Вентильный двигатель

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОВРИТИНИЯ и@ т е)) ";);,;.;,,-., -,е .,-„,,э,, 1

Союз Советских

Социал истииеских

Реслублик (»)663037

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное K авт. свиЛ-ву— (22) Заявлено 03.03.76 (21) 2329127/24-07 (51) М. Кл.

Н 02 К 29/02 с присоединением заявки №вЂ”

Госудврствеииый комитет

СССР по делам иэооратений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 15.05.79. Бюллетень № 18

Дата опубликования описания 19.05.79 (53) УДК 621.313. .13:014.2.621:

:382 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. Т. Гращенков, Н. И. Лебедев и И. Е. Овчинников (71) Заявитель (54) ВЕНТИЛЬНЫИ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к области электрических машин и электропривода и может быть использовано при создании исполнительных устройств систем автоматизации и управления.

Известны вентильные электродвигатели (ВД) с многофазной обмоткой, подключенной к источнику питания через полупроводниковый коммутатор (инвертор) входы силовых ключей которого связаны с чувствительными элементами датчика положения ротора (ДПР) фотоэлектрического тийа (1,2, 3}, Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является вентильный электродвигатель, который содержит синхронную машину с индуктором

:.и якорем, несущим многосекционную обмотку, мостовой инвертор, выход каждой ветви которого соединен, по крайней мере, с одной секцией обмотки якоря, и фотоэлектрический датчик положения ротора с сигнальными элементами, обладающими разными спектральными характеристиками и механически связанными с индуктором, и чувствительными элементами, механически связанные с якорем, спектральные характеристики которых соответствуют спектральным характеристикам сигнальных элементов, чувствительные элементы, обладающие одинаковыми спектральными характеристиками, соеди.нены с управляющими цепями ключей одной из групп инвертора, а число чувстви5 тельных элементов кратно числу ветвей инвертора.

Недостатком этого двигателя является сложность его конструкции, низкая надежность вследствие необходимости подведения энергии в ротор через контактные кольца, или вращающийся трансформатор с последующим выпрямлением напряжения, невозможность унификации серий двигателей, с различными системами возбуждения из-за выполнения коммутатора в виде единого кон1 структивного блока.

Целью изобретения является упрощение, унификация и повышение надежности двигателя.

Цель достигается тем, что чувствительные элементы и ключи инвертора выполнены й0 в виде идентичных переключающих блоков, число которых равно числу ветвей инвертора, каждый блок содержит ключи одной ветви, соединенные с их управляющими цепями чувствительные элементы и источник поли663037 юо

1S

20 хроматического излучения, а сигнальные элементы выполнены в виде двух смещенных по окружности зеркал на пару полюсов синхронной машины.

Каждый переключающий блок может быть выполнен в виде сегмента полого цилиндра, две противоположные поверхности которого выполнены токопроводящими и соединены между собой токопроводящими пластинами.

На фиг. показан пример конструкции двигателя; на фиг. 2 — схема соединений двигателя и одного из простейших вариантов унифицированного переключающего блока; на фиг. 3 — пример структурной схемы управляемого переключающего блока с двумя комплектами чувствительных элементов; на фиг. 4 — пример структурной схемы управляемого переключающего блока с одним комплектом чувствительных элементов; на фиг. 5 и 6 — примеры конструкции унифицированных переключающих блоков.

Унифицированные блоки 1 — 9 (фиг. 1 и 2) закреплены между звездообразными токоведущими шайбами 10 и 11 (на фиг. 1 для наглядности элементы двигателя разнесены).

Для уменьшения влияния теплового потока от обмотки на полупроводниковые элементы между обмоткой 12 и шайбой 11 установлена теплоизолирующая, например, асбес- товая прокладка 13. Выводы обмотки подпаяны к «петушкам» 14 переключающих блоков.

