Электродвигатель с переменной скоростью вращения

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования скорости вращения электродвигателей. Техническим результатом является уменьшение помех и ограничение размеров устройства регулирования. Электродвигатель с переменной скоростью вращения содержит статор, с которым соединена по меньшей мере одна катушка магнитного возбуждения, и ротор, на котором сформированы по меньшей мере два магнитных полюса противоположной полярности. Указанная катушка предназначена для формирования на указанном статоре по меньшей мере двух магнитоиндукционных полюсов противоположной полярности. Кроме того, двигатель содержит регулирующее устройство, предназначенное для регулировки скорости вращения ротора и включающее противопомеховый фильтр. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Настоящее изобретение относится к электродвигателю, снабженному устройством для регулировки скорости вращения. В частности, настоящее изобретение относится к электродвигателю, имеющему устройство для регулировки скорости вращения, соединенное с индукционной катушкой самого двигателя.

Известно, что регулировку скорости вращения электродвигателей и мощности переменного напряжения обычно производят с использованием двух основных систем.

Первая система предусматривает прерывание синусоидального переменного тока, подаваемого в индукционные катушки двигателя, с использованием симисторных или тринисторных переключающих элементов, где длительностью открытого состояния управляют, разрешая прохождение только части синусоиды. Хотя эта система эффективна, когда необходима непрерывность управления, она вносит значительную по величине гармонику вследствие резкого прерывания тока.

Вторая известная система, обычно называемая "чоппером" (импульсным прерывателем), осуществляет регулировку путем преобразования отрицательной полуволны переменного тока, подаваемого в индукционную катушку двигателя, в положительную. Указанная полуволна при этом "рассекается" или "прерывается" с помощью высокочастотного сигнала переключения, например, с частотой приблизительно 20 кГц, и подается в двигатель, которым необходимо управлять (управление происходит, например, с использованием МОП-транзистора или биполярного транзистора с изолированным затвором). Регулируя коэффициент заполнения импульсной последовательности, управляют током в индукционной катушке и, следовательно, также скоростью вращения двигателя.

Несмотря на то, что вторая система создает меньше гармонических искажений, чем первая система, и позволяет уменьшить потери в обмотках, в ней необходимо применение фильтра для подавления ультразвуковой частоты переключения. Фактически, для обеспечения соответствия современным нормам и стандартам все переключающие цепи должны содержать противопомеховые фильтры. В первой системе противопомеховый фильтр также необходим для ограничения вышеупомянутой гармоники, обусловленной наличием симисторного переключателя, в токе, подаваемом в индукционные катушки двигателя. Известно, что для этой цели между системой регулировки любого из двух типов и электродвигателем последовательно включают индуктивность, состоящую из медной обмотки, намотанной на ферритовый сердечник. Кроме того, параллельно переключающему устройству включают RC-схему (резистор-конденсатор). Использование указанной индуктивности противопомехового фильтра требует пространства значительных размеров для размещения ферритового сердечника. К тому же эффективность индуктивности пропорциональна импедансу, создаваемому для переменного тока, и поэтому пропорциональна указанным размерам. В частности, чем больше габариты индуктивности, тем выше эффективность противопомехового фильтра.

Цель изобретения состояла в уменьшении помех, создаваемых устройствами регулировки скорости вращения двигателя, простым и экономичным способом, при ограничении размеров такого устройства, располагаемого внутри самого двигателя. Для достижения указанной цели был создан двигатель, снабженный устройством для регулировки скорости вращения двигателя, в котором часть по меньшей мере одной индукционной катушки двигателя используется в качестве индуктивности противопомехового фильтра для ограничения помех, обусловленных переключением регулирующего устройства. В частности, указанная индукционная катушка двигателя может быть разделена на две последовательные части, предпочтительно одинаковые, а регулирующее устройство может быть включено между этими двумя частями.

