Высокоскоростной вентильный электродвигатель Советский патент 1985 года по МПК H02K29/06 

1

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к высокоскороС;Т;ным вентильным электродвига. тел ям, и -Может быть и-спользовано в приводах высокооборотных механизмов, не требующих больших пусковых моментов, таких, как компрессоры,х насосы, центрифуги и другие устройства.

Известны вентильные электродвигатели, содержащие электрическую машину с многофазной статорной обмоткой, датчик положения ротора и полупроводниковый коммутатор, включающий в себя тиристорные силовые ключи через которые к источнику питания подключена статорная обмотка, и устройство переключения работы двигателя (с искусственной и естественной коммутациями), Пуск двигателя осуществляется при работе его в режиме искусственной коммутации. По достижении некоторой частоты вращепия, составляющей 0,1-0,2 от знаЧенияГ номинальной частоты вращения осуществляется переход на естественнуто коммутацию. В вентильном двигателе трехфазная статорная обмотка подключена с помощью тиристорных ключей коммутатора к источнику питания через регулируемый тиристорный в.ьтрямитель П .

Недостаток- этого устройства заключается в его низкой частоте вращения, составляющей 0,1-0,2 от значения частоты сети, т.е. 5-8 Гц при питании от промышленной сети частотой 50 Гц. Дня высокоскоростных двигателей частоты коммутации (при числе пар полюсов ) лежит в пределах 200-1000 Гц, поэтому при частоте коммутации 5-10 Гц двигатель не достигает частоты вращения, при которой возможен переход на естественную коммутацию.

Известен также вентильный электродвигатель, в котором прерьшание питания осуществляется с помощью транзисторных ключей с частотой, превыша ощей частоту сети. Электродвигатель содержит в цепи постоянного тока транзисто ры, обеспечивающие прерьшание тока по сигналам с элементов управляющих цепей транзисторов коммутатора 2J .

Недос1;атками данного электродвигателя являются необходимость работы транзисторов с номинальным током дви182

гателя и на полное напряжение питания, что ограничивает мощность двигателя и его напряжение питания, и значительные потери в транзисторах.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является вентильный электродвигатель, который содержит якорь с многофазной обмоткой, имеющей отводы от части токов

каждой фазы для изменения частоты вращения, датчик положения ротора,. мостовой коммутатор с силовыми тиристорными ключами, через которые к источнику питания подключена статорная обмотка, устройство переключения режима работы двигателя. Двигатель содержит также батарею коммутирующих емкостей, подключенных к силовым ключам с помощью дополнительных тиристоров. Управление силовыми тиристорами осуществляется по сигналам датчика положения ротора через усилители-формирователи, а дополнительными тиристорами - через логические элементы. При пуске двигателя обеспечивается режим искусственной коммутации силовых тиристоров с помощью коммутирующих емкостей. По сигналу устройства переключения режима работы дополнительные тиристоры запираются, и дальнейшая работа двигателя осуществляется в режиме естественной коммутации З .

Недостатками известного двигателя являются сложность, большая масса и габариты и низкая надежность. Это объясняется наличием громоздкой батареи коммутирующих емкостей и

трудностями согласования моментов работы дополнительных и основных силовых тиристоров, обуславливающих низкую надежность коммутатора.

Цель изобретения - упроще ше конструкции, снижение массы и габаритов коммутатора и повьщ1ение надежности.

