Вентильный электродвигатель

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (ii N8697

Союз Советских

Социалистическ их

Республик

-e

/ (6() Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заивлено 20.03.78 (21) 259 172 1t24-07 (, ) . К

Н 02 К 29/00 с присоединением заявки J%

Гасударственный комитет (23) Приоритет до делам изобретений н открытий

Опубликовано 15.07.80. Бнмлетень ¹ 26 (53) УДК 621.313. . 13.0 14.2.621.

° 382 (088.8) Дата опубликования описания 15.07.80 (72) Автор изобретения

A. С. Айнварг (7I) Заявитель (54) ВЕНТИЛЬН ЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в регулируемом электропривоце.

Известны вентильные электродвигатели, представляющие собой сочетание синхронной машины с вентильным коммутатором (вентильным коллектором), выполненным на основе инвертора тока или наприкения (1J и f2).

Недостатком таких. цвигателей являетю ся сложность вентильного коллектора, связанная с необходимостью обеспечить искусственную коммутацию большого числа секций обмотки якоря.

Наиболее близок к изобретению по тех«5 нической сущности вентильный электроцвигатель, содержащий ротор, статор с обмоткой якоря, каждая фаза которой состоит из двух оцинаковых, но встречно соединенных частей, причем кажцая иэ частей соединена с зажимами цля подключения к источнику переменного тока через встречно-параллельно соециненные управляемые вентили (31.

Недостатками вентильного цвигателя являются узкий диапазон регулирования скорости, связанный с тем, что выходная частота вращения изменяется цискретно, и ниэнизкий коэффициент мощности.

Uem изобретения - устранение указанных недостатков, т. е. расширение ци/ апазона регулирования и повышение энер- гетических показателей.

Указанная цель достигается тем, что цвигатель снабжен дополнительно управляемыми вентилями, а кажцая иэ частей обмотки якоря снабжена отводами,подключенными черед дополнительные встречно-параллельно соединенные вентили к тому же зажиму, к которому подключена данная часть

Каждая из упомянутых частей статорной обмотки может быть уложена на от» цельном пакете статора и подключена к управляемым вентилям.

Благодаря такому выполнению вентильного двигателя в сочетании с опрецеленным

, I 1

3 74869 порядком переключений вентилей, формирование вращающегося магнитного поля и регулирование частоты его вращения осу ществляется не путем изменения частоты напряжения, поцаваемого HB обмотку маши5 ны, а путем переключения числе и полярности секций обмотки. Поатому комплект вентилей выполняет функцию не преобразователя честоты, а прогреммногс коммутатора секции обмотки, чем цостигается 10 расширение диапазоне регулирования частоты вращения, упрощение силовой схемы и системы управления. Периодическое подключение обмоток к источнику неизмененной частоты обуславливает-повышение ко- 15 аффициенте мощности и постоянство его во всем диепезоне регулирования.

На фиг. 1 изображена схема вентильного пвигателя1 на фиг, 2 - временные циагрнммы намегничивающих сил трех фаз 20 и их сумма при частоте вращения пвига>геля впвое меньшей частоты питания на

1 фиг. 3 - простренственные диаграммы . вращающегося магнитного поля двигателя при той >ке частоте вращения; на фиг, 4- 25 временные циегремм 1 намагничивающих сил прп полуторекратной частоте вращения;

HQ фиг, 0 -= пространственные пиагpQMMbI магнитного поля двигателя при полуторакратной частоте вращения; на фиг. 6 — 30 временш.ю диаграммы намегничивающих сил при половинной частоте вращения пля пвигатсля с полность>о управляемыми вентилями; на фиг. 7 — пространственные диаграммы магнитного поля при половинной 35 частоте вращения пля двигателя с полностью управляемыми вентилями.

К выходным клеммам А, В, С, О через встречно-параллельные неполностью управляемые вентили-тиристорй пронумерован- <0 ные для фазы Л цифрами 1-12, поцключена трехфезная статорная обмотка. Каждая фаза обмотки выполнена из двух одинаковых частей (13 и 14} пля фазы Л, имеющих противоположную полярность относительно ротора, т. е. обратную маркировку начала и конца. Полярность частей кажцой фазной обмотки показана на фиг, 1 точками. Части всех фазных обмоток оцной полярности, например с точкой ввер- 50 ху, уложены не одном пакете активной стали статора, а чести обмоток с пругой полярностью - на втором таком же гакете.

Каждая часть статорной обмотки, напри55 мер часть 13, выполненная из послецовательно соепиненных секций. Секции выпол- нены с различными числами витков и уло7 4 иены на стеторе как и в обычных асин-, хронных машинах,т.е. в вице распределенных по пазам катушек, так что каждая секция представляет собой простую двухполюсную обмотку с трапецеицальным распрепелением чисел витков вдоль расточки статора. Поз гому часть 13 фазы А можно рассматривать как исслеповательное соединение простых цвухполюсных обмоток, отличающихся только числами витков.

