ПУСКОВОЕ УСТРОЙСТВО БЕСКОНТАКТНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Российский патент 2012 года по МПК H02P1/44 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электрических машинах с бесконтактной коммутацией якорной обмотки.

Известны схемы устройств [1, 2, 3 и 4] автоматического управления пуском асинхронных электродвигателей, которые имеют основную обмотку и вспомогательную с фазосдвигающим конденсатором и симистором, подключающим источник питания при пуске и отключающим при «синхронной» работе.

Недостатками известных устройств являются провалы пускового момента до минимального значения, обусловленного вычитанием в противофазе питающего напряжения с противоЭДС электродвигателя в момент кратного совпадения их частот в диапазоне от пуска до «синхронной» работы. Это приводит к ограничению применения асинхронных электродвигателей при нагрузке на валу типа «сухого» трения, которая приводит к снижению КПД, cosφ и к недоиспользованию активных частей в номинальном режиме работы. Устройства также исключают применение синхронных электродвигателей с возбуждением ротора от постоянного магнита, гистерезисным слоем, электромагнитным возбуждением и т.п.

Цель изобретения - повышение КПД, cosφ, снижение массогабаритных показателей электродвигателей и расширение области применения синхронных электродвигателей в бытовой и промышленной технике.

Поставленная цель достигается тем, что пусковое устройство бесконтактного электродвигателя, содержащего «А» - основную и «В» - вспомогательную обмотку с фазосдвигающим конденсатором «С» и симистор «Т», включающий и отключающий напряжение «U~» питающего обмотки двигателя; трансформатор выделения результирующего напряжения противоЭДС ротора [5], где токовые обмотки каждой фазы и обмотка напряжения включены параллельно-встречно относительно питающих фазы напряжений, и относительно результирующего провивоЭДС ротора - последовательно-согласно. В результате выделенное противоЭДС ротора совместно с введенным функциональным блоком-триггером выполняют функции датчика положения ротора в оптимальном угловом режиме в диапазоне частот от пуска до синхронной работы. Это позволяет использовать электродвигатели с постоянным магнитом на роторе, гистерезисным слоем, электромагнитным возбуждением и т.п., а также использовать беззубцовую обмотку статора. Подтверждением тому сравнительно близкие основные электромеханические характеристики серий коллекторных электродвигателей с зубцовым и беззубцовым якорем, где магнитный поток пронизывает воздушный зазор в два с лишним раза больше, чем с зубцовым якорем.

Пусковое устройство фиг.1 содержит блок 1 напряжения постоянного тока, питающего логические функциональные блоки; ограничитель 2 амплитуд полупериодов питающего напряжения «U~»; генератор 3 минимальной частоты, необходимый для первоначального запуска триггера 4 через стробирующий - счетный вход, чем обеспечивается начальное трогание ротора; блок 5 выделения результирующего противоЭДС ротора, каждый полупериод которого через асинхронные входы триггера 4 воздействуют на рост частоты вращения ротора от пуска до синхронной работы с непрерывным контролем оптимального углового рассогласования между векторами намагничивающей силы ротора и статора, благодаря программному переключению симистора «Т» в функции логического сумматора 6, слаботочные тиристоры которого выполняют функцию «И» между выходными импульсами одноименного сдвига блоков 2 и 4, т.е. и .

На фиг.2 отображены эпюры напряжений на выходах функциональных блоков: U~ эпюры напряжения питания; Q₀ и - эпюры импульсов на выходах формирователя 2; F_min - эпюры импульсов с выхода генератора минимальной частоты 3; которые подаются на стробирующий вход триггера 4, на асинхронные выходы которого соответственно подаются полупериоды противоЭДС, снимаемые с выходной обмотки трансформатора блока 5 - выделения противоЭДС ротора; и - это эпюры импульсов с выходов триггера 4 в режиме частот разгона и синхронной работы электродвигателя; и - результирующие эпюры положительных и отрицательных импульсов на выходах блока 6; U~ на вых «Т» - результирующие эпюры напряжения на выходе симистора «Т» в виде поочередных переключений серий положительных и отрицательных импульсов при разгоне и поочередном переключении импульсов при синхронной работе.

