Управляемый вентильный электродвигатель

СОЮЗ СОНЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН1458961 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР А ВТСРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ 3479/24-0706.8702.89. Бюл..2:621.382(088,8етельство СССРК 29/ 14, 1984.ельство СССРР 6/02, 1986. ое свиде кл. Н 0 54) УПР ВИГАТЕЛ 57) Изо лектяетсние д хни овышен ращЯназона ия вен(21) 42 (22) 03 (46) 15 (72) Р. и В,В,О (53) 62 (56) Ав У 10659Авто Р 1381 АВЛЯЕИЫЙ ВРНТИЛЬНЫЙ ЗЛЕКТР Ьбретение относится к Целью изобретения яв е надежности и расшир регулирования частоты ильного электродвигат 2 Р 6/02 Н 02 К 23/06 вентильныи электродвигатель в каждый из мостовых инверторов 1, 2 введены диоды 21, 22, конденсатор 23, резисторы 26-33 и транзисторы 24, 25. Каждый из резисторов 26-29 включен между базой и эмиттером соответственно транзисторов 3-6 мостового инвертора, Резистор 30 включен между базами транзисторов 4, 5, а резистор 31 между базами транзисторов 3 и 6. Один вывод каждого из резисторов 32, 33 соединен с объединенными выводами катодов диодов 21, 22 и конденсатора 23, а другой вывод резистора 32 - с базой транзистора. Вторые выводы резисторов 32, 33 соединены с базами транзисторов 3, 5 соответственно. Выводы анодов диодов 21, 22 связаны сЛ 71458961 выводами дополнительной обмотки 19трансформатора 12. Средний вывод обмотки 19 и второй вывод конденсата"ра 23 соединены с эмиттерами транзисторов 3, 5. Каждый транзистор мостового инвертора 2 шунтирован однимиз диодов 7-10. В одну из диагоналейкаждого мостового.инвертора 1, 2включена соответствующая фаза обмотки якоря вентильного двигателя. Вторая диагональ каждого мостового инвертора через одну из полуобмоток основной обмотки 13 трансформатора 12и управляемый ключ 17 подключена к Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводу, и может быть использовано в высоконадежных приводах с большим диапа 5 зоном регулирования частоты вращения.Целью изобретения является повышение надежности и расширение диапазона регулирования частоты вращения вентильного электродвигателя. 10На чертеже изображена функциональная схема вентильного электродвигателя.Вентильный электродвигатель содержит два мостовых инвертора 1 и 2. Плечи каждого иэ мостовых инверторов1 и 2 образованы соединенньми встречно-попарно транзисторами 3, 4 и 5, 6. Каждый иэ транзисторов 3-6 шунтирован одним из диодов 7-10. В первую 20 диагональ каждого из мостовых инверторов 1 и 2 включена соответствующая фаза 11 обмотки якоря синхронного двигателя. Электродвигатель содержит также трансформатор 12, основная об мотка 13 которого имеет вывод средней точки, Начало этой обмотки подключено к первому выводу 14 второй диагонали мостового инвертора 1, а конец обмотки 13 - к, первому выводу второй диагонали мостового инвертора 2, Вторые выводы вторых диагоналей каждого из мостовых инверторов 1 и 2 подключены к первой шине 15 источника питания. Вентильный электродвигатель включает также датчик 16 положения ротора син 35 хронной машины и дополнительно управзажимам источника питания. Управление ключом 17 ведется по сигналам широтно-импульсного модулятора 18, атранзисторами 24, 25 - по сигналамдатчика 16 положения ротора вентильного двигателя. В электродвигателе .исключаются перенапряжения в элемен"тах схемы при регулировании частотывращения вала и обеспечиваются форсированное запирание силовых транзисторов мостовых инверторов и регулирование по сигналам датчика 16 и посигналам с широтно-импульсного модулятора 18. 1 ил. ляемый ключ 17 и широтно-импульсныймодулятор 18. Трансформатор 12 снабжен двумя дополнительными обмотками19 и 20, каждая из которых выполненас выводом средней точки. Каждый измостовых инверторов 1 и 2 снабжендвумя диодами 21 и 22, конденсатором23, двумя управляющими транзисторами24 и 25 и восемью резисторами 26-33.