Универсальный транзисторный регулируемый реверсивный электропривод с коллекторным двигателем
UNIVERSAL TRANSISTOR CONTROLLED REVERSIBLE ELECTRIC DRIVE WITH COMMUTATOR MOTOR

Изобретение относится к универсальным транзисторным регулируемым реверсивным электроприводам с коллекторным двигателем при питании как от однофазной сети переменного напряжения, так и от сети постоянного напряжения и может быть использовано для реверса и плавного регулирования скорости коллекторного двигателя.
Известен электропривод переменного тока с коллекторным двигателем при питании от однофазной сети переменного напряжения, содержащий полупроводниковый мост с четырьмя полупроводниковыми плечами, якорь коллекторного двигателя, обмотку возбуждения и управляющее устройство. Каждое полупроводниковое плечо выполнено на диоде. К первому входу полупроводникового моста подключена фаза питающего напряжения. К второму входу полупроводникового моста подключен первый вход якоря коллекторного двигателя, второй вход которого подключен к первому входу обмотки возбуждения. К третьему и четвертому входам полупроводникового моста подключено управляющее устройство. Между первым и вторым входами полупроводникового моста подключены два тиристора, а их объединенные выходы подключены к третьему входу полупроводникового моста. Второй вход обмотки возбуждения подключен к нулю питающего напряжения. Устройство предназначено для плавной регулировки скорости вращения коллекторного электродвигателя при питании двигателя только от однофазной сети переменного напряжения (патент RU 167195, МПК Н02Р 1/24 (2006.01), Н02Р 1/18 (2006.01)).
Недостатками описанного устройства являются отсутствие возможности осуществления реверса электродвигателя и невозможность питания двигателя от сети постоянного напряжения.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является регулируемый реверсивный электропривод переменного тока с коллекторным двигателем при питании от однофазной сети переменного напряжения, содержащий полупроводниковый мост с четырьмя полупроводниковыми плечами, якорь коллекторного двигателя и обмотку возбуждения. Каждое полупроводниковое плечо выполнено на симисторе. К первому входу полупроводникового моста подключена фаза питающего напряжения. Первый симистор подключен между первым и третьим входами полупроводникового моста. Второй симистор подключен между первым и четвертым входами полупроводникового моста. Третий симистор подключен между третьим и вторым входами полупроводникового моста. Четвертый симистор подключается между четвертым и вторым входами полупроводникового моста. Между третьим и четвертым входами моста подключена обмотка возбуждения. Данное устройство предназначено для плавной регулировки скорости вращения коллекторного электродвигателя и его реверса при питании только от однофазной сети переменного напряжения (патент RU 183973, МПК Н02Р 1/00 (2006.01)).
Недостатком данного устройства является отсутствие возможности работы электропривода на постоянном напряжении с использованием широтно-импульсной модуляции.
Техническая проблема, решение которой обеспечивается при осуществлении изобретения, заключается в создании универсального транзисторного регулируемого реверсивного электропривода с коллекторным двигателем при питании как от однофазной сети переменного напряжения, так и от сети постоянного напряжения с возможностью реверса путем изменения полярности питающего напряжения на якоре коллекторного двигателя.
Решение данной технической проблемы достигается тем, что в универсальном транзисторном регулируемом реверсивном электроприводе с коллекторным двигателем, содержащем полупроводниковый мост с четырьмя полупроводниковыми плечами, якорь коллекторного двигателя и обмотку возбуждения, согласно изобретению каждое полупроводниковое плечо выполнено из двух параллельно подключенных встречно-направленных биполярных транзисторов. При этом эмиттеры первого и третьего транзисторов и коллекторы второго и четвертого транзисторов подключены к первому входу полупроводникового моста. Эмиттеры пятого и седьмого транзисторов и коллекторы шестого и восьмого транзисторов подключены к второму входу полупроводникового моста. Коллекторы первого и пятого транзисторов и эмиттеры второго и шестого транзисторов подключены к третьему входу полупроводникового мост. Коллекторы третьего и седьмого транзисторов и эмиттеры четвертого и восьмого транзисторов подключены к четвертому входу полупроводникового моста. Якорь коллекторного двигателя подключен между третьим и четвертым входами полупроводникового моста. При питании от однофазной сети переменного напряжения к первому входу полупроводникового моста подключена фаза питающего напряжения и к второму входу полупроводникового моста подключен первый вход обмотки возбуждения, второй вход которой подключен к нулю питающего напряжения. При питании от сети постоянного напряжения к первому входу полупроводникового моста подключен плюс питающего напряжения и ко второму входу полупроводникового моста подключен первый вход обмотки возбуждения, второй вход которой подключен к минусу питающего напряжения.
