Вентильный электродвигатель Советский патент 1985 года по МПК H02K29/06 

1

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электродвигателям с бесконтактной электронной коммутацией, и может быть использовано в электроприводах с вентильными электродвигателями (ВД).

Целью изобретения является улучшение .энергетических характеристик электродвигателя и повышение надежности.

На фиг.1 показана схема вентильного электродвигателя; на фиг.2 его механическая характеристика , на фиг.З - временные диаграммы.

Схема вентильного электродвигателя содержит секции 1-4 первой дву фазной обмотки, транзисторные ключи 5-8 первой обмотки. , Секции 912 второй двухфазной обмотки, транзисторные ключи 13-16 второй обмотки, резисторы 17-20, дополнительные резисторы 21-24, бесконтактные реле 25-28, измерители 29-32 мгновенной частоты вращения, например измерители мгновенной ЭДС секций двухфазной обмотки, фильтр 33 и пороговое устройство 34. На фиг.2 и 3 обозначены частота вращения п , момент нагрузки на валу электродвигателя М, ЭДС секций е, Сс время -fc, напряжение на входе порогового устройств U- , амплитуда пульсаций напряжения на выходе фильтра лО.

Секции 1-4 двухфазной обмотки включены последовательно с транзисторными ключами 5-8, причем начало секции 1 и конец секции 2 подключены к первому зажиму источника питания, а начало секции 3 и конец секции 4 объединены и подключены к выходам транзисторных ключей 5 и 6.

Выходы транзисторных ключей 7 и подключены к второму зажиму источника питания. Секции 9-12 второй двухфазной обмотки, соосной с первой, соединены последовательно с силовыми транзисторными ключами 13-16 соответственно, причем начало секции 9 и конец секции 10 подключены к первому зажиму источника питания, а начало секции 11 и конец секции 12 объединены и подключены к выходам силовых транзисторных,ключей 13 и 14 и к выходам транзисторных ключей 5 и 6. Управляющие входы силовых транзисторных ключей 13-16 чере последовательно соединенные резисто 18 и бесконтактное реле 25, резистор 17 и бесконтактное реле 26, ре019702

зистор 20 и бесконтактное реле 27, резистор 19 и бесконтактное реле 28 , соответственно подключены к точке соединения секций 10, 9, 12 и 11 с соответствующими силовьаЛ транзисторами ключами. Управляющие входы СИ7 ловых транзисторных ключей 13-16 . через резисторы 21-24 соответственно соединены со своими выходами. ВхоfQ ды измерителей 29-32 мгновенной частоты вращения, например измерителей мгновенной ЭДС секций, подключены соответственно к точкам соединения секций 1,2,4 и 3 с транзис. торными ключами 5-8, а их выходы объединены и через последовательно включенное пороговое устройство 34 подключены к управляющим входам бесконтактных реле 25-28. Последовательно с noporoBbiM устройством 34 может быть включен фильтр 33, поэтому вход его подключен к выходам измерителей 29-32 мгновенной частоты вращения, а выход - к пороговому

25 устройству 34.

В исходном состоянии бесконтактные реле 25-28 нормально разомкнуты. Пороговое устройство 34 напряжением и настраивается на величину ЭДС секции, соответствующей частоте вращения Пс(фиг.2).

В момент пуска по сигналам датчика положения ротора (не показан) коммутируются транзисторные ключи 5-8, в результате чего к источнику

35 питания оказьшаются подключенными секции 1-4 первой двухфазной обмотки. Сопротивление секций первой двухфазной обмотки рассчитьгоают таким образом, чтобы пусковой ток

не превьш1ал допустимого тока транзисторных ключей 5-8. Двигатель таким образом начинает разгоняться по механической характеристике М а (фиг.2). При достижении частоты

5 вращения вала п на входе порогового устройства 34 напряжение U достигает величины U настройки порогового устройства 34 (фиг.З а), которое срабатьтает и выдает сигнал

50 на открытие бесконтактных реле 2528, в результате чего силовые транзисторные ключи 13-16 потенциалами с делителей, образованных основными и дополнительными резисторами соответственно 17, 22, 18, 21, 19, 24, 20, 23, открьшаются, в результате чего вступают в работу секции 9-12 второй двухфазной обмотки. При этом