Каждый из первых четырех резисторов26, 27, 28 и 29 включен параллельнопереходу база - эмиттер одного изтранзисторов 3, 4, 5 и 6 моста. Пятый30 и шестой 3 1 резисторы включены соответственно между базами транзисторов 4 и 5, б и 3 противоположных плечмостового инвертора. Каждый иэ управляющих транзисторов 24 и 25 подключен переходом коллектор - эмиттер параллельно переходу база - коллекторсоответствующих транзисторов 4 и б,связанных с первой шиной источникапитания, Базы управляющих транзисторов 24 и 25 подключены к выходам датчика 16 положения ротора, Начало иконец положительной обмотки 19 трансформатора 12 подключены через диоды21 и 22 к первым выводам конденсатора 23, седьмого 32 и восьмого 33 резисторов. Второй вывод конденсатора23 и средняя точка дополнительнойобмотки 19 подключены к первому выводу 14 второй диагонали моста, авторые выводы седьмого 32 и восьмого33 резисторов - соответственно к базам транзисторов 3 и 5, включенных3 145896в смежные плечи мостового инвертораи сязанных с первым выводом 14 второйдиагонали моста,Средний вывод основной обмотки 13трансформатора 12 подключен к второй5шине источника питания через управляемый ключ 17, вход управления которого подключен к выходу широтно-импульсного модулятора 18.1 ОДополнительная обмотка 20 подключена аналогично подключению обмотки19, но во втором инверторе 2.Управляемый вентильный электродвигатель работает следующим образом. 15Рассмотрим первый случай, когдауправляемый ключ 17 открыт и датчик16 формирует команды на коммутациюмостовых инверторов 1 и 2. Зона коммутации датчика 16 составляет 180 эл.град. При подаче напряжения от источника питания управляющие транзисторы24 и 25 и транзисторы 5, 4 и 3, 6 вкаждом из инверторов 1 и 2 поочередно переключаются под действием сигналов датчика 16 положения ротора, Пофазам протекает ток; создается электромагнитный момент и ротор электродвигателя приходит во вращение.В момент переключения управляемыхтранзисторов 24 и 25 необходимо создать цепь для замыкания реактивноготока в фазах 11 синхронной машины.Из-за наличия трансформатора 12 изначительного индуктивного сопротив 35ления секций обмотки 13 реактивныйток не может замкнуться через обратный диодный мост 7-10 и внутреннеесопротивление источника постоянноготока. В данном электродвигателе происходит расширение зоны коммутациина минимальную ширину, определяемуювеличиной запасенной энергии в коммутируемой секции. Обеспечивается этоследующим образом, В момент времени, 45например, когда сигналами датчика 16управляемый транзистор 24 закрывается, .а транзистор 25 открывается, токв фазе 11, протекавший по цепи; вторая шина источника питания, обмотка13 трансформатора 12, транзисторы 5,4 и первая шина источника питаниястремится сохранить прежнее направление. Открывшиеся транзисторы 3, 6не позволяют создать цепь для поддержания реактивного тока, и в фазе 11начинает возникать ЭДС самоиндукции,причем для рассматриваемого момента,плюс ЭДС возникает в начале фазы 11,14а минус ЭДС - в конце. Как только амплитуда ЭДС самоиндукции достигнет величины напряжения источника постоянного тока начинает протекать ток по цепи: фаза 11, переход эмиттербаза транзистора 4, резисторы 30 и 38 28, переход эмиттер - база транзистора 3, резисторы 31 и 29, фаза 11. Открывается транзистор 24 на время действия ЭДС. Ток фазы 11 протекает по цепи: фаза 11, транзистор 4, диод 10, фаза 11Указанная цепь существует до тех пор, пока ток в фазе 11 не спадет до нуля.В том случае, когда зона коммутации меньше 180 эл. град., также надежно исключается возможность возникновения перенапряжений в полупроводфг никовых элементах инверторов. Рассмотрим момент времени, когда по сигналам датчика 16 управляемый транзистор 24-закрывается, существует пауза и управляемый ключ 25 также закрывается. Соответственно закрыты в момент коммутации и все транзисторы 3-6, В фазе 11 начинает возникать ЭДС самоиндукцииПлюс в начале фазы, минус в конце, Как только ЭДС самоиндукции по амплитуде превысит напряжение постоянного тока источника питания, начинает протекать ток по цепи: фаза 11, переход эмиттер - база транзистора 4, резисторы 30 и 28, переход эмиттер база транзистора 3, резисторы 31 и 29, фаза 11Открывается транзистор 4 и поддерживается в открытом состоянии до тех пор, пока ток в фазе 11 не спадет до нуля. Работа инверторов 1 и 2 с любой длительностью сигналов управления датчика 16 безопасна, так как появление ЭДС самоиндукции на фазах якорной обмотки позволяет автоматически создать цепи для протекания реактивного тока.