SU1577002A2 - Управл емый вентильный электродвигатель - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электротехнике и может быть использовано в электроприводе с вентильным электродвигател ми. Цель изобретени  - повышение надежности. В управл емый вентильный электродвигатель дополнительно введены два мостовых инвертора 34 и 35. В первую диагональ инвертора 34 включена дополнительна  секци  36 обмотки  кор . Последовательно в цепи транзисторов мостовых инверторов 1 и 34 включены предохранители 37 - 44. Аналогично включены предохранители в цеп х транзисторов инверторов 2 и 35. С помощью п ти компараторов 46, 47, 50, 51, 53, двух размыкателей 48, 52, датчика 45 тока, тахогенератора 54, управл емого ключа 17 и широтно-импульсный регул тора 18 в управл емом вентильном электродвигателе посто нно производитс  опрос состо ни  при снижении частоты вращени  вала ниже допустимой величины, равной напр жению тахогенератора 54. При снижении происходит перевод двигател  в режим токоограничени  при большем токе и электродвигатель может работать при стабилизированной частоте вращени  с большей нагрузкой на валу. При деградации силового транзистора происходит его отключение. 2 ил.

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , может быть использовано в регулируемом электроприводе с вентильным электродвигателем и  вл етс  дополнительным к изобретению по авт.св. № 1458961.

Целью изобретени   вл етс  повышение надежности работы при питании от источников ограниченной мощности.

На фиг. 1 представлена принципиальна  схема управл емого вентильного электродвигател ; на фиг. 2 - диаграммы, по сн ющие работу электродвигател .

Управл емый вентильный электродвигатель содержит два мостовых инвертора 1 и 2, плечи каждого мостового инвертора образованы соединенными встречно попарно транзисторами 3,4 и 5,6. Каждый из транзисторов 3-6 шунтирован одним из диодов 7- 10. В первую диагональ каждого мостового инвертора 1,2 включена соответствующа  секци  11 фазы обмотки  кор  синхронного двигател .

Управл емый вентильный электродвигатель содержит также трансформатор 12, основна  обмотка 13 которого имеет вывод средней точки, Начало этой обмотки подключено 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 мостового инвертора 1,2 подключены к клемме 15 дл  подключени  источника посто нного тока. Управл емый вентильный электродвигатель включает в себ  также датчик 16 положени роторасинхронного электродвигател . Управл емый ключ 17 включен между другой клеммой дл  подключени  источника посто нного тока и средней точкой обмотки 13 трансформатора 12. Широтно-импульсный модул тор-регул тор (шим-регул тор) 18 своим выходом подключен к управл ющему входу ключа 17. Трансформатор 12 содержит две дополнительные обмотки 19 и 20, кажда  из которых выполнена с выводом средней точки. Каждый мостовой инвертор содержит также диоды 21 и 22, конденсатор 23, управл ющие транзисторы 24 и 25 и восемь резисторов 26-33. Каждый из первых четырех резисторов 26- 29 включен параллельно переходу база- эмиттер одного из транзисторов 3-6 мостового инвертора. П тый 30 и шестой 31 резисторы включены соответственно между базами транзисторов 4 и 5, 6 и 3 противоположных плеч мостового инвертора. Каждый из управл ющих транзисторов 24 и 25 подключен переходом коллектор-эмиттер параллельно переходам база-коллектор соответственно транзисторов 4 и 6. соединенных с первой клеммой дл  подключени  источника посто нного тока. Базы управл ющих транзисторов 24 и 25 подключены к выходам датчика 16 положени  ротора. Начало и конец обмотки 19 трансформатора 12 подключены через диоды 21 и 22 к первым выводам конденсатора 23, седьмого 32 и восьмого 33 резисторов. Второй вывод конденсатора 23 и средн  

0 точка обмотки 19 подключены к первому выводу 14 второй диагонали мостового инверто- ра.а вторые выводы седьмого 32 и восьмого 33 резисторов подключены соответственно к базам транзисторов 3 и 5, включенных в

5 смежные плечи мостового инвертора 1 и св занных с первым выводом 14 второй диагонали мостового инвертора. Средний вывод основной обмотки 13 трансформатора 12 подключен к второй клемме дл  подклю0 чени  источника посто нного тока через управл емый ключ 17, вход управлени  которого подключен к выходу широтно-им- пульсного модул тора 18. Обмотка 20 подключена во втором мостовом инверторе 2

5 аналогично подключению обмотки 19. Управл емый вентильный электродвигатель дополнительно содержит два мостовых инвертора 34 и 35. В первую диагональ инвертора 34 включена секци  36

0 соответствующей фазы обмотки  кор , втора  диагональ мостового инвертора 34 подключена параллельно мостовому инвертору 1 к выводу 14 второй диагонали мостового инвертора 1 и клемме 15 дл  подключени 

5 источника посто нного тока. Последовательно в цепи транзисторов мостовых инверторов 1 и 34 включены предохранители 37-44. Аналогично включены предохранители в цеп х транзисторов мостовых инверто0 ров 2 и 35. Управл емый ключ 17 подключен к клемме дл  подключени  источника тока через датчик 45. Выход датчика 45 тока подключен к входам первого 46 и второго 47 компараторов. Выход второго компаратора

