Вентильный двигатель

(19) (И) ЗСЮ Н 02 К 29 02 ЕТЕНИ люча и тора, на включенныиположительнния во встрмост обратн группы кот управления тор, выход управления ключей като о тлич целью по абжен п 1 каждого из управления ча аноднои ход - к це с этим клю пы моста о ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ПИСАНИЕ ИЗ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции авиационныйинститут им, Серго Орджоникидзе(56) 1. Патент США Мд 3643143,кл. 318-254, 1972.2. Авторское свидетельство СССРВ 692014, кл, Н 02 К 29/02, 1977.(54)(57) ВЕНТИЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, содержащий синхронную машину, в -фазнаяобмотка якоря которой подключенакаждой фазой к основным ключам коммутатора, а своим нулевым выводом соединена с одним из полюсов источникапитания через дополнительный ключ,устройство блокировкидополнительного чеи однои из групп комму- ример катодной, вентиль, между нулевым выводом и ым полюсом источника питаечном ему направлении, ого тока, вентили анодной рого выполнены с цепямиширотно-импульсный модуля- которого связан с цепями дополнительного ключа и дной группы коммутатора,ю щ и й с я тем, что, ьвпения надежности, онодновибраторами, вход которых подключен к цепи соответствующего ему клю- е группы коммутатора, а выи управления соединенногоем вентиля анодной Гру ратного тока.Изобретение относится к электротехнике, в частности к вентильнымдвигателям, у которых управление преобразователем (коммутатором) осуществляется от датчика положения ротора,и может быть использовано для создания бесконтактных электроприводовпостоянного тока с широким диапазономрегулирования частоты вращения.Известен вентильный двигатель, 1 Осодержащий синхронную машину с п -фазной обмоткой якоря с нулевым выводом,связанным через дополнительный ключс одним из полюсов источника питанияпостоянного тока, например отрицательным, и устройство взаимной блокировки одной из группы ключей коммутатора, например катодной, и дополнительного ключа для изменения структуры устройства коммутатора из двухпо Олупериодной в однополупериодную 1 3.Известное устройство имеет всепреимущества, характерные для электродвигателей постоянного тока,относительно высокий КПД, большой пус- д 5ковой момент, хорошие регулировочныесвойства (и лишено недостатков, связанных с наличием кбллекторно-щеточного узла, малый срок службы, сравни -тельно низкая надежность. ЗОКроме того, наличие дополнительных ключей дает возможность,регулировать частоту вращения путем изменения структуры, что расширяет Функциональные возможности двигателя,Недостатком данного устройстваявляется узкая область применения,вызванная возможностью реализациилишь частных регулировочных характеристик в двигателе с изменяемойструктурой коммутатора Наиболее близким к изобретению по технической сущности является вентильный двигатель содержащий45 синхронную машину, е -фазная обмотка якоря которой подключена каждой фазой к основным ключам коммутатора, а, своим нулевым выводом соединена с одним из полюсов источника питания через дополнительный ключ устройст О во блокировки дополнительного ключа и ключей одной из групп коммутатора, например катодной, вентиль, включенный между нулевым выводом и положительным полюсом источника питанияво встречном ему направлении, мост обратного тока, вентили анодной группы которого выполнены. с цепями управления, подключенными к устройству блокировки, широтно-импульсный модулятор, выход которого связанс цепями управления дополнительного ключа и ключей катодной группы коммутатора 23По сравнению с 1 11 известное устройство имеет улучшенные регулировочные свойства и позволяет получить жесткие регулировочные характеристики вентильного двигателя.Недостатком известного двигателя является наличие снижающих надежность двигателя всплесков перенапряжения на силовых переходах ключей анодной группы коммутатора, обусловленных тем, что вентили анодной группы моста обратного тока при работе с однополупериодной схемой коммутатора постоянно заблокированы. Блокировка вентилей, преследующая цель устранения тормозных токов от противо-ЭДС неработающих фаз, приводит к разрыву в паузе широтно-импульсного модулятора цепи спадания тока отключающейся фазы двигателя, вследствие чего в момент начала паузы ЭДС само- индукции отключающейся фазы достига ет значительной величины и вызываетперенапряжения на силовом переходе ключа анодной группы, закрывающегося сигналом датчика положения ротора. Цель изобретения - повышение надежности вентильного двигателя с изменяемой структурой коммутатора.Поставленная цель достигается тем, что вентйльный двигатель, содержащий синхронную машину, в -фазная обмотка якоря которой подключена каждой фазой к основным ключам коммутатора, а своим нулевым выводом соединена с одним из полюсов источника питания через дополнительный ключ, устройство блокировки дополнительного ключа и ключей одной из групп коммутатора, например катодной, вентиль, включенный между нулевым выводом и положительным полюсом источника питания во встречном ему направлении, мост обратного тока, вентили анодной группы которого выполнены с цепями управления, широтно- импульсный модулятор, выход которого связан с цепями управления дополнительного ключа и ключей катодной группы коммутатора, снабжен ю одновибраторами, вход каждого из которых подключен к цепи управления соответствующего ему ключа анодной группы11309коммутатора, а выход - к цепи управления соединенного с этим ключем вентиля анодной группы моста обратного тока.