RU2007010C1

RU2007010C1 - Thyratron motor

Info

Publication number: RU2007010C1
Authority: RU
Inventors: М.П. Журавлев; А.В. Кобзев; А.В. Миллер; Г.Я. Михальченко
Priority date: 1991-02-07
Filing date: 1991-02-07
Publication date: 1994-01-30

Abstract

FIELD: electric machine engineering. SUBSTANCE: thyratron motor has power supply source 1 to which output capacitive storage 2 is connected. Three branches each consisting of two chokes 3-8 of different inductance connected in series are linked to positive terminal of power supply source. Diodes 9, 10, 11 are connected in parallel to chokes 3, 5, 7 of greater inductance. Other leads-out of chokes 4, 6, 8 are connected to collector inputs of transistor frequency converter and anodes of diodes 12, 13, 14 which cathodes are coupled to second capacitive storage 32. Outputs of transistor frequency converter are connected to electromechanical converter. EFFECT: expanded range of control of rotational speed of motor. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, и может быть использовано при создании автоматизированного электропривода с широким диапазоном регулирования частоты вращения. The invention relates to electrical engineering, and can be used to create an automated electric drive with a wide range of speed control.

Известны вентильные электродвигатели, содержащие электромеханический преобразователь, обмотка якоря которого подключена к выходу транзисторного инвертора, управляющие входы которого связаны с логической схемой управления и датчиком положения ротора (см. , например, авт. св. СССР N 1267579, кл. Н 02 Р 6/02). Такие вентильные электродвигатели и электроприводы на их основе имеют простую силовую цепь и простую схему управления. Known are electric motors containing an electromechanical converter, the armature of which is connected to the output of a transistor inverter, the control inputs of which are connected to a control logic and rotor position sensor (see, for example, ed. St. USSR N 1267579, class N 02 P 6 / 02). Such valve electric motors and electric drives based on them have a simple power circuit and a simple control circuit.

Однако использование такого электродвигателя в широкодиапазонных регулируемых электроприводах невозможно из-за резкого увеличения пульсаций момента двигателя при низких скоростях вращения, что связано с простейшим законом управления ключевыми элементами транзисторного инвертора (120-градусная длительность включенного состояния транзисторов). Это существенно ограничивает диапазон регулирования скорости вращения двигателя. However, the use of such an electric motor in wide-range controlled electric drives is impossible due to a sharp increase in pulsations of the motor torque at low speeds, which is associated with the simplest law of controlling the key elements of a transistor inverter (120-degree duration of the on state of transistors). This significantly limits the range of engine speed control.

Известны автономные инверторы с широтно-импульсной модуляцией выходной величины по линейному закону [1] , что позволяет легко реализовать схему управления с помощью цифровой микросхемотехники. Autonomous inverters with pulse-width modulation of the output value are known according to the linear law [1], which makes it easy to implement a control circuit using digital microcircuitry.

Недостатком таких устройств является треугольная огибающая фазного напряжения из-за модуляции длительности проводящего состояния ключей по линейному закону, что вызывает увеличение потерь и снижает технико-экономические показатели двигателя. Кроме того, непрерывная модуляция длительности импульсов делает невозможной трансформаторную гальваническую развязку силовой цепи с источником питания усилителей мощности и схемой управления вентильным электродвигателем, так как длительность импульсов управления должна изменяться от нуля до единицы. The disadvantage of such devices is the triangular envelope of the phase voltage due to the modulation of the duration of the conductive state of the keys according to the linear law, which causes an increase in losses and reduces the technical and economic performance of the engine. In addition, continuous modulation of the pulse duration makes it impossible to transformer galvanically decouple the power circuit from the power source of the power amplifiers and the control circuit of the valve motor, since the duration of the control pulses should vary from zero to one.

Известны устройства для управления транзисторами стойки транзисторного инвертора [2] . Такие устройства позволяют осуществить трансформаторную гальваническую развязку силового транзистора со схемой управления с возможностью регулирования длительности включенного состояния силового транзистора от нуля до 1/2 периода частоты коммутации. Known devices for controlling transistors of a transistor inverter rack [2]. Such devices allow transformer galvanic isolation of the power transistor with a control circuit to control the duration of the on state of the power transistor from zero to 1/2 of the switching frequency period.

Недостатками таких устройств являются невозможность регулирования длительности включенного состояния силового транзистора во всем диапазоне от нуля до периода частоты коммутации, насыщение трансформаторов усилителя мощности при больших скоростях изменения модулирующих сигналов управления. The disadvantages of such devices are the inability to control the duration of the on state of the power transistor in the entire range from zero to the period of the switching frequency, saturation of the transformers of the power amplifier at high rates of change of modulating control signals.

Известны полумостовые транзисторные инверторы [3] , которые позволяют регулировать длительность включенного состояния силового транзистора от нуля до периода частоты коммутации и осуществлять трансформаторную развязку силовых транзисторов со схемой управления. Known half-bridge transistor inverters [3], which allow you to adjust the duration of the on state of the power transistor from zero to the period of the switching frequency and carry out transformer isolation of power transistors with a control circuit.