Выводы секций (отвопы фазной обмот ки} поцключены к встречно-параллельным вентилям., т. е. к вентилям подключены различные числа витков фазной обмотки.

Не фиг, 1 к вентилям 1, 2 подключено втрое меньшее число витков, а к вентил5ел 3,, 4 вдвое меньшее число витков, чем к вентилям 5, 6 (число витков отсчитывается от нулевой точки).

Рассмотрим работу двигателя, когда . к клеммам Л,B,С,О подключено трехфазное симметричное синусоицальное напря>кение угловой частоты м, а двигатель нагружен номинальным моментом. Работа двигателя поясняется на фиг. 2, гце изображены друг под другом фазные намагни- . чивающие силы (и. c.) фаз Л, В, С, и их сумма цля TQH точки воздушного зазоре . машины, roe числе витков фаз А, В, С соотносятся как 1:(- 1/2 }: (-1/2). Части

13 и 14 обмотки фазы Л созцают н. с. противоположного знака относительно ротора. Для нерегулируемого двигателя, когna вкл1очены только вентили 5, 6, 7, 8, а остальные вентили заперты, эти н.с. фазы А изображены цвумя штрих-пунктирными синусоицальными линиями противоположной. полярности. Аналогичным образом, н. с. „созпаваемые в нерегулируемом двигателе двумя частями обмотки фазы В, изображены синусоицальными линиями ти рз-две точки", а фазы С - пунктирными линиями. Такими же лийиями в отдельных местах намечены удвоенные значения н.с, Фезные н.с. при регулировании цвигателя и их сумма (нижняя диаграмма) изображены сплошными линиями, Ии>ке рассмотрено получение частоты вращения, двигателя вдвое меньшей честсты fIHTBHBRa Постоянная времени т переходного процесса обмотки связана с козффициенгом мощности машины соотношением:

gg qp (g „2X сО .ъ ч / Ъ гце Т период частоты питания. Нижеследующее рассмотрение работы двигателя и построение диаграмм проведено цля при4»

748697 мера с/т= 0,1, чему соответствуетсоьЧ= чается одна треть виткой той же поляр

= 0,846 =const (учет изменениясоеЖ в ности, и н. с. возрастает. В момент процессе переключений не вносит принци- 0Ф включается еше- полное число пиальных отличий). витков второй полярности, и до конца по

Рассмотрение начинается для фазы А 5 лупериода переключений не происходит, С с момента и t =7L/2, когда ток фазы А начала следующего полупериодаф.и(= 77(/б проходит через нуль. B полупериод 3t/2с включается половинное число витков вто4иЛ 4 ЗХ/2 могут проводить нечетные рой полярности, и н. с. сразу устанавливентили. В HHTepaarIe K/2<и.14 5314 вклю- вается двойная. С моментаиА= 3 /2ïoäчен только вентиль 7, и условно положи- 10" кпючается еще,полное число "ййтков пер -м-тельная н. с., созданная обмоткой 14, вой полярности, а с моментаиА= 10 /6 изменяется синусоидально. В момент одна треть витков первой полярности. К

U-r< = 5 фуправляющим сигналом отпира- моментул= 11Л/бсумма н, с. обеих ется вентиль 3, подключая половину чис полярностей достигает нуля, после чего ла витков обмотки 13, Н. с. противопо- 15 включается одна треть витков второй rio ложного направления, созданная обмоткой лярности, и результирующая н. с. остаетl3, начинает экспоненциально увеличивать- ся равной нулю (сумма двух равных и ся с укаэанной постоянной времени, стре- противоположных } до конца полупериода. мясь к удвоенному значению. Реэультиру Аналогичным образом происходят пере ющая (суммарная) н. с. обеих обмоток 20 ключения различных чисел витков противо13 и 14 (сплошная линия} начинает; положной полярности фазы С, так что реуменьшаться и переходит в область от

I зультирующая н. с, получает. вид, изоб рицательных значений. В моментик =7K ражейной сполошной линией на третьей диотпирается вентиль 1, подключая к источ- аграмме. нику питания одну треть виткпов обмотки 25 Суммарная í. с, трех фаэ, изобра13 и шунтируя остальную ее частьа Н. с. женная на четвертой диаграмме, имеет обмотки 13 е1це более увеличивается, частоту, вдвое меньшую частоты питания, стремясь к утроенному значению, и резуль -.. а IIO 4oprre кривой приближается к синутирующая н. с., условйо бтрицательная, также увеличивается до момьйтаи11= 7згф30 а фиг. 3 показано получение вращаюЭ этот момент включается вентиль 9, щегося магнитного поля половинной чао» пропуская ток в половину чиола витков TOI br a пространстве. Н, с., создаваемые обмотки 14 и шунтируя остальные витки., фаэными токами, имеют в функции от пра

