Вентильный электродвигатель Советский патент 1978 года по МПК H02K29/02 

1

Изобретение относится к области электропривода.

Известны вентильные электродвигатели (ВД), пары расположенных под углом 180эл.град.секций якорной обмотки которых последовательно соединенные с транзисторами полупроводникового коммутатора, образуют две ячейки, причем, как минимум, одна из общих точек каждой ячейки непосредственно связана с одним из зажимов источникл питанш постоянного тока, а параллельно секциям обеих ячеек подклю зены устройства зашить транзисторов от перенапряжений 2j ,

Известны также ВД, у которых ячейки еоединены между собой последовательно, а в качестве устройства защиты транзисторов каждой ячейкиоу перенапряжений использован стабилитрон, подключенный через диоды к обеим секциям ячейки з . Этот ВД по своей технической сущности и достигаемому результату является наиболее близким к предлагаемому изобретению.

Недостатки известных ВД с последовательным соединением ячеек состоят в том. Л1 о им свойственны повышенные потери энер-

гии и относительно невысокая надежность при использовании известных устройств защиты. Объясняется это тем, что ток самоиндукции, протекающий в отключаемой секции и стабилитроне устройства защиты в момент коммутации транзисторов ячейки не создает полезного электромагнитного (обусловливая только нагрев секции и элементов защиты), а напряжение, прикладываемое в момент коммутации к запираемому транзистору, достигает большой величины. Указанное напряжение представляет собой сумму напряжения источника питания ЭДС сомоиияукции, наводимой в отключаемой секции, и ЭДС самоиндукции, возникающей в сек- ЕШИ другой ячейки из-за снижения общего тока двигате;ш в момент коммутации транзисторов любой ячейки.

С целью повыщения надежности и улучщения энергетических показателей в предлагаемом вентильном электродвигателе стабилитрон защиты транзисторов от перенапряжений подсоединен одним электродом к . общей точке секций ячейки, соединенной с одним из зажимов источника питания, другйм электродом - к анодам диодов, а ячейка, непосредственно соединенная с другим зажимом источника питания, зашунтирована в обратном направлении диодом.

На фиг. 1 1 изображена электрическая схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 и 3 - временные диаграммы токов и напряжений в элементах схемы при работе описываемого устройства. Описываемое устройство содержит секции Ю пем якорной обмотки электродвигателя 1-4, транзисторы полупроводникового коммутатора 5-8, диоды 9-13, стабилитрон 14, зажимы источника питания 15 и 16.На фиг. 2 и фиг. 3 обозначены временные диаграммы состояний транзисторов коммутатора, а цифры обозначают номер транзисторов (см. фиг. 1), включенных в соответствующий отрезок времени; временные диаграммы ЭДС вращения секций (е, е, -е, е ), и ЭДС самоиндукции (в, е)(«Г,-в) наводимые в секциях в момент запирания соединеиных с ними транзисторов, а также токи в секциях ( 0, Jg ъ, обусловленные действием со jt « п .. ответствуюшей ЭДС самоиндукции. Отрицательные значения ЭДС вращения соответствуют протеканию рабочего тока по секциям, т.е. ЭДС вращения в этот момент действует навстречу напряжению источника. Пара секций 1 и 2 расположенных относительно друг друга под углом 180эл.град и транзисторами 5 и 6 образуют первую ячейку ВД, а пара секций 3 и 4 также расположенных относительно друг друга под углом JlBO ал.град, совместно с транзистора ми7 7 и 8 образуют вторую ячейку ВД. Секции 3 и 4 смещены в пространстве относительно секций 1 и 2 на угол 9О эл. град Обе ячейки соединены между собой последо вательно и подключены к зажимам 15 и 16 источника питания. Стабилитрон 14, соединенный одним электродом с зажимом 16 источника питания, а другим электродом через диоды 9-12 с коллекторами транзисторов обеих ячеек, обеспечивает защиту тра зисторов коммутатора от перенапряжений. Диод 13, шунтирующий в обратном направ„о„„« «uAUKv. nfin«.-,oRflHHvio секциями 3 и лении ячейку, образованную секциями 3 и 4 и транзисторами 7 и 8, повыщает надежность работы указанной защ11ты. При подключении ВД к зажимам 15 и 16 источника питания, транзисторы 5-8 по сигналам датчика положения ротора (на схеме не показан) начинают коммутировать ток в секциях- 1-4 якорной обмотки .электродви гателя. При этом транзисторы каждой пары 5 и 6 и 7 и 8 раоотают-между собойвпр„

тивофазе, т.е. если один из транзисторов пары открыт, то другой закрыт и. наоборот. В свою очередь, транзисторы разных пар переключакугся относительно друг друга со сдвигом по фазе на 9О°.

