Вентильный электродвигатель Советский патент 1987 года по МПК H02K29/06 

1 1

Изобретение относится к электротехнике, а конкретнее к вентильным электродвигателям (ВД) постоянного тока, и может быть использовано в маковичных накопителях энергии и в экономичных приводах инерционных нагрузок, I

Целью изобретения является повышение экономичности за счет использования рекуперации энергии.

На фиг, I изображена принципиальная схема ВД; на фиг. 2 - схема транзисторного коммутатора; на фиг.З - схема моста обратного тока; на фиг. 4 - схема транзисторного ключа; на фиг. 5 - схема задатчика зажима.

ВД выполнен с возбуждением от постояиньпс магнитов, с многосекционной обмоткой статора, образованной N группами многофазных обмоток 1, подключенных к N транзисторным коммутаторам 2 (фиг. 2) и к N диодным мостам 3 обратного тока. ВД содержит датчик 4 положения ротора (ДПР), де- .шифратор 5 и задатчик 6 режима работы. В состав устройства включена N-1-я ветвь элементов, каждая из которых состоит из последовательно соединенных первого диода 7 (8), транзисторного ключа 9(10) и второго диода 11(12). Катод первого и анод второго диодов каждой ветви подсоединены соответственно к положительной и отрицательной шинам источника 13 питания. Общий вьшод диодов катодной группы каждого К-го моста обратного тока 3 подключен к аноду первого диода (К-1)-ой ветви, а общий вьшод диодов анодной группы каждого К-го моста обратного тока 3 к катоду второго диода К-й ветви. Общий вьгоод катодной группы первого моста 3.1 обратного тока и общий вывод анодной группы N-ro моста обратного тока подключены к положительной и отрицательной шинам источника I3 питания соответственно (при N 3).

Каждьй из коммутаторов 2 (фиг.2) представляет собой многофазный транзисторный мост. Сигналы на управляющие цепи транзисторов поступают от дешифратора 5 через усилители 14-19, которые, кроме усиления сигналов, управления, обеспечивают гальваничес кую развязку силовой и управляющей частей ВД. Коммутаторы 2 предназначе ны для подключения, обмоток I статора к источнику 13 питания в соответстfO

20

88834 2

ВИИ с сигналами ДПР датчика 4 положения ротора.

Многофазные диодные мосты 3 обратного тока (фиг.З) выполняют две 5 функции: сброс энергии, накопленной

в индуктивностях обмоток статора, при переключениях ключей транзисторных коммутаторов для исключения перенапряжений на транзисторных ключах; вьтрямление ЭДС, индуцируемых в обмотках статора в режиме торможения и рекуперации энергии.

Ключи 9 и 10 управляются-в соответствии с сигналами задатчика 6 режима работы. Усилитель 20 (фиг.4) обеспечивает усиление логического сигнала управления ключем и гальваническую развязку силовой и управляющей частей ВД,

Каждый из коммутаторов 2 подключен зажимом 21 к положительной, зажимом 22 к отрицательной шине источника 13, а зажимами 23-25 - к зажи- jc мам переменного тока мостов 3.1, 3.2, 3.3,...,3.N обратного тока, которые соединяются своими зажимами 26 и 27 постоянного тока.

Соответственно клемма 26.1 подключается к положительной шине источника 13 питания, клемма 27.Н - к отрицательной шине источника 13 питания. Каждая(26.к)-ая клемма К-го диодного моста при К 1 подключается к аноду первого диода (К-1)-й ветви, состоящей из последовательно включенных первого диода, ключа и второго диода. Каждая (27.К)-ая клемма К-го диодного моста при подключена к катоду второго диода К-й ветви. Каждый из транзисторных ключей 9 и 10 дополнительных ветвей соединяется с диодами своими силовыми зажимами 28 и 29.

Входы 30-32 дешифратора 5 соединены с выходом датчика 4 положения ротора, входы 33 и 34 - с выходом задатчика 6 режима работ. Выходы 35-40 дешифратора 5 соединены с входами коммутаторов 2, а выход 41 - с управляющим входом ключей 9 и 10 дополнительных ветвей.

Дешифратор 5 (фиг.З) вырабатьшает сигнал для управления мостовыми коммутаторами 2 и ключами 9 и 10 в соответствии с сигналами ДПР и задатчика 6 режима работы, обеспечивая-три основных режима работы ВД; работу при параллельном подключении комму30

35

40

45

50

55

31

таторов 2 при запертых ключах 9 и 10 работу при запертых ключах коммутаторов 2 и ключах 9 и 10; работу при последовательном подключении диодных мостов 3 при запертых ключах мостовых коммутаторов 2 и открытых ключах 9 и 10.

В первом режиме обеспечивается разгон инерционной нагрузки маховика и накопление энергии при использовании предельных возможностей ВД по быстродействию. При этом в соответствии с сигналами ДПР 4 к источнику I3 питания подключаются секции обмоток статора 1, обеспечивающие при каждом определенном положении ротора максимальное значение момента на валу двигателя. Сброс энергии, накопленной в индуктивностях обмоток статора, при переключениях ключей oMMyTaTopoB 2 происходит через диоды 3 мостов обратного тока и диоды 7 , 8, 11, 12 дополнительных групп

При втором режиме работы мосты обратного тока оказываются подключенными параллельно к источнику питания. В этом случае рекуперация энергии возможна только при превышении ЭДС обмоток статора величины ЭДС источника питания.