Питание коллекторного двигателя, как от однофазной сети переменного напряжения, так и от сети постоянного напряжения обусловлено изменением алгоритма включения транзисторов.
Реверс коллекторного двигателя осуществляется путем изменения последовательности включения транзисторов, что приводит к изменению полярности подаваемого напряжения, поступающего на якорь коллекторного двигателя. Так при работе двигателя на переменном напряжении работа первого, второго, седьмого и восьмого транзисторов осуществляет вращение двигателя вперед, работа третьего, четвертого, пятого и шестого транзисторов осуществляет вращение двигателя назад. При работе двигателя на постоянном напряжении работа первого и восьмого транзисторов осуществляет вращение двигателя вперед, работа шестого и третьего транзисторов осуществляет вращение двигателя назад.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена силовая модель универсального транзисторного регулируемого реверсивного электропривода с коллекторным двигателем при питании от однофазной сети переменного напряжения, на фиг. 2 представлена силовая модель универсального транзисторного регулируемого реверсивного электропривода с коллекторным двигателем при питании от сети постоянного напряжения.
Кроме того, на чертеже дополнительно изображено следующее:
- Ф - фаза питающего напряжения;
- О - ноль питающего напряжения;
- VT1 - VT8 - транзисторы;
- ОВ - обмотка возбуждения коллекторного двигателя;
- Я - якорь коллекторного двигателя;
- + - плюс постоянного напряжения;
- - - минус постоянного напряжения.
Универсальный транзисторный регулируемый реверсивный электропривод с коллекторным двигателем содержит полупроводниковый мост с четырьмя полупроводниковыми плечами, якорь коллекторного двигателя и обмотку возбуждения. Каждое полупроводниковое плечо моста выполнено из двух параллельно подключенных встречно-направленных биполярных транзисторов.
Эмиттеры первого транзистора 1 (VT1) и третьего транзистора 2 (VT3) и коллекторы второго транзистора 3 (VT2) и четвертого транзистора 4 (VT4) подключены к первому входу 5 полупроводникового моста. Эмиттеры пятого транзистора 6 (VT5) и седьмого транзистора 7 (VT7) и коллекторы шестого транзистора 8 (VT6) и восьмого транзистора 9 (VT8) подключены к второму входу 10 полупроводникового моста. Коллекторы первого транзистора 1 (VT1) и пятого транзистора 6 (VT5) и эмиттеры второго транзистора 2 (VT2) и шестого транзистора 8 (VT6) подключены к третьему входу 11 полупроводникового моста. Коллекторы третьего транзистора 3 (VT3) седьмого транзистора 7 (VT7) и эмиттеры четвертого транзистора 4 (VT4) и восьмого транзистора 9 (VT8) подключены к четвертому входу 12 полупроводникового моста.
Первое полупроводниковое плечо выполнено из двух параллельно подключенных встречно-направленных биполярных первого транзистора 1 (VT1) и второго транзистора 3 (VT2). Второе полупроводниковое плечо выполнено из двух параллельно подключенных встречно-направленных биполярных третьего транзистора 2 (VT3) и четвертого транзистора 4 (VT4). Третье полупроводниковое плечо выполнено из двух параллельно подключенных встречно-направленных биполярных пятого транзистора 6 (VT5) и шестого транзистора 8 (VT6). Четвертое полупроводниковое плечо выполнено из двух параллельно подключенных встречно-направленных биполярных седьмого транзистора 7 (VT7) и восьмого транзистора 9 (VT8).
