Многофазный вентильный электродвигатель Советский патент 1986 года по МПК H02K29/00 

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в позиционном и регулируемом электроприводе. Целью изобретения является расширение диапазона регулирования и улучшение энергетических характеристик. На фиг,1 показан пример принципиальной схемы устройства, на фиг.2 пространственное распределение чисел витков фазных обмоток, на фиг„3 - фазовые питающие напряжения и таблица переключений в различных режимах, на фиг.4 - диаграммы магнитного поля для синхронной частоты вращения, на фиг.5 и 6 - то же, для двух положений не подвижно фиксированного ротора, на фиг.7 - то же, для- частоты вращения, равной половине синхронной, на фиг.8 - то же, для частоты вращения, равной четверти синхронной. Многофазный вентильньй электродвигатель (фиг,1) содержит т- фазную обмотку (гп 3), каждая фаза которой имеет выведенную среднюю тачку, так что образуется шесть обмоток 1-6 Средние точки фазных обмоток предназначены для подключения к т-фазной питающей сети, а выводы фаз подключены к средним точкам двух мостовых выпрямителей, состоящих из диодов соответственно 7-12 и 13-18. К средним точкам фазных обмоток подключены также средние точки третьего мостового выпрямителя, состоящего из диодов1924. Схема содержит четыре полностью управляемых ключа (например, транзисторы или полностью управляемые тиристоры) ; ключ 25 включен между общими точками анодной группы диодов первого выпрямителя и катодной группы диодов третьего выпрямителя, ключ 26 включен между общими точками катодной группы .второго вьшрямителя и анодной группы третьего вьшрямителя, ключ 27 включен между общими точками анодной группы второго вьтрямителя и катодной группы третьего вьшрямителя, ключ 28 включен между общими точками катодной группы первого выпрямителя и анодной группы третьего вьшрямителя. На фиг,2 показаны трапецеидальные распределениячисел витков обмоток по окружности статора - вдоль пространственной координаты X (или намагничивающие силы (н.с) при единичном положительном токе), причем цифрами указано к каким обмоткам фиг.1 они относятся. Полярности двух обмоток, подключенных к одной фазе, например, обмоток 2 и 5, одинаковы относительно этой фазы, как показано точками на фиг.1, а сами обмотки сдвинуты на полокружности статора (фиг,2), т.е. две обмотки, подключенные к одной фазе питания, создают одинаковую н.с. при обратных токах. Поэтому якорную обмотку двигателя можно рассматривать и как шестифазнзш), и как трехфазную, у которой каждая фаза состоит из двух одинаковыхJ но встречно соединенных частей. При положительных фазных напряжениях могут проводить диоды 7, 9, 11, 14, 16, 18,. 19, 20, 21, при отрицательных - остальные диоды. Как и в обычных выпрямителях, в каждой катодной группе вентилей (у которых соединены катоды) гфоводит диод с максимальным анодным напряжением, в каждой анодной группе - с минимальным катодным напряжением. Обмотки, подключенные к одной фазе питания, создают одинаковую н.с. в два ползшериода. Например, в тот полупериод, когда фазное напряжение.средней фазы В положительно и проводит диод 9, обмотка 2 создает такзто же н.с. как ii обмотка 5 во второй полупериод, когда проводит диод 15. Ротор двигателя (не показан) обычной конструкции для машин переменного тока, может быть возбуткдаемый или пассивный. На фиг.З изображены фазные напряжения питания А, В, С угловой частоты ей/ , а под ними таблица включения вентилей и ключей с номерами элементов фиг.1. Таблица состоит из пяти горизонтальных полос, расположенных одна под ДРУГОЙ к разделенных небольщими промежутками, а каждая полоса-j состоящая из трех горизонтальных граф, относится к одному режиму. Б трех графах каждой полосы представлены номера проводящих диодов (в первых двз графах) и включенньгх ключей (в третьей графе) дхш каждого интервала. Шкала времени дана под таблицей. Втаблице показаны переключения для Пяти режимов, эти режимы иллюстрируются диаграммами фиг,4-8. Работа устройства рассматривается в нескольких режимах. Первьй режим - первые три графы таблицы фит.З, Синхронная частота

вращения, переключаются только ключи 25 и 28. В интервале OiQt ё 7/3, когда напряжение фазы В отрицательно ток обмотки 2 замыкается через диод 10 и ключ 25 сначала на фазу С (диод 21), затем - на фазу А (диод 19). В следующий интервал Т/З со t 21(/3 включается ключ 28 и вступает в работу обмотка 1, ток которой через диод 7 и ключ 28 замыкается сначала на фаЗУ В (диод 23), затем - на фазу С (диод 24). Дальнейшие переключения видны из таблицы. Диаграмма фиг.4 изображает положения н.с. сразу за моментами переключения в первых трех интервалах. Как видно из фиг.4, через каждые Г/З временных радиан н.с, якоря передвигается на ir/3 пространственных радиан, т.е. вращается в дискретном (Шаговом) режиме с синхронной угловой скоростью Ci). Интервалы работы ключей 25 и 28 разделены небольшими промежутками, необходимыми для полного восстановления их запирающих свойств.

