УСТРОЙСТВО для РЕГУЛИРОВАНИЯ БЕСКОНТАКТНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА Советский патент 1972 года по МПК H02K29/00 H02P7/28 

Предлагаемое устройство предназначено для регулирования скорости бесконтактного электродвигателя постоянного тока и может быть использовано в маломощных следящих электронриводах. Электродвигатель регулируется изменением средней величины фазного напряжения, подводимого к его статорным обмоткам, которое осуществляется регулированием скважности относительно высокочастотных имнульсов, т. е. щиротно-импульсным способом.

Известны устройства для щиротно-импульсного регулирования скорости бесконтактных и коллекторных двигателей постоянного тока, у которых изменяется длительность имнульсов фазного напрялсения.

Цель изобретения - повышение динамических свойств двигателя.

Это достигается тем, что устройство снабжено широтно-импульсным блоком динамического торможения, совмещенным с коммутатором. Блок динамического торможения выполнен из управляемого широтно-импульсным модулятором транзистора, диодов и многообмоточного дросселя, одна из обмоток которого включена между отрицательным полюсом источника и общей точкой обмоток двигателя, а другие - между диодами, соединенными катодами с коллекторами транзисторов коммутатора, и коллектором транзистора, подключенного эмиттером к общей точке обмоток двигателя.

Благодаря этому блоку при уменьщении

сигнала управления и скважности имнульсов двигатель переходит в режим динамического торможения и быстро свою скорость, что приводит к повышению его быстродействия. В то же время при динамическом торможении не потребляется мощность и:з сети,

так как тормозной электромаг1П1тный момент

развивается за счет кинетической энергии

маховых масс нагрузки и ротора двигателя.

Так как в паузах между заполняющими

импульсами фазного напряжения обмотки двигателя в предлагаемом устройстве замыкаются накоротко, то потери мощности в этнх паузах незначительны. Благодаря высокой частоте занолняющих .имнульсов фазного напряжения ток двигателя непрерывен. Поэтому скачки тока, потребляемого от псточннка, отсутствуют.

На фиг. 1 показана принципиальная схема устройства; на фиг. 2 - диаграммы напряжений и токов в элементах схемы.

пульсный модулятор (ШИМ) 11 и чувствительные элементы 12, 13 и М датчика 15 положения ротора 7.

Блок обеспечения непрерывного тока состоит из транзисторов 16, 17 н 18, диодов 19, 20 и 21, обмотки 22 дросселя 23 ,н выпрямителей 24, 25 и 26.

В блок динамического торможения входят обмотки 27, 28 и 29, принадлежащие дросселю 23, диоды 30, 31 и 32 и транзистор 33.

Транзисторы 1, 2 и 3 коммутатора управляются одновременно импульсами с нервого выхода широтно-импульсного модулятора и элементами 12, 13 и 14 датчика с помощью ключей 8, 9 и 10. Каждый из этих ключей пропускает на вход соответствующего транзистора импульсы бшиы только В том случае, когда на дандый ключ поступают напряжения Uiz, Uiz и Ui4 с выходов соответствующих элементов J2, 13 и 14 датчика 15. Если на выходе какого-либо элемента датчика, например 12, напряжения нет, то ключ 10 подает на вход транзистора 3 запирающее напряжение (1/6, на фиг. 2). Точно так же работают ключи 8 и 9 н элементы 13 и М датчика 15 {t/б,. Uc,.

Транзисторы 16, 17 и 18 управляются элементами 12, 13 и 14 датчика 15, выходные напряжения которых подаются на входы этих транзисторов через выпрямители 24, 25 и 26. Как видно из фиг. 1, каждый из транзисторов 16, 17 и 13 открывается и закрывается одновременно с тем транзистором /, 2, 3, к которому он подсоединен через один из диодов 19, 20 и 21. Например, если на интервале коммутации импульсами ключа 8 открывается транзистор /, то на этом интервале постоянно открыт транзистор 18. При открытом транзисторе / диод 21 заперт («-{- источника подается на его катод); при закрывании транзистора / э.д. с. самоиндукции дросселя 23 и обмотки 4 двигателя открывает диод 21 и поддерживает непрерывным ток в фазной обмотке 4, который замыкается по контуру: диод 21 - транзистор 18 - дроссель 23. Аналогично работают другие фазы двигателя.

