Вентильный электродвигатель

 

1. ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ , содержащий статор с расположенной на нем многофазной обмоткой, каждая фаза которой включена в диагональ моста, каждое плечо которого образовано параллельно соединенными транзистором и диодом, последовательно соединенные датчик средней частоты вращения, пороговое устрой .ство и инвертирующую цепь датчик положения ротора, выходы которого подключены к управляющим входам транзисторов плеч, подключенных к началу фаз многофазной обмотки, а входы транзисторов плеч, подключенных к концам фаз многофазной обмотки, подключены к выходам датчика положения ротора через реле , управляющие входы которых подключены к выходу порогового устройства , последовательно соединенные второе пороговое устройство и реле отключения, управляющий вход которого соединен с выходом инвертирующей цепи, датчик положения ротора подключен к источнику питания через блок отключения, управляющий вход которого соединен с выходом реле отключения, вторая диагональ моста подключена к источнику питания через датчик тока, выход которого соединен с входом второго порогового устройства, на статоре двигателя расположена соосно с первой вторая многофазная обмотка , конец каждой фазы которой подключен к точке соединения между собой последовательно соединенных силовЕлх транзисторов, включенных во вторую диагональ моста, а начало подключено к концу соответствующей фазы первой многофазной обмотки, причем входы силовых транзисторов соединены с соответствующими выходами датчика положения ротора через реле, управляющие входы которых Ф подключены к выходу порогового устройства, отличающийся тем, что, с целью расширения функцио нальных возможностей путем обеспечения режима генераторного торможения в заданном диапазоне частот вращения, в него введены параллельно каждому из силовых транзисторов, соединенных с концами второй обмотки , реле обратного тока, управляю05 щие входы которых подключены к выО1 ходу порогового устройства. со 2. Электродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что, в него введены последовательно соёко диненные логический элемент ИЛИ, вто рая инвертирующая цепь и коммутирующее реле, выход которого подключен к управляющим входам реле обратного тока, управляющий вход коммутирующего реле-подключен к выходу инверти рующей цепи, а входы логического элемента ИЛИ подключены к выходам датчика положения ротора.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

3(59 Н 02 К 29 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3399441/2 4-07 (22) 19.02.83 (46) 07.01.84. Бюл. Р 1 (72) B.Д.Косулин, Г.Б.Михайлов, В.A.Ïðîçîðîâ и В.В.Путников (53) 623.313.13.014.2:621.382(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 535676, кл. H 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 743131, кл. H 02 К 29/02, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 845234, кл. H 02 К 29/02, 1979. (54)(57) 1. BEHTHJIbHI ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий статор с расположенной на нем многофазной обмоткой, каждая фаза которой включена в диагональ моста, каждое плечо которого образовано параллельно соединенными транзистором и диодом, последовательно соединенные датчик средней частоты вращения, пороговое устройство и инвертирующую цепь датчик положения ротора, выходы которого подключены к управляющим входам транзисторов плеч, подключенных к началу фаз многофаэной обмотки, а входы транзисторов плеч, подключенных к концам фаз многофазной обмотки, подключены к выходам датчика положения ротора через реле, управляющие входы которых подключены к выходу порогового устройства, последовательно соединенные второе пороговое устройство и реле отключения, управляющий вход которого соединен с выходом инвертирующей цепи, датчик положения ротора подключен к источнику питания через блок отключения, управляющий вход которого соединен с выходом реле отключения, вторая диагональ моста

„„80„„1065979 A подключена к источнику питания через датчик тока, выход которого соединен с входом второго порогового устройства, на статоре двигателя расположена соосно с первой вторая многофазная обмотка, конец каждой фазы которой подключен к точке соединения между co"" бой последовательно соединенных силовых транзисторов, включенных во вторую диагональ моста, а начало подключено к концу соответствующей фазы первой многофазной обмотки, причем входы силовых транзисторов соединены с соответствующими выходами датчика положения ротора через реле, управляющие входы которых подключены к выходу порогового устройства, отличающийся тем, что, с целью расширения функцио нальных возможностей путем обеспечения режима генераторного торможения в заданном диапазоне частот вращения, в него введены параллельно каждому из силовых транзисторов, соединенных с концами второй обмотки, реле обратного тока, управляющие входы которых подключены к выходу порогового устройства.

