Вентильный электродвигатель Советский патент 1984 года по МПК H02K29/02 

а:

СП

СО

00 Изобретение относится к электротехнике j, в частности к электрическим машинам с бесконтактной коммутацией осуществляемой с помощью полупроводниковых приборов. Известны вентильные электродвигатели (ВД), содержащие расположеннуга на роторе обмотку. возбуждения и неподвижную многосекционную обмот ку якоря. Между каждой парой смежных секций имеется точка отвода, к которой подключены полупроводниковые переключаюпдие устройства, связывающие точку отвода с разнополярными зажимами источника питания и устройства для искусственной комму тации тиристоров инвертора l. Недостатком данного ВД является сложность инвертора и коммутирующих устройств. Наиболее бгиэок к предлагаемому по технической сущности вентильный электродвигатель, содержащий ротор |С устройством возбуждения, статор, |на котором расположена многосекцион ная обмотка якоря с N выводами которой связаны 2 N тиристоров инвертора, образующих анодную и катодную группы, состоящие из двух частей (подгрупп ) каждая, тиристоры одной из которых связаны с четными, а ти ристоры другой - с нечетными вывода ми обмотки якоря( общие точки тирис торов подгрупп соединены с цепью пи тания через тиристоры соответственн анодного и катодного коммутирующих устройств, и связаны с конденсатором а также схему управлени тиристорами, например, от датчика положени ротора 12, Недостатком известного ВД являет ся невозможность его применения в устройствах, требующих регулировани скорости вращения.. Цель изобретения - расширение области применения вд. Поставленная цель достигается тем, что вентильный электродвигатель, содержащий ротор с устройство возбуждения, статор, на котором рас положена много,секционная обмотка якоря,с N выводами которой связаны 2N тиристоров инвертора, образующих анодную и катодную группы, состоящие каждая, из двух подгрупп, одна из которых образована тиристораг-ш, связанными с четными, а дЕ:)угая - ти ристорами, связанными с нечетныгли выводами обмотки якоря, общие точки тиристоров подгрупп соединены с цепью питания через тиристоры соответственно анодного и катодного ком мутирующих устройств и связаны с ко денсатором, а также схему управлени тиристорами от датчика положения ро тора, снабжен щестью шyнтиpyющи ш диодами и дросселем, подключенным последовательно с конденсатором, ди ды подключены встречно-параллельно тиристорам коммутирующих устройств, анод каждоЕО из тиристоров коммутирующего катодного устройства соединен с катодом одного из тиристоров анодного коммутирующего устройства через диод, причем тиристоры и диоды соединены одноименными электродами . На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема ВД; на фиг. 2 - упрощенные диаграмглы токов и напряжений разгличных элементов схемы ВД, в частности на фиг. 2а - изменение коммутирующих тиристоров за время одного коммутирующего цикла; на фиг. 26 - ток в шунтирующих диодах| на фиг. 2В - ток и напряжение коммутирующего конденсатора;; на фиг. 2г - мгновенное напряжевние на обмотке якоря за время коммутационЕ ого цикла. Машина содержит неподвижьгую многосекционную обмотку 1 якоря, с выводами которой связаны тиристоры анодной 2 - 7 и катодной 8-13 групп инвертора. Каждая группа состоит из двух подгрупп и подключается объединенными в точки 14-17 однополярными электродами ключевых тиристоров К соответствующим зажимам источника питания через анодное 18 и катодное 19 коммутирующие устройства. Необходимая последовательность выключения тиристоров обеспечивается схемой 20 управления. Анодное комг утирующее устройство содержит контур из последовательно соединенных конденсатора 21 и дросселя 22, включенный между опорными электродами анодных подгрупп тиристоров, которые подключены к катодам двух коммутирующих тиристоров 23 и 24, зашунтированных обратными диодами 25 и 26 и подключенных анодами к положительному зажиму источника питания. Точки 14 и 15 связаны с катодами двух шунтирующих диодов 27 и 28, аноды которых подключены к однополярным электродам катодных подгрупп тиристоров (точки 16 и 17.) и к анодам двух коммутирующих тиристоров 29 и 30, зашунтированных обратными диодами 31 и 32, Катодное коммутирующее устройство 19 содержит контур из последовательно соединенных конденсатора 33 и дросселя 34, включенных между однополяpны Ш электродами катодных подгрупп тиристоров (точки 16 и 17), которые подключены к анодам двух коммутирующих ти;ристоров 29 и 30, катоды которых связаны с отрицательным зажимом источника питания. работе ВД S установившемся режиме намагничивающая сила обмотки якоря вращается с той же угловой скоростью, что и основное магнит-ное поле, причем они всегда расположены в пространстве взаимно перпендикулярно. Ток в обмотке якоря двухполюсной машины всегда протекает через две диаметрально расположенные отпайки, а коммутация тока осуществл ется только в секциях, находящихся в нейтральных зонах между главными полюсами. Особенность схемы заключается в том, что для осуществления коммутации тока в секциях за счет напряжения источника питания электродвижущая сила якоря должна быть меньше напряжения источника во всех режимах работы машины.