Недостатком таких инверторов является невозможность активного запирания обоих транзисторов стойки инвертора. Кроме того, не исключен режим насыщения трансформаторов усилителя мощности, так как "предыстория" включения трансформатора может быть любая, т. е. рабочая точка сердечника трансформатора может находиться перед включением в области, близкой к насыщению, что приводит к выходу транзисторов инвертора из строя. The disadvantage of such inverters is the inability to actively lock both transistors of the inverter rack. In addition, the saturation mode of the transformers of the power amplifier is not ruled out, since the “history” of turning on the transformer can be any, that is, the operating point of the transformer core can be located in the region close to saturation before switching on, which leads to failure of the inverter transistors.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является вентильный электродвигатель [4] , содержащий источник питания с емкостным накопителем, три ветви из двух последовательно соединенных дросселей, диоды, ограничитель напряжения, электромеханический преобразователь, обмотки которого подключены к выходам транзисторного преобразователя частоты, выполненного в виде трех ветвей, каждая из которых включает два последовательно соединенных и шунтированных обратными диодами и защитными цепями транзистора, управляющие цепи которых подключены к выходам усилителей мощности, входы которых образуют управляющие входы транзисторного преобразователя частоты, причем эмиттерные входы транзисторного преобразователя частоты объединены и подключены к одному из выходов источника питания. The closest in technical essence to the proposed one is a valve electric motor [4], containing a power source with a capacitive storage, three branches of two series-connected inductors, diodes, voltage limiter, electromechanical converter, the windings of which are connected to the outputs of a transistor frequency converter, made in the form of three branches, each of which includes two serially connected and shunted by reverse diodes and protective circuits of the transistor, control circuits of which They are connected to the outputs of power amplifiers, the inputs of which form the control inputs of the transistor frequency converter, and the emitter inputs of the transistor frequency converter are combined and connected to one of the outputs of the power source.

Недостатками такого вентильного двигателя являются наличие индуктивностей между транзисторами стойки, что приводит к увеличению габаритов транзисторного коммутатора, ухудшению электромагнитной совместимости (ЭМС) преобразователя, увеличению габаритов RC-цепей, невозможности использовать интегральные модули, состоящие из двух последовательно соединенных транзисторов, шунтированных обратными диодами, и ухудшению технологичности сборки, а также импульсный режим обмена энергией между дросселями и источником, что ухудшает ЭМС преобразователя с цифровой системой управления и питающей сетью, так как в таком устройстве осуществляется перевод тока нагрузки из выключающегося транзистора в обратный диод с дросселем, в котором ток равен нулю, что сопровождается значительными перенапряжениями и неоправданным увеличением потерь мощности в RC-цепях. Кроме того, коммутация проводящего диода в одной стойке инвертора влияет на форму напряжения в других фазах, а брусок тока разряда емкости защитной RC-цепи не позволяет обеспечить траекторию переключения транзистора в области безопасной работы. The disadvantages of such a valve motor are the presence of inductances between the transistors of the rack, which leads to an increase in the dimensions of the transistor switch, a decrease in the electromagnetic compatibility (EMC) of the converter, an increase in the dimensions of the RC circuits, and the inability to use integrated modules consisting of two series-connected transistors shunted by reverse diodes, and deterioration of the manufacturability of the assembly, as well as a pulsed mode of energy exchange between the chokes and the source, which affects the EMC conversion ovatelya with a digital control system and a power line, as is done in such a device load current of the transfer transistor turns off the return diode with the throttle, wherein the current is zero, which is accompanied by significant increase in overvoltage and unnecessary power loss in the RC-circuits. In addition, the switching of a conductive diode in one rack of the inverter affects the voltage shape in other phases, and the bar of the discharge current of the capacitance of the protective RC circuit does not allow to ensure the switching path of the transistor in the field of safe operation.

Целью изобретения является повышение надежности и расширение диапазона регулирования частоты вращения. The aim of the invention is to increase reliability and expand the range of speed control.

Сущность изобретения заключается в том, что в вентильный электродвигатель, содержащий источник питания с емкостным накопителем, три ветви из двух последовательно соединенных дросселей, диоды, ограничитель напряжения и электромеханический преобразователь, обмотки якоря которого подключены к выходам транзисторного преобразователя частоты, выполненного в виде трех ветвей, каждая из которых включает два последовательно соединенных и шунтированных обратными диодами и защитными цепями транзистора, управляющие цепи которых подключены к выходам усилителей мощности, входы которых образуют управляющие входы транзисторного преобразователя частоты, эмиттерные входы которого объединены и подключены к первому выходу источника питания, введен дополнительный емкостный накопитель, подключенный к первому выводу источника питания непосредственно и к коллекторным входам транзисторного преобразователя частоты через диоды, а к второму выводу источника питания через ограничитель напряжения, при этом коллекторные входы транзисторного преобразователя частоты подключены к второму выводу источника питания через ветви из двух последовательно соединенных дросселей, один из которых шунтирован обратным диодом, управляющие входы транзисторного преобразователя частоты включают информационный и тактирующий входы, каждый из усилителей мощности выполнен по схеме инвертора с трансформаторным выходом, вторичные обмотки трансформатора подключены к управляющим цепям транзистора преобразователя частоты через резистивно-диодную цепь и выпрямительные мосты, шунтированные дополнительными транзисторами, управляющие входы которых через узел гальванической развязки образуют информационные входы транзисторного преобразователя частоты, тактирующие входы которого образованы входами инвертора с трансформаторным выходом, защитные цепи транзистора выполнены из последовательно соединенных конденсатора и диода, шунтированного цепочкой из последовательно соединенных дросселя и резистора. The essence of the invention lies in the fact that in a valve electric motor containing a power source with a capacitive storage, three branches of two series-connected chokes, diodes, a voltage limiter and an electromechanical converter, the armature windings of which are connected to the outputs of a transistor frequency converter made in the form of three branches, each of which includes two series-connected and shunted by reverse diodes and protective circuits of the transistor, the control circuits of which are connected to the outputs of the power amplifiers, the inputs of which form the control inputs of the transistor frequency converter, the emitter inputs of which are combined and connected to the first output of the power source, an additional capacitive drive is introduced, connected to the first output of the power source directly and to the collector inputs of the transistor frequency converter via diodes, and to the second the output of the power source through a voltage limiter, while the collector inputs of the transistor frequency converter are connected to the second at the output of the power source through branches of two series-connected reactors, one of which is shunted by a reverse diode, the control inputs of the transistor frequency converter include information and clock inputs, each of the power amplifiers is made according to the inverter circuit with a transformer output, the secondary windings of the transformer are connected to the control circuits of the transistor frequency converter through a resistive-diode circuit and rectifier bridges, shunted by additional transistors, controlling inputs which, through the galvanic isolation node, form the information inputs of the transistor frequency converter, the clock inputs of which are formed by the inputs of an inverter with a transformer output, the protective circuits of the transistor are made of series-connected capacitor and diode, shunted by a chain of series-connected inductor and resistor.