2. Электродвигатель по п. 1, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что,,в него введены последовательно соединенные логический элемент ИЛИ, вторая инвертирующая цепь и коммутирующее реле, выход которого подключен к управляющим входам реле обратного тока, управляющий вход коммутирующего реле. подключен к выходу инвертирующей цепи, а входы логического элемента ИЛИ подключены к выходам датчика положения ротора.

1065979

Изобретение относится к электротехнике, в частности к двигателям постоянного тока с бесконтактной коммутацией, осуществляемой с помощью полупроводниковых приборов, — вентил ь ным дв и r а т ел ям ((BД)} .

Известен ВД, в котором реализована механическая характеристика,. по добная механической характеристике серкесного коллекторного двигателя постоянного тока, в заданном диа- 10 пазоне частот вращения.

ВД содержит четырехсекционную обмотку, уложенную на статоре двигателя, секции которой могут бить подключены к источнику питания как 15 параллельно, так и последовательно.

В диапазоне частот вращения вала, в котором происходит переключение секций обмотки двигателя с параллельного соединения на последова- 2О тельное и обратно, механическая характеристика ВД подобна механической характеристике коллекторного двигателя постоянного тока с последовательным возбуждением (1 ).

Недостатками указанного ВД являются низкий диапазон изменения частоты вращения, в котором реализОвана механическая характеристика данного вида, и отсутствие режима генераторного торможения в данном диапазоне изменения частоты вращения, Известно также устройства, которое позволяет реализовать механическую характеристику бесконтактного двигателя постоянного тока, близкую к линии равной механической мощности, за счет аппроксимации ее участками характеристик статической стабилизацки частоты вращения вала днигателя и ограничения потребляемого .двигателем тока f2 g, Недостатки данного устройства обусловлены невозможностью реализации режима генераторного торможения, 45 а также снижением КПД двигателя при унеличении диапазона частот вращения, соответствующих малой жесткости механической характеркстикл, так как с увеличением глубины регулирова- о

Ния частоты вращения КПД двигателя падает.

Для электродвигателей, предназначенных для работы н электроприноде мотор-колесо, наряду с реализацией механической характеристики, близкой к линии равной мощности, необходимо осущестнлять режим генераторного .торможения, что важно, в частности; при работе ВД от автономного источника питания, например, аккумуляторной батареи„. для tro подзарядки.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату ВД содержит статор 65 с расположенной на нем многофазной обмоткой, каждая фаза которой включена в диагональ моста, каждое плечо которого образовано параллельно соединенными транзистором и диодом, последовательно соединенные датчик средней частоты вращения, пороговое устройство и инвертирувщую цепь, датчик положения ротора, выходы которого подключены к управ;. ляющим входам транзисторов плеч, подключенных к концам фаз многофаэной обмотки, а входы транзисторов плеч, подключенных к концам фаэ многофаэной обмотки, подключены к выходам датчика положения ротора через реле, управляющие входы которых подключены к выходу порогового устройства, последовательно соединенные второе пороговое устройство и реле отключения, управляющий вход которого соединен с выходом инвертирующей цепи, датчик положения ротора подклю— чен к источнику питания через блок отключения, управляющий нход которого соединен с выходом реле отключения, вторая диагональ моста подклю чена к источнику питания чере". датчик тока, выход которого соединен с входом второго порогового устройства,на статоре двигателя расположена соосно с первой вторая многофазчая обмотка, конец каждой из которой подключен к точке соедине-ния между собой последовательно соединенных силовых транзисторон, включенных во вторую диагональ моста, а начало подключено к концу соответствующей фазы первой многофаэной обмотки, причем входы силовых транзисторон соединены с соответствующими выходами датчика положения ротора через реле, управляющие входы которых подключены к ныходу порогового устройства.

В ВД благодаря наличию второй многофазный обмотки реализована механическая характеристика, близкая к гинии равной механической мощности (3, Однако н диапазоне частот вращения от нуля до частоты хслсстого хода известный ВД не имеет возможности осущестнгять .режим генераторного торможения, поскольку амплитуда ЭДС вращения, наводимой в фазах многофазных обмоток ЭД, во всем диапазоне частот вращения не превышает напряжения источника питания.