5 47 через первый размыкатель 48 подключен к второму входу элемента ИЛИ-НЕ 49. Первый вход элемента ИЛИ-НЕ 49 подключен к выходу первого компаратора 46. Выход элемента ИЛИ-НЕ 49 подключен к входу широт0 но-импульсного модул тора 18. Третий компаратор50 своим выходом подключен к третьему входу элемента ИЛИ-НЕ 49. Четвертый компаратор 51 своим выходом подключен к управл ющему входу второго

5 размыкател  52. П тый компаратор 53 через второй размыкатель 52 подключен к управл ющему входу первого размыкател  48. Входы третьего 50, четвертого 51 и п того 53 компараторов объединены и подключены . к выходу тахогенератора 54.

Управл емый вентильный электродвигатель работает следующим образом.

В исходном состо нии при подаче напр жени  на электродвигатель на выходе ШИМ-регул тора 18 по вл етс  сигнал вы- сокого уровн , ключ 17 замкнут и через обмотки электродригател  начинает протекать ток. Одновременно на выходах первого 46, второго 47, третьего 50 компараторов по вл ютс  сигналы высокого уровн , а на выходах четвертого 51 и п того 53 компараторов по вл ютс  сигналы низкого уровн . Пороги срабатывани  устанавливаютс  соответственно напр жени ми Ui, U2, Us, IU и Us, причем Ui Ua (в 2-3 раза), а Кз LU. а Щ Us, например, в макете преобразовател  электродвигател  ДБ60-60-6 U3 6 В, U4 5 В, a Us 3 В. Первый компаратор 46 выполн ет функции токового ограничени  при аварийной ситу- ации в каком-либо из мостовых инверторов 1,2,34 и 35, второй компаратор 47 выполн ет функции токового ограничени  при разгоне и нормальной работе электродвигател . Третий компаратор 50 осуществл ет режим регулировани  частоты вращени  вала посредством тахогенератора 54 Четвертый 51 и п тый 53 компараторы и размыкатели 48 и 52 осуществл ют подключение второго компаратора 47, предназна- ченного дл  разгона электродвигател  в нормальном режиме при ограниченной величине пускового тока. Порог срабатывани  первого компаратора 46 настраиваетс  с помощью напр жени  Ui исход  из макси- мально допустимой величины тока, потребл емого от автономного источника и достаточного дл  надежного срабатывани  предохранителей. Как правило, величина тока, при котором срабатывает первый ком- паратор. в 4-5 раз больше номинального тока, а величина тока, при котором срабатывает второй компаратор 47, в 1,5-2 раза больше номинального. Настройка второго компаратора 47 производитс  посредством напр жени  U2.

Разгон управл емого ВД происходит на заданной величине тока, определ емого величиной напр жени  U2 (в 1,5-2 раза выше номинального значени ). На фиг 2а пред- ставлена механическа  характеристика вентильного электродвигател  при разгоне электродвигател  до номинальной стабилизированной частоты вращени , а на фиг. 26 - механическа  характеристика в случае отказа какого-либо из транзисторов 3-6 инверторов 1,2,34 и 35. П тый 53 компаратор срабатывает при напр жении на управл ющем входе, меньшем напр жени  настройки Us, имеет на выходе сигнал низкого уровн , а четвертый компаратор 51 имеет на выходе сигнал низкого уровн  при напр жении на управл ющем входе, меньшем напр жени  настройки U4, причем U4 Us (в данном случае Us 3 В, U4 4 В). Размыкатели 48 и 52 при напр жении низкогоуровн  или его отсутствии на управл ющих входах замкнуты, а при по влении на управл ющих входах напр жени  высокого уровн  - разомкнуты . Размыкатели могут быть реализованы на операционных усилител х, транзисторах, логических элементах.

Таким образом, несмотр  на то, что на управл ющем входе второго размыкател 

52при разгоне ВД до частоты вращени  вала, соответствующего напр жению на входе п того компаратора UTr Us, будет сигнал низкого уровн  от четвертого 51 компаратора, первый размыкатель будет замкнут, так как на его управл ющем входе будет сигнал низкого уровн  от п того 53 компаратора. Второй компаратор 47. настроенный с помощью напр жени  U2 на величину тока И (фиг.2а), через первый размыкатель 48 (состо ние замкнуто) будет ограничивать ток двигател  на заданной величине li до частоты вращени  вала двигател , соответствующего напр жению с тахогенератора Urr Us- Как только частота вращени  вала ВД превысит частоту, соответствующую напр жению с тахогенератора UTr Us. на выходе п того компаратора,

53по витс  сигнал высокого уровн  (на управл ющем входе п того 53 компаратора сигнал низкого уровн , так как Us Uir

. первый размыкатель 48 сработает и разорвет цепь второго компаратора 47. Параллельно работающий первый компаратор 46. настроенный посредством напр жени  Ui на ток. в 4-5 раз превосход щий номинальное значение, вступит в работу (шунтирующее воздействие второго 47 компаратора исключено с помощью первого размыкател  48). Произойдет некоторое незначительное увеличение тока при увеличении частоты вращени  вала, соответствующем напр жению тахогенератора Us4

UTr U4 (фиг.2а, пунктирна  крива ). Как только UTr . сработает четвертый компаратор 51. и на его выходе по витс  сигнал высокого уровн . Сигнал высокого уровн  с выхода четвертого компаратора 51 через второй размыкатель 52 разомкнет цепь управл ющего входа первого размыкател  48, который в свою очередь подключит второй компаратор 47 и зашунтирует первый компаратор 46, управл емый ВД продолжит разгон до номинальной частоты вращени ,

соответствующей Urr Ua при токе И (фиг.2а, LM Urr Us).