Допустим, ток якоря во всех коммутационных интервалах остается без изменений. До момента i. коммутирующие тиристоры 23, 24 и 29, 30 закрыты, а расположение секции обмотки таково, что от датчика положения ротора поступают управляющие сигналы на ключевые тиристоры 2 и 11.и, следовательно, они открыты. Поэтому ток якоря Ig замыкается по контуру: тиристор 2 - секции обмотки 1 - тиристор 11 - шунтирующий диод 28 и тиристор 2.

Для регулирования тока в секции обмотки 1, пока секции не вошли в нейтральную зону, необходимо осуществить поочередное включение коммутирующих тиристоров 23, 29 и 24, 30. При подаче управляющих импульсов на тиристоры 23 и 29 ток Dg от источника питания протекает по контуру: + Up, - тиристор 23 - комму тирую щий конденсатор 21 - дроссель 22. тиристор 2 - секции обмотки 1 - тиристор 11 - коммутирующий конденсатор 33 - дроссель 34 - тиристор 29 и -Uf. После зарядки конденсаторов 21 и 33 ток прекращается и схема готова к работе. От системы управления последующий управляющий импульс подается одновременно на тиристоры 24 и 30 и образуется новый контур протека ния якорного тока: тиристор 24 - тиристор 2 - секции обмотки 1 - тиристор 11 - тиристор 30.

Одновременно с отпиранием тиристоров 24 и 30 образуются цепи для перезаряда коммутирующих конденсаторов 21 и 33. В анодном коммутирующем устройстве 18 перезаряд конденсатора 21 производится по контуру: + конденсатор 21 - диод 25 - тирис тор 24 - дроссель 22 и - конденсатор.а 21, а в катодном коммутирующем устройстве 19 перезаряд конденсатора 33 производится по контуру: + конденсатора 33 - тиристор 30 - диод 31 - дроссель 34 и - конденсатора 33. Вследствие колебательного разряда конденсаторов 21 и 33 на . дроссели 23 и 34 конденсаторы оказываются перезаряженными с обратной

полярностью. Как только от системы

20управления поступят управ яю 1ше импульсы на тиристоры 23 и 29, начинается процесс коммутации тока в тиристорах 24 и 30. При этом отрицательное напряжение конденсаторе®

21и 33 прикладывается к тиристорам 24 и 30. Одновременно производится разряд конденсаторов 21 и 33 для анодного коммутирующего устройства по цепи: + конденсатора 21 - дроссель 22 - диод 26 - тиристор 23 конденсатора 21, а для катодного коммутирующего блока 19 по цепи:

+ конденсатора 33 - дроссель 34 тиристор 29 - диод 32 - конденсатора 33, Конденсаторы 21 и 33 перезаряжаются, а их дозарядка производится от питающей сети по контуру + (J - тиристор 23 - конденсатор 21 дроссель 22 - тиристор 2 - секции обмотки 1 - тиристор 11 - конденсатор 33 - дроссель 34 - тиристор 29 и -Up. После дозаряда конденсаторов токи 1 33 становятся равными нулю, следовательно, тиристоры 23 и 29 закрываются, а якорный ток за счет электромагнитной энергии замыкается по контуру: тиристор 2 - секции обмотки 1 - тиристор 11 - диод 28. Таким образом, пока секции обмотки 1 еще не во1чпи в нейтральну зону между главными полюсами регулирование величины якорного тока производится путем . изменения длитель - ности отпирания и частоты включения тиристоров 24, 30 и 23, 29.

В момент времени t секции обмотки 1, связанные тиристорами 2, 3 и 5, б входят в нейтральные зоны. При этом от датчика расположения ротора управляющие импульсы посредством системы 20 управления снимаются с тристоров 2 и 11 и подаются на тиристоры 3 и 12. После подачи управляющих импульсов на тиристоры 23 и 29 начинается процесс коммутации тока в тиристорах 2, 3 и 11, 12 и, соответственно, в секциях обмотки 1.