Цель достигается тем, что двигатель содержит распр еделители управляющих импульсов с двумя управляющими входами и дополнительный коммутатор, вкл1бченный. параллельно тиристорному и соединенный своим выходом с дополнительными отводами обмотки якоря, казвдый ключ которого состоит из последовательно соединенных вспомогательного тиристора и транзистора, и распределители сигналов, выходы каждото из которых соединены с управляющими цепями силовы ключей обоих коммутаторов, один из входов соединен с выходом датчика положения ротора, а другой вход с устройством переключения режима работы. На фиг. 1 приведена схема коммутаторов с подключенной к .ним обмоткой и системой управления двумя силовыми ключами; на фиг. 2 - блоксхема распределителя управляющих им пульсов; на фиг. 3 - диаграммы напряжений, снимаемых с элементов дви гателя . Вентильный электродвигатель содержит мостовой тиристорный коммутатор 1 с силовыми ключами 2-7, через которые к источнику питания под ключены фазы 8-10 трехфазной статор ной обмотки, имеющей отводы 11-13. Параллельно тиристорному коммутатору 1 подключен дополнительнь1й коммутатор 14 с силовыми клюиа№5 15-20, каждый из которых, например ключ 15, состоит из последовательно соединенных тиристоров 21 и тран зистора 22, шунтированных в обратном направлении диодом 23. Через силовые ключи I5-20 коммутатора 14 источником питания соединены отводы 11-13 статорной обмотки. Силовые ключи коммутаторов 1 и 14, через ко торые с источником питания соединена одна и та же фаза статорной обмотки, своими управляющими цепями связаны с одним и тем же распределителем сигналов. Например, силовые ключи 2 и 15, соединенные с фазой 8 и отводом 11, управляющими цепями своих элементов соединены через уси лители-формирователи 24-26 с распре лителем 27 управляющих импульсов. Распределители сигналов с соответс-твующими усилителями-формирователями остальных ключей на фиг.1 не показаны. Каждый распределитель 27 сигналов соединен своими входами с. датчиком 28 положения ротора и устройством 29 переключения режима ра боты. Блок-схема распределителя 27 сигHajloB выполнена на логических элементах НЕ 30-32 и на логических элементах ИЛИ-НЕ 33-35. Входы 36 и 37 распределителя управляющих импульсов соединены соответственно с уст184ройством 29 переключения режима рабо- ты и датчиком 28 положения ротора. Выходы 38-40 усилители-формирователи 24-26 соединены соответственно С тиристором 2,, тиристором 21 и транзистором 22. Сигнал Uj,, (фиг.З) поступает с устройства 29 переключения режима работы на вход распределителя 27 сигналов, на другой вход которого подается сигнал и 8 с датчика 28 положе НИИ ротора. Сигналы U i г снимаемые соответственно с транзистора 22, тиристора 21 и тиристора 2 характеризуют отпертое и запертое состояние этих элементов. Пунктирная линия 41 обозначает момент переключения режима работы двигателя с искусственной коммутации на естест венную. Двигатель работает следующим образом. Пуск двигателя производится при работе его в режиме искусственной коммутации на пониженном напряжении питания. При отсутствии сигнала с устройства 29 переключения режима работы, отпирающие сигналы с распределителей сигналов, например с распределителя 27 сигналов, поступают только на транзистор 22 и тиристор 21.. При этом тиристор 21 находится в отпертом состоянии в течение всего периода работы двигателя в режиме искусственной коммутации, а транзистор 22 отпирается только при поступлении на вход распределителя сигналов с датчика положения ротора. Таким образом, режим искусствеиной коммутации в предлагаемом двигателе характеризуется запертым состоянием силовых тиристоров коммутатора 1, отпертым состоянием тиристоров коммутатора 14 и коммутацией части статорной обмотки, осуществляемой через отводы 11-13 с помощью транзисторов коммутатора 14. Значение напряжения питания, плавно возрастающего с повышением частоты вращения, не должно при этом превышать максимально допустимого для транзисторов напряжения. При достижении двигателем частоы вращения, составляюп1ей 0,1-0,2 т значения номинальной частоты, существляется переход на режим раоты с естественной коммутацией. Для того с устройства переключения реянма работы подаете сигнал на распределители сигналов в результате чего запираются тиристоры коммутатора 14, отпираются на весь период рабофы в режиме естественной коммутации транзисторы коммутатора 14, а переключение обмотки осуществляется силовыми тиристорами коммутатора 1, отпираемыми в моменты, когда имеет место сигнал с датчика положения ротора (фиг.З).

Применение предлагаемого двигателя, в сра В1нении с известным позволяет исключить батарею коммутиг рующих емкостей с подключающими их тиристорами и упростить схему и процесс пуска двигателя за счет применения полностью управляемых сило970186

вых элементов. За счет того, что с помощью транзисторов коммутируется только часть обмотки, повышается частота вращения двигателя, и переход на режим естественной коммутации обеспечивается при меньщем напряжении питания. Это позволяет при напряжении питания двигателя 600 В и более использовать существующие 10 мощные силовые транзисторы, предельно допустимое напряжение для которых практически не превосходит

100-120 В с предельным коллекторным током 100 А.

15 За счет существенного упрощения системы управления повышается надежность двигателя, увеличивается СРОК его непрерывной работы.

ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий индук- тор, якорь с многофазной обмоткойj от каждой части витков фазы которой выполнены дополнительные отводы, датчик положения ротора, тиристорный коммутатор, через который к ис- точнику питания подключена обмотка якоря, и систему управления, вклюйа- « ющую в себя усилители-форьшрователи и устройство переключения режима работы, отличающийся тем. что, с целью упрощения, уменьшения массы и габаритов и повьшения надежности, двигатель содержит распределители управляющих импульсов с даумя управляющими входами и дополнительный коммутатор, включенный параллельно тиристорному и соединенный своим выходом с дополнительными отводами обмотки якоря, каждый ключ которого состоит из последовательно соединенных вспомогательного тиристора и транзистора, выходы каждого (Л из распределителей соединены с управляющими цепями силовых ключей обоих коммутаторов, один из входов § соединен с выходом датчика положения ротора, а другой вход - с устройством переключения режима работы. со

фаг. 1

Фиг.З

Фиг.г