Вентильный электродвигатель Советский патент 1983 года по МПК H02K29/00 

Л4й1Жжli з,

2. Электродвигатель по п. 1, о тлимающийся тем, чтодатчик положения ротора снабжен дополнительным ,каналом, выход которого связан с управлякяцей цепью ключей дополнительной ветви.

3. Электродвигатель по п. 1, о тличающийся тем, что управляющая цепь каждого из ключей дополнительной ветви соединена с управляющей цепью ключей той ветви, с которой соединены общие точки их тиристоров, через схему выдержки времени.

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к электрическим машинам с бесконтактной коммутацией секций обмотки якоря. Известны вентильные электродвига тели, содержащие индуктор, якорь с обмоткой, каждый вывод которой соединен с общей точкой тиристоров одн из ветвей инвертора, управляющие це тиристоров инвертора соединены с вы ходом датчика положения ротора, силовые цепи тиристоров в анодной и катодной группе инвертора соединены с цепью питания через пары коммутирующих шин, причем по крайней мере часть тиристоров одной группы, связанных с рядом расположенными вывода ми, обмотки якоря, соединена с разны ми коммутирующими шинами одйой пёры D3 и 21. Недостатком этих электродвигателей являются значительные масса и г бариты , вызванные необходимостью фильтрации пульсаций напряжений и токов, обусловленных тем,что исполь зование общего узла коммутации тири торов требует четного числа выводов от обмотки якоря и, следовательно, .четного числа ветвей инвертора. Час тота пульсаций в этом случае равна числу секций ш, в то время как при нечетном числе выводов обмотки часто та составляет 2га, Попытки реализовать инветор с нечетным числом ветвей и общим узлом коммутации приводят к удвоению числа тиристоров инвертора, т.е. к увеличению массы и габаритов. Целью изобретения является снижение массы и габаритов двигателя, за счет снижения пульсаций напряжения и тока, потребляемого от сети, сниже ния массы фильтров и снижения массы электрической машины благодаря уменьшению потерь, вызванных пульсациями. Эта цель достигается тем, что в вентильном электродвигателе, содержащем индуктор, якорь с обмоткой, каждый вывод которой соединен с общей точкой тиристоров одной из ветвей инвертора, управляющие цепи тиристоров инвертора соединены с выходом датчика положения ротора, силовые цепи тиристоров в анодной и катодной группе инвертора соединены с цепью питания через пары коммутирующих шин, между шинами каждой пары подключен источник коммутирующего напряжения, причем по крайней мере часть тиристоров одной группы, связанных с рядом расположенными выводами обмотки якоря, соединена с разными коммутирующими шинами одной пары, инвертор снабжен дополнительной ветвью, обмотка якоря выполнена с нечетным числом выводов, каждый из тиристоров дополнительной ветви соедине,н с той коммутирующей шиной группы, с которой связано нечетное число тиристоров, а общая точка тиристоров дополнительной ветви соединена с общей точкой одной из ветвей, связанные с рядом расположенными выводами обмотки тиристоры одноименной группы которых соединены с одной и той же коммутирующей . Датчик положения ротора снабжен дополнительным каналом, выход которого связан с управляющей цепью ключей дополнительной ветви. Управляющая цепь каждого из ключей дополнительной ветви соединена с управляющей цепью ключей той ветви, с которой соединены общие точки их тиристоров, через схему выдержки времени. На фиг. 1 представлена электричес кая схема электродвигателя; на -. фиг, 2 - временные диаграммы управляющих импульсов и силовые токов тиристоров. Электродвигатель содержит индуктор (не показан), якорь 1 с обмоткой, состоящей из секций 2-, датчик 5 положения ротора, коммутирующий -блок 6 с выходным трансформатором 7 на магнитопроводе которого расположе ны первичная обмотка 8, подключенная к схеме коммутации, и вторичные обмотки 9 и 10, каждая из которых соединена с парой шин 11, 12 и 13, 1 соответственно. Трехфазныйинвертор 15 состоит из тиристоров 16-21, причем с парой шин 11- и 12 соединены тиристоры анодной группы 16, 18 и 20, а с парой шин 13 и It - тиристоры 17, 19 и 21 катодной группы,. Дополнительная ветвь образована тиристорами 22 и 23, Управляющие цепи ключей тиристоров инвертора соединены с выходом датчика 5 положения. Управляющие цепи ключе дополнительной ветви могут быть соединены либо с -выходом дополнительного канала датчика положения ротора, как это показано на фиг, 1 пунктиром либо с каналом управления уиристорами одной из ветвей, например, ветви, образованной тиристорами 20 и 21, че рез схему выдержки времени, Индекса ция токов (1.-122,) и управляющих напряжений ( соответствует номерам элементов схемы. Электродвигатель работает следующим образом. В исходном положении открыты тиристоры 1б и 19 (фиг. 1), что соответствует промежутку tp-t на фиг. 2 После того, как ротор повернется на уголП/3, т.е. в момент времени t подается от датчика 5 положения рото ра управляющий сигнал на тиристор 21 и на управляющую цепь коммутирукмдего блока 6, Напряжение с выхода коммути рующего блока прикладывается через вторичные обмотки 9 и 10 его выходно го трансформатора 7 к парам коммутирующих шин 11, 12 и 13, 1. Поскольку в группе, связанной с шинами 11 и 12, открыт только один тиристор, то коммутация в ней не происходит. В к тодной группе образуется коммутационный KOHtyp: обмотка 10, тиристор 19 секция 3, тиристор 21, обмотка 10. В результате коммутационного процесса тиристор 19 запирается, ток через него прекращается и тиристор 21 принимает ток на себя. Аналогичным образом в момент времени t происходит коммутация тока в анодной группе с тиристора 1б на тиристор 18. На фиг. 2 коммутация условно показана как мгновенная, реально же ей соответствует некоторый угол, в течение которого спадает ток в тиристоре, например, 1б и нарастает в тирис.торе 18. По логике работы любого симметричного преобразователя частоты следующая коммутация тока должна осуществляться с тиристора 21 на тиристор 17. Однако напряжение от коммутирующего блока 6 не может быть приложено к тиристорам 21 и 17, поскольку их катоды при нечетном числе ветвей подключены к одной и той же шине 13. Для осуществления коммутации при нечетном числе ветвей и введена дополнительная ветвь, тиристор 23 служит для коммутации в катодной группе, а4 тиристор 21 - в анодной. В момент времени tg импульсом, например, с дополнительного канала датчика 5 положения ротора включается тиристор 23 и коммутационный блок 6, Ток тиристора 21 практически мгновенно (в коммутационный контур входит только индуктивность рассеяния обмотки 10, а она очень мала) переходит на тиристор 23, В момент времени t4 датчик положени}- ротора подает управляющий сигнал на тиристор 18 и блок 6, происходит обычным образом коммутация тока с тиристора 23 на тиристор 17, Аналогичным образом в момент времени t происходит коммутация тиристоров в анодной группе - сначала на тиристор 22 дополнительной ветви, а потом на основной тиристор 16 инвертора. В известном двигателе благодаря четному числу ветвей следующее включение осуществляется всегда на тиристор, связанный с другой коммутирующей шиной пары. Но это приводит при том же числе контактов коммутации за период к удвоенному числу тиристоров. Таким образом, предлагаемый двигатель по числу тактов коммутации эквивалентен известному двигателю, имея

