Вентильный электродвигатель

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

«>)661691

".ъ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 0911,76 (21) 2417824/24-07 с присоединением заявки ¹â€” (23) Приоритет

Опубликовано 050579.Бюллетень ¹ 17 (51)М. Кл.2

Н 02 К 29/02

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621. 313. 13. .014.2:621. .382(088 ° 8) Дата опубликования описания 050579 (72) Авторы изобретения

В.М.Пожидаев и В.В.Омельченко (71) Заявитель (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к области электрических машин.

Известны вентильные электродвигатели (ВД),содержащие синхроннув машину, пары расположенных под углом

180эл.град. секций обмотки якоря которого, последовательно соединенные с транзисторами полупроводникового коммутатора, образуют первую и вторуюячейки, причем,как минимум, одна из.об1 щих точек каждой ячейки непосредст-" венно связана с одйим из зажимов питания постоянного тока (1).

Известны также ВД, у которых ячей- 15 ки соединены между собой и источником последовательно или параллельно и которые с целью регулирования и стабилизации скорости вращения снабжены измерителяйи скорости (обратной ЭДС), 20 элементом сравнения и исполнительным органом, в качестве которого используется ключ, стоящий в цепи питания датчика положения ротора (ДПР) или управляемый ДПР (2). 25 ,Недостатком известных ВД с регулировайием скорости являются низкие энергетические показатели, так как частота импульсов управления транзисторами коммутатора отличается З() 1

1 Ф -

2 от естественной частоты коммутатора,. определяемой. сигналами ДПР. :;l

Другие известные ВД, у которых частота управления транзисторами коммутатора равна естественной частоте коммутации, обладая высокими энергетическими показателями (регулирование скорости осуществляется одно- временный сближенйем или удалением друг от друга переднего и заднего фронтов импульсов управления), отличаются большой сложностью электрической схем и1тй конструкции ДПР (2-,4), В системе регулирования скорости используются датчики пульсирующей ЭДС и датчики среднего значения скорости.

Последние существенно усложняют ВД, снижают его надежность, ограничивают воэможность применения.

Известен также ВД с регулированием частоты вращения, содержащий синхронную машину, группы секций обмотки якоря которой, соединенные последовательно с транзисторами КоМмутатора, образуют первую и вторую ячейки, йодключенные к источнику питания и содержащие каждая измеритель мгновенного значения ЭДС, связанные с входом элемента сравнения, 3 6616

" ваМо7(=которого соединен с управляю; щим входом исполнительного органа (5).

Данный ВД является наиболее близ- ., ким к изобретению по технической сущности.

Недостатком известного двигателя является сложность конструкции измерителей мгновенного значения ЭДС, так как каждый измеритель содержит дополнительные секции электрической машины в количестве, равном числу секций обмотки якоря. 10

Целью изобретения является упрощение конструкции.

Поставленная цель достигается тем, что измеритель мгновенного значения ЭДС,каждой ячейки выполнен )5 в виде выпрямителя, подключенного к источнику ЭДС, а выходы измерителей соединены между собой параллельно при последовательном включении ячеек или последовательно при параллельном соединении ячеек и подключены к входу элемента сравнения..

Источник ЭДС одной из ячеек может быть выполнен в виде пассивных секций, размещенных, например, в тех же пазах, что и основные секции, или в виде трансформатора, первичная обмотка которого соединена через вентили с секциями обмотки якоря ячейки и через резисторы — с общей точкой секций. ЗО

На фиг.1 представлена электрическая схема ВД С последовательййм соединением ячеек; на фиг.2 - временные диаграммы напряжений на элементах схемы ВД; на фиг.З - схема ВД 6 с параллельным соединением ячеек; на фиг.4 — временные диаграммы напряжений на .ее элементах; на фиг.5 и 6

ВД с измерителями ЭДС, выполненными в виде трансформаторов, соединенных 40 с выпрямителями.

Вентйльный электродвигатель содержит основные секции 1-4 якорной обмотки электродвигателя, пассивные секции 5,6 якорной обмотки, транэистОры 7-1Ъ полупроводниковаго коммутатора, диоды 11-14 выпрямителей элемент сравнения 15, ключ 16 в цепи питания ДПР, однофазный трансформатор 18, первичную 19 и вторичную 20 обмотки трансформатора

18, .выпрямительный мост 21.