Кроме того, при работе ВД на низких частотах вращения, когда к источнику питания подключены последовательно соединенные фазы первой и второй многофазных обмоток, в моменты коммутации силовых транзисторов происходит скачкообразное изменение тока в фазах первой многофаэной обмотки.

1065979

Это, в свою очередь, приводит к дому из силовых транзисторов, соедиснижению КПД ВД в результате ухуд- ненных с концами второй обмотки, щения гармонического состава кривой реле обратного тока, управляющие фаэного тока. Скачки тока обусловле- входы которых подключены к выходу ны невоэможностью замыкания реактив- порогового устройства. ной составляющей тока в течение меж- 5 Кроме того в вентильный элекI коммутационного интервала через по- тродвигатель могут быть введены следовательно соединенные диод и последовательно соединенные логичесстабилитрон, которые включены парал- кий элемент ИЛИ, вторая инвертируюлельно силовым транзисторам. щая цепь и коммутирующее реле вы/

Отсутствие режима генераторного 10 ход которого подключен к управляюторможения в ВД приводит к сужению щим входам реле обратного тока. vnобласти его использования и огрени- равляющий вход коммутирующего ре е чению функциональных возможностей. подключен к выходу инвертирующей

Цель изобретения — расширение цепи„ а входы логического элемента функциональных возможностей вентиль- 15 ИЛИ подключены к выходам датчика ного электродвигателя путем обеспе- . положения ротора. чения режима генераторного торможе- На фиг. ".. приведена функциональния в заданном диапазоне частот вра- ная .схема вентильного электродвищения и повышение его КПД. гателя; на фиг. 2 — механическая

Поставленная цель достигается характеристика. тем, что в вентильный электродвига- На схеме его обозначены фаза пертель, содержащий статор с расположен- вой многофазной обмотки 1, транзисной на нем многофазной обмоткой, торы 2-5 плеч моста, диоды плеч москаждая фаза которой включена в диа- та 6-9, силовые транзисторы 10 и гональ моста, каждое плечо которого 11, реле 12 и 13 обратного тока, образовано параллельнО соединенными фаза второй многофазной обмотки 14, транзистором и диодом, последова- датчик 15 тока, второе пороговое тельно соединенные датчик средней устройство 16, реле 17 oTKJ;.ý÷åíèÿ, частоты вращения, пороговое устрой- блок 18 отключения, датчик 19 положе ство и инвертирующую цепь, датчик ния ротора, выход 20 датчика положеположения ротора, выходы которого З0 ния ротора, реле 21-24, датчик 25 подключены к управляющим входам средней частоты вращения, пороготранзисторов плеч, подключенных к вое устройство 26, инвертирующая началу фаэ многофазной обмотки, цепь 17, коммутирующее реле 28, лоа входы транзисторов плеч, подклю- гический элемент ИЛИ 29, входы 30-33 ченных к концам фаэ многофазной об- 35 логического элемента ИЛИ, входы мотки, подключены к выходам датчи- 34-36 датчика положения ротора и втока положения ротора через реле, уп- рая инвертирующая цепь 37. равляющие входы которых подключены На фиг. 1 статор двигателя не к выходу порогового устройства, после показан. Кроме того, представлена довательно соединенные второго.по- 40 лишь одна фаза двигателя, так как роговое устройство и реле отключе- другие фазы индентичны данной. Эления, управляющий вход которого менты, относящиеся к данной фазе, соединен с выходом инвертирующей ограничены штрих-пунктирной линией. цепи, датчик положения ротора под- Датчик 19 положения ротора имеет выключен к источнику питания через блок45 ходы 20, 34, 35, 36..., число котоотключения, управляющий вход кото- рых равно числу фаэ обмотки якоря. рого соединен с выходом реле отклю- Число входов логического элемента чения, вторая диагональ моста под- ИЛИ 29 равно числу выходом датчика ключена к источнику питания через 19 положения ротора. датчик тока, выход которого соеди- На фиг.2п обозначает частотувраще нен с входом второго порогового уст-,нич,М вЂ” момент нагру" êè на валу.иа. ройства, на статоре двигателя распо- г1 - величины момента в соответствуложена соосно с первой вторая мно- ющих точках механической характегофаэная обмотка, конец каждой фазы ристики, л, Ь вЂ” частоты вращения которой подключен к точке соеди- вала двигателя в соответствующих нения между собой последовательно 55 точках механической характеристики, соединенных силовых транзисторов, Мп — пусковой момент, n — частоту включенных во вторую диагональ моста,. холостого-хода. а начало подключено к концу соот- Фаза.многофазной .обмотки 1 вклю-. ветствующей фазы первой многофазной чена в одну из диагоналей и моста, обмотки, причем входы силовых тран- 60 каждое плечо которого образовано эисторов соединены с соответствующи- параллельно включенными транзистоми выходами датчика положения ротора рами 2-5 и диодами 6-9. В другую через реле, управляющие входы кото- диагональ моста включены последоварых подключены к выходу порогового тельно соединенные силовые транзисустройства, введены параллельно ка;к- 65 торы 10 и 11, параллельно каждому мз