уже в трехфазном варианте на четыре силовых тиристора или на 30% массу инвертора меньше. Если же взять обмотку с семью секциями, то выигрыш составит уже 10 тиристоров, т.е. почт и Q% от общего их числа. В действительности же, поскольку коммутация на дополнительный тиристор происходит почти мгновенно, то промежуток tj-t и аналогичный ему промежуток tftg могут быть выбраны весьма малыми . Среднее значение токов тиристоров дополнительной ветви намного меньше тока тиристоров основных ветвей инвертора, поэтому они могут бытЫ выбраны на ток, в несколько раз меньший, чем тиристоры основной ветви и выигрыш в массе будет превышать приведенные цифры.

Если по каким-либо причинам в датчик положения ротора нежелательно вводить дополнительные каналы (например, при использ:овании стандартных датчиков) то управляющие импульсы

9 Jf/y У /3, Щ гг

можно подавать не по углу, а по врв мени, учитывая, что время коммутационного процесса мало меняется с изменением частоты вращения. В этом случае можно цепь управления дополнительным тиристором, например, 23, связать через схему выдержки времени с цепью управления тиристором 21, а цепь управления тирисУором 22 - с цепью управления тиристором 20. Эти схемы должны задержать импульс на время tj-tg соответственно, В качестве схемы выдержки времени может быть использована любая из множества известных схем (последовательно соединенные одновибраторы, полупроводниковые реле времени и т.д.).

Предлагаемые двигатели найдут применение в электроприводах, вкоторых предъявляются жесткие требования к массе и габаритам и к равномерности вращения, например, в следящих .электроприводах и электроприводах автономных объектов.