0п - напряжение питания ДПР; U>— напряжение задания (уставки) скорости;- .-Ccc — ЭДС обратной связи на входе элемента сравнения;

ЭДС секций якорной обмотки;1 I,И Н8 1Рф выпрямительные ЭДС секций 1, 2, 5, 6 .

Нара секций 1 и 2, расположенных относительно друг друга под углом

180 эл.град. и транзисторы 7,8 обра- 60 зуют первую ячейку ВД, а пара секций

3,4,также расположенных относительно друг друга под углом 180 гл .град.вмес. те с транзисторами 9 и 10 образуют вт . рую ячейку. Секции 3, 4 смещены в

91 4 пространстве относительно секций

1, 2 на угол 90 эл.град. Обе ячейки соединены между собой и источником питания последовательно. Секции 5 и 6 размещены соответственно в тех же пазах, что и секции 3 и 4. Диоды

11, 12 вместе с секциями 1, 2 обра-. зуют измеритель мгновенной ЭДС первой ячейки. Пассивные секции 5 и 6 с .. диодами 13, 14 образуют измеритель мгновенного значения ЭДС второй ячейки. Выходные зажимы измерителя мгновенного значения ЭДС первой ячейки соединены с одноименными выходными зажимами измерителя мгновенного значения ЭДС второй ячейки. В свою очередь, укаэанные зажимы подключены ко входу элемента сравнения 15, на второй вход которого подается сигнал — напряжение уставКи (задания)

U> Выход элемента сравнения соединен с управляющим входом ключа 16, стоящего в цепи питания ДПР 17, управляющего работой силовых транзисторов 7- 10.

На фиг.2 представлены временные диаграммы для бесконтактного двигателя постоянного тока {БДПТ): а) временная диаграмма включенного состояния транзисторов 7-10 коммутатора при коммутации по сигналам ДПР; б) временная диаграмма ЭДС отдель., ных секций (Й вЂ” I4) и ЭДС двигателя 4 3 4) в) временная диаграмма ЭДС на выходе измерителей мгновенной ЭДС первой и второй ячеек,: (gp I,/Я /,/ (,(ц), а также. результирующая ЭДС 3 (жирная линия), действующая на входе элемента сравнения 15.

При подаче напряжения на БДПТ от источника питания транзисторы 7-10 по сигналам ДПР 17 начинают коммутировать ток в секциях 1-4 якорной обмотки электродвигателя. В результате взаимодействия тока секций с полем индуктора ротор двигателя приходит во вращение. В секциях 1 — 6 наводится ЭДС. Пока максимальное значение ЭДС на выходе измерителей мгно. венной ЭДС меньше напряжения U, т .е . пока В ,êëþ÷ 16 замкнут и осущест- вляется непрерывная подача напряжения Пп на вход ДПР 17, В результате ток в секциях коммутируется транзисторами 7 - 10 по сигналам ДПР в соответствии с временной диаграммой (фиг.

2,а), т.е. каждая секция находится под Йапряжением источника в течение всего интервала коммутации, равного

180 зл.град.

Как только амплитУДа оспРевысит уровень напряжения U (f ) ключ

16 запрется, ДПР 17 отключится от питающего его напряжения U>, и транзисторы 7 — 10 коммутатора перейдут в режим отсечки, отключая секции обмотки от источника. Ключ 16 вновь замкнется и обеспечит подачу напря661691

Формула изобретения. жения источника к секциям, как только мгновенное значение ЭДС (ос, изменяясь, вновь станет меньше U . В результате к секциям 1 — 4 напряжение будет подаваться в течение только части каждого интервала коммутации (фиг.2,б - заштрихованные участки), 5 т.е. будет осуществляться импульсное регулирование скорости вращения. При возрастании скорости вращения выше заданного уровня передний и задний фронты каждого импульса будут сбли- 10 жаться, уменьшая среднее значение напряжения, подводимого к секциям, а прй снижении скорости, наоборот, указанные фронты будут расходиться, приводя к увеличению среднего значения напряжения на секциях.

Таким образом, регулирование (стабилизация) скорости осуществляется с наилучшими энергетическими показателями без какого-либо усложнения или изменения конструкции и схемы 1ДПР.