Шунтирование дросселей обратными диодами известно; разделение управляющих входов транзисторного преобразователя на тактирующий и информационный известно, применение транзисторов для шунтирования выпрямительных мостов известно, например, в ключах переменного тока; введение дросселя для ограничения броска разрядного тока конденсатора известно. Reverse diode shunting is known; the separation of the control inputs of the transistor converter into clock and information is known, the use of transistors for bypass rectifier bridges is known, for example, in alternating current switches; the introduction of a choke to limit the discharge of the discharge current of the capacitor is known.

Предлагаемые решения позволяют повысить надежность и расширить диапазон регулирования частоты вращения. Эти новые свойства проявились в заявленной совокупности отличительных признаков и связей между узлами, что привело к достижению новых, не известных положительных эффектов у заявленного решения. Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует критерию "существенные отличия". The proposed solutions can improve reliability and expand the range of speed control. These new properties were manifested in the claimed combination of distinctive features and connections between nodes, which led to the achievement of new, not known positive effects in the claimed solution. Therefore, the claimed technical solution meets the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 представлена структурная схема вентильного электродвигателя; на фиг. 2 - структурная схема усилителя мощности и защитной цепи; на фиг. 3 и 4 представлены временные диаграммы, поясняющие работу вентильного электродвигателя. In FIG. 1 is a structural diagram of a valve motor; in FIG. 2 is a block diagram of a power amplifier and protective circuit; in FIG. 3 and 4 are timing diagrams explaining the operation of the valve motor.

Вентильный электродвигатель (фиг. 1) содержит источник 1 питания, к выходу которого подключен емкостный накопитель 2. К положительному выводу источника 1 питания подключены три ветви, каждая из которых состоит из двух последовательно соединенных дросселей 3-4, 5-6, 7-8 разной индуктивности, причем параллельно дросселям 3, 5, 7 большей индуктивности подключены диоды 9, 10, 11 катодом к выводу источника питания, а анодом к точке соединения дросселей 7-8, 5-6, 3-4. Другие выводы дросселей 4, 6, 8 подключены к коллекторным входам 33, 34, 35 транзисторного преобразователя 17 частоты и к анодам диодов 12, 13, 14. Катоды диодов 12-14 подключены к первому выводу емкостного накопителя 32 и через ограничитель 15 напряжения к положительному выводу источника 1 питания. Другой вывод емкостного накопителя 32 объединен с эмиттерными входами 29-31 транзисторного преобразователя 17 частоты и подключен к отрицательному выводу источника 1 питания. Выходы транзисторного преобразователя 17 частоты подключены к электромеханическому преобразователю 16. The valve electric motor (Fig. 1) contains a power source 1, the output of which is connected to a capacitive storage 2. Three branches are connected to the positive terminal of the power source 1, each of which consists of two inductors 3-4, 5-6, 7-8 connected in series different inductances, and parallel to the inductors 3, 5, 7 of the larger inductance, diodes 9, 10, 11 are connected by a cathode to the output of the power source, and by the anode to the connection point of the inductors 7-8, 5-6, 3-4. Other outputs of the chokes 4, 6, 8 are connected to the collector inputs 33, 34, 35 of the transistor frequency converter 17 and to the anodes of the diodes 12, 13, 14. The cathodes of the diodes 12-14 are connected to the first output of the capacitive storage 32 and through the voltage limiter 15 to the positive output of power supply 1. The other terminal of the capacitive storage 32 is combined with the emitter inputs 29-31 of the transistor frequency converter 17 and is connected to the negative terminal of the power supply 1. The outputs of the transistor frequency converter 17 are connected to the electromechanical converter 16.

Транзисторный преобразователь частоты выполнен в виде трех ветвей 18, 19, 20, каждая из которых состоит из двух последовательно соединенных силовых транзисторов 25, 26, общая точка которых образует выход транзисторного преобразователя частоты, а другие выводы образуют соответственно его коллекторный 33 и эмиттерный 29 входы. Параллельно каждому из транзисторов 25, 26 подключены обратный диод 21, 22 и защитная цепь 23, 24. Управляющие цепи транзисторов 25, 26 подключены к выходам усилителей 27, 28 мощности, входы которых образуют управляющие входы транзисторного преобразователя 17 частоты. The transistor frequency converter is made in the form of three branches 18, 19, 20, each of which consists of two series-connected power transistors 25, 26, the common point of which forms the output of the transistor frequency converter, and the other conclusions form respectively its collector 33 and emitter 29 inputs. In parallel with each of the transistors 25, 26, a reverse diode 21, 22 and a protective circuit 23, 24 are connected. The control circuits of the transistors 25, 26 are connected to the outputs of the power amplifiers 27, 28, the inputs of which form the control inputs of the transistor frequency converter 17.