поскольку секции 9 и 11 относительно секций 10 и 12 сдвинуты на 180 эл.град., в то время, когда транзисторные ключи 13 и 15 открыты под воздействием ЭДС, наводимой соответственно в секциях 10 и 12, транзисторные ключи 14 и 16 закрыты, поскольку ЭДС в секциях 9 и 11 в это же время имеет противоположную полярность. Таким образом, параллельно первой двухфазной обмотке оказывается подключенной вторая двухфазная обмотка, сопротивление которой выбирается значительно меньшим, чем сопротивление первой из условия обеспечения высокого КПД в диапазоне частот вращения выше Пд . При дальнейшем увеличении частоты вращения двигатель работает на участке аЬ механической характеристики. В этом диапазоне происходит периодическое срабатывание порогового устройства 34 ввиду пульсаций мгновенной ЭДС (фиг.З) секций, поступающих на вход фильтра 38. При достижении частоты вращения п. и превышения ее, при которой амплитуда ЭДС секции достигает значения О , пороговое устройство 34 вьщает непрерывный сигнал на открытие бесконтактных реле 25-28, и двигатель в результате работает на участке механической характеристики. При увеличении момента нагрузки элементы схемы работают в обратной последовательности.

В случае синусоидальной ЭДС секций . Крутизна участка аЪ механической характеристики (фиг.2) зависит от величины пульсаций напряжения, поступаемого на вход порогового устройства. Введение фильтра 3 в конечном счете приводит к увеличению крутизны участка «Ъ механической характеристики и увеличеншо перегрузочной способности электродвигателя по моменту нагрузки при работе на высоких частотах вращения Включение фильтра приводит к сглаживанию пульсаций ЭДС на входе порогового устройства (фиг.З S), При этом если включение в работу второй двухфазной обмотки происходит также при частоте п , то частота вращения п., при которой пороговое устройство 34 начинает вьздавать непрерывный сигнал на бесконтактные реле 25-28, меньше, чтем в первом случае, и определяется лишь величиной ди пульсаций напряжения на выходе фильтра 33. При увеличении нагрузки на валу электродвигателя, работающего на участке , переход на нижнюю ветвь механической ха-

рактеристики «Mj, начинает происходить с частоты вращения, определяемой нижним значением напряжения на выходе фильтра 33, Механическая характеристика электродвигателя в этом

0 случае имеет вид, показанный пунктирной линией (фиг.2). В случае идеального сглаживания напряжения на выходе фильтра ч

Таким образом, введение в схему

5 вентильного электродвигателя измерителей ЭДС секций якорной обмотки, второй двухфазной обмотки, соосной с первой, последовательно с секциями которой включены силовые транQ зисторные ключи, калсдый из которых управляется рт- ЭДС соседних секций той же фазы порогового устройства и бесконтактных реле, управляемых сигналом с выхода порогового устройства, вход которого подключен к выходам (измерителей ЭДС секций, обеспечивает повышение надежности электродвигателя за счет ограничения величины пускового тока и увеличение КПД при работе в области номинальных частот вращения.

Введение в схему вентильного электродвигателя фильтра, вход которого подключен к выходам измерителей мгновенной ЭДС секций, а выходк входу порогового устройства, обеспечивает расширение функциональных возможностей электродвигателя за счет увеличения его перегрузочной способности по моменту нагрузки.

1. ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий двухфазную обмотку, состоящую.из четырех секций по две секции в каждой фазе, последовательно с которыми соединены транзисторные ключи, причем начало одной секции и конец другой секции первой фазы подключены к первому зажиму источника питания, начало одной секции и конец другой секции второй фазы объединены и подключены к выходам транзисторных ключей первой фазы, выходы транзисторньк. ключей второй фазы подключены к второму зажиму источника питания, а управляющие цепи ключей соединены с выходом датчика положения ротора, отличающийся тем, что. с целью улучшения энергетических характеристик электродвигателя и повьшения надежности, в него.введены вторая двухфазная обмотка, соосная с первой, четьфе резистора, четыре измерителя мгновенной частоты вращения и четыре бесконтактных реле, четыре дополнительных ключа и пороговое устройство, при этом секции каждой фазы второй обмотки соединены параллельно с секциями первой обмотки через транзисторные ключи, а управляющие входы каждого из дополнительных транзисторных ключей через резисторы и силовые цепи реле соединены с коллекторами ключей, связанных с другой секцией той же О) фазы, входы измерителей мгновенной частоты вращения подсоединены к общим точкам секций, и транзисторных ключей каждой фазы первой обмотки выходы объединены и связаны с входом порогового устройства, а управЮ ляющие цепи бесконтактных реле объединены и подключены к выходу порогового устройства. ;о 2. Электродвигатель по п.1, о т ч личающийся тем, что в него введен фильтр, вход которого подключен к выходам измерителей мгновенной частоты вращения, а вы- ход - к входу порогового устройства.