Якорь 13 (Я) коллекторного двигателя подключен между третьим входом 11 и четвертым входом 12 полупроводникового моста.
При питании от однофазной сети переменного напряжения к первому входу 5 полупроводникового моста подключена фаза (Ф) питающего напряжения и ко второму входу 10 полупроводникового моста подключен первый вход 14 обмотки возбуждения 15 (ОВ), второй вход 16 которой подключен к нулю (О) питающего напряжения (фиг. 1). При питании от сети постоянного напряжения к первому входу 5 полупроводникового моста подключен плюс (+) питающего напряжения и ко второму входу 10 полупроводникового моста подключен первый вход 14 обмотки возбуждения 15 (ОВ), второй вход 16 которой подключен к минусу (-) питающего напряжения (фиг. 2).
К третьему входу 11 полупроводникового моста подключен первый вход 17 якоря 13 (Я) двигателя. К четвертому входу 12 полупроводникового моста подключен второй вход 18 якоря 13 (Я) двигателя.
Работа универсального транзисторного регулируемого реверсивного электропривода с коллекторным двигателем при питании от однофазной сети переменного напряжения происходит следующим образом (фиг. 1).
При вращении двигателя вперед в положительные полуволны открыты транзисторы 1 (VT1) и 9 (VT8). Тогда питание двигателя происходит по следующему контуру: фаза (Ф) питающего напряжения, первый вход 5 полупроводникового моста, эмиттер транзистора 1 (VT1), коллектор транзистора 1 (VT1), третий вход 11 полупроводникового моста, первый вход 17 якоря 13 (Я) коллекторного двигателя, второй вход 18 якоря 13 (Я) коллекторного двигателя, четвертый вход 12 полупроводникового моста, эмиттер транзистора 9 (VT8), коллектор транзистора 9 (VT8), второй вход 10 полупроводникового моста, первый вход 14 обмотки возбуждения 15 (ОВ) двигателя, второй вход 16 обмотки возбуждения 15 (ОВ) двигателя, ноль (О) питающего напряжения. В отрицательные полуволны открыты транзисторы 3 (VT2) и 7 (VT7). Тогда питание двигателя происходит по следующему контуру: ноль (О) питающего напряжения, второй вход 16 обмотки возбуждения 15 (ОВ) двигателя, первый вход 14 обмотки возбуждения 15 (ОВ) двигателя, второй вход 10 полупроводникового моста, эмиттер транзистора 7 (VT7), коллектор транзистора 7 (VT7), четвертый вход 12 полупроводникового моста, второй вход 18 якоря 13 (Я) коллекторного двигателя, первый вход 17 якоря 13 (Я) коллекторного двигателя, третий вход 11 полупроводникового моста, эмиттер транзистора 3 (VT2), коллектор транзистора 3 (VT2), первый вход 5 полупроводникового моста, фаза (Ф) питающего напряжения.
Таким образом, ток в положительную полуволну протекает в обмотке возбуждения 15 (ОВ) от ее первого входа 14 ко второму входу 16, а в якоре 13 (Я) коллекторного двигателя - от его первого 17 входа ко второму входу 18. В отрицательную полуволну ток протекает в обмотке возбуждения 15 (ОВ) от ее второго входа 16 к первому входу 14, а в якоре 13 (Я) коллекторного двигателя - от его второго входа 18 к первому входу 17.