При вращении вала электродвигателя в дополнительных секционированных обмотках 19 и 20 наводится переменное напряжение, близкое к треугольному и пропорциональное частоте вращения. Посредством первого и второго диодов 21 и 22 напряжение обмотки 19 выпрямляется и через резисторы 32 и 33 подается на базы транзисторов 3 и 5 как запирающее. Запирающее напряжение через резисторы 30 и 31 и диоды 7 и 9 поступает также и на базы транзисторов 4 и 6, что позволяет надежно закрывать все транзисторы мостового ин58961 5 14 вертора при отсутствии управляющего сигнала.В случае работы электродвигателя в режиме ШИМ-регулирования процессы, происходящие в мостовых инверторах, аналогичны описанным. Коммутационная энергия, запасенная в обмотке 13 трансформатора 12, за счет трансфор" маторной связи с первой 19 и второй 20 обмотками передается и запасается на,конденсаторах 23 и далее используется для Форсированного запирания всех силовых транзисторов 3-6 инверторов 1 и 2 первой и второй Фаз, Причем в случае малых частот вращения (скважность импульсов регулирования мала) запирающее напряжение формируется в основном за счет запасенной в обмотке 13 ЭДС самоиндукции. С увеличением частоты вращения вала соответственно падает коммутационная энергия (уменьшается количество импульсов, заполняющих межкоммутационный интервал), но увеличивается ЭДС вращения, наводимая в обмотках 19 и 20 ротором вентильного двигателя. Поэтому надежно осуществляется Форсированное запирание силовых транзисторов мостовых инверторов 1 и 2 во всем диапазоне частот вращения вала вентильного двигателя.Таким образом, в управляемом электродвигателе исключаются перенапря-. жения в элементах схемы при регулировании частоты вращения вала, осуществляется форсированное запирание силовых транзисторов мостовых инверторов, осуществляется управление как по цепи датчика положения ротора, так и через регулятор, Существенно расширяется диапазон регулирования частоты вращения и повышаются надежность и массо-габаритные показатели электродвигателя.Формула и з о б р е т е н и я Управляемый вентильный электродвигатель, содержащий синхронную машину с Фазной обмоткой якоря, два мостовых инвертора, каждое плечо моста которого образовано параллельно соединенными транзистором и диодом, включенными встречно относительно их проводимости, в первую диагональ каждого моста включена одна из Фаэ обмотки якоря синхронной машины, и трансформатор с обмоткой, снабженной средним выводом, начало лкоторой сое" 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 динено с первым выводом второй диагонали одного мостового инвертора,а конец - с первым выводом второйдиагонали другого мостового инвертора, вторые выводы .вторых диагоналеймостовых инверторов подключены к первой шине источника питания, и датчикположения ротора синхронной машины,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повышения надежности и расширения диапазона регулирования частоты вращения, введены управляемыйключ, широтно-импульсный модулятор,трансформатор снабжен двумя дополнительными обмотками с выводами среднейточки, а каждый мостовой инверторснабжен двумя диодами, конденсаторомдвумя управляющими транзисторами ивосемью резисторами, каждый из первыхчетырех резисторов включен параллельно переходу база - эмиттер соответствующего транзистора мостового инвертора, пятый и шестой резисторывключены соответственно между базамитранзисторов противоположных плечмостового инвертора, связанных с разноименными вводами второй диагоналиэтого мостового инвертора, каждый изуправляющих транзисторов подключенпереходом коллектор - эмиттер параллельно переходу база - коллектортранзистора мостового инвертора, связанного с первой шиной источника питания, базы управляющих транзисторовподключены к выходам датчика положения рстора синхронной машины, началои конец каждой дополнительной обмотки трансформатора соединены тчерездиоды с первыми выводами конденсатора, седьмого и восьмого резисторовсоответствующего мостового инвертора,первый вывод второй диагонали которого соединен с вторым выводом конденсатора и выводом средней точки дополнительной обмотки трансформатора, авторые выводы седьмого и восьмого резисторов подключены соответственнок базам транзисторов смежных плечмостового инвертора, связанных с первым выводом второй диагонали этогомостового инвертора, причем среднийвывод .основной обмотки трансформатора подключен к второй шине источника питания через управляемый ключ,вход управления которого подключен квыходу широтно-импульсного модулятора, вход которого является входом управления.