При этом второй компаратор 47, настроенный посредством напр жени  U2 на величину тока И (1,5-2) IN, защищает ВД от возможных помех по цеп м управлени  и питани .

В случае деградации какого-либо из транзисторов 3-6 мостовых инверторов 1,2,34 и 35 начнет быстро снижатьс  частота вращени  вала ВД, так как вступит в работу второй компаратор 47. При достижении частоты вращени  вала, когда на тахогенера- торе 54 по витс  напр жение, равное Ш, на выходе четвертого компаратора 51 по витс  напр жение низкого уровн , второй размыкатель 52 подключит п тый 53 компаратор (на его выходе напр жение высокого уровн , при этом Urr Us), и первый размыкатель 48 отключит второй компаратор 47. Первый компаратор 47 ограничивает ток на величину И (4-5) IN. Частота вращени  вала ВД продолжает снижатьс , и в диапазоне напр жений Us UTr U4 происходит выгорание предохранителей в цепи отказавших ключей и синхронный электродвигатель начнет увеличивать частоту вращени  вала дл  нормально функционирующей схемы управл емого ВД. Двигатель восстановит работоспособность на оставшихс  резервных ключах. При дальнейшей работе двигател , так как ключи имеют определенное дл  каждого транзистора врем  активной работы, допустим, что деградирует какой-то из оставшихс  транзисторов , оп ть произойдет снижение частоты вращени  вала, подключение первого компаратора 46, выгорание соответствующего предохранител  и отключение отказавшегос  транзистора (процесс может повтор тьс  до 5 раз:3 в одной фазе и 2 в другой). После того, как откажут все транзисторы в одной фазе ВД уже не сможет выйти на заданную частоту вращени  и при достижении частоты вращени , при которой UTT Us, п тый компаратор 53 через замкнутое состо ние второго размыкател  52 низким уровнем сигнала подключит первый размыкатель 48 и второй компаратор 47 будет поддерживать максимальное значение тока на величине не более (1,5-2) IN. На фиг. 26 ломаной линией показан процесс .окончательного отказа ВД, а пр мой линией на уровне U4 процесс отключени  деградирующего транзистора.

Таким образом, существенно повышена

надежность электродвигател  и защита автономного источника от бросков пускового тока. Врем  выгорани  предохранителей лежит в диапазоне 0,1-0,2 с, что, как правило , не опасно дл  автономного источника и бортовой аппаратуры.

Электродвигатель целесообразно использовать в насосах и вентил торах автономных систем терморегулировани  с

0 наработкой 55000 - 120000 ч и электроприводах , где необходимо поддерживать посто-  нство частоты вращени  вала при невозможности регламентных работ.

Claims (1)

1. 5 Формула изобретени 

   Управл емый вентильный электродви- гатель по авт.св. № 1458961, отличаю- щ и и с   тем, что, с целью повышени  надежности, кажда  фаза обмотки  кор 

   0 снабжена дополнительной секцией и введены два мостовых инвертора, к первым диагонал м которых подключены дополнительные секции  корной обмотки синхронного электродвигател , восемь предо5 хранителей в каждой фазе  корной обмотки, датчик тока, тахогенератор, п ть компараторов , два управл емых размыкател  и логический элемент ИЛИ-НЕ, причем вторые диагонали введенных мостовых инверторов

   0 подключены параллельно основным мостовым инверторам, каждый из введенных предохранителей подключен последовательно с каждым из транзисторов основного и введенного мостовых инверторов в каждой фа5 зе  корной обмотки, датчик тока включен между клеммой дл  подключени  источника посто нного тока и одним из силовых выводов управл емого ключа, а выход датчика тока соединен с входами первого и второго

   0 компараторов, выход первого компаратора подключен к первому входу логического элемента ИЛИ-НЕ, выход второго компаратора через первый управл емый размыкатель - к второму входу логического элемента ИЛИ5 НЕ, выход которого подключен к входу ШИМ-регул тора, третий вход элемента ИЛИ-НЕ соединен с выходом третьего компаратора , выход четвертого компаратора подключен к управл ющему входу второго

   0 управл емого размыкател , выход п того компаратора через второй управл емый размыкатель св зан с управл ющим входом первого управл емого размыкател , входы третьего, четвертого и п того компараторов

   5 объединены и подключены к выходу тахоге- нератора.

   а

   4

   00 Мн М, IH If

   т I

   Фиг.2