1065979

Устройство работает следующим образом.

Пороговое устройство 16 установкой напряжения (), настраивается на величину ток- в двигателе при моменте нагрузки на залу "(с„. Пороговое устройство 26 устанонкой напряжения

U2 настраивается на величину сигнала с датчика 25 средней частоты вращения соответствующего частоте вращения л8. Величины напряжений

U и (2 выбирают такими, чтобы вы полнялось условие Ид п =И(>п =co85t .

В исходном состоянии реле 17, 21

22 и 28 нормально разомкнуты, реле

2; и 24, а также реле обратного тока 12 и 13 нормально замкнуты.

При подаче напряжения питания двигатель начинает разгоняться по естественной механической характеристике которых включены реле 12 и 13 обратного тока. На статоре двигателя со-осно с первой обмоткой 1 расположена вторая многофазная обмотка 14, начало каждой фазы которой подключена к концу соответствующей фазы первой многофазной обмотки 1, а конец — к точке соединения между собой силовых транзисторов 10 и 11. Вторая диагональ моста каждой фазы подключена к источнику питания через датчик 15 тока, выход которого подключен через последовательно соединенные второе пороговое устройство 16 и реле 17 отключения к управляющему .входу блока 18 отключения, включенного в цепь питания датчик 19 положения ротора. Выход 20 (для первой фазы; фиг.1 ),датчика 19 положения ротора подключен к управляющим входам транзисторов 2 и 3. упранляющие нходы транзисторов 4, 5, 10 и 11 через реле 21-24 подключены к выходу

20 датчика 19 положения ротора.

Выход датчика 25 средней частоты вращения через последовательно соединенные пороговое устройство 26 и инвертирующую цепь 27 подключен к управляющим входам реле 21 и 22, ре.ле 17 отключения и коммутирующего реле 28. Выход порогового устройства 26 подключен к управляющим входам реле 23 и 24 и реле 12 и 13 обратного тока. Выход 20 датчика 19 положения ротора подключен к входу 30 логического элемента ИЛИ 29. K остальным нходам 31-33 логического элемента ИПИ 29 подключены соответствующие выходы 34-36 датчика 19 положения ротора. Выход логического элемента ПЛИ 29 подключен к входу второй инвертирующей цепи 37, выход которой через коммутирующее реле

28 подключен к управляющим входам реле 12 и 13 обратного тока. Элементы 15-19, 25-28, 30 и 37 являются общими для всех фаэ.

45 . >О 5

65 на участке M Ъ (фи .2), крутизна которой определяется параметрами включенных последовательно обмот:-к

1 и 14. При этом коммутацию тока в обмотках по сигналам с датчика 19 положения ротора осуществляют транзисторы 2, 3, 10 и 11. При достижении частотой вращения величины п по сигналу с датчика 25 средней частоты вращения нала срабатывает пороговое устройство 26, в результате чего контакты реле 17, 21, 22 и 28 замыкаются, а контакты реле 23 и 24 и реле 12 и 13 обратного тока размыкаются. При этом вторая многофаэная обмотка 14 отключается от источника питания, так как управляющие входы транзисторов 10 и 11 контактами реле 23 и 24 о=ключены от выхода 20 датчика 19 поло>кения ротора. При этом работает лишь многофазная обмотка 1. Так как контакты реле 17 замкнуты и частота враще— ния двигателя в данный момент равна то ток в обмотке 1 стремится возрасти, что принодит к возрастанию сигнала с датчика 15 тока, срабатыванию порогового устройства 16 и блока 18 отключения, в результате чего происходит отключение датчика