Второй режим - вторые три графы таблицы: получение неподвижного магнитного поля заданного направления, совпадающего с осью фазной обмотки 1. Как видно из таблицы фиг.З, те интервалы, когда напряжение фазы А максимально или минимально, включены по одной из двух обмоток 1 и 4, которые соединены с этой фазой и в оба полупериода дают одинаковую н.с. В остальные интервалы В1слючены одновре-. менно по. одной обмотке двух других фаз, так что сумма их н.с. равна н.с. обмотки t. Это суммирование н.с. иллюстрируется на фиг.5, где суммиру-е емые н.с. обмоток изображены пунктиром, а их сумма - сплошной линией. Как видно из фиг.5, она остается все время неподвижной.

Третий режим - следующие три графы таблицы фиг.З и фиг.б - иллюстрирует возможность поворота н.с. на заданный угол, в частности это уголif/3. Здесь включены большие интервалы обмотки, соединенные с фазой С, и небольшие йнтерваль; Т /3 по две обмотки двзпс других фаз, сумма н.с. которых дает требуемую н.с. Сопоставленные фиг.З и 6 показывают, что магнитное поле опять неподвижно, но ось его сдвинута относительно предьщущего положения

Четвертый режим - следующие три графы таблицы: получение частоты вращения вдвое меньше синхронной. Каждый вентиль проводит интервал 2ТГ/3, как в обычно.м мостовом выпряШ1теле, но первый и третий мост рабдтают по очереди. Режим иллюстрируется фиг.7. Из сопоставления с фиг.4 видяо, что в каждом направлении ось н„с. удерживается вдвое дольше, чем при синхронной частоте вращения, причем поле вращается в обратн то сторону.

Пятый режим - последние три таблицы: получение скорости вращения вчетверо меньшей, чем синхронная. В этом режиме также есть длинные интервалы по 21Г/3, когда включена одна обмотка, есть вдвое меньшие интервалы, когда включена только одна обмотка и есть такие же интервалы, когда включены по две обмотки, сумма н.с. которых равна требуемой. Режим иллюстрируется фиг.8, откуда видно, что в каждом направлении ось н.с. удерживается вчетверо дольше, чем при синхронной частоте вращения, причем поле вращается в ту же сторону.

Таким образом, можно получить реверсивное, дискретное вращение н.с. якоря, а значит, и ротора с любой скоростью. Дискретность вращения поля при низких частотах-вращения может использоваться для шаговых двигателей, а при высоких частотах вращения не имеет принципиального значения для большинства приводов, где важно лишь среднее значение развиваемого момента.

Если переключения используются для разгона синхронного двигателя, то после достижения синхронной частоты вращения обмотки 4, 3, 6 отключаются от своих вентилей и соединяются с обмотками 1, 2, 3 (переключатель на фиг.1 не показан) в соответствующем направлении - это улучшает степень . использования обмоток. С этой же целью можно переключить полярности трех обмоток, чтобы выпрямительные мосты работали параллельно.

Пример схемы на фнг.1 показан с использованием мостовых выпрямителей, хотя возможно использование нулевой схемы вьшрямления.

Технико-эконом1гческим преимуществом предложенного многофазного вентильного двигателя являетсярасширение диапазона регулирования. Известкые вентильные двигатели, имеющие простую схему, допускают реверсивное регулирование частоты вращения только до 1/3 от синхронной, тогда как предложенный позволяет регулирование Частоты вращения в обе стороны вплоть до синхронной, при этом улучшаются е.го энергетические характеристики (уменьшаются действзпощие значения тока и потерь). Формула изобретения Многофазный вентильный электродвигатель, содержаний многофазную обмотicy, выводы фаз которых подключены к средним точкам двух мостовых выпрямителей, а выводы с,редних точек фазных обмоток предназначены для подключения к сети, два полностью управляеьшх ключа, каждый из которых подкл11}чен одним выводом к общим точкам анодной и катодной групп диодов вьтрямите:1ей, отличающееся тем, что, С целью расширения диапазона регулирования и улучшения энергетических характеристик, введены третий мостовой выпрямитель и третий и четвертый полностью управляемые ключи, при этом средние, точки третьего мостового выпрямителя подключены к средним точкам фаз электродвигателя, а общие точки катодной и анодной групп третьего мостового вьтрямителя - к вторым выводам первого и второго ключей, третий ключ включен между общими точками анодной группы третьего выпрямителя и катодной группы второго выпрямителя, а четвертый ключ включен между общими точками катодной группы третьего выпрямителя и анодной группы первого выпрямителя.

ог if. 2я

3 3

(t)t

О

Jt

1

0«.5 3

f ffX|

3 3

фи&, Фи5. 7

a 2f «f 2ff

фиг. 8