Приведенные на фиг.2.временные диаграммы мгновенных значений токов и напряжений в отдельных элементах схемы соответствуют процессу ком тации тока в секции обмотки 1. В момент времени t прямой ток тиристоров 23, 3, 12 и 29 достигает значе.ния Og , Якорный ток протекает по контуру: тиристор 23 - тиристор 3, секция обмотки 1 - тиристор 12 - тиристор 29. Одновременно нарастающее отрицательное напряжение конденсатора 21 прикладывается к секции обмотки 1 по цепи: + конденсатора 21 - тиристор 3 - секция обмотки 1 тиристор 2 - дроссель 22 и - конденсатора 21 и одновременно с коммутацией тока в тиристоре 24 способствует спаду тока в тиристоре„2. Аналогично отрицательное напряжение конденсатора 22 прикладывается к се ции обмотки 1 по цепи: конденса тора 33 - тиристор 11 - секция обмо ки 1 - тиристор 12 - дроссель 34 и - конденсатора 33 и одновременно с коммутацией тока в тиристоре 30 способствует спаду тока в тиристоре 11. В момент времени t заканчиваетс процесс перезаряда коммутирующих конденсаторов 21 и 33,. тиристоры 2 и 11 выключаются, а в коммутирующих секциях обмотки 1 заканчивается реверсирование тока. Направление тока в секциях после коммутации показано пунктиром. К обмотке якоря прикладыв ется полное напряжение источниtca питания, в момент времени 2 зак чивается перезаряд коммутирующих конденсаторов 21 и 33. в момент времени t, со схемы управления подается сигнал на включение тиристоров 24 и 30 и конденсаторы 21 и 33 начинают перезаряжаться по вышеописанной цепи. В момент времени t. тиристоры 23 и 29 выключаются,а разрядный ток конденсаторов 21 и 33 замыкается соответственно через обратные диоды 25 и 31. Б момент времени i разрядный то конденсаторов становится равным Jg и дальнейший дозаряд его производится от источника питания по контуру: + Un - тиристор 24 - дроссель 22 - конденсатор 21 - тиристор 3 секции обмотки 1 - тиристор 12 дроссель 34 - конденсатор 33 - тиристор 30 и -Un« В момент времени t заряд конден catopa оканчивается, напряжение на обМотке становится равным нулю, а ток -якоря замыкается по цепи: тирис тор 3 - секции обмотки 1 - тиристор 12 - шунтирующий диод 27 - тиристор 3. В момент времени t; в нейтральную зону между главными полюсами входят секции обмотки 1, связанные с тиристорами 3, 4 и б, 7, и начинается очередной коммутационный цикл, аналогичный описанному выше. За полное время цикла Т напряжение Un подается на обмотку в течение интервала Напряжение на якоре двигателя регулируется путем изменения времени открытого состояния коммутирующих тиристоров 23 и 24 с помощью схемы 20 управления или изменением соотношения; (Чем меньше разность (1), тем ниже скорость вращения ВД. Предлагаемая схема способна обеспечить работу машины не только в режиме двигателя, но и в режиме генераторного торможения с отдачей энергии в питающую сеть. На принципиальной схеме (фиг.1) необходимая коммутационная аппаратура не показана. Однако для перевода машин в режим рекуперативного торможения необходимо изменить направление тока в обмотке возбуждения ротора. Кроме того, общую точку катодов коммутирующих тиристоров 29 и 30 и анодов диодов 31 и 32 необходимо отсоединить от отрицательного зажима и подключить к положительному зажиму источника питания, а аноды шунтирующих диодов 27 и 28 надо подключить к минусу источника питания, предварительно отключив их от анодов тиристоров 29 и 30. Ток рекуперации регулируется с помощью тиристоров анодного и катодного устройств так же, как и в двигательном режимо.

ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий ротор с устройством возбуждения, статор, на котором расположена многосекционная обмотка якоря, с N выводами которой связаны 2 N тиристоров инвертора, образующих анодную и катодную группы, состоящие каждая из двух подгрупп, оДна из которых образована тиристорами, связанными с четными, а другая - тиристорами, связанными с нечетными выводами обмотки якоря, общие точки тиристоров подгрупп соединены с цепью питания через тиристоры соответственно анодного и катодного коммутирующих устройств и связаны с конденсатором, а также схему управления тиристорами от датчика положения ротора, отличающийся тем, что, с цельк) расширения области применения, он снабжен шестью шунтирующими диодами и дросселем, подключенным последовательно с конденсатором, диоды подключены встречно-параллельно тиристорам коммутирующих устройств, анод каждого из тиристоров коммутирующего катодного устройства соеди нен с катодом одного из тиристоров анодного коммутирующего устройства через диод, причем тирис1торы н диоды соединены одноименными электродами.

Составитель А.Санталов Редактор Л.Пчолинская Техред О.Чеце , Корректор л.Патай

Заказ 11055/56 Тираж 672Подписное

ВНИИПН Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

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