Каждый из усилителей 27, 28 мощности (фиг. 2) содержит инвертор 36, подключенный к источнику питания Е. Управляющий вход инвертора 36 образует тактовый вход транзисторного преобразователя 17 частоты, а выход инвертора 36 подключен к трансформатору 37, имеющему две вторичные обмотки, соединенные последовательно. Общая точка вторичных обмоток трансформатора 37 подключена к эмиттеру транзистора 25. Другие выводы вторичных обмоток трансформатора 37 подключены к выводам переменного тока диодных мостов 42, 43. Другие выводы переменного тока диодных мостов 42, 43 объединены и через последовательно соединенные и зашунтированные обратным диодом 41 резистор 38 и диод 40 подключены к базе транзистора 25. Диод 39 подключен анодом к точке соединения резистора 38 и диода 40 и катодом к коллектору транзистора 25. Выводы постоянного тока диодных мостов 42, 43 зашунтированы транзисторами 44, 45, управляющие цепи которых подключены к блоку 46 гальванической развязки, вход которого образует информационный вход преобразователя 17 частоты. Each of the power amplifiers 27, 28 (Fig. 2) contains an inverter 36 connected to a power source E. The control input of the inverter 36 forms the clock input of the transistor frequency converter 17, and the output of the inverter 36 is connected to a transformer 37 having two secondary windings connected in series . The common point of the secondary windings of the transformer 37 is connected to the emitter of the transistor 25. Other terminals of the secondary windings of the transformer 37 are connected to the alternating current terminals of the diode bridges 42, 43. The other terminals of the alternating current of the diode bridges 42, 43 are combined and through the series-connected and shunted by the reverse diode 41 resistor 38 and the diode 40 are connected to the base of the transistor 25. The diode 39 is connected by the anode to the connection point of the resistor 38 and the diode 40 and the cathode to the collector of the transistor 25. The DC terminals of the diode bridges 42, 43 are bridged ican 44, 45, the control circuits are connected to the block of 46 electrical isolation, the input of which forms the data input of the converter 17 frequency.

Инвертор 36 может быть выполнен по любой известной схеме. Блок гальванической развязки может быть выполнен с трансформатором или по схеме с оптической развязкой. The inverter 36 can be performed by any known circuit. The galvanic isolation unit can be made with a transformer or according to a scheme with optical isolation.

Каждая из защитных цепей 23, 24 включает в себя конденсатор 47, подключенный к эмиттеру транзистора 25. Второй вывод конденсатора 47 через встречно включенный диод 48 подключен к коллектору транзистора 25. Параллельно диоду 48 включены последовательно соединенные резистор 50 и дроссель 49. Each of the protective circuits 23, 24 includes a capacitor 47 connected to the emitter of the transistor 25. The second output of the capacitor 47 is connected through a counter-connected diode 48 to the collector of the transistor 25. In parallel with the diode 48, a resistor 50 and a reactor 49 are connected in series.

Работает вентильный электродвигатель следующим образом. The valve motor operates as follows.