Со второго выхода щиротно-импульсного модулятора 11 на вход транзистора 33 блока динамического торможения подаются нмпульсы напряжения f/mim - Импульсы напряжений i/ujHM, и , следуют в противофазе по отнощению к входам транзисторов 1, 2 и 3 и 33, т. е. когда, например, на интервале коммутации на базу транзистора 1 подается отрицательный импульс, а на базу транзистора 33 - положительный импульс и наоборот. Это означает, что если транзистор / на и«тервале коммутации открыт, то транзистор 33 закрыт и наоборот. Аналогично работают на своих интервалах коммутации транзисторы 2 и 3.

Скважность f регулируется сигналом управления t/y.

Пусть сигнал управления увеличивается или остается неизменным. Рассмотрим интервал коммутации транзистора / (транзисторы 2 и 3 занерты, транзистор 18 открыт, транзисторы 17 и 16 заперты). Предположим, что импульсом напряжения U шиа, открыт транзистор /.

Транзистор 33 закрыт, поэтому цепи обмоток 27, 28 и 29 дросселя 23 разомкнуты. Папряжепие питания, преодолевая э.д. с. самоиндукции обмотки 22 и фазных обмоток, вызывает возрастающнй ток /ф через обмотку 4

(фиг. 2). При закрывании транзистора 1 э.д.с. самоиндукции фазной обмотки 4 и обмоток 22, 27, 28, 29 дросселя изменяют свою полярность и поддерживают ток в фазе, который замыкается через открытый транзистор 18 и диод 21. Транзистор 33 открыт, но так как э.д.с. самоиндукции обмоток 27, 28, 29 приложены «минусом к анодам диодов 30, 31, 32, то последние заперты, цепи обмоток 27, 28, 29 так же, как в предыдущем

случае, разомкнуты.

Если индуктивность фазной обмотки близка к индуктивности дросселя, то следует увеличить число витков обмоток 27, 28, 29 до- величины, необходимой для запирания диодов 30, 31, 32. Аналогичная картина имеет место на интервалах коммутации транзисторов 2 и 3.

Таким образом, если сигнал управления и, следовательно, скважность заполняющих импульсов остается неизменной, то блок динамического торможения на работу электропривода не влияет.

При скачкообразном уменьщении сигнала управления f/y среднее напряжение , приложенное к фазной обмотке 5, также скачком снижается из-за уменьщения скважности у. Непосредственно после скачка сигнала Vj э. д. с. обмотки 22 дросселя стремится поддержать величину протекающего через

нее тока, у которого вследствие уменьшения напряжения наблюдается тенденция к спаду. Э.д. с. самоиндукции на обмотке 22 при этом имеет одинаковую полярность как при открытом, так и при закрытом транзисторе 2. Поэтому э.д. с. 22 уменьшается по величине, вследствие расхода накопленной энергии, до скачка f/y. Практически через 2-3 периода ГмЭ. д. с. 622 становятся меньше э.д.с. на обмотках

двигателя бф,, бф.,, которые мало изменились по амплитуде за истекшее время, вследствие малого изменения скорости.

По достижении указанного неравенства э.д. с. бф и 6ФЗ открывают диоды 30 и 32 и при открытом транзисторе 33 замыкаются практически накоротко, вызывая токи через обмотки 4 и 5. Иначе говоря, двигатель переходит в генераторный режим. При этом возникает электромагнитный тормозной момент. По истечении нескольких периодов Гм при закрывании транзистора 33 (и открывании транзистора I) э.д. с. самоиидукции обмотки 22 имеет такую полярность, что вызывает инверсный ток через источник и обмотку 5, который также тормозит двигатель. Таким образом, при уменьшении скважности заполняющих импульсов среднее значение фазного напряжения становится меньше э.д. с. вращения двигателя и они открывают 10 диоды 27, 28, 29 блока динамического торможения. Двигатель переходит в генераторный режим, что приводит к эффективному торможению. Кривые среднего значения тока гзз через траНзистор 33 и скорости n(t) показа- 15 ны на фиг. 2. ,, Предмет изобретения Устройство для регулирования бескоитактного электродвигателя постоянного тока с 20 5. транзисторным коммутатором, управляемым широтно-импульсным регулятором, содержащее блок обеспечения непрерывности тока н блок динамического торможения, отличающееся тем, что, с целью повыщения динамических свойств двигателя, блок дииамичсского торможения выиолнен из управляемого щиротно-имнульсным модулятором транзистора, диодов и многообмоточного Д1)осселя, одна из обмоток которого включена между отрицательным нолюсом источника п ггания и общей точкой фазных обмоток двиг11теля, а другие - между диодами, соедииенными катодами с коллекторами транзисторов кол1мутатора, н коллектором упомянутого транзистора, подключенного эмиттером к odnieii точке обмоток двигателя.

Фиг-/

Put.2