Вентильный электродвигатель

 

В.М. Пожидаев, В.В, Омельченко, P.Н. Ковалев, В.A. Прозоров, В.В. Путников и В.Б. Уваров (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) BEHTHJIbHbIA ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

Известен вентильный электродвигатель, содержащий синхронную электри- 5 ческую машину с якорем, имеющим обмотку с 7п секциями, секции каждой из и пар которой подключены к источнику постоянного тока в противофазе, а пары секций — с фазовым сдвигом lO между собой в (180/n) - .(1) и (2) .

Недостатком этого электродвигателя является большая амплитуда пульсаций электромагнитного момента вентильного двигателя, так как число )5 секций в обмотке якоря электрической машины таких двигателей обычно мало (чаще всего 4) . Пульсации момента приводят к неравномерности вращения ротора, т.е. — к колебаниям скорости, 2() особенно значительным при малой инерционности нагрузки.

Наиболее близок к предлагаемому

1 по технической сущности,и достигаемому результату вентильный электро- 25 двигатель, содержащий ротор, статор, обмотка якоря которого, подсоединенная через коммутатор к источнику постоянного тока, состоит из п пар секций, причем секции в каждой паре 30

Изобретение относится к электро,технике.

2, сдвинуты относительно друг друга на

I180 а пары — относительно друг друга на (180/n), и дополнительный ис- точник, имеющий и элементов (обмоток) с переменной ЭДС, частота которой в ,2 раза больше частоты коммутации тока в-каждой секции двигателя, элементы дополнительного источника по отдельности включены последовательно с парами секций так, что амплитуда

ЭДС элемента находится в противофазе с амплитудой ЭДС секций,, находящейся, под напряжением источника постоянного тока (2) .

Однако и у него компенсация пульсаций вращающего момента осуществляется не во всех режимах работы, в частности.в режимах, близких к режи> му холостого хода и режимах, близких . короткому замыканию.

Цель изобретения — снижение пульсаций вращающегося момента.

Поставленная цель достигается тем, что двигатель снабжен дополнитель: но измерителем скорости вращения и регулятором величины ЭДС дополнительного источника, причем вход регуля- . тора соединен с выходом, датчика ско1 ости вращения, а сам регулятор выолнен в виде преобразователя элект738060 рического сигнала, пропорционального, скорости вращения, в электрический сигнал, обратно пропорциональный скорости.

На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2-11 — кривые, поясняющие его работу.

Устройство содержит пары 1,2 и

3 ° 4 секций якорной обмотки синхронной машины, транзисторы 5-8,подключающие секции к источнику питания, источники 9, 10 дополнительных ЭДС удвоенной частоты, регулятор 11, измеритель 12 среднего значения скорости, источник 13 постоянного тока

Вентильный электродвигатель работает следующим образом.

Секции в парах 1, 2 и 3, 4 подключаются к источнику постоянного тока

13 в противофазе, т.е. если одна из секций каждой пары подключена к источнику, то другая секция пары отключена от него и наоборот. В свою очередь подключение к источнику 13 секций разных пар осуществляется со сдвигом в 90 . 1 оследовательно с парой секций 1, 2 введен дополнительный источник 9, а с парой секций 3, 4 — источник 10.

При работе электродвигателя, ро- . тором электрической машины которого является постоянный магнит, в секциях индуктируется переменная ЭДС, частота которой определяется частотой вращения ротора. Форма этой ЭДС может быть синусоидальной или треугольной. Форма дополнительной ЭДС удвоенной частОты, вводимой в цепи обмотки электрической машины, также .может быть синусоидальной или треугольной.

Для оценки влияния дополнительной

ЭДС удвоенной частоты на свойства двигателя пользуются аналитическими выражениями для его электромагнитного момента при отсутствии и при наличии укаэанной ЭДС.

Пример 1. ЭДС удвоенной частоты отсутствует.

Мгновенное значение электромагнит ного момента m электродвигателя выражают отношением

m = )) - г

P (1) где Р „ - мгновенное значение электромагнитной:мощности, и — среднее значение угловой скорости ротора.