Пусть в схеме управления транзисторным преобразователем 17 частоты (фиг. 1) вентильного электродвигателя формируется напряжение 51 (фиг. 3) несущей частоты, которое сравнивается с управляющим синусоидальным сигналом 52 одной из фаз электромеханического преобразователя 16, в результате чего формируется модулированный по длительности управляющий сигнал 53. Пусть также формируется импульсная последовательность 54, частота следования импульсов которой вдвое ниже частоты несущей, которая совместно с напряжением 53 формирует дважды модулированную импульсную последовательность 55, поступающую на информационный вход "б" усилителя 27 мощности (фиг. 2). Последовательность 55 можно получить на выходе логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, если на его входы подаются напряжения 53 и 54. Под действием дважды модулированной импульсной последовательности 55 на выходе блока 46 гальванической развязки формируется такая же импульсная последовательность 56 (на фиг. 3 показана разнополярная импульсная последовательность, которая формируется трансформаторным блоком гальванической развязки). Эта последовательность поступает на управляющие входы транзистора 44, а противофазная ей - на входы транзистора 45. Одновременно импульсная последовательность 54 поступает на тактирующие входы "а" усилителей 27 мощности, которые представляют собой управляющие входы инвертора 36 с трансформатором 37 на выходе. При переключении ключей инвертора 36 на обмотках трансформатора 37 формируется прямоугольное напряжение, частота которого соответствует частоте следования импульсов 54. Условимся, что положительная полярность на началах обмоток трансформатора 37 соответствует уровню логической "1" импульсов 54, а отрицательная - уровню логического "0". Аналогично положительные импульсы последовательности 56 соответствуют включенному состоянию транзистора 44, а отрицательные - включенному состоянию транзистора 45. Поскольку в интервале времени 0 - t₁ на началах обмоток трансформатора 37 действует напряжение положительной полярности и включен трансформатор 44, шунтирующий выход моста 42, то к управляющему переходу транзистора 25 приложено напряжение 57 отрицательной полярности. В интервале времени t₁-t₂ включается транзистор 45 (транзистор 44 заперт) и к управляющим переходам силового транзистора 25 прикладывается напряжение положительной полярности. Ток базы транзистора 25 протекает по цепи: начало верхней вторичной полуобмотки трансформатора 37 - диод моста 43 - транзистор 45 - диод моста 43 - резистор 38 - диод 40 - переход база - эмиттер транзистора 25 - конец верхней вторичной полуобмотки трансформатора 37. Силовой транзистор 25 включается и находится во включенном состоянии в интервале времени t₁-t₂. Одновременно протекает ток по цепи: начало верхней вторичной обмотки трансформатора 37 - диод моста 43 - транзистор 45 - диод моста 43 - резистор 38 - диод 39 - коллектор-эмиттер транзистора 25 - конец вторичной обмотки трансформатора 37, удерживая тем самым транзистор 25 на границе насыщения, что позволяет исключить время рассасывания транзистора. В момент времени t₂ выключается транзистор 45 и снова включается транзистор 44. В это же время меняется полярность напряжения на вторичной обмотке трансформатора 37. При этом к управляющим переходам транзистора 25 по-прежнему прикладывается напряжение положительной полярности. Ток базы транзистора 25 протекает по цепи: конец нижней вторичной полуобмотки трансформатора 37 - диод моста 42 - транзистор 44 - диод моста 42 - резистор 38 - диод 40 - переход база - эмиттер транзистора 25 - начало нижней вторичной полуобмотки трансформатора 37. Силовой транзистор 25 создается во включенном состоянии в интервале t₂-t₃. В момент времени t₃ выключается транзистор 44 и включается транзистор 45. При этом к управляющим переходам транзистора 25 прикладывается напряжение отрицательной полярности и ток рассасывания неосновных носителей протекает по цепи: конец верхней вторичной полуобмотки трансформатора 37 - переход эмиттер-база транзистора 25 - диод 41 - диод моста 43 - транзистор 45 - диод моста 43 - начало верхней вторичной полуобмотки трансформатора 37. Поскольку из этой цепи исключен токоограничивающий резистор спадания тока в этой цепи до нуля, к переходу база - эмиттер прикладывается отрицательное напряжение. В момент времени t₄ выключается транзистор 45 и включается транзистор 44. При этом к управляющим переходам транзистора 25 прикладывается напряжение положительной полярности, транзистор 25 включается и ток протекает по цепи: конец нижней вторичной полуобмотки трансформатора 37 - диод моста 42 - транзистор 44 - диод моста 42 - резистор 38 - диод 40 - база-эмиттерный переход силового транзистора 25 - начало нижней вторичной полуобмотки трансформатора 37. В момент времени t₅ изменяется полярность напряжения на обмотках трансформатора 37, но поскольку одновременно включаются транзисторы 44 и 45, полярность напряжения на переходе база - эмиттер силового транзистора 25 не изменяется до момента времени t₆ обратного переключения транзисторов 44, 45. С этого момента ток базы транзистора 25 определяется напряжением верхней полуобмотки трансформатора 37 и протекает по цепи: начало верхней полуобмотки - диоды моста 43 с транзистором 45 - резистор 38 - диод 40 - переход база - эмиттер транзистора 25 - конец верхней полуобмотки. Далее процессы повторяются в соответствии с диаграммой 57 для транзистора 25 и диаграммой 58 для противотактного ему транзистора 26 ветви 18 транзисторного преобразователя 17 частоты. Отметим, что двойная модуляция импульсной последовательности 55 позволяет получить симметричные вольтсекундные площади положительных и отрицательных полуволн напряжения 56 на периоде сигнала 54 и исключить тем самым одностороннее насыщение трансформаторных блоков гальванической развязки. Причем этот эффект сохраняется при любой скорости изменения управляющего сигнала 52, вплоть до частоты, равной частоте сигнала 54.Let the voltage 51 (Fig. 3) of the carrier frequency be formed in the control circuit of the transistor frequency converter 17 (Fig. 1) of the gate motor, which is compared with the control sinusoidal signal 