Управляемый вентильный электродвигатель

(51) 5 ГОСУДАРСТ В Е ННЫ Й КОМИ ТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 2:621,382(088.8)детельство СССР02 Р 6/02, 1987,Й ВЕНТИЛЬНЫЙ ЗЛЕКносится к электротехниспользовано в электро(61) 1458961(57) Изобретениеке и может быть приводах с ты. Целью шение К достижени ный электр держит конден сато обрыве одн ции трансф нейный др при этом с няет работа повышенным ресурсом рабоизобретения является повы- ПД и надежности. Для цели управляемый вентильодвигатель дополнительно содемпферный диод, два ра и линейный дроссель. При ой из фаэ 1 двигателя функорматора 12 выполняет лиоссель 34, частота вращения ижается, но двигатель сохраспособность. 1 ил.5 10 15 20 Ткг Изобретение относится к электротехнике, может быть использовано в электроприводах с повышенным оесурсом работы и является усовершенствованием изобретения по авт, св, 1 Ф 1458961,Целью изобретения является повышение КПД и надежности вентильного элект, родвигателя,На чертеже представлена функциональ, ная схема управляемого вентильного элект-родвигателя.Управляемый вентильный электродви,; гател ь содержит синхронную машину с фаз,. ной обмоткой 1 якоря, два мостовых , инвертора 2 и 3, каждое плечо моста образовано параллельно соединенными транзистором 4(5 - 7) и диодом 8(9 - 11), включенными встречно относительно их " проводимости, в первую диагональ каждого ;, моста включена одна из фаз обмотки 1 яко" , ря синхронной машины, и трансформатор 1 12 с основной обмоткой 13, снабженнойсредним выводом, начало которой соединено с первым выводом второй диагонали мостового инвертора 2, а конец - с первымвыводом второй диагонали мостового ин, вертора 3, вторые выводы диагоналей мостовых инверторов подключены к первой шине 14 источника питания. Электродвигатель содержит также датчик 15 положения ротора синхронной машины, управляемый ключ 16, широтно-импульсный модулятор (ШИМ) 17, . трансформатор 12 включает дополнительные обмотки 18 и 19 с выводами средней точки. Каждый мостовой инвертор 2(3) включает два диода 20 и 21, конденсатор 22, два управляющих транзистора 23 и 24 и восемь резисторов 25 - 32, каждый из первых четырех резисторов 25 - 28 включен параллельно переходу база-эмиттер соответствующего транзистора 4 - 7, пятый 29 и шестой 30 резистары включены соответственно между базами транзисторов 4 - 7 и 5 - 6 противоположных плеч мостового инвертора, связанных с разноименными выводами второй диагонали этого мостового инвертора,Каждый из управляющих транзисторов 23(24) подключен переходом коллектор - эмиттер параллельно переходу база - коллектор транзистора 6(7) мостового инвертора, связанного с первой шиной 14 источника питания. Базы управляющихтранзисторов 23 и 24 подключены к выводам датчика 15 положения ротора синхронной машины. Начало и конец каждой дополнительной обмотки 18 (1.9) трансформатора 12 соединены через диоды 20 и 21 с первыми выводами конденсатора 22, седьмого 31 и восьмого 32 резисторов соответствующего мостового инвертора. Первый вывод второй диагонали мостового инвертора 2 соединен с вторым выводом конденсатора 22 и выводом средней точки дополнительной обмотки 18 трансформатора 12, а вторые выводы седьмого 31 и восьмого 32 резисторов подключены соответственно к базам транзисторов 4 и 5 смежных плеч мостового инвертора 2, связанных с первым выводом второй диагонали этого мостового инвертора;Средний вывод основной обмотки 13 трансформатора 12 связан с второй шиной 33 источника питания через управляемый ключ 16, вход управления которого подключен к выходу (ВИМ) 17, вход которого является входом управления, Управляемый вентильный электродвигатель дополнительно содержит линейный дроссель 34, два конденсатора 35 и 36 и демпферный диод 37, причем линейный дроссель 34 включен последовательно между средней точкой основной обмотки 13 трансформатора 12 и выходом управляемого ключа 16. Конденсатор 35 первым выводом подключен к началу обмотки 13 трансформатора 12, а вторым выводом подключен к первой шине 14 источника питания, соответственно второй конденсатор 36 первым выводом подключен к концу обмотки 13 трансформатора 12, а другим - к первой шине 14 источника питания.Демпфеоный диод 37 включен между выходом управляемого кл.оча 16 и первой шиной 14 источника питания.