Вентильный электродвигатель

Союз Советских Социалистических республикОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(43) Опубликовзно 15 04 78.Бюллетень М Государственный комитет Совета Ииниотроа СССР оо делам изооретеннй и открытий(4 Б) Дата ликования описания 22.03.7(72) Авторы изобретены в и В. В, Омельченко М. По 71) Заявител ВИГАТЕЛ ТИЛЬНЫИ ЭЛЕ 54 Изобретение относится к области эле троприводв,Известны вентильные электродвигатели (ВД), пары расположенных под углом 180 эл, град, секций якорной обмотки которы4последовательно соединенные с транзисторами полупроводникового коммутатора, образуют две ячейки, причем, как минимум, одна из общих точек каждой ячейки непосредственно связана с одним из зажимов источника питания постоянного тока, в параллельно секциям тра защи сам рых ячейкиовательно, втрвнзисторо ий использо через диоЭтот ВД и ости и улучтелей в пред достигаемо е близким ия энергетиче ких показа ом электро вигателе ст лагаемом вентильбилитрон зашитыпряжений подсоедобшей точке секц от переналектродом к анзистор последоввтоят в том, отери энернен однимячейки,источника единенной итания, д дним из зажимов обеих ячеек подключены устрои транзисторов от перенапряжениИзвестны также ВД, у кото еоединены между собой послед в качестве устройства зашиты каждой ячейкиоу перенапряжен ван стабилитрон, подключенный к обеим секциям ячейки 131 своей технической сущности и му результату является нвибол к предлагаемому изобретению.Недостатки известных ВД с тельным соединением ячеек со ъ. о им свойственны повышенные гии и относительно невысокая надежность при использовании известных устройств зашиты. Объясняется это тем, что ток свмоиндукции, протекающий в отключаемой секции и стабилитроне устройства защиты в момент коммутации транзисторов ячейки не создает полезного электромагнитного момента (обусловливая только нагрев секции и элементов зашиты), а напряжение, прикладыввемое в момент коммутации к запираемому транзистору, достигает большой величины. Указа;ое напряжение представляет собой сумму напряжения источника питания ЭДСоищукции, наводимой в отключаемой секции, и ЭДС самоиндукции, возникшощей всекции другой ячейки из-аа снижения общего тока двигателя в момент коммутаций транзисторов любой ячейки. С целью повышения надежгам электродом - к анодам диодов, а ячейка, непосредственно соединенная. с другимзажимом источника питания, зашунтированав обратном направлении диодом.На фиг. 1изображена электрическаясхема предлагаемого устройства, на фиг. 2и 3 - временные диаграммы токов и напряжений в элементах схемы при работе описываемого устройства.Описываемое устоойство содержит секции 10якооной 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 времен- уные диаграммы состояний транзисторов комьютатора, е цифры обозначают номер транзисторов (см. фиг. 1), включенных в соответствующий отрезок времени; временныедиаграммы ЭДО вращения секций (е,е, е, ец . ), и ЭДС самоиндукции8 6 6 Е)КЯ), наводимые в секцияхэ 2 Зэ 4в момент задирания соединенных с ниМитранзисторов, а также токи в секциях ( 11 1 г), обусловленные действием со- МЯ Ьэ 4ответствующей ЭДС самоиндукции.Отрицательные значения ЭДС вращениясоответствуют протеканию рабочего токапо секциям, т,е, ЭДС вращения в этот момент действует навстречу напряжению источника.Пара секций 1 и 2 расположенных относительно друг друга под углом 180 эл.град,и транзисторами 5 и 6 образуют первуюячейку ВД, а пара секций 3 и 4 также рас- З 5положенных относительно друг друга подуглом 180 эл.град, совместно с транэистоФрами 1 7 и 8 образуют вторую ячейку ВД.Секции 3 и 4 смещены е пространстве относительно секций 1 и 2 на угол 90 эл. град,"40Обе ячейки соединены между собой последой.вательно и подключены к зажимам 15 и 16источника питания. Стабилитрон 14, соединенный одним электродом с зажимом,1 бисточника питания, а другим электродом -45через диоды 9-12 с коллекторами транзисторов обеих ячеек, обеспечивает защиту транзисторов коммутатора от перенапряжений.Диод 13, шунтируюший в обратном направлении ячейку, образованную секциями 3 и50аю4 и транзисторами 7 и 8, повышает надежность работы указанной зашиты. При подключении ВД к зажимам 15 и 16 источника питания, транзисторы 5-8 по бб сигналам датчика положения ротора (на схеме не показан) начинают коммутировать ток в секциях .1-4 якорной обмотки,электродвигателя. При этом транзисторы каждой пары 5 и 6 и 7 и 8 раьотают между собой впр .60 тивофазе т.е, если один из транзисторовпары открыт, то другой закрыт и, наоборот.В свою очередь, транзисторы разных парпереключаются относительно друг друга соосдвигом по фазе иа 90 .