52 of one of the phases of the electromechanical converter 16, as a result of which a control signal 53 modulated in duration is generated Let also be formed a pulse sequence 54, the pulse repetition rate of which is half the frequency of the carrier, which together with voltage 53 forms a twice modulated th pulse sequence 55 supplied to the information input "b" of the power amplifier 27 (Fig. 2). The sequence 55 can be obtained at the output of the EXCLUSIVE OR logic element if voltages 53 and 54 are applied to its inputs. Under the influence of a twice modulated pulse sequence 55, the same pulse sequence 56 is formed at the output of the galvanic isolation unit 46 (Fig. 3 shows a multipolar pulse sequence, which is formed by a transformer galvanic isolation unit). This sequence is supplied to the control inputs of the transistor 44, and antiphase to the inputs of the transistor 45. At the same time, the pulse sequence 54 is supplied to the clock inputs “a” of the power amplifiers 27, which are the control inputs of the inverter 36 with the transformer 37 at the output. When switching the keys of the inverter 36, a rectangular voltage is formed on the windings of the transformer 37, the frequency of which corresponds to the pulse repetition rate 54. Let us agree that the positive polarity at the beginning of the transformer 37 windings corresponds to the logical "1" level of pulses 54, and negative - to the logical "0" level. Similarly, the positive pulses of the sequence 56 correspond to the on state of the transistor 44, and the negative ones correspond to the on state of the transistor 45. Since the voltage of positive polarity acts on the beginnings of the windings of the transformer 37 in the time interval 0 - t ₁ and the transformer 44 is switched on, which shunts the output of the bridge 42, then to the control transistor 25 is applied voltage 57 of negative polarity. In the time interval t ₁ -t _{2 the} transistor 45 is turned on (transistor 44 is turned off) and a positive polarity voltage is applied to the control transitions of the power transistor 25. The base current of the transistor 25 flows through the circuit: the beginning of the upper secondary half-winding of the transformer 37 - the bridge diode 43 - the transistor 45 - the bridge diode 43 - the resistor 38 - the diode 40 - the base transition - the emitter of the transistor 25 - the end of the upper secondary half-winding of the transformer 37. The power transistor 25 turns on and is in the on state in the time interval t ₁ -t ₂ . At the same time, current flows through the circuit: the beginning of the upper secondary winding of the transformer 37 - bridge diode 43 - transistor 45 - bridge diode 43 - resistor 38 - diode 39 - collector-emitter of transistor 25 - end of the secondary winding of transformer 37, thereby holding transistor 25 at the saturation boundary , which eliminates the resorption time of the transistor. At time t _{2, the} transistor 45 turns off and the transistor 44 turns on again. At the same time, the polarity of the voltage on the secondary winding of the transformer 37 changes. In this case, a positive polarity voltage is still applied to the control transitions of the transistor 25. The base current of the transistor 25 flows along the circuit: the end of the lower secondary half-winding of the transformer 37 - the bridge diode 42 - the transistor 44 - the bridge diode 42 - the resistor 38 - the diode 40 - the base transition - the emitter of the transistor 25 - the beginning of the lower secondary half-winding of the transformer 37. A power transistor 25 is created in the on state in the interval t ₂ -t ₃ . At time t _{3, the} transistor 44 turns off and the transistor 45 turns on. At the same time, a negative polarity voltage is applied to the control transitions of the transistor 25 and the resorption current of the minority carriers flows through the circuit: the end of the upper secondary half-winding of the transformer 37 - the emitter-base transition of the transistor 25 - diode 41 - bridge diode 43 - transistor 45 - bridge diode 43 - the beginning of the upper secondary half-winding of the transformer 37. Since the current-limiting resistor of the current drop in this circuit to zero is excluded from this circuit, to the base-emi junction ter negative voltage is applied. At time t _{4, the} transistor 45 turns off and the transistor 44 is turned on. At the same time, a positive polarity voltage is applied to the control transitions of the transistor 25, the transistor 25 is turned on and the current flows through the circuit: end of the lower secondary half-winding of the transformer 37 - bridge diode 42 - transistor 44 - bridge diode 42 - resistor 38 - diode 40 - base-emitter junction of the power transistor 25 - the beginning of the lower secondary half-winding of the transformer 37. At time t _{5 the} polarity of the voltage across the windings of the transformer 37 changes, but since transistors 44 and 45 are switched on, the polarity of the voltage at the base-emitter junction of the power transistor 25 does not change until the time t _{6 of the} reverse switching of transistors 44, 45. From this moment, the base current of the transistor 25 is determined by the voltage of the upper half-winding of the transformer 37 and flows through the circuit: upper half-winding - diodes of the bridge 43 with transistor 45 - resistor 38 - diode 40 - transition base - emitter of transistor 25 - end of the upper half-winding. Next, the processes are repeated in accordance with diagram 57 for transistor 25 and diagram 58 for counter-response transistor 26 of branch 18 of transistor frequency converter 17. Note that the double modulation of the pulse sequence 55 makes it possible to obtain symmetric voltsecond areas of positive and negative half-waves of voltage 56 over the period of signal 54, thereby eliminating one-sided saturation of transformer blocks of galvanic isolation. Moreover, this effect is maintained at any rate of change of the control signal 52, up to a frequency equal to the frequency of the signal 54.