Результирующая н. с. начинает уменьшать странственной координаты g трапецеидал1 ся, и до конца полупериода другие вентилиу ную форму, как в обычных асинхронных не включаются. двигателях, и изображены на фиг. 3 соотг ветствующими линиями: штрих-пунктирный

С моментами= 3х!смогут проводить IIII< Фаэь1 А линией " тир -две точки" только четные вентили. В интервале Зф /24 . д"я фаэ" и пунктирной для фазы С. Мак-

4(t g 10 X ф вклЮчен вентиль 8, пос 40 симальные значения этих трапецеидальных ле чего отпирается вентиль 10, подклю H. o. Равны их значения11 на фиг. 2 для чая к питающему напряжению поЛовнну Фазы А и вдвое больше для фаз В и С. витков обмотки 14. В следующий момент Результирующие н. с. фаэ изображены на

mt - 11 /б отпирается вентиль 6, и ре фиг. 3 сплошными линиями. Как видно щ эультирующая н. с. начинает УМеньшат1, - 45 фиг 3р частота вращения результирую1цей ся. До конца полупериода другие вентили н с. и - при равномерном воздушном зане включаются. зоре - магнитного поля машины действиследу1ощие два rrorryHepHoga частоть1 TerrbHo Вдвое меньше у1 ловой частоты пи питания значения н. с. повторяются с обРатным знаком, т. е. п ридок подключ@ Аналогичным образом можно показать

50 ний повтоРЯетсЯ с той Разницей, что вмеО получение и других скоростей вращения. то четного вентиля в каждой паре вкл" Ца фиг. 4 показаны временные диаграммы чается нечетный и наоборот. для той же точки воздушного зазора, что

Для фазы В (следующая диаграмма) по- и фиг. 2, а на фиг, 5 - пространственпорядок переключений следующий. Qo

Ю ные диаграммы, иллюстрируюшие получе»

4U1=7fj2ace вентили заперты, после чего ние частоты вращения магнитного поля включается половинное число витков од- машины, в полтора paah превышающей чао иой полнрнооти. B мементо 1= 2Й/ф апина rory питания. Йиаграммы фиг. 4 и Б по

7 748697 8 строены аналогично соответствующим ди- . но, что отличие формы кривой н. с. невеаграммам фиг. 2 и 3 при той же постоян- лико. ной времени обмотки и при переключениях Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я через такой же интервалий=Х/б. Вентильный. электродвигатель, соДвигатель может быть выполнен с 5 держащий ротор, статор с обмоткой якоря„ использованием запираемых вентилей .-: каждая фаза которой состоит из двух оди(например, запираемых тиристоров, тран- наковых, но встречно соединенных частей, зисторов, у которых напряжение база = причем каждая из частей соединена с заколлектор изменяется синфазно с напряже- жимом для подключения к источнику перением эммитер-коллектор, и pp,J. При этом менного тока через встречно-параллельно статор выполняется однопакежым,.- a соединенные управляемые вентили, о ч обмотка выполняется вышеописанным об- л и ч а ю шийся тем, что, с целью

E разом, т. е. из двух одинаковых частей повышения энергетических показателей и протйвоположной полярности. Изменение расширения диапазона частот вращения, величин н. с. осуществляется переключе- двигатель снабжен дополнительно управляиием витков обмоток противоположной поляр- емыми вентилями, а каждая из частей обности путем, одновременного отпирания од мотки якоря снабжена отводами, подключенних вентилей и запирания других. При ньми через дополнительные встречно-паиспользовании запираемых вентилей ape- раллельно соединенные вентили к тому буется меньшее их число и меньше отво- .>0 же зажиму; к которому подключена данная дов фазных обмоток. На фиг. 6 показа - часть.:. -,- - -.-. ны временные диаграммы, ана фиг. 7 - .,; -.. Источники информации, пространственные диаграммы, иллюстри- принятые во внимайие при экспертизе рующйе получение половинной частоты . 1. Глебов И. А., Левин В, H., Ровин» вращения магнитного поля для двигателя ский П. А. и Рябуха В. И, Вентильные

1 с запираемыми вентилями . Двйгатель преобразователи в цепях электрических имеет такую же постоянную времени, как машин, Л„ Наука, 1971 с. 136-143. и двигатель фиг. 1, но один отвод на по- 2. Аракелян А. К., Афанасьев А. А. ловину числа витков каждой полярности. и Чйликин М. Г. Вентильный электроприЧисло требуемых вентилей для такого З" iop, с синхронным двигателем и зависи двигателя равно 24, т. е. в 1.,5 раза мым инвертором. И., "Энергия ", 1977, меньше, чем для двигателя фиг. 1. Йз со-. с. 5-23. " поставления диаграмм фиг. 6, 7 с соот- 3. Патент СВА Ъ 3991353, ветствующими диаграммами фиг. 2, 3 вид- кл. Н 02 Р 5 40, 1976.