговые элементы и управляемый переключатель 46, причем выходы 47 и 48 датчиков тока ключей анодной и катодной групп подключены соответственно к входам 49 и 50 первого 44 и второго

5 45 пороговых элементов, выходы 51 и 52 которых подключены к первому 53 и второму 54 соответственно информационным входам управляемого переключателя 46, выход и управляющий вход которого являются

0 соответственно выходом 32 и управляющим входом 38 источника 33 импульсного токового регулирования.

Логические элементы 37 сравнения могут быть выполнены на базе различных ло5 гических схем, например ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ, сумматор по модулю два. В частности, на фиг. 1 изображен вентильный двигатель с элементом сравнения, выполненным по схеме ИСКЛЮ0 ЧАЮЩЕЕ ИЛИ, а на фиг. 2 - по схеме ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ.

Логические элементы 23, 29 Запрет могут быть выполнены на базе различных логических схем, в частности 2И-НЕ

5 (фиг. 1,2).

Счетный триггер 26 может быть выполнен как на базе D-триггера, так и на базе цифрового двоичного счетчика с выходом младшего разряда.

0 Электрическая машина 1 может быть выполнена как синхронной, так и асинхронной, с произвольным числом фаз обмотки якоря. Преобразователь 5 частоты выполняется на полностью управляемых ключах.

5 Управление процессом естественной коммутации фаз обмотки якоря может осуществляться по разомкнутой схеме, например, когда источник 20 управляющих сигналов содержит задающий генератор и

0 распределитель импульсов, так и по замкнутой схеме, когда указанный источник представляет собой датчик положения ротора.

Датчики тока 42 и 43 силовых ключей могут быть любого типа, например рези5 стивиые или индуктивные с подмагничива- нием, и устанавливаются в общих силовых цепях ключей анодной и катодной групп (фиг. 4).

Пороговые элементы 44 и 45 выполняют на основе аналоговых компараторов с положительной обратной связью (фиг. 3). Гистерезис может задаваться также с помощью элементов временной задержки. Уровень срабатывания порогового элемента, а также уро.вень отпускания порогового элемента с положительной обратной связью задаются.

Управляемый переключатель 46 может быть реализован по любой известной схеме и осуществляет при наличии единичного логического сигнала на управляющем входе 38 (фиг. 3) передачу сигнала на свой выход 32 с второго информационного входа 54, а нулевого - с первого информационного входа 53.

Вентильный двигатель (фиг. 1) работает следующим образом (поясняется эпюрами напряжений на фиг. 4).

Предположим, что в момент времени на вентильный двигатель подается силовое напряжение источника питания Un. По алгоритму управления в анодной и катодной группах ключей замкнуто по одному, например 6 и 10, ключу. Ток двигателя, пропорциональный напряжениям Ш2 и Щз, нарастает на интервале времени 0-ti. При включении питания счетный триггер 26 устанавливается по прямому выходу 25 в нулевое состояние U25. Пусть пороги срабатывания Ucp.1 (фиг. 4) и отпускания UOT.I первого порогового элемента 44 ока- зались установлены несколько выше, чем аналогичные пороги UCp2 и Uor2 второго порогового элемента 45. На интервале времени 0-ti на выходах 51 и 52 пороговых элементов и на выходе 32 управляемого пе- реключателя 46 (фиг. 3) установлены сигналы Usi. Us2, LMe нулевого уровня, так как напряжения U42 и Шз на выходах пороговых элементов ниже порогов срабатыва- ния1)Ср1 и UCp2. Нулевые сигналы 1)25 и U32 обусловливают нулевой сигнал 11зэ на выходе элемента 37 сравнения. Наличие нулевого сигнала на управляющем входе 38 источника 33 импульсов обеспечивает передачу сигнала Us2 о превышении током ключей катодной группы порога срабатывания Ucp2 на выход 32 источника 33 импульсов.

