Бесконтактная электрическая машина постоянного тока (ее варианты) Советский патент 1986 года по МПК H02K29/06 

ным. Дополнительные корректирующие О соединены последовательно и подключены к общей точке соединения фаз якорной 0. 2 с,п. ф-лы. 5 ил.

Изобретение относится к эл. машинам, используемым в качестве бесконтактного реверсивного тахогенератора пост, тока или моментного двигателя с высокой равномерностью момента по углу поворота. Целью изобретения является снижение пульсаодй вращающего момента и пульсаций выходного напряжения. Машина содержит 2р-полюсный индуктор, выполненный с возможностью создания в воздушном зазоре несинусоидальног распределенного магнитного поля, и якорь с т-фазной 2р-полюсной симметричной якорной обмоткой

Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использовано в качестве бесконтактного реверсивного тахогенератора по.стоянного тока, моментного двигателя с высокой равномерностью момента по углу поворота или управляемого бесконтактного вентильного электродвигателя с широким диапазоном регулирования частоты вращения. Цель изобретения - снижение пульсаций вращающего момента и пульсаций выходного напряжения. На фиг. 1 представлены кривые ЭДС пояснякщие дейстиве корректируклцих обмоток на примере синхронной машины с трехфазной якорной обмоткой и одной корректирующей обмоткой для трет ей гармоники; на фиг. 2 - пример схе мы якорной и корректирукнцей обмоток при числе фаз, равном трем, одной па ре полюсов и коррекции только по трет ей гармонике; на фиг. 3 - 5 - примеры различных вариантов включения кор ректирующих обмоток при соединении якорной обмотки соответственно звездой, треугольником - звездой с нулевым проводом. Бесконтактная электрическая машина постоянного тока содержит 2р-полюсньш индуктор, создающий в воздушном зазоре несинусоидально распределенное магнитное поле, и т-фазную 2р-полюсную симметричную якорную обмотку. Фазы якорной обмотки подключены к полупроводниковому коммутатоРУ управляющие входы ключей которого связаны с. выходами чувствительных .элементов датчика положения ротора. На якоре расположены также дополнительных, например, т-фазных, корректирующих 2pV; полюсных обмоток,вклю ченных последовательно с соответствующими фазами якорной обмотки. Геометрический угол сдвига между фазами каждой i-й корректирующей обмотки равен 21Г/рт, а число последовател ных витков в каждой фазе определяют по формуле Wo /а; И ь1 ° где W, число витков в фазе . якорной обмотки; а; - требуемое относительное значение амплитуды гармоники порядка V,; н кривой фазной ЭДС якорной обмотки; b, A:j/A - относительное значение амплитуды гармоники порядка V; в кривой ЭДС, где А, А;) - амплитуды первой и V,, гармоники; У-д - обмоточньй .коэффициент первой гармоники якорной обмотки; Kgj - обмоточньй коэффициент гармоники порядка V якорной обмотки; Kj - обмоточный коэффициент гармоники порядка V i-й корректирующей обтмотки, причем, каждая из фаз i-й корректирующей обмотки соединена последоваТельно с той из фаз якорной обмотки, ачало которой имеет сдвиг на геометрический угол 5 относительно начала данной фазы корректирующей обмотки, где о - некоторый наперед заданный угол в пределах от О до IT/р. При работе бесконтактной электрической машины с однополупериодным коммутатором, т.