Устройство работает следующим образом (фиг.1 и 2): при подключении напряжения питания U~ на выходе блока 1 возникает напряжение постоянного тока, которое подается на среднюю точку выходной обмотки трансформатора блока 2, генератор 3 и триггер 4, который начинает работать в счетном режиме от генератора 3 и поочередно включать слаботочные тиристоры с частотой , на аноды которых с выходной обмотки блока 2 подаются полупериоды Q₀ и . В результате симистор «Т» поочередно включает серии положительных полупериодов и серии отрицательных и ротор начинает вращаться с частотой , затем возникает напряжение противоЭДС, полупериоды которого через асинхронные входы поведут триггер 4 вперед на повышение частоты в функции углового положения ротора вплоть до синхронной работы, т.е. при совпадении с частотой полупериодов напряжения питания U~. Откуда следует еще одно преимущество применения синхронных электродвигателей в противовес асинхронных и универсальных коллекторных в том, что без нагрузки на валу электродвигатель работает в синхронном режиме с минимальным потреблением из сети по причине фазного рассогласования между полупериодами сети и противоЭДС. Этот режим позволит уменьшить сопротивление обмотки статора и повысить КПД и нагрузочную способность электродвигателя.

Источники информации

1. Патент №3819995 Н02Р 1/44 «Пусковые переключатели с временным управлением», США, 1974 г., 25 июня, том 932, №4.

2. Патент №3916274 Н02Р 1/44 «Полупроводниковая схема управления пуском электродвигателя», США, 1975 г., 28 октября, том 939, №4.

3. Патент №478278, 4 Н02Р 1/42 «Схема пуска электродвигателя с дешевым компаратором гистерезиса», США, 1988 г., 11 января, том 1086, №1.

4. Патент №3882364 Н02Р 1/44 «Система управления асинхронным электродвигателем», США, 1975 г., 6 мая, том 934, №1.

5. А.с. SU №1617554 A1, H02K 29/12 «Электропривод», Россия, 30.12.90 г. Бюллетень №48.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электрических машинах с бесконтактной коммутацией секций якорной обмотки. Технический результат - расширение области применения бесконтактных электродвигателей, повышение КПД, cosφ, снижение массогабаритные показатели. Пусковое устройство имеет трансформаторный блок выделения ЭДС вращения ротора, первый блок формирования импульсов, синфазных каждому полупериоду ЭДС вращения ротора, второй блок формирования импульсов, синфазных каждому полупериоду питающего напряжения, блок логического суммирования, перемножающего импульсы одноименного сдвига выходов первого и второго блоков формирования импульсов, результирующие импульсы с выхода логического сумматора подаются на вход силового ключа переменного тока. Начальное трогание ротора, до возникновения противоЭДС, на стробирующий вход триггера воздействуют импульсы от генератора минимальной частоты, далее разгон и синхронная работа электродвигателя происходит воздействием противоЭДС через асинхронные входы триггера. 3 ил.

Пусковое устройство синхронного электродвигателя с ротором из постоянного магнита и статором с основной обмоткой и вспомогательной с конденсаторным сдвигом, силовым ключом переменного тока, подключающим и отключающим напряжение питания обмотки статора электродвигателя, источник постоянного тока, питающий функциональные блоки устройства, отличающееся тем, что, с целью обеспечения надежного запуска и синхронной работы электродвигателя, повышения КПД, cosφ, снижения массогабаритных показателей электродвигателя, в пусковое устройство дополнительно введены: функциональный блок выделения на выходной обмотке трансформатора результирующего напряжения ЭДС вращения ротора, каждый полупериод которого воздействует на соответствующие асинхронные входы триггера, выходы которого и синфазны полупериодам ЭДС вращения ротора; второй блок формирования импульсов Q₀ и , синфазных каждому полупериоду питающего напряжения, импульсы Q₀ и логически суммируются через элементы И с импульсами одноименного сдвига и с выходов триггера, т.е. и , суммированные результирующие импульсы через выходы слаботочных тиристоров воздействуют на вход силового ключа переменного тока, обеспечивая контроль углового положения ротора при разгоне и синхронной работе электродвигателя; первоначальное трогание ротора, до возникновения противоЭДС, на стробирующий вход триггера воздействуют импульсы от генератора минимальной частоты.