Вентильный электродвигатель
Изобретение относится к области электротехники, а именно к вентильным электродвигателям. Технический результат изобретения, заключающийся в упрощении схемы и конструкции электродвигателя, достигается путем того, что в вентильном электродвигателе, содержащем пассивный явнополюсный ротор с m полюсами, статор с 2n полюсами, несущими сосредоточенную на полюсах n-фазную обмотку, секции которой соединены с выходом n-фазного инвертора, выполненного на транзисторах в виде n-параллельно соединенных ячеек, фазные обмотки которых расположены на полюсах статора, инвертор выполнен с уменьшенным вдвое количеством транзисторов, каждый полюс статора дополнительно снабжен базовой обмоткой, а базовые обмотки, подключенные к базе транзистора каждой фазы, расположены на разных полюсах статора собственной и предыдущей по порядку чередования фаз и соединены встречно-последовательно. 4 ил.
Изобретение относится к электротехнике, в частности к вентильным электродвигателям, используемым в регулируемом электроприводе.
Известен вентильно-индукторный двигатель (ВИД) [Осташевский Н.А., Ковган А.Н. Вентильно-индукторный привод как перспективный вид регулируемого электропривода. //Електротехнiка и Електромеханiка-2002. №1. С.52-56], содержащий исполнительный двигатель (ИД), полупроводниковый преобразователь (ПП), управление преобразователем осуществляется системой управления (СУ) при помощи датчиков положения ротора (ДПР). Питание системы осуществляется от сети постоянного тока через выпрямитель (В). ИД представляет собой индукторную машину с пассивным ротором и сосредоточенными обмотками фаз на полюсах статора. На фиг.1 представлена структурная схема двигателя.
Основными недостатками данных двигателей является наличие ДПР, значительно усложняющего и удорожающего конструкцию двигателя, и сложность реализации системы управления коммутацией при применении бездатчикового управления.
Известен вентильный двигатель [Авторское свидетельство СССР №819893, М.кл3 Н 02 К 29/02, опубл. 07.04.81, БИ №13], у которого обмотки статора являются одновременно рабочими элементами ИД и ПП, представляющий собой электрическую машину, в которой двухфазный ПП совмещен с обмотками статора двухфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. На обмотках каждой из фаз собран генератор Ройера, а управление силовыми транзисторами осуществляется базовыми обмотками, расположенными на полюсах статора.
Недостатком двигателя является наличие большого числа силовых транзисторов на конденсаторов на фазу, цепи синхронизации, а также сложность конструкции самой электрической машины.
Наиболее близким заявленному является ВИД [Ильинский Н.Ф., Бычков М.Г. Вентильно-индукторный привод для легких электрических транспортных средств//Электротехника. 2000. №2. С.28-31], состоящий из ИД индукторного типа, коммутатора - ПП и развитого микропроцессорного блока управления - СУ. Исключение ДПР здесь осуществлено за счет специального управления коммутацией, когда текущая информация о значении токов используется для определения углов коммутации в любом режиме работы. Данный способ управления может быть реализован на базе микропроцессора.
Недостатком данного двигателя является наличие двойного числа транзисторов на фазу и сложность системы управления коммутацией. Здесь управление коммутацией основано на применении специально организованного "наблюдателя" в системе с релейным регулятором тока и ШИМ-генератором, ограничивающим частоту переключения силовых ключей инвертора. Кроме того, данный способ управления имеет дополнительные трудности реализации в приводах малой мощности, где необходимо принимать во внимание изменение удельного сопротивления обмоток при изменении температуры.
Задачей изобретения является упрощение схемы и конструкции двигателя.
Задача решается разработкой вентильного электродвигателя, содержащего пассивный явнополюсный ротор с m полюсами, статор с 2n полюсами, несущими сосредоточенную на полюсах n-фазную обмотку, секции которой соединены с выходом n-фазного инвертора, выполненного на транзисторах в виде n-параллельно соединенных ячеек, фазные обмотки которых расположены на полюсах статора. Причем инвертор выполнен с уменьшенным вдвое количеством транзисторов, каждый полюс статора дополнительно снабжен базовой обмоткой, а базовые обмотки, подключенные к базе транзистора каждой фазы, расположены на разных полюсах статора собственной и предыдущей обмоток по порядку чередования фаз и соединены встречно-последовательно.