Таким образом, в каждый момент времени ток протекает последовательно по одной из секций первой и второй ячеек. В результате взаимодействия тока секций с полем индуктора, ротор двигателя приходит внепрерывное вращение, что поддерживаетсясоответствующей поочередной коммутациейтока в секциях с помощью транзисторов тоодной, то другой ячеек.В момент переключения транзисторов второй ячейки, например тоанзистор 7 эакпывается, а транзистор Ы открывается, в секции 3 якорной обмотки возникает ЭДС самоиндукции с полярностью, обозначенной нафиг, 1, Если в этот момент открыт транзистор 5 первой ячейки, то за счет указанной ЭДС через открытый транзистор 5, секцию 1,: стабилитрон 14 (ЭДС самоиндукции превышает напряжение пробоя стабилитрона) диод 11, секцию 3 пройдет импульсэлектрического тока. Этот ток, протекая всекции 1, обеспечивает приращение вращающего момента электродвигателя, так как рассматриваемый момент времени соответствуетсередине интервала коммутации секции 1Соответственно, при задирании транзистора 8 и отпираниитранзистора 7 ЭДС самоиндукции, наводимая в секции 4, обуславливает аналогичное приращение вращающегомомента эа счет протекания импульса токатакже до одной из секций первой ячейки.Таким образом, включение стабилитрона14 предложенным способом обеспечиваетопределенное повышение вращающего момента,Уровень напряжения ( 0 ) на эмиттерколлекторном переходе закрываемого транзистора второй ячейки определяет напряжение источника питания ( О и ) и напри,жения пробоя стабилитрона 14 ( Ост ),т,еЛ = О фО Так как, обычно, Цст фЕ тах,секцииф (п ф то экю,а и При переключении транзисторов первой ячейки схема работает следующим образом. Если транзистор 5 закрывается, то транзистор 6 открывается, а во второй ячейке открыт транзистор 7. В этом случае ЭДС, самоиндукции, наводимая в секции 1 обуславливает протекание импульса тока только в этой секции (через стабилитрон 14 и диод 9). Вследствие. того, что из-эа коммгтации транзисторов 5 и 6 имеет место гпросадкв общего тока двигателя, в секции 3 возникает ЭДС самоиндукции, в результате чего посекции 3 через диод 13 и открытый транзйстор 7 пройдет импульс тока, также создаюшчй приращение вращающего момента, Ана-логичное приращение электромагиитного момента будет и при обратном переключениитранзисторов - задирании транзистора 8 а отпирании транзистора 7,Напряжение на эмиттер-коллекторном переходе закрываемого транзистора первой ячейки также равно сумме напряжения источника щпитания ( О и ) и напряжечия пробоя стабилитрона 14 ( 0 . ), т.е.О = 1,7 Оп,м 5,бЗаметим, что в известном фД - напряжениена эмиттер-коллекторном переходе закрываемого транзистора любой ячейки равно 15Юп + 20 ст =2,4 Оп . что превышает аналогичный йоказатель (1,Ч Цс ) предлагамого двигателя, Если бы диод 13 в схемедвигателя отсутствовал, то на эмиттер-коллекторном переходе закрываемого транзистора первой ячейки действовало бы напряжение, равноесумме 0 о + ц гдеОсн,сн ь,+"ЭДС самсиндукции, наводимая в секциях 3или 4 дри коммутации транзисторов 5 и 6.Указанное суммарное напряжение значитель-но превышает напряжение на эмиттер-коллекторном переходе закрываемого транзистора второй ячейки и, при отсутствии диода13, является причиной резкого снижения надежности электродвигателяТаким образом, предложенный электродвигатель, с одной стороны, обладает повышенной надежностью, так как транзисторы егокоммутатора и процессе работы исдытываютменьшие перенапряжения, чем транзисторыизвестных ВД, а, с другой, имеет лучшиеэнергетические показатели, так как неизбежные при коммутации транзисторов всплескитоков в секциях в предлагаемом двигателе40выполняют полезную работч - создают добавочное приращение электрохагннтного моменъз.Формула изобретенияВентильный 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 транзисторов коммутатора от перенапряжений, например, на стабилитроне и диодах, соединенных катодами с коллекторами транзисторов, о т л и ч а ю - ш и й с я тем, что, с целью повышения 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, непосредственно соединенная с другим зажимом источника питания, зашунтирована в обратном направлении диодом.Источники информации, .принятые во внимание при экспертизе:1. Овчинников И, Е, и Лебедев Н. И, Бесконтактные двигатели постоянного токо автоматических устройств. М Наука", 1966, с, 49-55.2, Овчинников И, Е. Двигатели постоянного тока с полупроводниковыми коммутаторами, М., "Наука", 1972.3. Овчинников И. Е. и Лебедев Н. И,Бесконтактные двигатели постояни го токаавтоматических устройств. М., "Наука", Л.,1966 с. 81. с, 126.6 ОЗОа 2 Составитель А. СанталовИ. Пиринов Текред Н. Бабурка Корректор Е Ре О/52 Тираж 892ПИ Государственного комитетпо делам изобретений113035 с Москваф Же Р дписное овета М инистров СССР И открытиушская на