Коммутатор бесконтактного двигателя постоянного тока Советский патент 1977 года по МПК H03K17/735 H02K29/00 

1

Изобретение относится к силовым преобразовательным устройствам для питания бесконтактных электродвигателей постоянного тока (БДПТ). Коммутатор может быть использован в маломощных системах автоматизированного электропривода постоянного тока.

Известны коммутаторы БДПТ, содержащие трехфазный мостовой транзисторный инвертор напряжения, каждый транзистор которого щунтирован встречным диодом. Диод создает контур для реактивного тока коммутируемой секции обмотки якоря двигателя, питаемой инвертором, в результате чего спад до нуля тока в коммутируемой секции запаздывает относительно начала коммутации тем больше, чем больще индуктивность секции. Такое схемное решение позволяет приблизить форму тока в секции якоря к синусоиде и имеет смысл при си-нусоидальной форме ЭДС секции.

Однако в БДПТ, индуктор которых аналогичен индуктору обычной машины постоянного тока, ЭДС секции имеет форму трапеции с крутыми фроитами. Обмотка якоря в этом случае максимально используется тогда, когда форма тока в секции якоря близка к прямоугольной. Использование в качестве коммутатора инвертора напряжения, транзисторы которого шунтированы встречными диодами, ухудшает в этом случае использование обмотки якоря, одновременно снижая быстродейст2

вие привода в связи с затягиванием процессов изменения тока в якоре.

Устранение указанных недостатков возможно .при использовании в качестве коммутатора инвертора тока, обеспечивающего прямоугольную (или близкую к ней) форму тока в секциях якоря.

Напболее близким по своей сущности к предлагаемому является коммутатор БДПТ, содержащий инвертор тока, нитающий трехсекционную обмотку якоря, соединенную в звезду, однополярными имлульсами. Для ограничения перенапряжений на транзисторах в режиме отключения тока в секции якоря каждая из них шунтирована цепью пз встречного диода и стабилитрона, являющегося общим для всех секций. Для лучшего использовання обмотки якоря питание ее секций должно быть двухполярным. В этом случае в известном коммутаторе удваивают число транзисторов инвертора (мостовая схема) и число элементов в цепях ограничений неренаирян{ешш. Последнее усложняет схему.

Кроме того, при отключении тока в одной из двух запнтанных секций он отключается одновременно и в другой секции, в которой должен оставаться неизменным. Это вызывает пульсации момента и доиолнительные потерн при коммутации, в результате чего снил ается КПД двигателя.

В целях уцрощс-иня коиструкцпм i iipc;u;aгаемом коммутато.1е к выходным ла/кнмаз мостового инвертора подключены три стабнлитрона, собранные в звезду, а между тинами питания инвертора и нулевой точкой обмотки якоря встречно источнику иитания включены два диода.

На чертеже иоказана иринциииальиая схема коммутатора.

Силовые транзисторы 1-6 образуют трехфазный мостовой инвертор, к выходным зажимам которого иодключены секции 7, 8, 9 обмотки якоря двигателя и стабилитроны 10, 11, 12, соединенные в звезду и ограиичивающие перенапрял еиия на транзисторах иивертора. Между шинами иитаиия инвертора н нулевой точкой обмотки якоря включеиы встречные диоды 13, 14, создающие контур для тока нскоммутируемой секции. РТсточинк литания :1юстоянного тока нодсоединен к инвертору через транзисторный ключ 15, осуществляюиип цлиротно-импульсиое регулирование среднего напряжения на якоре двигателя для управления его скоростью.

Величина унравляющего напряжения определяет скваЖИость работы ключа 15, а его полярность - номера транзисторов в плечах инвертора, включаемых сигналом датчика иоложения секций якоря в поле индуктора. Пусть в иервый момент сигналами датчиков включеиы транзисторы 1 и 4. В течение временн открытого состояния транзистора 15 имиульс напряжения источника питания вызывает рост тока IB секциях 7 и 8, протекаюи1,его в коитуре (+) -15-1-7-8-4- (-). На время паузы, когда транзистор 15 отключен, ток якоря иоддерживается в контурах 7-13-1-7 и 8-4-14-8. Но мере перемещения секция 8 выходит ИЗ--ПОД северного полюса индуктора н с датчика положения иостуиает сигнал на отключение тока этой секции. Но сигналу датчика, в соответствии с принятым в схеме 120°ным законом коммутация, .происходит отключение транзистора 4 и включение транзистора 6. Нри этом ток иекоммутпруемой секции 7 поддерживается за счет ее индуктивности в контуре 7-13-1-7, а ток секции 8, протекая в коитуре 8-11-10-7-8, быстро надает за счет разряда ЭДС самоиндукции секции 8 на встречное наирялсение стабилитрона 10. Обратное пороговое напряжение стабилитроиов 10, 11, 12 выбирается большим, чем напряжение источника питания, поэтому ни суммариая противо-ЭДС секций, пи напряжение источника питания не могут открыть стабилитроны. Носле окончания тока в коммутируемой секции стабилитроны запираются и не влияют на работу схемы.

Носле очередного ик.гючепия транзистора 1п начинается нарастаиае тока счноврелшнно в

секциях 7 и 9 в контуре (-|-)-15-1-7--9

Далее но сигналам датчиков отключаются токи в секциях 7 и 9 и каждый раз ЭДС самоиндукции коммутируемой соащи разряжается иа встречиое паиряжеиие соответствующего стабилитрона, а ток некоммутнруемой

секцин ноддерживается в контуре с одним из встречных диодов (13 или 14).

Наиряжеиие между коллектором и эмиттером отключаемого транзистора за счет включения стабилитронов 10, 11, 12 нрактически не

превосходит суммы иаирял еиия питания и напряжения стабилизации стабилитрона. из стабилитропов за иериод частоты коммутации тока в секциях якоря кратковременно ироводит ток в пpямo т иаиравлеНИИ и дважды - в обратном.

Ревере уиравляюидего папряже)1ия и реверс скорости двигателя не вносят специфики в работу коммутатора. Нспользование стабилитронов, присоединениых к выходным зажимам инвертора и включеииых в звездух, и встречных диодов, включенных между щинами питания инвертора и иулевой точкой обмотки якоря, выгодно отличает предлагаемый коммутатор от известных,

т. к. позволяет при коммутациях тока ограничить переиаирял :ения иа гиести силовых транзисторах иивертора, используя три стабилитропа вместо шести диодов и двух етабплитронов п упростив этим конструкцию коммутатора, а также поддерл ать с помоцдью встречного диода ирактическп неизменным ток в некоммутнруемой секции иа время иереключеиия его из одной секции в другую, не получавшую пптаиия, снизив потери ири коммутации

и повысив тем самым КНД двигателя.

Фор м у л а изобретения

Коммутато) бескоитактпого двигателя постояниого тока, обмотка которого выполнена в виде трех секций, соединеиных в звезду, содержащий транзисторный трехфазный мостопой инвертор, транзисторы которого защищены цепочками, состоящими из двух диодов и трех стабилитронов, о т л и ч а ю ид и и с я тем, что, с целью уирощеиия коммутатора, стабилитроны собраны в звезду и подключе}1Ы к

выходным зажимам инвертора, а входиыми зал имамн инвертора п нулевой точкой обмотки якоря встречио источнику питания включены два диода.

12

13

2 .A. ь