При вращении двигателя назад в положительные полуволны открыты транзисторы 2 (VT3) и 8 (VT6). Тогда питание двигателя происходит по следующему контуру: фаза (Ф) питающего напряжения, первый вход 5 полупроводникового моста, эмиттер транзистора 2 (VT3), коллектор транзистора 2 (VT3), четвертый вход 12 полупроводникового моста, второй вход 18 якоря 13 (Я) коллекторного двигателя, первый вход 17 якоря 13 (Я) коллекторного двигателя, третий вход 11 полупроводникового моста, эмиттер транзистора 8 (VT6), коллектор транзистора 8 (VT6), второй вход 10 полупроводникового моста, первый вход 14 обмотки возбуждения 15 (ОВ) двигателя, второй вход 16 обмотки возбуждения 15 (ОВ) двигателя, ноль (О) питающего напряжения. В отрицательные полуволны открыты транзисторы 6 (VT5) и 4 (VT4). Тогда питание двигателя происходит по следующему контуру: ноль (О) питающего напряжения, второй вход 16 обмотки возбуждения 15 (ОВ) двигателя, первый вход14 обмотки возбуждения 15 (ОВ) двигателя, второй вход 10 моста, эмиттер транзистора 6 (VT5), коллектор транзистора 6 (VT5), третий вход 11 полупроводникового моста, первый вход 17 якоря 13 (Я) коллекторного двигателя, второй вход 18 якоря 13 (Я) коллекторного двигателя, четвертый вход 12 полупроводникового моста, эмиттер транзистора 4 (VT4), коллектор транзистора 4 (VT4), первый вход 5 полупроводникового моста, фаза (Ф) питающего напряжения.
Таким образом, ток в положительную полуволну протекает в обмотке возбуждения 15 (ОВ) от ее первого входа 14 ко второму входу 16, а в якоре 13 (Я) коллекторного двигателя - от его второго входа 18 к первому входу 17. В отрицательную полуволну ток протекает в обмотке возбуждения 15 (ОВ) от его второго входа 16 к первому входу 14, а в якоре 13 (Я) коллекторного двигателя - от его первого входа 17 ко второму входу 18. За счет изменения направления протекания тока в якоре 13 (Я) коллекторного двигателя относительно направления протекания тока в обмотке возбуждения 15 (ОВ) двигателя, по сравнению с вращением двигателя вперед, происходит реверс двигателя.
Изменение скорости вращения двигателя осуществляется фазо-импульсной модуляцией.
Работа универсального транзисторного регулируемого реверсивного электропривода с коллекторным двигателем при питании от сети постоянного напряжения происходит следующим образом (фиг. 2).
При вращении двигателя вперед открыты транзисторы 1 (VT1) и 9 (VT8). Тогда, питание двигателя происходит по следующему контуру: плюс (+) питающего напряжения, первый 5 вход полупроводникового моста, эмиттер транзистора 1 (VT1), коллектор транзистора 1 (VT1), третий вход 11 моста, первый вход 17 якоря 13 (Я) коллекторного двигателя, второй 18 вход якоря 13 (Я) коллекторного двигателя, четвертый вход 12 полупроводникового моста, эмиттер транзистора 9 (VT8), коллектор транзистора 9 (VT8), второй вход 10 полупроводникового моста, первый вход 14 обмотки возбуждения 15 (ОВ) двигателя, второй вход 16 обмотки возбуждения 15 (ОВ) двигателя, минус (-) питающего напряжения.
При вращении двигателя назад открыты транзисторы 2 (VT3) и 8 (VT6). Тогда питание двигателя происходит по следующему контуру: плюс (+) питающего напряжения, первый вход 5 полупроводникового моста, эмиттер транзистора 2 (VT3), коллектор транзистора 2 (VT3), четвертый 12 вход полупроводникового моста, второй вход 18 якоря 13 (Я) коллекторного двигателя, первый вход 17 якоря 13 (Я) коллекторного двигателя, третий вход 11 полупроводникового моста, эмиттер транзистора 8 (VT6), коллектор транзистора 8 (VT6), второй вход 10 полупроводникового моста, первый вход 14 обмотки возбуждения 15 (ОВ) двигателя, второй вход 15 обмотки возбуждения 15 (ОВ) двигателя, минус (-) питающего напряжения.
Таким образом, реверс двигателя осуществляется изменением направления протекания тока в якоре двигателя, без изменения направления тока в обмотке возбуждения двигателя. Изменение скорости вращения двигателя осуществляется широтно-импульсной модуляцией.
Из вышеизложенного видно, что данный универсальный транзисторный регулируемый реверсивный электропривод с коллекторным двигателем может работать как от постоянного, так и от переменного напряжения с возможностью регулирования скорости вращения двигателя путем изменения величины питающего напряжения для переменного питающего напряжения или широтно-импульсной модуляцией для постоянного питающего напряжения. Также предлагаемое изобретение имеет возможность реверса двигателя.