Работу собственно преобразователя 17 частоты при формировании тока в якорных обмотках электромеханического преобразователя 16 рассмотрим на примере одной ветви 18 (фиг. 1). В интервале времени 0 - t₁ транзистор 25 выключен, включен транзистор 26, ток якорной обмотки положителен и, не изменяя своего направления, протекает через диод 22. В момент времени t₁ выключается транзистор 26 и включается транзистор 25 (в соответствии с диаграммами 57, 58 на фиг. 3). С этого момента начинается рассасывание носителей диода 22 и диода 9, который до этого также был включен, так как через него замыкался ток, протекающий в дросселе 3.The operation of the frequency converter 17 itself during the formation of current in the armature windings of the electromechanical converter 16 will be considered using one branch 18 as an example (Fig. 1). In the time interval 0 - t _1, transistor 25 is turned off, transistor 26 is turned on, the armature winding current is positive and, without changing its direction, flows through diode 22. At time t _1, transistor 26 turns off and transistor 25 turns on (in accordance with diagrams 57, 58 in Fig. 3). From this moment, the resorption of the carriers of the diode 22 and diode 9 begins, which before this was also turned on, since the current flowing through the inductor 3 was closed through it.

Для формирования траектории переключения силового транзистора 25 в области безопасной работы необходимо, чтобы ток 60 (фиг. 4) коллектора начал нарастать после спада на нем напряжения 59 до некоторого минимального значения. При включении транзистора образуется короткозамкнутая цепь: насыщенный диод 9 - транзистор 25 - насыщенный диод 22, что приводит к выходу транзистора из строя. Для ограничения этого тока введен насыщающий дроссель 4 меньшей индуктивности, чем индуктивность дросселя 3, что определяется временем рассасывания носителей диода 9. Итак, после включения транзистора 25 напряжение 59 на его коллекторе начинает уменьшаться и, поскольку оба диода 9 и 22 насыщены, напряжение 62 на емкостном накопителе 2 прикладывается к дросселю 4, ток в котором начинает нарастать и определяет скорость нарастания тока коллектора транзистора 25. После включения более быстродействующего диода 9 дроссель 4 насыщается (момент времени t₁ ^l) и ток в нем резко возрастает до величины тока, протекающего в дросселе 3, но к этому моменту напряжение на транзисторе 25 имеет минимальное значение. Током, протекающим в дросселе 3, рассасываются носители диода 22 в интервале времени t₁-t₁ ^ll, заряжая одновременно емкость защитной цепи 24, и после его рассасывания ток в коллекторе транзистора 25 становится равным току 65 в обмотке электромеханического преобразователя 16. Поскольку ток в дросселях 3, 4 превышал ток в обмотке электромеханического преобразователя на величину тока заряда емкости защитной цепи 24, то после включения диода 22 и заряда емкости защитной цепи открывается диод 12 и избыточная энергия дросселей переходит в дополнительный емкостный накопитель 32, напряжение 63 на котором начинает возрастать до величины, определяемой ограничителем 15 напряжения. В интервале времени t₁ ^ll-t₂ ток обмотки электромеханического преобразователя определяется напряжением источника питания, индуктивностями обмотки и дросселя 3 и ЭДС вращения рассматриваемой фазы. В момент времени t₂ подается запирающий сигнал на транзистор 25, который с этого момента начинает выключаться, и ток коллектора уменьшается, а ток обмотки переходит в диод 22, но напряжение на коллекторе транзистора определяется скоростью изменения напряжения на емкости 47 защитной цепи 23. Под действием ЭДС самоиндукции дросселя 3 диод 9 открывается и ток, протекающий в дросселе, замыкается через этот диод, а напряжение на дросселе 4 начинает возрастать до величины напряжения на накопителе 32. При этом открывается диод 12 и энергия дросселя 4 полностью передается в накопитель, заряжая емкость до напряжения, определяемого ограничителем 15 напряжения. Как только ток 64 в дросселе 4 становится равным нулю, запирается диод 12 и напряжение 59 на коллекторе транзистора 25 снижается до напряжения на накопителе 2 по цепи: конденсатор 47 защитной цепи - резистор 50 - дроссель 49 - дроссель 4 - диод 9 - накопитель 2 - конденсатор 47. Далее процессы повторяются. При отрицательной полуволне тока в интервалах проводимости транзистора 26 ток нагрузки протекает через транзистор 26, а в интервалах проводимости транзистора 25 - через диод 21. В других ветвях процессы аналогичны рассмотренным с учетом фазового сдвига сигнала управления. Следует отметить, что напряжение 63 на накопителе 32 все время превышает напряжение 62 на накопителе 2, что обеспечивает непрерывный ток через ограничитель 15 напряжения при возврате в источник питания энергии дросселей 4, 6, 8. Это снижает амплитуду тока ограничителя в отличие от импульсного режима обмена энергией и исключает влияние динамических свойств ограничителя на протекающие процессы. Кроме того, введение дросселя 49 в защитные цепи 23, 24 позволяет реализовать колебательный разряд конденсатора 47 при включении транзистора 25 и исключает тем самым броски тока через транзистор до тех пор, пока напряжение на нем не снизится до величины остаточного напряжения.To form the switching path of the power transistor 25 in the safe operation area, it is necessary that the collector current 60 (Fig. 4) begin to increase after the voltage 59 drops to a certain minimum value. When the transistor is turned on, a short-circuited circuit is formed: saturated diode 9 - transistor 25 - saturated diode 22, which leads to transistor failure. To limit this current, a saturable inductor 4 of a smaller inductance than the inductance of the inductor 3 is introduced, which is determined by the resorption time of the carriers of the diode 9. So, after turning on the transistor 25, the voltage 59 on its collector begins to decrease and, since both diodes 9 and 22 are saturated, the voltage 62 on capacitive storage 2 is applied to the inductor 4, the current in which begins to increase and determines the slew rate of the collector current of the transistor 25. After turning on the faster diode 9, the inductor 4 is saturated (time t ₁ ^l ) and the current in it rises sharply to the current flowing in the inductor 3, but by this moment the voltage across the transistor 25 has a minimum value. The current flowing in the inductor 3 dissolves the carriers of the diode 22 in the time interval t ₁ -t ₁ ^ll , simultaneously charging the capacitance of the protective circuit 24, and after its absorption, the current in the collector of the transistor 25 becomes equal to the current 65 in the winding of the electromechanical converter 16. Since the current in chokes 3, 4 exceeded the current in the winding of the electromechanical converter by the value of the charge current of the capacitance of the protective circuit 24, then after turning on the diode 22 and the charge of the capacitance of the protective circuit, the diode 12 opens and the excess energy of the chokes goes into additional capacitive storage 32, the voltage 63 on which begins to increase to a value determined by the voltage limiter 15. In the time interval t ₁ ^ll -t ₂ the winding current of the electromechanical converter is determined by the voltage of the power source, the inductances of the winding and inductor 3 and the emf of rotation of the phase in question. At time t ₂ , a locking signal is supplied to the transistor 25, which from this moment starts to turn off, and the collector current decreases, and the winding current passes to the diode 22, but the voltage on the transistor collector is determined by the rate of change of voltage on the capacitance 47 of the protective circuit 23. Under the action The self-induction EMF of the inductor 3 diode 9 opens and the current flowing in the inductor closes through this diode, and the voltage on the inductor 4 starts to increase to the voltage on the drive 32. In this case, the diode 12 opens and the energy of the inductor 4 is full is transferred to the drive, charging the capacitance to a voltage determined by the voltage limiter 15. As soon as the current 64 in the inductor 4 becomes zero, the diode 12 is turned off and the voltage 59 on the collector of the transistor 25 decreases to the voltage on the accumulator 2 along the circuit: capacitor 47 of the protective circuit - resistor 50 - inductor 49 - inductor 4 - diode 9 - accumulator 2 - capacitor 47. Next, the processes are repeated. With a negative half-wave of the current in the conductivity intervals of the transistor 26, the load current flows through the transistor 26, and in the conductivity intervals of the transistor 25 through the diode 21. In other branches, the processes are similar to those considered taking into account the phase shift of the control signal. It should be noted that the voltage 63 on the drive 32 all the time exceeds the voltage 62 on the drive 2, which provides continuous current through the voltage limiter 15 when the chokes 4, 6, 8 are returned to the power supply. This reduces the amplitude of the current limiter, in contrast to the pulse exchange mode energy and eliminates the influence of the dynamic properties of the limiter on the ongoing processes. In addition, the introduction of the inductor 49 into the protective circuits 23, 24 allows the oscillatory discharge of the capacitor 47 to be realized when the transistor 25 is turned on and thereby eliminates the inrush current through the transistor until the voltage across it drops to the value of the residual voltage.

Таким образом, по сравнению с прототипом предложенное техническое решение позволяет сформировать траекторию переключения силовых транзисторов в область безопасной работы без снижения диапазона регулирования за счет введения дросселей различной индуктивности и снабжения защитной цепи дополнительным дросселем, что приводит к повышению надежности. Предложенная структура усилителей мощности также позволяет повысить надежность вентильного электродвигателя за счет исключения замагничивания трансформаторных блоков развязки и усиления, так как в известных решениях взаимное переключение транзисторов усилителей мощности характеризуется искажениями фронтов напряжения база - эмиттер силового транзистора, что снижает степень рассасывания неосновных носителей при выключении транзисторов. Кроме того, предложенная схема усилителей мощности содержит меньшее число элементов, а снижение амплитуды тока через ограничитель напряжения до среднего значения также сопровождается повышением надежности. Thus, in comparison with the prototype, the proposed technical solution allows to form a trajectory for switching power transistors to the area of safe operation without reducing the regulation range due to the introduction of reactors of various inductances and supplying a protective circuit with an additional inductor, which leads to increased reliability. The proposed structure of power amplifiers also allows to increase the reliability of the valve motor by eliminating the magnetization of transformer isolation and amplification units, since in the known solutions the mutual switching of transistors of power amplifiers is characterized by distortions of the voltage fronts of the base - emitter of the power transistor, which reduces the degree of resorption of minority carriers when the transistors are turned off. In addition, the proposed power amplifier circuit contains a smaller number of elements, and a decrease in the amplitude of the current through the voltage limiter to an average value is also accompanied by an increase in reliability.