В третьем режиме работы за счет замыкания ключей 9 и 10 образуется цепь из последовательно включенных диодных мостов обратного тока, причем суммарная ЭДС обмоток статора превышает ЭДС источника питания при угловой скорости со ротора маховика

(И

в пределах -g- - СО СОд, , где Од, - угловая скорость -холостого хода БД БДИТ в первом режиме при параллельной работе коммутаторов 2.

В указанном диапазоне угловых скоростей при работе ВД с инерционной нагрузкой обеспечивается рекуперация энергии в источник питания. ри этом число N выбирается исходя из требуемого диапазона регулирования скорости и величины статического омента на валу двигателя.

При работе ВД с маховичным накоителем энергии первоначально при отборе энергии от маховика использут первый режим, когда обмотка статора через мосты обратного тока и диоды 7, 8, 11, 12 параллельно подключается к нагрузке. При падении ЭДС статора до нижнего допустимого уровня замыкаются ключи 9 и 10, и

888344

двигатель переходит в третий режим работы БДПТ. В этом случае число N выбирается исходя из обеспечения максимального использования энергии, 5 накопленной маховиком.

Дешифратор 5 осуществляет преобразование логических сигналов в соответствии с таблицей истинности, в которой приняты следующие обозначе10

ния:

- F,2 - выходные сигналы ДПР;

53 выходные сигналы задат- чика режима работы;

F.5 - выходные сигналы комму- таторов 2;

входные сигналы ключей 9 и 10.

Наибольший процент отбираемой при торможении от механизма энергии (80%) возвращается в источник питания при N 2. Увеличение N дает возможность повысить интенсивность торможения и расширить диапазон по скорости, приводя к снижению процента возвращаемой энергии. В пределе при , достаточно большом N характеристика при торможении становится эквивалент- ной характеристике динамического торможения, на которой отдачи энергии р источник питания не происходит.

При использовании устройства в маховичном накопителе энергии необходимо иметь ввиду, что уже при от маховика можно отобрать почти 5 94Z накопленной им энергии. Следовательно, рациональное количество коммутаторов и мостов обратного тока лежит в пределах 2 N i 4.

Таким образом, ВД позволяет повысить экономичность электропривода инерционной нагрузки за счет организации рекуперативного торможения. Такой двигатель в целом ряде автономных транспортных или исследовательских систем (электромобили, транспортные роботы, планетоходы) может быть применен и в тяговом приводе, и в маховичном накопителе энергии.

0

50

Формула изобретения

Вентильный электродвигатель, содержащий ротор с постоянными магнитами, якорь с многосекционной обмот- 55 кой, состоящей из N групп многофазных обмоток, подключенных к транзисторным коммутаторам, управляющие входы которых подключены к выходу датчика положения ротора через дешифратор, и к N диодным мостам обратного тока, транзисторные коммутаторы подключены к шинам источника питания постоянного тока, отличающийся тем, что, с целью повьппения экономичности за счет рекуперации энергии, двигатель снабжен (Н-1)-й ветвью из последовательно соединенных первого диода, транзисторного ключа и второго иода, причем катод первого диода каждой-ветви подключен к.положительной шине источника питания, а анод второго диода каждой ветви подклю

чен к отрицательной шине источника питания, общий выйод диодов катодной группы каждого К-го моста обратного тока подключен к аноду первого диода (К-1)-й группы, общий вывод диодов анодной группы каждого К-го моста обратного тока подключен к катоду второго диода К-й ветви, общий вывод катодной группы первого моста обратного тока подключен к положительной шине источника питания, а общий вьшод анодной группы N-ro моста обратного тока - ,к отрицательной шине источника питания.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к эл. машинам, и может быть использовано в махович- ных накопителях энергии. Двигатель имеет многосекционные обмотки статора 1, подключенные к транзисторным коммутаторам 2 и диодным мостам 3.1- 3.3 обратного тока. Двигатель содержит также датчик положения ротора, дешифратор и задатчик режима работы. Имеются ветви из диода 7 (8), транзисторного ключа 9 (Ю) и второго диода II (l2). Ветви подключены к шинам источника питания 13. Каждый из коммутаторов 2 является многофаз- ньтм Транзисторным мостом. Коммутаторы 2 предназначены для подключения обмоток 1 к источнику питания в соответствии с сигналами датчика положения ротора. К.ПЮЧИ 9, 10 управляются в соответствии с сигналами за- датчика режима работы. К входам коммутаторов 2 подключены выходы дешифратора. При работе двигателя с махо- вичным накопителем энергии при отборе энергии от маховика сначала используют режим, при к-ром обмотка статора через мосты обратного тока и диоды 7, 8, 11, 12 параллельно под- SS ключается к нагрузке. При падении ЭДС статора до нижнего допустимого уровня замыкаются ключи 9, 10,- и двигатель переходит в режим при последовательном подключении диодных мостов. Наибольший процент отбираемой при торможении от механизма энергии, около 80%, возвращается в источник питания при числе коммутаторов N 2. Оптимальное число коммутаторов и мостов обратного тока лежит в пределах 2 N 4. 5 ил. 1 табл. (Л