На валу или на специальной втулке ротора 15 нанесены сигнальные элементы в виде двух зеркальных монохроматических секторов (на пару полюсов), угловой размер которых несколько больше интервала коммутации ключа коммутатора. Один из секторов 16 имеет максимум отражения в зоне

А солнечного спектра (например зеленый) другой 17 — в зоне В (например красный).

На поверхности каждого переключающего блока, обращенной к ротору, размещены или выполнены методами интегральной техноло- 4 гии источники полихроматического излучения 18, в качестве которых, например могут быть использованы два перехода светодиодов или инжекционных лазеров, излучающие в различных зонах спектра. На этой же поверхности размещены фоточувствительные элементы 19 и 20, воспринимающие световой поток, отраженный зеркальными секторами.

При этом максимум спектральной чувствительности элемента 19 лежит в зоне А, а максимум элемента 20 — в зоне В. С целью увеличения помехоза щищенности воспринимающие поверхности чувствительных элементов могут быть защищены монохроматическими светофильтрами.

Реверсивный переключающий блок 21 (фиг. 3) содержит четыре чувствительных элемента, причем элементы 22 и 23 имеют максимум чувствительности в зоне А, а элеф менты 24 и 25 — в зоне В. Силовые ключи

26 и 27 соединены с выходами чувствительных элементов через формирователи фронтов 28 и 29, что позволяет снизить динамические потери и повысить КПД, уменьшить нагрев и увеличить надежность блока и двигателя в целом. Кроме формирователей и силовых ключей блок 21 содержит также реле реверса 30 и прерыватель питания 31 источников излучения 32. Вход 33 реле реверса 30 соединен с цепью управления реверсом, а вход 34 прерывателя 31 — с цепью импульсного управления скоростью. Точки 35 и 36 соединены с токоподводящими торцовыми пластинами, а к точке 37 подключен один из выводов обмотки двигателя.

Модифицированный вариант реверсивного переключающего блока 38 (фиг. 4) содержит источник излучения 39, возбуждающие чувствительные элементы 40 и 41, имеющие различные спектральные характеристики. Выходы элементов 40 и 41 через формирователи фронтов 42 и 43, подключены ко входам реле реверса 44, управляющий вход которого 45 соединен с цепью управления реверсом. Выходы реле реверса соединены со входами силовых ключей 46 и

47. Цепь питания 48 каскадов получения информации о положении ротора и предварительного усиления соединена с цепью импульсного управления скоростью. Выходы ключей 46 и 47 соединены с зажимами источника питания 49 и 50, а средняя точка

5I с одним из выводов обмотки двигателя.

В конструкции (фиг. 5) управляемый переключающий блок 52 выполнен в виде сегмента полого цилиндра. На поверхности, обращенной к ротору, размещены фоточувствительные элементы и источник излучения

53. Торцовые поверхности блока представляют собой токоподводящие пластины 54 и

55, посредством которых блок подключается к источнику питания. Для подключения цепей управления и вывода обмотки из блока через изолирующие бобышки 56 выведены три токоподвода 57.

Переключающий блок 58 (фиг. 6) выполнен в корпусе из изоляционного материала и имеет форму параллелепипеда. На одной из его граней размещены чувствительные элементы и источник излучения 59, а все выводы 60 выполнены в виде полужестких проводников.

При подсоединении двигателя к сети питания включаются источники излучения всех блоков коммутатора. Если ротор находится в положении, показанном на фиг. 1, то свет,. излучаемый источником 18 блока 4 попадает на сектор 16. При этом сектор отражает излучение в зоне А и поглощает его в зоне В. Таким образом, отраженное излучение возбуждает, лишь чувствительный элемент 19 (фиг. 2), что приводит к отпиранию нижнего транзистора силовой ветви блока 4.

663037

В тот же момент в блоке 8 возбуждается верхний транзистор стойки, т. к. блоки

4 и 8 идентичны.

