Вентильный электродвигатель и способ его настройки Советский патент 1986 года по МПК H02K29/06 

1

Изобретение относится к электротехнике и преимущественно может быть использовано при разработке и производстве вентильных электродвигателей,питающихся от источников ограниценной мощности.

Цель изобретения - повышение энергетических показателей вентильного электродвигателя за счет исключения пульсаций тока в якорных обмотках на межкоммутационном интервале, а также упрощение настройки на оптимальный угол опережающей коммутации, производимой на холостом ходу и исключающей реактивные токи, протекающиеп о якорной обмотке электродвигателя .

На фиг.1 представлена электрическая схема вентильного электродвигателя; на фиг.2 - осциллограммы процессов в вентильном электродвигателе и осциллограмма сигнала вторичной измерительной обмотки; на фиг.З осциллограмма сигнала вторичной измерительной обмотки$ соответствующе- го оптимальному углу опережающей коммутации при холостом ходе вентильного электродвигателя.

Вентильный электродвигатель содержит транзисторные ключи 1-4 коммутатора, секции 5-8 якорной обмотки и дроссель 9 с секционированными обмотками 10 и 115 а также синхронную, машину и датчик положения ротора (не показаны). Последовательно со средней точкой обмотки дросселя 9 в цепь питания электродвигателя включен линейньй дроссель 12 с первичной обмоткой 13 и вторичной измерительной обмоткой 14 5 к которой подключен фильтр, состоящий из последовательно соединенных стабилитрона 15 и резистора 16. Параллельно стабилитрону 15 подключен конденсатор 17.

Вентильный электродвигатель рабо тает следующим образом.

При подаче напряжения питания от источника в соответствии с сигналами датчика положения ротора транзисторные ключи 1-4 коммутатора коммут руют токи в секциях 5-8 якорной обмотки, создавая во взаимодействии с .постоянным магнитом ротора электромагнитный момент 5 приводящий ротор электродвигателя во вращение.Зона , коммутации, секций обмотки якоря такого вентильного электродвигателя составляет не менее 180 эл.град.

4

Предположим, что в данный момент времени открыт ключ 1 и через секцию 5 протекает ток якоря. В момент времени, когда амплитуда противо-ЭДС, наводимой в секции 5, достигает максимальной величины, с помощью ключа 3 включается секция 7, а работавшая секция 8 отключается.

В момент отключения секции 8 реактивная энергия, накопленная в ней и обмотке 11 дросселя 9, вызьшает вплеск напряжения, величина которого определяется величиной суммарной индуктивности секций 8 и 11 и временем коммутации. Как правило, величина этого напряжения превосходит величину напряжения питания, и на момент коммутации секции 8 якорной обмотки напряжение на секции 5 якорной обмотки в отсутствие дросселя 12 упадет до нуля (фиг.2, напряжение U).

Ток в секции 5 в середине интервала коммутации соответственно имеет провал, который также может доходитьдо нуля. После окончания процессов перераспределения реактивной энергии связанных с отключением секции 8, напряжение на средней точке дросселя 9 восстанавливается и ток в секци 5 снова возрастает по экспоненте до величины, равной величине тока на момент.начала отключения секции 8. Естественно, такие пульсации величины тока вызьгаают дополнительные потери в якорных обмотках вентильного электродвигателя и снижают его КПД.

