Трехфазный преобразователь напряжения для питания гистерезисного двигателя

(19) 01) А з(5 р Н 02 Р 7/36 Н 02 М 5 27 ПИСАН ОБР СВИДЕТЕЛЬСТВУ Н АВТОРС госудю ственнцй номитет сссРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССРУ 773871, кл. Н 02 И 7/537, 1980.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке В 3501283/24-07,кл.,Н 02 Р 7/36, 1982.(54)(57) ТРЕХФАЗНЬПЪ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАПРЯЖЕНИЯ.ДЛЯ ПИТАНИЯ ГИСТЕРЕЗИСНОГО ДВИГАТЕЛЯ, содержащий мостовойинвертор напряжения, в первой фазекоторого последовательно с тарнзисторным ключом нижнего плеча стойкивключен диод, последовательно с возвратным диодом этого же транзистор.ного ключа включен первый транзисторный ключ, между первой и второйФазами инвертора включен узел формирования импульсов перевозбуждения,управляющий вход которого соединенс выходом блока дозирования импульса,две логические схемы И, выход первой из них соединен с управляющимэлектродом транзисторного ключа верхнего плеча стойки первой фазы мостового инвертора, выход второй схемы И соединен с управляющим элект% родом транзисторного ключа нижнего плеча стойки второй фазы мостового инвертора, первые входы схемы И соединены с соответствующими выходами блока управления мостовым инвертором, а вторые входы соединены между собой и через схему НЕ включены на выход блока дозирования параметров импульса перевозбуждения, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повьппения надежности и технологичности, дополнительно введены компаратор напряжения, диод и второй уп- ф равляемый транзисторный ключ, при этом дополнительный диод и второй управляемый транзисторный ключ включены последовательно с возвратным диодом нижнего плеча стойки второй фазы мостового инвертора, а общая точка дополнительного диода и второго управляемого транзисторного ключа соединена с входом компаратора, выход которого соединен с блоком дозирования импульсов.11 191Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при построении источников электропитания гистерезисных двигателей.Известен трехфазный преобразователь для питания, гистерезмсного двигателя, содержащий выходной усилитель, выполненный в виде мостового инвертора напряжения, управляющие входы которого соединены с 1 О блоком управления инвертора, схему подачи импульса перевозбуждения в нагрузку, выполненную в виде дополнительного к мостовому инвертору блока с собственным блоком управ ления и формирования импульсов перевозбуждения Я .Недостатком известного преобразователя является отсутствие общего вывода на общую массу импульсно" щ го источника постоянного тока, что существенно затрудняет управление электронными ключами этого источника.Наиболее близким к предлагаемому является трехфазный преобразователь напряжения для питания гистерезисных двигателей. Этот преобразователь имеет мостовой инвертор напряжения, в первой фазе которого30 последоватвеьно с транзистором нижнего плеча стойки включен диод, а последовательно с обратным диодом этого же транзистора - первый транзисторный ключ, управляющий вход которого соединен с управляющим элект" З 5 родом верхнего силового транзисторного ключа второй фазы мостового инвертора, узел импульса перевозбуждения, включенный между первой и второй фазами мостового .инвертора,.40 управляющий вход которого соединен с выходом блока дозирования параметров импульса перевозбуждения, блок управления инвертором, выходы которого связаны с управляющими элект 45 родами силовых ключей инвертора и с входом блока дозированная параметров импульса перевозбуждения, две логические схемы И и логическаясхема НЕ, причем управляющие элект роды транзисторного ключа верхнего плеча стойки в первой фазе и транзисторного ключа нижнего. плеча стой" ки во второй фазе соединены с блоком управления через логические схемы 55 И каждый, а вторые входы логических элементов И соединены через логическую схему НЕ с блоком дозирова 54 Ъния параметров импульсов,.второй дополнительный диод включен последовательно с силовым ключом верхней стойки второй фазы мостового инвертора и вторым фазным выходом мостового инвертора 121.Недостатком этого преобразователя является также наличие сложной схемы управления из-за необходимости иметь гальваническую развязку для управления ключами импульсного источника, что снижает надежность и технологичность устройства.