Пусть в рассматриваемый момент времени ток протекает по секциям 1 и 3, тогда (2) где е1,е — ЭДС секции 1 и 3, причем е - Е з1л. ; еэ= Е cosa (3)

1 (Ь - токи секции 1 и 3, причем (4)

r ь г

Ее — амплитудное значение ЭдС секций; . I

-соцротивление цепи секцийу

А — текущее значение угла между вектором ЭДС статора и вектором поля ро.тора; ч — напряжение источника постоянного тока.

Здесь и далее индуктивностью секций обмотки якоря машины пренебрегают.

С учетом выражений (3) и (4) 10 Р =Е sins + юм с r

v — Šcosa

+ Ессоз-4г

Опуская промежуточные преобразова15 ния, получают

Р = — (min<+ mbs

r с

Так как Е = С, где С вЂ” постоянный коэффициейт, зависящий от конструктивных параметров электрической маши- ны, то выражение (5) имеет вид

Сея

Е = c ° м) -3))с (sind+ соз("-) и<.

25 где ) = — — значение тока секции

))с r при пуске двигателя., Известно (1), что среднее значение пускового момента четырехсекционного двигателя с параллельным включением секций равно

=л- cy nc

Тогда выражение для мгновенного значения электромагнитного момента в

З5 относительных единицах имеет вид

m Р, М „„ш М„ гЦ) — — (sinА.-)- cosA. — со (7) где ю= — — относительное значение

Щю средней скорости; йэ„= — — — скорость идеального

СО 4 холостого хода (1) .

На фиг. 2 для различных значениЯ, скорости up (Oy 0,4р О,бр 0,8) приведены кривые зависимости m = f (d), период изменения которой составляет 90

Видно, что при любой средней скорости амплитуда .пульсации электромагнитног(;) момента очень велика и состав)ляет 9,325 М„ „ причем с ростом скорости относительное значение пульсаций момента возрастает. Естественно, что такие пульсации момента обуслов55 ливают значительную неравномерность вращения ротора двигателя.

Пример 2. ЭДС удвоенной час тоты введена в схему. 0

ЭДС источников 9 и 10 обозначена соотв етств енно

es = К "Е,соз 2 4, е„о= -К Ессоз 2<„ где К вЂ”, коэффициент, йоказыв ающий какую часть от амплитуды ЭДС секции составляет амплитуда

65 ЭДС удвоенной частоты.

738060

Пользуясь выражениями (1), (2) с учетом того, что теперь токи

v — Е sins -K Е cos 2л.

r с

v — Е сон . К Е сов 2г

3 т находят выражение для мгновенного

I значения электромагнитного момента

I двигателя

m = — (s1Ы+ сosd)

Л (1 — К cos 2 (соз,л,— sink.) ) (8)

На фиг. 3-5 представлены кривые зависимости m = f(А), построенные по выражению (8) для различных значений скорости и и различных значе:ний К: К = 0,45 (фиг. 3), К 0,5 (фиг. 4), К = 0,55 (фиг. 5) .

Анализ укаэанных завнсимостей показывает, что введение в цепь пита- 2() ,ния двигателя добавочной ЭДС удвоенI ,ной частоты существенно снижает пуль- . сации электромагнитного момента и повышает равномерность вращения ротора; каждому значению коэффициента К соответствует определенное значение скорости, при которой указанные пульсации минимальны.

На фиг. 9 представлена кривая, по,казывающая, как должен корректиро ваться коэффициент. К, чтобы при из- З0 менении средней скорости (Q) пульсации мгновенного значения момента оставались минимальными (для данного случая — в пределах 5-6Ъ от среднего значения момента). 35

Пульсаций электромагнитного момента вентильного электродвигателя, ЭДС секций которого имеет синусоидальную

Форму, снижаются еще в большей сте пени, если ЭдС удвоенной частоты име- 4О ет треугольную форму.