В момент времени ц напряжение Ща, пропорциональное току двигателя и току ключа 10 катодной группы, достигает напряжения срабатывания Ucp2 второго порогового элемента 45. На его выходе 52 появляется сигнал U52 единичного уровня. Через управляемый переключатель 46 он поступает на счетный вход 34 триггера 26 и вызывает его переключение в единичное состояние (U25). Одновременное изменение уровней сигналов U25 и 11з2 на входах 40 и 41 не вызывает изменения уровня выходного сигнала 1)зэ на выходе 39 элемента 37 сравнения. Наличие единичного сигнала U25 на выходе триггера 26 обусловливает прохождение сигнала 1)зо на закрытие ключа 6 анодной группы 12. На интервале времени спадающий ток двигателя ЩБ замыкается через открытый ключ 10 катодной группы 13 и диод моста обратного тока, На этом же интервале времени ток разрываемого ключа 6 анодной группы 1)47 быстро спадает до нуля и находится в отключенном состоянии. Управляющее напряжение 1)б на ключе равно нулю.

В момент времени t2 ток двигателя 11ад достигает порога отпускания 1)0т2 второго порогового элемента 45. Пропадает единичный сигнал на выходах источника 33 импульсов и второго порогового элемента 45. Появляется единичный сигнал Узэ на выходе схемы 37 сравнения. На интервале времени на выход 32 источника 33 импульсов скоммутирован выход51 первого порогового элемента 44, и импульс отключения от источника питания U32 на интервале времени Тз-ti формируется по току открытого ключа 6 анодной группы, через который спадает ток двигателя при разрыве цепи питания ключом 10 катодной группы . Последнее обеспечивается сигналом U27 единичного уровня на инверсном выходе 27 триггера 26.

В дальнейшем процесс регулирования тока двигателя происходит описанным образом, причем на интервалах времени 0-t2, t4-t6 указанное регулирование осуществляется в функции тока катодной группы ключей, который на указанных интервалах времени равен току обмотки якоря двигателя. Спад тока на интервалах времени ti-ta, обеспечивается разрывом ключа 6 анодной группы (напряжение Ue) равно нулю).

На интервалах времени t2-ti, te-te импульсное токовое регулирование осуществляется в функции тока ключей анодной группы, который на указанных интервалах времени равен току обмотки якоря двигателя. Спад тока на интервалах времени , ty-цз обеспечивается разрывом ключа 10 катодной группы (напряжение Uio равно нулю).

Таким образом, введение логического элемента сравнения и указанное выполнение источника импульсов токового регулирования позволяют повысить надежность вентильного электродвигателя за счет исключения нахождения силовых ключей в активном режиме недопустимые интервалы времени. Датчики тока такого двигателя дают информацию не только о величине тока

ния, но и о величине тока силовых ключей анодной и катодной групп, что позволяет исключить короткие замыкания источника питания и перегрузку силовых ключей, вызванную нарушением алгоритма работы ключей в условиях повышенного уровня электромагнитных помех или какого-либо некатастрофического отказа, например обрыва одного канала датчика положения ротора.

Формула изобретения Вентильный электродвигатель с токовым регулированием по авт.св. № 1494188, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него дополнительно введен логический элемент сравнения, а источник импульсов токового регулирования снабжен входом управления, подключенным к выходу логического элемента сравнения, один из входов которого подключен к выходу источника импульсов токового регулирования, а другой - к одному

из выходов счетного триггера, при этом источник импульсов токового регулирования выполнен в виде двух датчиков тока соответственно анодной и катодной групп ключей мостового преобразователя частоты, двух

пороговых элементов и управляемого переключателя, причем выходы двух датчиков тока подключены через соответственно первый и второй пороговые элементы к инфор- мационным входам управляемого

переключателя, выход и вход управления которого являются соответственно выходом и входом управления источника импульсов токового регулирования.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к управляемым вентильным электродвигателям. Целью изобретения является повышение надежности. Вентильный электродвигатель с токовым регулированием содержит электрическую машину 1, мосто18 вой преобразователь 5 частоты, источник 20 управляющих импульсов, источник 33 импульсов токового регулирования, счетный триггер 26, логический элемент 37 сравнения, входы которого подключены к выходу счетного триггера 26 и выходу источника 33 им пульсов токового регулирования, вход управления которого подключен к выходу логического элемента 37 сравнения. Указанное выполнение вентильного электродвигателя позволяет исключить нахождение силовых ключей мостового преобразователя 5 частоты в активном режиме недопустимые интервалы времени, а также короткие замыкания источника питания и перегрузку ключей из-за нарушения алгоритма их работы. 4 ил. f-Vr. у Ё фиг.1 О vj VI 00 О v| ГО

фиг.З

+Un

фаг. 2

2j in ts te ФиеЛ

tr t

8