Цель изобретения - повьппение надежности и технологичности преоб" разователя напряжения. Поставленная цель достигается тем, что в трехфазный преобразователь напряжения для питания гистерезисного двигателя, содержащий мостовой инвертор напряжения, в первой фазе которого последовательно с транзисторным ключом нижнего плеча стойки включен диод,. последовательно с возвратным диодом этого же транзисторного ключа включен первый транзисторный ключ, между первой и второй фазами инвертора включен узел формирования импульсов перевозбуждения, управляющий вход которого соединен с выходом блока дозирования импульса, две логические схемы И, выход первой из них соединен.с управляющим электродом транзисторного ключа верхнего плеча стойки первой Фазы мостового инвертора, выход второй схемы И соединен с управляющим электродом транзисторного ключа нижнего плеча стойки второй Фазы мостового инвертора, первые входы .схемы И соединены с соответствующими выходами блока управления мостовым инвертором, а вторые входы соединены между собой и через схему НЕ включены на выход блока дозирования параметров импульса перевозбуждения, дополнительно введены компаратор напряжения, диод и второй управляемый транзисторный ключ, при этом дополнительный диод и второй управляемьв 1транзисторный ключ включены последовательно с возвратным диодом нижнего плеча стойки второй Фазы мостового инвертора, а общая точка дополнительного диода и второго управляемого транзисторного ключа сое4550 55 3 11динена с входом компаратора, выходкоторого соединен с блоком дозирования импульсов,На Фиг. 1 приведена схема предлагаемого трехАазного преобразователя напряжения для питания гистерезисных двигателей; на Фиг. 2 - .блок управления, компаратор напряжения с делителем частоты импульса,схема дозирования параметров импульса перевозбуждения; на Фиг, 3 -временные диаграммы.ТрехАазный преобразователь напря,жения для питания гистерезисногодвигателя содержит мостовой инвертор 1 (Фиг. 1), выполненный на попарно-последовательно включенныхтранзисторных ключах 2 и 3, 4 и 5,6 и 1 с возвратными диодами к нимсоответственно 8 и 9, 10 и 11, 12и 13, Средние точки каждой парытранзисторных ключей образуют выходы 14, 15 и 16 трех фаз преобразователя.Последовательно с транзисторнымключом 3 нижнего плеча стойки первой фазы и транзисторным ключом 4 .верхнего плеча стойки второй Фазывключены диоды 17 и 18 соответственно, а последовательно с возвратными диодами 9 и 11 тех же Фаз по.следовательно включены соответст-венно первый и второй транзисторные ключи 19 и 20. Последовательнос.вторым транзисторным ключом 20и возвратным диодом нижнего плеча.стойки второй Аазы мостового инвертора включен дополнительный диод 21. Узел 22 Формирования импульса перевозбуждения включен между выводами первой и второй Ааэы инвертора 1. Управляющий же вход этого узла соединен с выходом блока 23 дозирования импульса перевозбуждения. Вход компаратора 24 соединен с общей точкой дополнительного диода 21 и второго управляемого транзисторного ключа 20, а выход - с входом блока 23 доэирования импульса пере- возбуждения. Выходы блока 25 управления мостовым инвертором соединены с управляющими входами транзисторных ключей инвертора 1, причем с транзисторынми ключами 3 и 5 они соединены соответственно через вторую и первую схемы И 26 и 27, вторые входы которых соединены между собой и через схему НЕ 28 под 19154 4 ключены к выходу блока 23 дозирования импульса перевозбуждения.Транзисторные ключи 19 и 20 содержат одинаковые коммутирующий транзистор 29, базовые резисторы 30и 31 управляющий транзистор 32, включенный последовательно с резистором 31 и подключенный по управляющему входу к тому же выходу блока 1 О 25 управления, что и транзисторныйключ 4.Узел 22 формирования импульсаперевозбуждения содержит последовательно включенные между двумя еговходами зарядный конденсатор 33,.вентиль 34 и ограничительный резистор 35, причем первая обкладкаконденсатора подключена к выходупервой Фазы преобразователя, а вто О рая включена через ключевой транзистор 36 на общую шину питанияинвертора 1.