Индуктивность линейного дросселя определяется выражением где Тк - период коммутации электродвигателя в номинальном режиме, определяемый датчиком 15 положения ротора или его электронным аналогом;г - полное суммарное сопротивление цепи одной фазы,г=гф+гдр+гр,где гф - активное сопротивление фазы синхронной машины, гдр - активное сопротивление введенного линейного дросселя, гтр - активное сопротивление транзисторов мостового инвертора в открытом состоянии,Управляемый вентильный эгектродвигатель работает следующим образомПри подаче напряжения питания начинает работать ШИМ 17 и на управляющем входе управляемого ключа 16 появляютсяимпульсы, скваженность которых определяется сигналом на входе ШИМ 17, Одновременно начинает работать датчик 15 положения ротора, и посредством управляющих транзисторов 23 и 24 транзисторы 4 и 7 мостовых инверторов в каждой из якорных обмоток 1 начинают переключаться с зоной коммутации 180 эл,град, Ротор электродвигателя вращается с частотой, определяемой скваженностью ШИЬ 1 17 и нагрузкой на валу, Введенный линейный дроссель 34 существенным образом снижает пульсации тока в якорных обмотках и частоту переключения ШИМ, так как его индуктивность на порядок больше индуктивности фаз якорных обмоток электродвигателя,На интервале коммутации, равной 180 эл.градкогда, например, открыты транзисторы 4 и 7, переключение управляемого ключа 16 не вызывает бросков напряжения на мостовых инверторах 2 и 3, так как ток фазы, протекающий, например, от плюса источника через управляющий ключ в открытом состоянии, линейный дроссель 34, обмотки 13 трансформатора 12, открытые транзисторы 4 и 7 к второй шине источника питачия, при отключении ключа 16 (на частоте ШИМ) протекает от линейного дросселя 34 (начало обмотки), по- прежнему открыть.е кл очи 4 и 7 и демпферный диод 37, к концу дросселя 34. При переключении транзисторов сигналом датчика 15 положения ротора, т.е, с 4 и 7 на 5 и 6 на фазе якорной обмотки 1 возникает ЭДС самоиндукции,При достижении напряжения самоиндукции величины, равной напряжению питания исгочника постоянного тока ЭДС самоиндукции, ток замыкается по цепи: конец фазы, резисторы 28, 29 и 25, эмиттернобазовый переход транзистора 5, резисторы 30 и 27 и начало фазы. Падечием напряжения на резисторе 28 транзистор 7 открывается, и якорный ток фазы течет через транзистор 7 и диод 10. Таким образом, при отсутствии линейного дросселя 34 схема полностью застрахована от перенапряжений при переключении транзисторов 4-7Мсигналами датчика 5, причем независимо от ширины зоны коммутации, Включение в схему линейного доосселя 34 приводит при переключении транзисторов 4 и 7 на 5 и б сигналами датчика 15 к росту напряжения ЭДС самоиндукции как на фазе, так и на линейном дросселе 34. В момент переключения транзисторов 4 - 7 процесс во времени конечен и определяется частотными свойтвами транзисторов 4 - 7, На определенный момент времени цепь для замыкания тока от запасенной энергии 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 потокосцепления линейного дросселя 34 обрывается. В этот момент возникает значительное перенапряжение на мостовом инверторе 2.Введение в схему конденсаторов 35 и 36 позволяет разделить процессы замыкания тока в мостовых инверторах от ЗДС самоиндукции (физика процесса описана) и линейного дросселя 34, В момент переключения транзисторов 4 - 7 возникающая в линейном дросселе 34 ЭДС самоиндукции замыкается по цепи: начало обмотки линейного дросселя 34, обмотка 13 трансформатора 12, выводы конденсатора 35, демпферный диод 37 и конец обмотки линейного дроселя 34, Величина емкости определяется временем переключения транзисторов 4-7 и величиной тока в обмотке линейного дросселя 34,"ассмотрим отказ, заключающийся в обоыве фазы обмотки якоря или одного из мостовых инверторов, В том случае, если. нет линейного дросселя 34, при обрыве одной из фаз якорнсй обмотки происходит насыщение трансформатора 12, так как постоянный ток протекает по одной половине обмотки 13. Поскольку зона коммутации электродвигателя равна 180 эл,град., а трансформатор 12 насыщен, то электродвигатель превращается в неэкономичный двигатель с большими пульсациями тока, достигающими в начале и конце коммутационного интервала величины, равной току короткого замыкания, так как противо-ЗДС вращения в этих точках равна нулю. Частота вращения электродвигателя резко падает, и он не может выполнять возложенные на него функции.В ведение линейного дросселя 34 позволяет повысить надежность электродвигателя. В случае обрыва одной из фаз якорной обмотки или одного из мостовых инверторов трансформатор 12 оказывается в насыщении, так как через половину обмотки 13 протекает постояннгяй ток, В моменты коммутации, когда противо-ЭДС равна нулю, все напряжение источника питания, в случае, когда, например, управляемый ключ 16 открыт, приложено к линейному дросселю 34. Если индуктивность дросселя достаточна и минимальна (его величина определяется из(1, то энергия, запасенная в линейном дросселе 34, уменьшается до куля за половину периода коммутации. Если индуктивность больше, чем определяемая соотношением (1), то энергия, запасенная в линейном дросселе, спадает медленней, но на качество процессов этот факт не сказывается. Таким образом, в момент времени коммутации, когда противо-ЭДС равна нулю, все напряжение источника постоянного