Один из аспектов настоящего изобретения касается двигателя с переменной скоростью вращения, содержащего статор, связанный по меньшей мере с одной катушкой магнитного возбуждения, и ротор, на котором сформированы по меньшей мере два магнитных полюса противоположной полярности, причем указанная по меньшей мере одна катушка выполнена так, чтобы сформировать на указанном статоре по меньшей мере два магнитоиндукционных полюса противоположной полярности. Регулирующее устройство для регулировки скорости вращения ротора содержит противопомеховый фильтр, который включает в себя по меньшей мере часть указанной магнитоиндукционной катушки.

Характеристики и преимущества конструкции, выполненной согласно настоящему изобретению, станут понятнее из последующего описания, в котором приведены примеры одного из вариантов выполнения изобретения, которым оно не ограничивается, со ссылками на сопровождающие чертежи, где:

на фиг.1 схематично представлен электродвигатель, выполненный согласно настоящему изобретению, в целом;

на фиг.2 схематично представлено регулирующее устройство, установленное в электродвигателе, выполненном согласно настоящему изобретению;

на фиг.3 представлена возможная электрическая схема регулирующего устройства согласно настоящему изобретению.

Как показано на чертежах, согласно предпочтительному варианту выполнения изобретения двигатель содержит статор 2, снабженный по меньшей мере одной магнитоиндукционной катушкой 3а и 3b, и ротор 4.

Указанная по меньшей мере одна индукционная катушка предназначена для создания на указанном статоре по меньшей мере двух магнитных полюсов противоположной полярности. Указанный ротор также имеет по меньшей мере два магнитных полюса противоположной полярности. Указанные полюсы ротора могут быть созданы одним из способов, применяемых в данной области техники, например, с использованием по меньшей мере одного постоянного магнита, прикрепленного к указанному ротору, или с использованием по меньшей мере одной катушки, возбуждаемой электрическим током, который подается в ротор через скользящие контакты, например, с помощью щеток или с использованием витков самоиндукции, что типично для асинхронных двигателей.

Указанный двигатель содержит устройство 5 для регулировки скорости вращения, соединенное с указанной по меньшей мере одной индукционной катушкой.

На фиг.2 поясняется вариант выполнения настоящего изобретения, в котором регулирующее устройство 5 соединено с индукционной катушкой двигателя, питание которой осуществляется переменным током, подаваемым на клеммы 6 и 7. Согласно настоящему изобретению указанная катушка разделена на первую часть 3a и вторую часть 3b, соединяемые последовательно. Предпочтительно, чтобы эти первая и вторая части были идентичны.

Регулирующее устройство 5 включено последовательно между первой частью 3а и второй частью 3b, так что через него течет такой же ток I.

Таким образом, регулирующее устройство 5 как с одной, так и с другой стороны защищено по меньшей мере одной частью индукционной катушки 3а и 3b, которые действуют как индуктивности противопомехового фильтра, предназначенные для значительного ограничения помех, создаваемых в процессе переключения, и для уменьшения механических вибраций, связанных с внезапными выбросами вращающего момента в двигателях, в отношении скорости вращения, источников шума и нежелательных резонансов.

Следовательно, согласно настоящему изобретению, по меньшей мере одна часть индукционной катушки заменяет собой индуктивность фильтра, выполненного в виде обмотки на ферритовом стержне, который в настоящее время используется в данной области техники.

На фиг.3 показана электрическая схема регулирующего устройства согласно настоящему изобретению, которая включает управляющую схему 51, формирующую управляющий сигнал для указанных индукционных катушек и включенную параллельно противопомеховому фильтру 52.

Указанная управляющая схема имеет известную конструкцию и содержит симистор Т1 и двунаправленный диодный тиристор D1, блок 511 переменного сопротивления (резистор R2 и включенные параллельно друг другу потенциометры Р1 и Р2) и RC-блок 521 (резистор R3 и конденсатор С2).

RC-блок 521 и блок 511 переменного сопротивления определяют время отпирания симистора Т1, когда после интервала времени, зависящего от постоянной времени заряда конденсатора С2, оказывается превышенным напряжение включения диодного тиристора D1.