е. при соединении якорной обмотки в звезду с нулевым проводом, корректирующие обмотки для гармоник, порядок которых кратен т, выполняют однофазными и включают последовательно в разрьш нулевого провода. Бесконтактная электрическая машина постоянного тока может работать в режиме тахогенератора, моментного 3 двигателя или управляемого двигател постоянного тока. Рассмотрим действие корректирующ обмоток на примере трехфазного тахо генератора постоянного тока (т 3, 2р 2) с одной корректирующей обмоткой для третьей гармоники (п 1 V 3). При вращении ротора синхронной ма шины в фазах ее якорной обмотки наво дится ЭДС Е несинусоидальной формы кривая 1 (фиг, 1). Полупроводниковый коммутатор по сигналам с датчика положения ротора подключает к выходу ту фазу, ЭДС которой в данный момент максимальна,, образуя пульсирукщую знакопостоянную ЭДС - кривая 2. Йеличина пульсации при этом равна ЛЕ. При этом относительная величина коммутационных пульсаций равна (2) В то же время в корректирующей об мотке, имеющей 2pV 6 полюсов,наводится ЭДС третьей гармоники - кри вая 3. При сложении ее с ЭДС якорной обмотки получится результирующая ЭДС - кривая 4. Как видно из фиг. 1 соответствующим выбором числа витков Wj (1) корректирующей обмотки могут быть существенно снижены пульсации 5g .результирующей ЭДС тахогенератора (фиг. 1показаны пульсации при однополупериодном вьшрямггении). При двухполупериодном коммутаторе корректирующая обмотка имеет три фа2П- 27 зы, сдвинутые на .рад. ,7Г11Т V Д Dl( ПО.л рт 3 один относительно другого. Эти фазы соединяют последовательно с теми из фаз якорной -обмотки, начала которых имеют сдвиг относительно их начал (здесь 5 0). При несимметричной кривой 1 (например, в ней явно выражена вторая гармоника) угол 8 может иметь некоторое отличное от нуля значение, позволяющее свести до минимума пульсации « На фиг. 1 приведен пример коррекции лишь с помощью одной корректирующей обмотки с V, 3. Если требуется еще уменьшить величину могут быть использованы дополнительные корректирующие обмотки с 2 УЗ 7 и т.д., дающие коррекцию по пятой, седьмой и т.д. гармоникам. 081 При этом все они вьшолняются трехфазными и их фазы соединяются последовательно с,фазами якорной обмотки (аналогично обмотке с V, 3). При однополупериодном коммутаторе все корректирующие обмотки для гармоник, порядок которых кратен т, т.е. трем, могут быть выполнены однофазными и включены в разрыв нулевого провода якорной обмотки. Дпя рассмотренного примера это корректирующие обмотки для третьей, девятой, пятнадцатой и т.д. гармоник. Объясняется это тем, что в масштабе этих гармоник сдвиг между фазами их корректирующих обмоток равен (2|Г/рт) и всегда кратен 21Г/Р, что позволяет объединить все фазы в одну. На фиг. 2-5 начала основных фаз обозначены А, В,, С, их концы Y , Z,, соответствующие дополнительные обмотки обозначены теми же буква№1, а их индексы соответствуют номеру обмотки. На фиг. 2 представлен пример схемы включения однофазной корректирующей обмотки по третьей гармонике с V 3, 2pVj 6 в среднюю точку звезды, образованной фазами основной якорной обмотки с m 3 и 2р 2. В качестве примера на фиг. 3-5 представлены различные варианты включения корректирующих обмоток при трехфазной якорной обмотке (т 3) синхронной машины. При соединении трехфазной якорной обмотки звездой А,все п корректирующих обмоток А;, В - В;, С; ПО ВЫСШИМ гарМоникам имеют три фазы, сдвинутые на геометрический угол, равный 2Г/Зр, и включены последовательно с соответствукнцими фазами якорной обмотки (фиг. 3). Аналогично, при соединении фаз корной обмотки треугольником сответствующие фазы всех п коррекирующих обмоток соединены послеовательно с фазами якорной обмотки фиг. 4). Если фазы якорной обмотки оединены с выводом средней точки, о часть корректирующих обмоток,предазначенная для коррекции гармоник, ратных га, т.