19 поло>кения ротора и от источника питания. Это, в свою очередь, приводит к эапиранию транзисторов 2-5 и отключению обмотки 1 от источника питания. Ток в обмотке 1 начинает уменьшаться. При уменьшении тока сигнал с датчика 15 тока уменьшается, пороговое устройство 16 пере ходит в исходное состояние, контакты блок 18 отключения замыкаются и датчик 19 положения ротора вновь подключается к цепи гитания. Обмотка

1 также оказывается подключенной к источнику питания. Таким образом, ток н обмотке 1 не может возрасти выше уровня, определяемого настройкой второго порогового устройства 16, а двигатель работает на участке механической характеристики. При достижении частотой нращения величины п второе пороговое устройство 16 перестает срабатывать по сигналу с датчика 15 тока и двигатель далее работает на участке ап (фиг.2) механической характеристики, крутизна которой определяется параметрами обмотки 1. При увеличении нагрузки на валу работа устройства происходит в обратной последовательности. На участке Ьдп,> механической характеристики к источнику питания через транзисторы 2-5 подключается обмотка 1, в которой наводится ЭДС вращения, не превышающая напряжение источяика питания. При этом суммарная ЭДС, наводимая в обмотках 1 и 14, на участке 1>а > превышает напряжение источника питания, но не имеет ноз1065979 можности замкнуться, так как транзисторы 10 и 11 и реле 12 и 13 обратного тока закрыты. При исчезновении сигналов с датчика 19 положения ротора, что имеет место или при отключении датчика положения ротора 19, или при регулировании частоты вращения, на выходе логического элемента ИЛИ 29 пропадает сигнал, что приводит к появлению сигнала на выходе второй инвертирующей цепи 37, который через замкнутые контакты коммутирующего реле 28 поступает на управляющие входы реле 12 и 13 обратного тока. В результате замыкания контактов реле 12 и 13 обратного тока появляется возможность ЭДС вращения, наводимой в последовательно соединенных обмотках 1 и 14, замыкаться через диоды б и 7 и реле 12 и 13 обратного тока на источник литания, осуществляя режим рекуперации энергии в сеть или режим генераторного торможения ° При работе ВД на участке М механической характеристики реле 12 и 13 обратного тока находятся в замкнутом состоянии независимо от способа управления электродвигателем и выполняют роль обратных диодов . в мостовой схеме. Поэтому в моменты коммутации транзисторов

2, 11 и 3, 10 реактивный ток, протекающий по обмоткам 1 и 14, имеет воз можность замыкаться на источник пи тания через диод 7 и реле 12 обратного тока или через диод 6 и реле 13 обратного тока. При этом скачков тока в фазе многофазной обмотки 1, таких как в вентильном электродвигателе (3! нет, гармонический состав тока поэтому лу «ае, а КПД выше. В качестве реле 12 и 13 обратного тока могут быть использованы любые управляемые элементы, обладающие односторонней проводимостью: транзистор и диод, включенные последовательно, 10 стабилитрон и т.п.Коммутирующее реле : может быть выполнено в вице транзистора, коллектор которого, например, подключен к выходу второй инвертирующей цепи 37, эмиттер — к управляющим входам реле 12 и 13 обратного тока, а база — к выходу инвертирующей цели 27.

Реализация режима генераторного торможения позволяет расширить область использования и функциональные возможности ВД в электроприводах, где ощущается дефицит электрической энергии, так как в этом режи25 ме возможен возврат части энергии в источник — аккумуляторную батарею.

Благодаря введению реле 12 и 13 обратного тока в предлагаемой ВД по сравнению с прототипом исключены скачки тока в обмотках двигателя в моменты коммутации транзисторов

2, 3, 10 и 11, что приводит к снижению потерь в меди от высших гармоник тока и повышению КПД электро35 двигателя.

1065979

1065979

Составитель A.Ñàìòàëîâ

Редактор A.Orap Техред Л.Мартяшова КорректорЛ.Патай

Заказ 11055/56 Тираж 672 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4