Введение линейного дросселя 12 позволяет исключить пульсации тока якоря на коммутационном интервале. Это достигается тем, что в момент отключения какой-либо секции якоря импульсная энергия запасается на линейном дросселе I2, что приводит к появлению на обмотке 13 линейного дросселя 12 напряжения, равного по величине напряжению коммутируемой сеции плюс напряжение на обмотке дросселя 9 с противоположной полярностью Напряжение на средней точке дросселя в этом случае остается неизменным и пульсации тока якоря (фиг.2,ток Ге) на коммутационном интервале практически исключаются Так как дроссель 12 работает в импульсном режиме, его габариты незначительны и не оказывают существенного влияния на мас согабаритные показатели вентильного электродвигателя. Появление на об3мотке 13 линейного дросселя 12 импульсного напряжения с частотой, ра ной частоте коммутации якорных обмо ток, и, следовательноJ кратной частоте вращения вентильного электродвигателя, приводит к возникновению на вторичной измерительной обмо ке 14 линейного дросселя 12 импульс ных сигналов, длительность которых изменяется в зависимости Ьт величины тока, протекающего по якорным обмоткам, а амплитуда зависит от ве личины напряжения питания вентильного электродвигателя. Введение фильтра, состоящего из стабилитрона 15, резистора 16 и кон денсатора 17, позволяет преобразова импульсы, возникающие во вторичной измерительной обмотке 14, в импульс постоянной амплитуды, гальванически не связанные с источником. Включени конденсатора 17 обеспечивает формирование устойчивых переднего и заднего фронтов импульсов, т.е. устранение их колебательного характера из-за возникновения колебательного контура, обусловленного игздуктив-костью вторичной измерительной обмот ки 14 и наличием межвитковой емкости з.той обмотки (на фиг.2 представ- 1лена осциллограмма выходного сигнала измерительной обмотки 14). Возможность визуального наблюдени сигнала, параметры которого определя ются процессом коммутации вентильного электродвигателя,позволяет достаточно просто устанавливать опережающий угол коммутации вентильного элек родвигателя, близкий к оптимальному, реализуя способ его настройки. Если в соответствии с данным способом настройки вентильного электродвигате ля сдвигать статор датчика положения ротора относительно статора синхронного двигателя, то коммутатор вентильного электродвигателя формирует напряжение с некоторым опережением относительно противо-ЭДС, наводимой в. якорных секциях. Величина опережения строго связана с геометрическим расположением статоров датчика положения ротора и синхронной машины. Если на холостом ходу регулировать угол коммутации вентильного электродвигателя (сдвигая статор датчика положения ротора относительно статора синхронной машины против направле ния вращения вала электродвигателя), 414 то длительность импульсов, снимаемых с вторичной измерительной обмотки 14, будет изменяться. При большом угле опережающей коммутации импульсы вообще исчезают, так как величина противо-ЭДС, направленной встречно напряжению коммутируемой секции, компенсирует всплески напряжения отключаемых секций и через линейныйдроссель 12 протекает постоянный ток. Появление на вторичной измерительной обмотке 14 импульсов минимальной длительности IJgbi :11((Фиг.З) при регулировании угла опережения характеризует оптимальный коммутационный процесс, так как величина тока в момент отключения секции в этом случае минимальна, а это означает, что для предлагаемого вентильного электродвигателя ток -в коммутируемой секции имеет прямоугольную форму (фиг.2, ток Те)«Прямоугольная форма тока в секциях вентильного электродвигателя позволяет получить КПД, близкий к максимально возможному. рмула изобрет е ни я 1.Вентильный электродвигатель, содержащий ротор, статор с обмоткдй якоря, общие точки сдвинутых на 180 эл.град.секций которой соединены с концами обмотки дросселя, средняя точка которой соединена с одним из зажимов цепипитания, вторые концы секций соединены с вторым зажимом цепи питания через транзисторы коммутатора, управляющие цепи которых соединены с выходными зажимами датчика положения ротора, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повьшения энергетических показателей и упрощения настройки, он снабжен линейным дросселем с вторичной измерительной обмоткой и фильтром, состоящим из последовательно соединенных резистора и стабилитрона, шунтированного конденсатором, фильтр подключен к измерительной обмотке линейного дросселя, а первичная обмотка дросселя включена последовательно в цепь питания электродвиг.ателя. 2.Способ настройки вентильного электродвигателя, ч соответствии с которьм поворачивают статор датчика положения ротора относительно статора синхронной машины и измеряют напряжения на элементах схемы электроS1272414 в

двигателя, отличающийся тора поворачивают до появления на тем,-- что, с целью упрощения наст- измерительной обмотке периодических ройки, статор датчика положения ро- импульсов минимальной длительности.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к эл.машинам. Целью изобретения является повьшение энергетических показателей электродвигателя, а также упрощение его настройки. Электродвигатель содержит транзисторные ключи 1-4 коммутатора. секции 5-8 якорной обмотки синхронной машины, дроссель 9 о секционироваьгаыми обмотками 10 и М. Имеется линейный дроссель 12 с первичной обг моткой 13 и вторичной измерительной обмоткой 14, к которой подключен фильтр, состоящий из последовательно соединенных стабилитрона 15 и резистора 16. Настройка вентильного электродвигателя осуществляется поворотом статора датчика положения ротора относительно статора синхронной машины и измерением напряжения на элементах схемы электродвигателя. Поворот статора осуществляют до появления на изi мерительной обмотке периодических импульсов минимальной длительности. (Л Ток в коммутируемых секциях данного электродвигателя имеет прямоугольную форму, что позволяет получить КПД, близкий к максимально возможному, 2 с.п. ф-Лы, 3 ил. to Nj to ( 4i

п п

%

гых

%/х лл

oJt

ulL

CJt

Фиг. 2

1U

uJt

Фиг.З