Вентильный электродвигатель Советский патент 1984 года по МПК H02K29/02 

1 Изобретение относится к электротехнике, в частности к вентильным двигателям с искусственной коммутацией. Известны способы и устройства ис Екусственной коммутации тока для сил йьпс электрических цепей, содержащих тиристоры, в том числе и в вентильн двигателях. Устройства основаны на использовании электрического поля з ряженного конденсатора или электромагнитного поля трансформатора. В п вом, случае коммутация носит названи емкостной, во втором - электромагни ной. Известен вентильный электродвига тель, содержащий статический коммутирующий трансформатор с числом сек ций вторичной обмотки, равным удвое ному числу секций обмотки якоря дви гателя. Секции вторичной обмотки коммутирующего трансформатора отдел ны от источника питания неуправляемыми вентилями, число которых на два больше числа секций вторичной обмотки трансформатора D 1 Однако известный коммутирующий трансформатор применительно к двига телям с многосекционными обмотками и коаксиальной конструкцией тиристорного коммутатора имеет большое ч ло длинных связей вторичных обмоток трансформатора с силовым коммутатором и с секциями обмотки якоря двигателя, что приводит к увеличению параметров коммутируемых контуров, а следовательно, к росту коммутирующей ЭДС, росту потерь и габаритов устройства. Кроме того, происходит нарушение идентичности коммутационных циклов вследствие неизбежного разброса па раметров вторичных цепей многообмоточного трансформатора и неидентичности связей с секциями якорной обмотки двигателя. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является вентильный электродвигатель, содержащий ротор, статор с многосекционной обмоткой якоря, соединенной с выходом инвертора, управляющие цепи плеч которого соединены с выходом датчика положения ротора, и коммутирующее устройство, включенное между силовыми цепями плеч инвертора и обмотки якоря, и включающий в себя источник коммутирующего напряжения и трансформатор 2 . 22 Однако данное устройство характеризуется тем, что в контуре главного тока коммутирующие ЭДС переключения анодных и катодных групп вентилей складьшаются и тем самым вызывают пульсации тока, подавление которых достигается введением громоздких металлоемких дросселей. Неидентичность коммутационных параметров, вызванная несимметричностьн, :точек подключения вторичных обмоток трансформатора по отношению коммутируемых контуров, вызьшает неидентичность коммутационных циклов, что заставляет повьш1ать мощность коммутационных импульсов, а следовательно, требует увеличения массы и габаритов коммутирующих устройств. Наличие отдельно установленного датчика положения ротора с системой формирования и усиления управляющих импульсов таклсе ведет к увеличению массы и габаритов. Царью изобретения является уменьшение массы и габаритов и упрощение системы управления тиристорным коммутатором. Поставленная цель достигается тем, что в вентильном электродвигателе, содержащем ротор, статор с многосекционной обмоткой якоря, соединенной с выходом датчика положения ротора, и коммутирующее устройство, включенное между силовыми цепями плеч инвертора и обмотки якоря, и включающий в себя источник коммутирующего; напряжения и трансформатор, коммутирующее устройство выполнено в виде динамического трансформатора, содержащего статор, на котором расположена первичная, кольцевая обмотка, и узлы коммута1Ц1и, количество которых равно числу секций обмотки якоря и каждьш из которых включает в себя магнитопровод, охваченный коммутирующей секцией вторичной обмотки трансформатора, ротор содержит чередующиеся магнитопроводящие и электропроводные демпфирующие участки, обращенные к магнитопроводу коммутирующих узлов, а каждая из коммутирующих секций вторичной обмотки трансформатора подключена между общей точкой тиристоров ветви инвертора и общей точкой смежных секций обмотки якоря. Кроме того, магнитопровод коммути рующего трансформатора снабжен узкими дополнительными выступами, на статорной части которых расположены обмотки управления, причем узкие выступы расположены также на одной из сторон роторных магнитных участков с чередрванием через один. Положительньй эффект достигается за счет того, что устраняются пульсации тока в якорной цепи, вызванные действием суммарной коммутирующей ЭДС и, в связи с этим, отпадает необходимость в сглаживающем дросселе. Кроме того, улучшаются виброакустические характеристики, а применение трансформатора с вращающимся демпфером приводит к выравниванию параметров коммутируемых контуров, к снижению установленной мощности динамичес кого трансформатора и .существенно упрощает систему управления инвертором. В результате повышается коммута ционная устойчивость вентильного дви гателя, снижаются материалоемкость, масса и габариты. На фиг. 1 изображена конструкция динамического коммутирующего трансфо матора вентильного электродвигателя; на фиг. 2 - электрическая схема соединения обмоток трансформатора с об мотками и тиристорами инвертора вентильного двигателя. Динамический трансформатор (фиг.1 содержит два основных узла: ротор 1 и статор 2. Ротор 1 расположен на валу вентильного двигателя и несет на ободе активные элементы (ферромаг нитные вставки 3), число которых рав но числу полюсов электродвигателя, и демпфирующие элементы 4. В статоре 2 равномерно по окружности расположены узлы коммутации. Количество узлов коммутации равно числу секций якорной обмотки вентильного двигателя. Каждьм узел коммутации имеет ферромагнитный сердечник 5, на котором закреплена катушка 6 вторичной обмотки трансформатора, а в специальных пазах узкой части пакета стали сердечника расположены две катушки 7 управления тиристорами анодной и катодной групп инвертора. Все узлы коммутации закреплены в корпусе статора 2 с помощью нажимного кольца 8, В расточке кольца, образованного сердечниками 5, расположена кольцевая первичная обмотка 9 трансформатора, которая получает питание от источника переменного тока повышенной частоты (не показан). Вторичные обмотки трансформатора 10-13 подклю чены к обмотке якоря двигателя 14-19 и тиристорному коммутатору 20-27 таким образом, чтобы их ЭДС в коммутируемом контуре суммировалась (начало обмоток отмечено на фит. 2 точкой) . При переключении тока с тиристора 20 на тиристор 22 в анодной группе в контуре действует сумма ЭДС ец и В тоже время влияние коммутирующих ЭДС на внешнюю цель отсутствует, так как их алгебраическая сумма всегда равна нулю. В контуре тока 10, образованном источником питания двигателя (не показан), откры тыми тиристорами 20 и 25, коммутирующими обмотками трансформатора 10 и 12 и якорной обмоткой двигателя ЭДС е к и е, уравновешены (фиг. 2). Работа вентильного электродвигателя осуществляется следующим образом. Вследствие того, что тангенциальньш размер ферромагнитных вставок 3 выбран равным или несколько большим шага расположения коммутирующих узлов трансформатора, создаются условия для включения двух тиристоров из анодной и катодной групп (подается управляющий импульс и создаются благоприятные анод ные условия). Затем повьш1ают напряжение на зажимах двигателя, подготовленные к включению тиристоры открываются и ротор двигателя приходит во вращение. Включается в действие очередная пара коммутирующих узлов и происходит коммутация тока в тиристорах. Далее процесс циклически повторяется. При вращении ротора в динамическом трансформаторе происходит циклическая коммутация магнитного потока вращающимися -ферромагнитными вставками 3 ротора 1 и демпфирования потоков рассеяния в межкоммутационной зоне демпфирующими элементами 4. Указанное позволяет рассматривать трансформатор с точки зрения установленной мощности как одиночную секцию, попеременно включаемую во все коммутируемые контуры. Это дает основание считать, что установленная мощность трансформатора составляет 2P/N часть полной мощности, где N - число секций вентильного двигателя. Управление инвертором 20-27 электродвигателя осуществляется с помощью обмоток управления 28-35 коммутирующего трансформатора. ЭДС обмоток управления и коммутирующих обмоток создаются одним магнитным потоком и петому совпадают по фазе, что дает возможность начать 510 и завершить коммутационный цикл за время одного ползгпериода ЭДС несущей частоты. Предлагаемое устройство обеспечиbaet надежную коммутацию вентильного двигателя при пуске и устойчивые характеристики, существенно упрощает систему управления инвертором, конструКтивно объединяя датчик положения 10 пуска. 2 ротора с узлом коммутации, исключая .необходимость усиления мощности управляющего сигнала, снижает массу, габариты и стоимость вентильного двигателя. Устройство может быть использовано в электродвигателях, имеющих многосекционную обмотку якоря различного применения в том числе и двигателях с тяжелыми условиями

1. ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий ротор, статор с многосекционной обмоткой якоря, со единенной с выходом инвертора, управляющие цепи плеч которого соединены с выходом датчика положения ротора, и коммутирующее устройство, включенное между силовыми цепями плеч инвертора и обмотки якоря, и включающий в себя источник коммутирующего напряжения и трансформатор, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, коммутирующее устройство выполнено в виде диIf Wf l/ gftAf 13 Bi4fe.j. Ki, -.-...-.j намического трансформатора, содержащего статор, на котором расположена первичная кольцевая обмотка, и узлы коммутации, количество которых равно числу секций обмотки якоря и каждый из которых включает в себя магнитопровод, охваченный коммутирующей секцией вторичной обмотки трансформатора, ротор содержит чередующиеся магнитопроводящие и электропроводные демпфирующие участки, обращенные к магнйтопроводу коммутирующих узлов, а каждая из коммутирующих секций вторичной обмотки трансформатора подключена между общей точкой тиристоров С S ветви инвертора и общей точкой смежных секций обмотки якоря. (Л 2. Электродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что магни- . с топровод коммутирующего трансформатора снабжен дополнителып.тмм выступами, на статорной части которых расположены обмотки управления, причем дополнительные выступы расположены также на одной из сторон роторных магнит со ел ных участков с чередованием через один. оо INO ЬО

(риг./