Таким образом, в каждый момент времени ток протекает последовательно по одной из секций первой и второй $гчеек. В результате взаимодействия тока секций с поиндуктору ротор двигателя приходит в непрерывное вращение, что поддерживается соответствующей поочередной коммутацией тока в секциях с помощью транзисторов то одной, то другой ячеек. В момент переключения транзисторов второй ячейки, например тоанзистор 7 закоывается, а транзистор b открывается, в секции 3 якорной обмотки возникает ЭДС самоиндукции с полярностью, обозначенной на фиг. 1. Если в этот момент открыт транзистч р 5 первой ячейки, то за счет указанной ЭДС через открытый транзистор 5, секцию 1, . стабилитрон 14 (ЭДС самоиндук«ии превыщает напряжение пробоя стабилитрона) диод 11, секцию 3 пройдет импульс электрического тока. Этот ток, протекая в снюктчтихюг ич т л п/Чт т r f rт лvact D секции 1, обеспечивает приращение вращающего момента электродвигателя, так как рассматриваемый момент времени соответствует середине интервала коммутации секции 1 -. Соответственно, при запирании транзистора 8 и отпирании i транзистора 7 ЭДС самоиндукции, наводимая в секции 4, обуславливает аналогичное приращение вращающего момента за счет протекания импульса тока также до одной из секций первой ячейки. Таким образом, включение стабилитрона 14 предложенным способом обеспечивает определенное повыщение вращающего момен Уровень напряжения ( U ) на эмиттер коллекторном переходе закрывае.мого транзистора второй ячейки определяет напряжение источника пктания ( U д ) и напряЖения пробоя стабилитрона 14 ( UCT ),« V cT-Ta ««. Обычно, UCT« -рах.секции п ,в пПри переключении транзисторов первой схема -работает следующим образом. Если транзистор 5 закрывается, то транзистор 6 открывается, а во второй ячейке открыт транзистор 7. В этом случав ЭДС, самоиндукции, наводимая в секции 1„ обуславливает протекание импульса тока только в этой секции (через стабилитрон 14 и диод 9J. Вследствие того, что из-за коммутации транзисторов 5 к 6 имеет место просадка общего тока двигателя, в секции 3 возникает ЭДС самоиндукции, в результате чего по секции 3 через ааоа 13 и открытый транзистор 7 пройдет импульс также созда Лршчй приращение вращающего момента. Ана логичное приращение электромагнитного момента будет и при обратном аереключешш тоанзисторов - запирании транзистора 8 а отпириаии транзистора 7. Напряжение на эмиттер-коллекторном переходе закрываемого транзистора первой яче ки также равно сумме напряжения источника питания ( U п ) и напряжения пробоя стабилитрона 14 ( UCT). T.e. 1,7 и„. Заметим, что в известном ЬД - напряжение на эмиттер-коллекторном переходе закрываемого транзистора любой ячейки равно (Jn + U{-y 2,4 Uf, , что превышает аналогичный показатель (1.1 Uq ) предлапе мого двигателя. Если бы диод 13 в схеме двигателя отсут-ствоеал, то на эмиттер-коллекторном переходе закрываемого транзистора первой ячейки действовало бы напряже ние, равное сумме-Un U.i- и, где ЭДС самоиндукции, наводимая в секциях 3 или 4 шри коммутации транзисторов S и 6. Указанное суммар юе напряжение значительно превышает напряжение на эмиттер-коллекторном переходе закрываемого транзистора второй ячейки и, при отсутствии диода 13, является причиной резкого снижения надежности электродвигателя Таким образом, предложенный электродви гатель, с одной стороны, обладает повышенной надежностью, так как транзисторы его коммутатора в процессе работы ислытывают меньшие перенапряжения, чем транзисторы известных ВД, а, с другой, имеет энергетические показатели, так как неизбеж ные при коммутации транзисторов всплески токов в секциях в поедлагаемом двигателе выполняют полезную работу - создают добавочное прнрашенле элект}юхшгнитного моменэ-о. Формула изобретения Вентильный электродвигатель, пары расположенных под углом 180 эл. град, секций якорной обмотки которого, Имеющие общую точку соединения, последовательно соединенные с транзисторами коммутатора, образуют первую и вторую ячейки, подключенные последовательно друг другу, содержащий элементы зашиты трангзисторов коммутатора от перенапряжений, например, на стабилитроне и диодах, соединенных катодами с коллекторами транзисторов, отличающийся тем, что, с целью повьщ1ения надежности и улучшения энергетических показателей, стабилитрон подсоединен одним электродом к обшей точке секций первой -ячейки, соединенной с одним из зажимов источника питания, другим электродом - к анодам диодов, а ячейка, непосрсадственно соединенная с другим зажимом источника питания, зашунтирована в обратном направлении диодом. Источники информации, принятые во внимание при э.кспертизе: 1. Овчинников И. Е. и Лебедев Н И Бесконтактные двигатели постоянного токе автоматических устройств. М,, Наука, 1966, с. 49-55. 2.Овчинников И. Е. Двигатели постоянного тока с полупроводниковыми коммутаторами, М., Наука, 1972. 3.Оьзчинников И. Е. и Лебедев И. И, Бесконтактные двигатели постоянного тока автоматических устройств. Ли, Наука, Л., 1966,:с. 81. с. 126.

att

X