Блок 23 дозирования импульсаперевозбуждения (Аиг. 2 а) содержит115-триггер 37, С-вход которого является входом блока, Й -вход соединен с выходом триггера через параллельно включенные резистор 38 и диод39 и общей шиной питания через кон- ЗО. денсатор 40.П -вход триггера соединен с полюсом источника питания.Компаратор 24 (Фиг. 2 б) состоитиз последовательно включенных порогового блока 41, счетчика 42 импульсов и элемента И 43, один извходов которого соединен с входомсчетчика, а другие - с его выходами.Блок 25 управления мостовым инвертором (Аиг, 2 в) состоит из последовательно включенных задающего генератора 44, распределителя 45 импульсов, выполненного на последовательно-параллельном регистре сдви"га с логическими элементами НЕ 46. Нагрузкой преобразователя является гистерезисный двигатель 47,Трехфазный преобразователь работает следующим образом.Управляющие сигналы с выхода блока 25 управления осуществляют коммута" цию диодов 8 и 9, 10 и 11, 12 и 13 мостового инвертора 1. Управляющие сигналы сдвинуты по Фазе на 120 , благоо даря чему на выходе мостового инвертора 1 (выходные выводы 14, 15 и 16) Формируется трехфазное переменное напряжение прямоугольной Аормы с паузой 60 градусов (Аиг, 3). Заны15 35 50 55 канне цепи реактивных токов нагрузкиобеспечивается возвратными диодами8-13, ключами 19, 20 и диодом 21,причемключ 19 включается,одновременно с транзисторным ключом 4, а 5ключ 20 открыт все время;.кроме момента подачи импульса перевозбуждения. Необходимая длительность управля"ющего сигнала на включение ключа 19определяется возможным значениемреактивного тока нагрузки и всегда меньше полупериода питающего напряжения.В процессе работы мостового инвертора 1 через зарядную цепочку33-35 импульсами напряжения с амплитудой и частотой выходного напряжения мостового инвертора 1 периодически происходит заряд накопительного конденсатора 33 через транзис-20торные ключи 3,4 и диод 17,В моменты времени 1, -1(Фиг.Зб)реактивный ток второй Фазы двигателя 47 замыкается по цепи: выход 15мостового инвертора 1 - Фаза двигателя 47 - выход 14 - транзисторный ключ 3 - общая шина источникапитания - диод 21 - транзисторныйключ 20 (открытый транзисторныйключ 29) возвратный диод 11 - выход 15. Такым образом, через диод21 протекает реактивный ток, и егонапряжение насыщения, имеющее отрицательное значение относительно общей шины питания инвертора, приложено к входу компаратора 24. Ло"скольку это напряжение меньше напряжения на инвертирующем входе порогового блока 41 (Фиг. 2)на выходе компаратора присутствует сигналлогического "0", выходы счетчика 42и схемы И 43 также находятся в состоянии "0". При наличии на выходекомпаратора 24 напряжения логического "О" блок 23 дозирования пара 45метров импульса тоже находится в состоянии "О". Этим сигналом ключевойтранзистор 36 узла 22 Формированияимпульсов перевозбуждения заперт, аключ 20 открыт. Логической схемойНЕ 28 инвертируется выходной сигналблока 23 дозирования импульсов, т.е.на первых входах схем И 26 и 27 присутствует сигнал логической "1", раз.решающий проход управляющих сигналов от блока 25 управления черезсхемы И 26 и 27 на управление транзисторными ключами 2 и 5 мостовогоинвертора 1. В моменты времени 1 3 (Фиг. 3) реактивный ток через возвратный диод 11, а следовательно, и через диод 21 снижается до нуля, в момент его равенства нулю пороговый блок 41 переходит в состояние логической "1" на,выходе и возвращается в состояние "0" в момент времени 14 . Таким образом, на выходе порогового .блока 41 Формируются импульсы напряжения, длительность которых соответствует отсутствию реактивного тока в возвратном диоде 11 (1-С 4), а пауза между импульсами - времени проте. кания реактивного тока в возвратном диоде 11 (1,- 1), причем момент времени 13- момент отсутствия тока в цепи нагрузки второй Фазы мостового инвертора 1. Счетчик 42 импульсов отсчитывает установленное количество импульсов с выхода порогового блока 41, а логической схемой И 43 выделяется каждый Ь-й импульс с порогового блока 41 (где 11 - число задействованных разрядов счетчика 42).