Во всех возможных режимах работы предлагаемого вентильного двигателя имеются цепи замыкания токов отключающихся фаз двигателя, что предотвращает возникновение всплесков перенапряжения на силовых переходах ключей коммутатора, и отСутствуют цепи, по которым могут протекать тормозные токи от противо-ЭДС неработающих фаз. Это позволяет повысить надежность вентильного двигателя, сохраняя 15 свойственные известному двигателю хорошие регулировочные и энергетические характеристики,На чертеже приведена функциональная схема вентильного двигателя с изменяемой структурой коммутатора. Вентильный двигатель содержит синхронную машину 1 с многофазной обмоткои якоря (В данном случае трехфаз ной) с нулевым выводом 2 связанным/через дополнительный ключ 3 с одним из полюсов источника 4 постоянноготока, например отрицательным, а через дополнительный вентиль 5 - с другим полюсом источника. Фазы обмотки якоря синхронной машины 1 подключены к выходу коммутатора с анодной группой ключей 6-8 и катодной группой ключей 9-11. Коммутатор снабжен мостом обратного тока на вентилях 12-17. З 5 Вентили анодной группы 15-17 выполнены управляемыми. Цепи управления ключей 6-11 связаны с чувствительными элементами 18-23 датчика положения ротора, который может быть выполнен 4 О по любой известной конструктивной схеме. Вентильный двигатель снабжен широтно-импульсным модулятором 24, выход. которого связан с цепями управления дополнительного ключа 3 45 и ключей 9-11 катодной группь коммутатора, и устройством 25 блокировки, выход которого связан с цепями управления дополнительного ключа 3 и ключей 9-11 катодной группы коммутатора.50 Цепь 26 управления устройством 25 блокировки может быть подключена к выходу дополнительного широтно-импульсного модулятора (не показан). Входы дополнительных одновибраторов 27-29 55 подключены к цепям управления ключей 6-8 анодной группы коммутатора, а их выходы 27-29 - к цепям управле 70 4ния вентилей. 15-17 анодной группы моста обратного тока.Вентильный двигатель работает следующим образом.Устройство 25 блокировки разблокирован дополнительный ключ 3 и заблокированы ключи 9-11. Вентильный двигатель работает с однополупериодной схемой коммутации при помощи клочей 6-8, управляемых по сигналам чувствительных элементов 18-20 датчика положения ротора, дополнительного ключа 3 и вентилей 5, 15, 16 и 17. При этом в течение каждого межкоммутационного интервала в импульсе широтно-импульсного модулятора открыт ключ 3 и сигналами соответствующих чувствительных элементов открыты ключи анодной группы коммутатора, вслед" ствие чего соответствующие фазы обмотки якоря подключены к источнику питания, а в паузе широтно-импульсного модулятора закрывается ключ 3 и якорный ток замыкается через отстающиеся открытыми ключи анодной группы коммутатора и открывающийся под действием ЭДС самоиндукции дополнительный вентиль 5, тем самым реализуется режим динамического торможения. При закрывании одного из ключей анодной группы, например ключа 6 по сигналу чувствительного элемента 18, запускается одновибратор 27 и в те-чение установленного времени выдержки одновибратора сигнал с его выхода разблокирует вентиль 15. Время выдержки одновибратора подбирается такой величины, чтобы в течение этого времени ток отключаемой фазы успевал снизиться до нуля во всех рабочих режимах. Разблокирование вентиля 15 приводит к тому, что в паузе широтно-импульсного модулятора на коммутационном интервале ток отключаемой фазы замыкается через вентили 5 и 15, и источник питания (реализуется режим 15 екуперативного торможения). В импульсе широтно-импульсного модулятора ток отключаемой фазы замыкается через ключ 3 и вентиль 15 (реализуется режим динамического торможения). По истечении времени вьгдержки одновибратора 27 сигнал на его выходе заблокирует вентиль 15 вплоть до нового запуска одновибратора, блогодаря чему исключается протекание тормозного тока от противо-ЭДС неработающей фазы.1130970 Составитель А.СанталовТехредЛ.Мартяшова Корректор М.Розман Редактор Аг.Шандор Заказ 9623/41 Тираж 666 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул,Проектная, 4 Аналогичным образом протекают рабочие процессы на коммутационных интервалах других фаз двигателя. Широтно-импульсная модуляция напряжения, подвожимого к фазам двигателя, позволяет регулировать частоту вращения при относительно малой величине потерь в ключах выполняющих функции исполнительного органа регулятора частоты вращения. При этом регулировоч ные характеристики имеют относительно большую жесткость, поскольку при достаточных величинах частоты широтно- импульсного регулятора и индуктивности обмотки якоря ток двигателя не 15 претерпевает разрыва.Изменение структуры устройства коммутатора осуществляется за счет блокировки ключа 3 и разблокировки ключей 15-1, Вентильный двигатель 20 работает с двухполупериодноЯ схемой коммутатора при помощи ключей 6-11, управляемых по сигналам чувствительных элементов 18-23 датчика положения ротора, и вентилей 12-17 моста .25 обратного тока.Регулирование частоты вращения осуществляется йо сигналам широтно- импульсного модулятора, взаимодействующего с ключами 9-11 коммутотора.Рабочие процессы на коммутационныхинтервалах протекают аналогично процессам при работе с однополупериодной схемой коммутатора, при этом вимпульсе широтно-импульсного модуля -тора ток отключаемой Фазы замыкаетсячерез соединенный с выводом этой фазы управляемый вентиль анодной группы моста обратного тока и открытыйсигналом чувствительного элементасоответствующий ключ катодной группыкоммутатора, а в паузе - через указанный управляемый вентиль и через одиниз вентилей катодной группы мостаобратного тока. Управление устройством 25 блокировки может осуществляться как от дополнительного широтно-импульсного модулятора, так и вручную .Таким образом, введение дополнительных одновибраторов, управляющих вентилями анодной группы моста обратного тока, позволяет предотвратить возникновение всплесков перенапряжения на силовых переходах ключей ком,мутатора, сниажющих надежность двигателя