На фиг.2 приведена принципиальная схема расположения фазных и базовых обмоток предлагаемого двигателя на основе трехфазной машины.
На фиг.3 приведена электрическая схема подключения фазных и базовых обмоток предлагаемого двигателя на основе трехфазной машины.
На фиг.4 приведены основные осцилограммы токов и напряжений на фазных и базовых обмотках.
Устройство содержит трехфазную машину переменного тока индукторного типа, включающую в себя явнополюсный ротор 1 и первичную трехфазную обмотку с секциями 2, 3, 4, состоящими соответственно из полуобмоток 2’, 2’’, 3’, 3’’, 4, 4’’, расположенную на полюсах статора, совместно с базовыми обмотками 5-10. Трехфазная обмотка электрической машины питается от источника постоянного напряжения через трехфазный инвертор, каждая фаза которого представляет собой однокаскадный генератор с магнитными связями и содержит одинаковые элементы. В качестве управляемых ключей в схеме используются транзисторы. Каждая фаза подключена одним концом к коллектору транзисторов 11, 12, 13, а другие концы фаз соединены с положительной точкой источника питания. Для устранения возможного пробоя транзиторов при их запирании, каждая из фазных обмоток шунтируется диодами 14, 15 и 16, включенными обратно по отношению к питающему напряжению схемы U.
Рассмотрим работу схемы с момента пуска. При подключении питания, в связи с разбросом параметров транзисторов допустим, что положительное напряжение U открывает транзистор 11 по его базовой цепи и этим начинается первая треть периода работы инвертора. Вследствие увеличения протекающего по первичной обмотке 2 тока в базовых обмотках 5-10 наводятся ЭДС (Е). Причем E5=E8, а Е6=Е7=Е9=Е10=0,3 Е5. Включение встречно-последовательно собственной и предыдущей по порядку чередования фазы базовых обмоток обусловлено тем, что суммарная ЭДС базовых обмоток открывает транзистор 11 и закрывает транзисторы 12 и 13. При увеличении тока в коллекторной цепи транзистора 11 рабочая точка перемещается по выходной характеристике и переходит из активной зоны в область насыщения. Прекращается увеличение тока коллектора, поэтому ЭДС в базовых обмотках становится равной нулю. Транзистор 11 закрывается. Ток коллектора протекает по замкнутой цепи: обмотка 2 - диод 14. Ток коллектора уменьшается, что приводит к возникновению противоположных по знаку ЭДС в базовых обмотках. Транзистор 12 открывается, и этим начинается вторая треть периода работы инвертора. Далее работа фаз В и С инвертора происходит аналогично фазе А. Периодическое подключение фазных обмоток 2, 3, 4 к источнику питания приводит за счет магнитного притяжения к смещению соответствующих полюсов явнополюсного ротора в направлении ближайших возбужденных полюсов статора. В результате возникает непрерывное вращение.
Рассматривая заявленное устройство в сравнении с аналогами и прототипом, можно сделать вывод о том, что заявленный вентильный электродвигатель имеет упрощенную схему управления за счет того, что новая совокупность признаков позволяет исключить систему “наблюдатель”, релейный регулятор и ШИМ-генератор, уменьшить вдвое количество силовых транзисторов, обладает высокой технологичностью и дешевизной при его практической реализации.
Формула изобретения
Вентильный электродвигатель, содержащий пассивный явнополюсный ротор с m полюсами, статор с 2n полюсами, несущими сосредоточенную на полюсах n-фазную обмотку, секции которой соединены с выходом n-фазного инвертора, выполненного на транзисторах в виде n параллельно соединенных ячеек, фазные обмотки которых расположены на полюсах статора, отличающийся тем, что инвертор выполнен с уменьшенным вдвое количеством транзисторов, каждый полюс статора дополнительно снабжен базовой обмоткой, а базовые обмотки, подключенные к базе транзистора каждой фазы, расположены на разных полюсах статора собственной и предыдущей по порядку чередования фаз и соединены встречно-последовательно.
РИСУНКИРисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4