По отношению к прототипу предложенное решение исключает режим перевода тока нагрузки из транзистора в обратный диод с дросселем, в котором ток равен нулю, за счет введения дополнительного емкостного накопителя с соответствующими связями с ветвями дросселей и основного емкостного накопителя. Это сопровождается не только повышением надежности, но и значительным снижением энергии, рассеиваемой в защитных цепях. In relation to the prototype, the proposed solution eliminates the mode of transferring the load current from the transistor to the reverse diode with a choke, in which the current is zero due to the introduction of an additional capacitive storage with corresponding connections with the branches of the chokes and the main capacitive storage. This is accompanied not only by increased reliability, but also by a significant reduction in the energy dissipated in the protective circuits.

Расширение диапазона регулирования достигается подключением каждой ветви транзисторного преобразователя частоты к емкостному накопителю через собственную ветвь последовательно соединенных дросселей, а также за счет повышения крутизны фронтов управляющих импульсов с выхода усилителей мощности, форсированного рассасывания при выключении и удержания силовых транзисторов на границе насыщения в течение времени включенного состояния транзистора. Для наглядности на фиг. 4 пунктиром показано напряжение на стойках транзисторного преобразователя частоты в известных решениях. При этом и к нагрузке прикладывалось бы напряжение с коммутационными паузами других ветвей. The expansion of the control range is achieved by connecting each branch of the transistor frequency converter to the capacitive drive through its own branch of series-connected chokes, as well as by increasing the steepness of the fronts of the control pulses from the output of the power amplifiers, forced resorption when the power transistors are turned off and held at the saturation boundary during the on time transistor. For clarity, in FIG. 4 dotted line shows the voltage on the racks of the transistor frequency converter in the known solutions. In this case, a voltage with switching pauses of other branches would also be applied to the load.

Немаловажным является и то, что по сравнению с прототипом транзисторы одной ветви преобразователя частоты соединены непосредственно между собой, а не через дроссели, что позволяет исключить дополнительные соединительные провода и уменьшить индуктивности этих проводов. С одной стороны, это снижает запасы энергии и монтажных соединений и их потери, а с другой стороны, позволяет повысить электромагнитную совместимость, уменьшить конструктивные габариты преобразователя и защитных цепей. (56) 1. Мыцык Г. С. , Шелов А. И. Трехфазный инвертор с улучшенным качеством выходного напряжения методом широтно-импульсной модуляции. Современные задачи преобразовательной техники. Киев: Наукова думка, 1975, вып. 2, с. 170-178. It is also important that, in comparison with the prototype, the transistors of one branch of the frequency converter are connected directly to each other, and not through chokes, which eliminates additional connecting wires and reduces the inductance of these wires. On the one hand, this reduces the energy reserves and mounting connections and their losses, and on the other hand, it allows to increase electromagnetic compatibility, reduce the structural dimensions of the converter and protective circuits. (56) 1. Mytsyk G.S., Shelov A.I. Three-phase inverter with improved output voltage quality by pulse-width modulation. Modern tasks of the conversion technology. Kiev: Naukova Dumka, 1975, no. 2, p. 170-178.

2. Авторское свидетельство СССР N 1272437/07, кл. Н 02 М 7/537, 1980. 2. USSR author's certificate N 1272437/07, cl. H 02 M 7/537, 1980.

3. Авторское свидетельство СССР N 754617, кл. Н 02 М 7/537, 1986. 3. Copyright certificate of the USSR N 754617, cl. H 02 M 7/537, 1986.

4. Авторское свидетельство СССР N 1365272, кл. Н 02 К 9/00, 1985. 4. Copyright certificate of the USSR N 1365272, cl. H 02 K 9/00, 1985.

Claims

1. VENTAL ELECTRIC MOTOR containing a power source with a capacitive storage, three branches of two series-connected reactors, diodes, voltage limiter and electromechanical converter, the armature windings of which are connected to the outputs of the transistor frequency converter, made in the form of three branches, each of which includes two in series connected and shunted by reverse diodes and protective circuits of the transistor, the emitter inputs of the transistor frequency converter are combined and connected the first output of the power source, characterized in that, in order to increase reliability and expand the range of speed control, power amplifiers are introduced, the inputs of which form the inputs of the transistor frequency converter, and the outputs are connected to the control circuits of the transistors, and an additional capacitive drive connected to the first output the power source directly and the collector inputs of the transistor frequency converter through diodes, and to the second output of the power source through the limiter is voltage The collector inputs of the transistor frequency converter are connected to the second output of the power source through branches of two series-connected chokes, one of which is shunted by a reverse diode.

2. The electric motor according to claim 1, characterized in that the control inputs of the transistor frequency converter include information and clock inputs, and each of the power amplifiers is designed as an inverter with a transformer output, the secondary windings of the transformer are connected to the control circuits of the transistors of the frequency converter via a resistive-diode circuit and rectifier bridges, shunted by additional transistors, the control inputs of which through the galvanic isolation node form the information inputs of the transformer nzistornogo frequency converter, the clocking inputs of which are formed by the inverter inputs with a transformer output.

3. The electric motor according to claim 1, characterized in that the protective circuits of the transistor are made of series-connected capacitor and diode, shunted by a chain of series-connected inductor and resistor.