е. трем, рьшолняется днофазными и включается последоваельно в разрыв нулевого провода. ставшаяся другая часть корректирущих обмоток с V.. не кратным трем. 512 выполняется трехфазными и включается аналогично описанным (фиг. 3), Таким образом, введение в синхрон ную машину п дополнительных, например, т-фазных, корректирующих 2pV,полюсных обмоток по числу корректируемых гармоник позволяет до минимума снизить пульсации вьтрямпенного напряжения бесконтактной электрической машины постоянного тока в режиме тахогенератора. При использовании такой машины в режиме управляемого или моментного двигателя последний работает с практически постоянным током, что сводит до минимума пульса ции момента от угла поворота ротора Формула изобретени 1. Бесконтактная электрическая машина постоянного тока, содержащая 2р-полюсный индуктор, выполненный с возможностью создания в воздушном зазоре несинусоидально распределенного магнитного поля, и якорь с гафазной 2р-полюсной симметричной якор ной обмоткой, фазы которой подключены к полупроводниковому коммутатору управляющие входы ключей которого связаны с выходами чувствительньк элементов датчика положения ротбра, отличающаяся тем, что, с целью повышения равномерности вращения при работе в двигательном режиме и уменьшения пульсаций выходного напряжения при работе в генераторном режиме, она снабжена п коррек тирующими 2pV; полюсными обмотками где V; 2,3,4... - порядок коррек тируемой гармоники в кривой фазной ЭДС, i-номер корректирующей обмотки, i 1,2,3,... п, выполненным га-фа ными со сдвигом между фазами обмотки равным 2ir/pm геяометрических радиан каждая фаза корректирующей обмотки соединена последовательно с одной и фаз якорной обмотки и вьшолнена с чи лом последовательных витков W(, опр деляемым из вьфажения где W(j - число витков в фазе якорной обмотки; а. - допустимое относительное значение амплитуды гармоники порядка V в кривой фазной ЭДС якорной обмотки 1 Ь, - относительное значение амплитуды гармоники порядка Vj в кривой распределения магнитной индукции в зазоре; К - обмоточный коэффициент первой гармоники якорной обмотобмоточный коэффициент гармоники порядка V- якорной обмотки; обмоточный коэффигр ент. гармоники порядка V; i-й корректирунндей обмотки. 2. Бесконтактная электрическая машина, постоянного тока, содержащая 2рполюсный индуктор, вьшолненный с возможностью создания в воздушном зазоре несинусоидально распределенного магнитного поля, и якорь с т-фазной 2р-полюсной симметричной якорной обмоткой, фазы которойтюдключены к полупроводниковому коммутатору, управляюгцие входы ключей которого связаны с вьк.одами чувствительных элементов датчика положения ротора, отличающаяся тем, что, с целью повышения равномерности,вращения при работе в двигательном режиме и уменьшения пульсаций выходного напряжения при работе в генераторном режиме, она снабжена п корректирующими 2pVj полюсными обмотками, где V,- - порядок корректируемой гармоники в кривой фазной ЭДС, не кратный mj i-номер корректирующей обмотки, i 1,2..., п, выполненными га-фазНЫМ11 со сдвигом между фазами обмотки, равным 21i/pm геометрических радиан, каждая фаза корректирующей обмотки соединена последовательно с одной из фаз якорной обмотки и п дополнительными однофазными корректирующими 2pV полюсными обмотками, где V; порядок, корректируемой гармоники в кривой фазной ЭДС, кратньй т; i-номер дополнительной корректирующей обмотки i 1,2... п, полупроводниковый коммутатор выполнен однополупериодньм, дополнительные корректирующие обмотки соединены последовательно и подключены к общей точке соединения фаз якорной .обмотки, а число последовательньпс витков Wj каждой фазы всех корректирующих обмоток определяется выражением /а; 7 где W - число витков в фазе якор ной обмотки; а- - допустимое относительное значение амплитуды гармони ки в кривой ЭДС; Ь, - относительное значение амплитуды гармоники порядка V в кривой распределения магнитной индукции в зазоре; f

г/ обмоточный коэффициент первой гармоники якорной обмотки; обмоточньй коэффициент гармоники порядка Vt якорной обмотки; обмоточный коэффициент гармоники порядка V- i-й корректирующей обмотки.