Электрическая мощность, которая проходит через симистор и подается в индукционные катушки, определяет скорость вращения двигателя. Эта мощность увеличивается с уменьшением постоянной времени заряда конденсатора С2. Поэтому при изменении постоянной времени заряда этого конденсатора скорость вращения двигателя также изменяется. Для изменения указанной постоянной времени предназначены потенциометры Р1 и Р2.

Противопомеховый фильтр 52 состоит из RC-схемы (резистор R1 и конденсатор С1, соединенные последовательно). Согласно настоящему изобретению противопомеховый фильтр включает также часть индукционной катушки 3a и/или 3b. Известно, что индуктивность L для переменного тока представляет импеданс Z=2nπfL, где f - частота переменного тока. Поэтому на высокой частоте индукционная катушка имеет высокий импеданс. RC-схема ведет себя противоположным образом, поскольку на высокой частоте конденсатор ведет себя как короткозамкнутая цепь.

Управляющая схема вносит высокочастотные гармоники вследствие переключений симистора, что создает токи, значительно влияющие на правильную работу двигателя. Двигатель, в котором, помимо прочего, имеется рассматриваемая фильтрующая система, блокирует эти токи, в противном случае поступающие в источник питания. Было обнаружено, что эта фильтрующая система дополнительно способствует уменьшению шума пульсаций механического вращающего момента, а также снижает электромагнитные помехи в асинхронных двигателях с обмотками со сдвигом фаз, поскольку регулировку можно проводить только для одной части.

Хотя данный вариант выполнения изобретения относится к управляющей схеме с запиранием фазы, аналогичные соображения касаются управляющих схем, в которых используются "чопперные" системы. Фактически, высокая частота сигнала переключения в "чопперной" управляющей схеме требует использования противопомехового фильтра, подобного описанному в настоящем изобретении.

Кроме того, размещение регулирующего устройства между двумя частями индукционной катушки обеспечивает наличие двух фильтрующих катушек: одной - до управляющей схемы, а другой - после нее, что повышает суммарный импеданс для высокочастотных токов помех.

Настоящее изобретение позволяет исключить традиционную индуктивность фильтра, что обеспечивает значительное уменьшение стоимости и объема ручных операций при изготовлении двигателя, а также сокращение пространства, занимаемого печатной платой, и позволяет использовать переключающие элементы (такие как симистор, тринистор, транзистор, МОП-транзистор или транзистор с изолированным затвором) меньшей мощности, поскольку они включаются внутри электрического соединения последовательно с обмотками двигателя и работают при более низком напряжении, нежели напряжение источника питания.

Кроме того, поскольку традиционная индуктивность фильтра представляет собой компонент, который занимает большую часть пространства в устройстве для регулировки скорости, ее исключение приводит к созданию намного более компактных и малогабаритных двигателей по сравнению с двигателями, в которых индуктивность фильтра намотана на ферритовом сердечнике.

1. Электродвигатель с переменной скоростью вращения, содержащий статор (2), соединенный по меньшей мере с одной индукционной катушкой, ротор, на котором сформированы по меньшей мере два магнитных полюса противоположной полярности, причем указанная по меньшей мере одна индукционная катушка выполнена так, чтобы сформировать на указанном статоре по меньшей мере два магнитоиндукционных полюса противоположной полярности, противопомеховый фильтр и регулирующее устройство для регулирования скорости вращения указанного ротора, которое соединено с индукционной катушкой и включает управляющую схему, формирующую управляющий сигнал для указанной индукционной катушки и включенную параллельно противопомеховому фильтру, который включает по меньшей мере часть указанной индукционной катушки.

2. Электродвигатель по п.1, в котором индукционная катушка разделена на первую часть (3а) и вторую часть (3b), соединенные последовательно, а указанное регулирующее устройство (5) включено между указанной первой частью и указанной второй частью.

3. Электродвигатель по п.2, в котором указанные первая и вторая части идентичны.

4. Электродвигатель по п.1, в котором указанный противопомеховый фильтр (52) включает RC-схему.

5. Электродвигатель по п.1, в котором указанное регулирующее устройство включает управляющую схему с запиранием фазы.

6. Электродвигатель по п.1, в котором указанное регулирующее устройство включает "чопперную" управляющую схему.