Для этого случая выражение мгновенного значения электромагнитного момента двигателя имеет вид ш = — (sin<+ созА) -К со(, + sin2<) (9) 45 ш =я- к

На фиг. 6, 7, 8 изображены семейства кривых зависимости m = f(<), построенные по выражению (9) для разных значений скорости о и разных зна- о чений К, а именно для К 0,45(фиг.6), К = 0,5 (фиг. 7), К " 0,55 (фиг. 8) .

Анализ этих кривых, а также обработка вычислений, произведенных с по-. мощью ЭВМ, показывают, что при опре- 55 деленных средних скоростях (со) пульсации электромагнитного момента не превышают 2Ъ.

Из зависимости, приведенной на фиг. 9 вытекает вывод, что для обес- 6Î печения минимума пульсаций электромагнитного момента (a следовательно, и пульсаций скорости) при изменении рреднего значения скорости, вызванном, например изменением нагрузки, 65

1 еобходимо соответственно изменять реличину К. При реализации устройст

-ва эту Функцию выполняет регулятор

11, в оздействующий на амплитуду ЭДС источников 9 и 10 по сигналу измерителя 12 среднего значения скорости.

Если ЭДС секций обмотки якоря электродвигателя имеют треугольную

Форму, то выражение для электромагнитного момента имеет вид — (8, з

Я. лПульсации Электромагнитного момента (фиг. 10) воздействуют с увеличением скорости (при со = 0 пульсации отсутствуют) °

При введении в цепь питания обмотки двигателя дополнительной ЭДС тдвоенной частоты и треугольной фориы (К = 0,5) выражение для электромагнитного момента приобретает вид

Я-

2 1. т.е. пульсации момента полностью от- . сутствуют при любом значении скорости (фиг, 11) .

Таким образом введение в цепи питания вентильного электродвигателя

ЭДС удвоенной частоты по отнбшению к частоте ЭДС, индуктируемой в обмот ке якоря, существенно снижает пульсации электромагнитного момента, а следовательно, повышает равномер ность вращения ротора.

Источником ЭДС удвоенной частоты может быть, например, синхронный генератор, выполненный в одном корпусе с вентильным электродвигателем или сидящий на валу, последнего. Соединение валов двигателя и генератора должно обеспечивать требуемый фазовый сдвиг ЭДС основной и удвоенной частот. Применение синхронного генератора дает возможность осуществить требуемое регулирование величины ЭДС удвоенной частоты, обеспечивающее минимальные пульсации электромагнит- ного момента при различных значениях скорости.

Формула изобретения

1. Вентильный электродвигатель, содержащий ротор, статор, обмотка якоря которого подсоединенная через коммутатор к зажимам для подключения к источнику постоянного тока, состоит из и пар секций, причем секции в каждой паре сдвинуты относительно друг друга на 180 а пары — относительно о друг друга на (180/n) и дополнительный источник, имеющий и элементов с переменной ЭДС, частота которой в два раза больше частоты комму" тации тока в каждой секции двигателя, а элементы дополнительного источника по отдельности включены последовательно с парами секций обмотки якоря, 7

738060

05 отличающийся тем, что, с целью сйижения пульсаций вращающего момента, двигатель снабжен дополнительно измерителем скорости вращения и регулятором величины ЭДС дополнительного источника, причем вход регулятора соединен с выходом датчика скорости вращения.

2. Электродвигатель по и. 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что регулятор выполнен в виде преобразовате-. ля электрического сигнала, пропорцио нального скорости вращения, в электрический сигнал, обратно пропорциональный скорости, Ист оч ник и инф ормаци и, принятые во внимание при экспертизе

1 . Овчинников И. Е., Лебедев Н. И.

Бесконтактные двигатели постоянного тока автоматических устройств, Наука, 1966, с. 18-22.

2, Авторское свидетельство СССР

9 550734, кл. Н 02 К 29/02, 1975..Заказ 2573/9

Тираж 783 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

ll3035q Москва, 3-35, Раушская наб., д. 4/5

Фйлиал И

ПП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор Л. Вес

Составитель A. Санталов еповск ая Техред Ж. Кастелевич корректор. В, Син цка,