На фиг.5 представлена схема ВД, обеспечивающая регулирование скорости без использования пассивных секций обмотки якоря. Здесь измеритель мгновенного значения ЭДС второй ячейки образован выпрямителем

21, подсоединенным через однофазный трансформатор 18, вентили 13 и 14, высокоомные резисторы 22, 23 30 к основным секциям 3, 4 ячейки. Работа этой схемы ничем не отличается от работы схемы, изображенной на фиг.1., .Ключ 16 (фиг.1,3,5,6) может находиться не в цепи питания ДПР 17, а в од ной из его выходных цепей, в цепи пи- тания двигателя в каналах усиления силовых транзисторов.

На фиг.3 прив дена схема ВД, ячейки которого включены параллельно ис- 40 точнику питания. По аналогии co схемой ВД, изображенной на фиг.1, измеритель мгновенного значения ЭДС первой ячейки образован диодами 11, 12 и секциями 1,2, а измеритель мгновенного значения ЭДС второй ячейки образован пассивными секциями 5, 6 и диодами 13, 14. Основное отличие состоит лишь в том,,что выходы измери-, телей мгновенного значения ЭДС первой и второй ячеек соединены между собой 5() последовательно, и коммутация секций по сигналам ДПР 17 осуществляется поочередно, На фиг.4 приведены временные диаграммы для ВД по схеме фиг.3: 55 а) диаграмма включенных состояний транзисторов 7 — 10, б) диаграМма ЭДС секций 1 в 4 (8-Р„), в) диаграмма ЭДС обратной связи представляющая собой сумму 6(ЭДС йа выходе измерителей мгновенного значения ЭДС, ячеек.

Заштрихованные участки временной диаграммы (фиг.4,6) показывают, что длительность импульсов напряжения, прикладываемых к секциям якорной обмотки в процессе регулирования (стабилизации) скорости вращения, когда (((1

На фиг.6 представлена схема БДПТ с параллельным соединением ячеек к источнику питания при использовании в качестйе измерителя мгновенного значения ЭДС второй ячейки выпрямитет.я 21, подключенного через Ьднофаэный трансформатор 18, вентили 13, 14 и резисторы 22, 23 к секциям 3,4.

Аналогичным образом могут быть построены ВД с другим количеством секций в ячейках.

Таким обраЗом, ВД обеспечивает импульсное регулирование скорости вращения с высокими энергетическими показателями, имея более простую и надежную конструкцию и более широкие воэможности использования.

1. Вентильный электродвигатель с регулированием скорости вращения, содержащий синхронную машину, две группы секций обмотки якоря которого, расположенные под углом

90 эл.град. и последовательно соединенные с транзисторами коммутатора, образуют первую и вторую ячейки, подключенные к источнику питания и содержащие каждая измеритель мгновенного значения ЭДС, связанные с входом элемента сравнения, выход которого соединен с управляющим входом исполнительного органа, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения конструкции, измеритель мгновенного значения ЭДС каждой ячейки выполнен в виде выпрямителя, подключенного к "йсточййку ЭДС, а выходы иэмеритеЛей соединены между собой параллельно при включении ячеек между собой последовательно или последовательно при соединении ячеек между собой параллельно и подключены к входу элемента сравнения.

2. Электродвигатель по п.1, о т л и ч а ю шийся тем, что источник ЭДС одной из ячеек выполнен в виде пассивных секций, размещенных, например, в тех же пазах, в которых расположены основные секции.

3.Электродвигатель по п.l,о т л и ч а ю шийся тем, что источник

ЭДС одной из ячеек выполнен в виде трансформатора, первичная обмотка которого соединена через вентиль с секциями обмотки якоря ячейки и через резисторы с общей точкой секций.

Источники информации, принят во внимание при экспертизе

1. Овчинников И.Е., Лебедев Н.И.

Бесконтактные двигатели постоянного тока автоматических устройств, М., Наука ., 1966, с.49-55.

2. Авторское свидетельство СССР

9332550, кл. Н 02 К 29/02, 1972.

3. Патент Японии 9 50-15964,..кл. Н 02 Р 5/)1, 1975.

661691.

4. Патент ФРГ Р 1244283, кл. 21 d 39, 1967.

5. Патент ФРГ 9 2152075, кл. Н 02 Р 29/02, 18.05.1976.

661691

Составитель А.Санталов

Техред g,×óæèê Корректор С.Шекмар

Редактор В.Фельдман

Тираж 856 Подписное

ЦЫИИПИ Государственно)го комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж.-35, Рауюская наб., д.4/5

Заказ 2503/59

Фили А ППП Патент, r.Óæãîðîä, ул. Проектная, 4