Выделенный компаратором напряжения импульс (Фиг. Зв) запускает блок 23 дозирования параметров импульса. Передний Фронт запускающего импульса переводит триггер 37 в состояние "1", начинается заряд конденсатора 40 через резистор 38, по достижении напряжением на конденсаторе 40 порогового значения для Р-входа (вход установки в "0") триггера 37 последний устанавливается в исходное состояние (состояние"0"). Таким образом, с момента достижения током во второй Фазе мостового инвертора 1 нулевого значения с вы" хода блока 23 дозирования парметров импульса Формируется положительный импульс, длительность которогол(ья) устанавливается выбором сопротивления резистора 38 и емкости конденсатора 40 блока 23 дозирования параметров импульса (фиг. Зг),СФормированный таким образом импульс перевозбуждения запирает электронный ключ 20, через схему НЕ 28 подает на схемы И 26 и 27 сигнал логического "01, запирающего схемы И 26 и 27, на их выходах устанавливается уровень логического "0", приводящий в состояние отсечки транзисторные ключи, 2 и 5 мостового инвертора 1. По сигналу20 ЗО 45 логической "1" (длительностью 7, ) открывается ключевой транзистор 36 узла 22 подачи импульса перевозбуждения, положительно заряженная до напряжения +Ел обкладка конден сатора 33 оказывается соединенной с общей шиной источника питания.Таким образом, на момент подачи импульса перевозбуждения в схеме трехфазного преобразователя устанавливается следующее состояние,Ток во второй Фазе двигателя 47 равен нулю, ток первой Фазы двигателя 47 равен по величине и противоположен по знаку току третьей Фазы двигателя 47. Транзисторные ключи 2-5, 7, 19, 20 закрыты, транзисторные ключи 6 и 36 открыты. В схеме протекаетток по цепи;+Е - транзисторный ключ 6 - вывод 16 третьей фазы мостового инвертора 1 - третья - первая фазы двигателя 47 - вывод 14 первой фазы мостового инвертора 1 накопительный конденсатор 33 узла 22 формирования импульса перевозбуждения -общая шина источников питания (минус источника Е,). Очевидно, что напряжение между выводами 16 и 14 мостового инвертора 1 равно сумме напряжений источника постоянного тока Е 1 и напряжения .на конденсаторе 33. Это приводит к возрастанию тока в первой и третьей фазах двигателя 47 и созданию в йем режима перевозбуждения ротора.Наличие транзисторного ключа 20, запертого в момент подачи импульса перевозбуждения, препятствует протеканию тока по цепи: вывод 15 мостового инвертора 1 40 вторая-первая Фазы двигателя 47 - вывод 14 мостового инвертора 1 накопительный конденсатор 33 - транзисторный ключ 36 - диод 21. - возвратный диод 11 - вывод 15 второй фазы мостового инвертора 1, а следовательно, повышенному разряду конденсатора 33.Таким образом, введение компаратора 24 напряжения диода 21, электронного ключа 20 приводит к тому, что независимо от величины соз( конкретного образца 47 импульс перевозбуждения подается в обмотуи двигателя всегда в момент отсутствия тока в одной иэ Фаэ равенства токов в двух других фазах, т.е, независимо от значения соз 9 "полюса", образуемые импульсом перевозбуждения на роторе, отстают от направления вектора напряженности магнитного поля статора на один и тот же угол, что обеспечивает постоянство скорости "скольжения" ротора и повышение стабильности точностных параметров двигателя от образца к образцу. Наиболее тяжелый режим работы преобразователя - момент подачи импульса перевозбуждения, когда в схеме действуют повышенные напряжения и токи фаз. При использовании изобретения поддаются расчету с достаточной степенью точности независимо от разброса значения параметров соэ( нагрузки, что обеспечивает стабильность режимов работы элементов схемы. Изобретение позволяет также уменьшить величи" ну тока перевозбуждения до минимально необходимого, значения, т.е, уменьшить габариты накопительного конденсатора 33, зарядной цепи 34, 35 и силового ключа 36, устранить потери от протекания тока во второй фазе двигателя 47, т.е. повысить КЩ, повысить надежность работы преобра" зователя благодаря стабильности режима работы элементов при изменении типа или конкретного образца нагрузки, повысить технологичность изготовления благодаря отсутствию необходимости регулировки.1119154 Составитель В. ТарасовАлексеенко Техред М,Гергель Корректор В. Бутягв Редактор илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектна Заказ 7470/43 ббб рствеСираж ВНИИПИ Госуда по делам из 13035, Москва, Подписноеного комитета СССРний и открытийРаушская наб., д. 4/5