Таким образом, обмотка оказывается подключенной к сети. При повороте ротора на

180 эл. град., у блока 4 оказывается сектор

17, отражающий излучение в зоне В, которое возбуждает чувствительный элемент 20.

В блоке 4 включается верхний ключ. Аналогично в блоке 8 включается нижний ключ.

Полярность напряжения, приложенного к обмотке, изменилась на противоположное.

Таким образом, угол между векторами поля возбуждения и н.с. обмотки остается неизменным, т. е.. остается неизменным знак электромагнитного момента, что обеспечивает вращение двигателя.

В первом варианте каждый блок (фиг. 3) реверсивного двигателя имеет два комплекта разнотипных чувствительных элементов.

При отсутствии сигнала на входе 33 реле реверса 30 запитаны, например, чувствительные элементы 22 и 24. В этом случае ключ

26 управляется сектором 16, а ключ 27— сектором 17. При подаче сигнала реверса напряжение с элементов 22 и 24 снимается и подается на элементы 23 и 25. Ключ 26 управляется уже сектором- 17, а ключ 27 сектором 16, т. е. двигатель реверсируется.

При прерывании, с помощью прерывателя 31, цепи питания источника излучения

32, управляющие сигналы отсутствуют на всех ключах коммутатора и двигатель останавливается.

В модифицированном варианте (фиг. 4) в каждом блоке имеется лишь один комплект чувствительных элеменТов 40 и 41. При отсутствии сигнала на входе реле реверса 44 элемент 40 через формирователь 42 управляет ключом 46, а элемент 4! через формирователь 43 — ключом 47. При поступлении на клемму 45 сигнала реверса реле 44 подключает выход формирователя 42 ко входу ключа 47, а выход формирователя

43 ко входу ключа 46, чем обеспечивается реверс двигателя.

Предложение позволяет полностью унифицировать коммутирующие устройства ВД.

При создании серии переключающих блоков различной установленной мощности и габаритов, определяемых потерями в них, появляется возможность проектировать как отдельные типы, так и серии двигателей, полностью удовлетворяющих практически лю6 бым требованиям, предъявляемым к ним по электромеханическим характеристикам, габаритам и надежности.

Формула изобретения

1. Вентильный электродвигатель, содержащий синхронную машину с индуктором и якорем, несущим многосекционную обмотку, мостовой инвертор, выход каждой ветви которого соединен, по крайней мере, с одной секцией обмотки якоря и фотоэлектрический датчик положения ротора с сигнальными элементами, обладающими разными спектральными характеристиками и механически связанными с индуктором, и чувствительными элементами, механически связанные с якорем, спектральные характеристики которых соответствуют спектральным характеристикам сигнальных элементов, чувствительные элементы, обладающие одинаковыми спектральными характеристиками, соед,инены с управляющими цепями ключей одной из групп инвертора, а число чувствительных элементов кратно числу ветвей инвертора, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности двигателя, чувствительные элементы и ключи инвертора выполнены в виде идентичных переключающих блоков, число которых равно числу ветвей инвертора, каждый блок содержит ключи одзо ной ветви, соединенные с их управляющими цепями чувствительные элементы и источник полихроматического излучения, а сигнальные элементы выполнены в виде двух смещенных по окружности зеркал на пару полюсов синхронной машины. зю 2. Вентильный электродвигатель по и. 1, отличающийся тем, что каждый переключающий блок выполнен в виде сегмента полого цилиндра, две противоположные поверхности которого выполнены токопроводящими и соединены между собой токопроводящими пластинами.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США № 3531702, кл. 318 †1, 1970.

2. Патент Великобритании № 1269304, кл. Н 2 А, 1972.

3. Патент Франции № 2622882, кл. Н 02 К 29/02, 1975.

663037

1Ьг. 2

Фиг.5

Составитель А. Санталов

Редактор Л, Баглай Техред О. Луговая::- .Корректор О. Билак

Заказ 2722 56 Тираж 856 Подписное

ЦН И И П И Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, )К вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4