Вентильный электродвигатель Советский патент 1987 года по МПК H02P6/00 H02K29/06 

Изобретение относится к электротехиике и может быть исиользовано в электроприводах с вентильными электродвигателями.

Цель изобретения - повын1ение КПД электродвигателя за счет уменьи1ения потерь в последовательно соединенных ключах преобразователя частоты.

На фиг. 1 изображена блок-схема вентильного электродвигателя с одной ячейкой, снабженной трехсекциопными обмотками якоря; па фпг. 2 и 3 - эпюры напряжений управляющих логических сигналов электродвигателя для различных направлений вращения; на фиг. 4 - блок-схема реверсора вентильного электродвигателя, управляемого но сигналам датчика положения ротора; на фиг. 5 - условное изображение пространственного расположения намагничивающих сил секций обмоток якоря

вентильного электродвигателя; на фиг. 6

блок-схема венти;1ьного электродви1-ателя с ячейкой, снабженной нятисекиионными обмотками якоря; на фиг. 7 -- то же, с последовательным соединением трех ячеек; на фиг. 8 -- то же, с нараллельным соединением д,вух ячеек; на фи1 . 9 -- то же, с доно;1ните.:1Ы1ой обмоткой якоря.

Вентильный э,:1ектродвигатель (фиг. 1) содержит э. 1ектромеханический 1реобразова- тель 1, имеюнин индуктор 2 с числом нар полюсов /7 и якорем, две обмотки 3 и 4 которого, выполненные каждая из ш 3 секций 5-7 и 8 --10. Секции в каждой об- м отке установлены одна относительно другой с фиксированным уг ловым сдвигом, paii

77/ р

()б.мотки,, связанные между собой с -Tncjp Ьр

номощью 2/ -6 унравлясмых ключей 11

16 преобразователя 17 частоты образуют ячейку, первые выводы 18 20 секций 5-7 первой 3 обмотки и вторые выводы 21- 23 секций 8 10 второй обмотки 4 об ьеди- нены в обмотках и образуют, соответственно, шрвый 24 и второй 25 выводы ячейки, связанные с первым 26 и вторым 27 выводами нитании соответственно, в ячейке второй вывод 28, например, второй секции 6 первой обмотки 3 соединен одним к.лючом 14 с первым выводом 29 второй секции 9, а другим ключом 13 с первым выводом 30 (/--1)-й нергюй секции 8 второй обмотки 4.

Для обеспечения нормальной работы вентильного элекп родвигателя должен быть изменен алгоритм работы ключей нреобразова- теля 17 частоты в сравнении с известным )ритмом управления ключами преобразователя частоты известного устройства. -Сигналы для уиравления ключами 11--I6 преобразователя 17 частоты могут быть сфор.- мированы из сигналов датчика положения ротора, который обеспечивает управление ключами в известно.м устройстве.

н ы м

обмотки СДВИНУТЫ на угол

0

Примером реализации устройства управления нредлагаемым вентильным электродвигателям, формирующи.м сигналы управления ключами преобразователя 17 частоты из сигналов датчика гюложепия ротора, может служить устройство (фиг. 4), содержащее источник управляющих сигналов - датчик 31 положения ротора, на трех выходах 32-34 которого сформирована последовательность управляюш,их логических сигналов и единичЛ

каждого ,

ного уровня длительностью

смещенных один относительно другого на

(фиг. 2 и 3). Выходы 32-34 источни21зр

5

0

5

0

5

0

5

0

5

ка 31 унра ;ляюн 1их сигналов связаны с входами 35-37 дenJифpaтopa 38 через первые входы 39-41 и выходы 42-44 трех . югических с.хем ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 45-47, вторые входы которых объединены и образуют вход 48 устройства, который служит для задания направления вращения вентильного электродвигателя. Выходы 49- 54 дешифратора 38 яв.ляются выходами устройства управления, которые подключаются к управляющим входам к, 1ючей 11 -16. Па выходах устройства формируются ;юги- ческие сигналы единичного уровня длитель}1остью /Зр, причем в каждый момент времени уиравляюплий сигна.. присутствует толы ко па одном из выходов 49---54. При наличии на входе 48 нулевого управляющего сигнала (7.)« сигпа.лы с выходов 32-34 датчика 31 поступают па входы дenJифpa- тора 38 без инвертирования. Датчик положения ротора установлен для этого случая, например, для вращения вправо. При наличии на входе 48 единичного управляющего сигнала происходит инвертирование в схемах 45-47 сигналов, поступающих на входы 35- 37 дешифратора 38. Это эквивалентно повороту обоймы чувствите,льпых элемептов датчика 31 положения ротора на |, что приводит к формированию управляющих сигналов на врапгение в противоположную сторону, т. е. влево.

Вентильный электродвигатель (фиг. 6) содержит электромеханический преобразователь 1, имеющий индуктор 2 с числом нар по. 1юсов р и якорем, две обмотки 3 и 4 которого, выполнены каждая из ш 5 секций 55-- 59 и 60---64. Секции в каждой об.мотке и обмотки якоря установлены соответственно одна относительно другой с фиксированными угловыми сдвигами, равными

- ;, . , Об.мотки, связанные меж- тр ор mqp lO/j

ду собой с помощью (2т 10) управляемых ключей 65-74 преобразователя 17 частоты, образуют ячейку, первые выводы 75-79 секций 55-59 первой обмотки 3 и вторые выводы 80-84 секций

пример

второй обмотки 4 объединены в обмотках и образуют первый 24 и второй 25 выводы ячейки, связанные с первым 26 и вторым 27 выводами цепи питания соответственно. В ячейке второй вывод 85 j-й секции, например секции 56 первой обмотки 3, соединен одним ключом 68 с первым выводом 86 j-й секции 61, а другим ключом 67 - с первым выводом 87 (/-1)-й первой секции 60 второй обмотки 4.

Вентильный электродвигатель (фиг. 7) снабжен 3 ячейками, первый вывод 88 первой и второй вывод 89 (/-и (третьей) ячеек связаны с первым 26 и вторым 27 выводами цепи питания, а первый 90 и второй 91 выводы г -й второй ячейки - с вторым выводом 92 (/-1)-й первой и первым выводом 93 (г+1)-й третьей ячейки, причем обмотки якоря установлены одна относительно другой с фиксированным угловым сдвигом, равным, например,-2---Д-.

mcf,p 6/7

Вентильный электродвигатель (фиг. 8) снабжен ячейками, первые 94 и 95 и вторые 96 и 97 выводы подключены к первому 26 и второму 27 выводам цепи питания соответственно, причем обмотки якоря установлены одна относительно другой с фиксированным угловым сдвигом, равным, наJLljL-9р17 частоты (фиг. 9)

снабжен дополнительными унравляе- мы.ми ключами 98-100 и якорь снабжен дополнительной обмоткой , секции IOO-- 103 которой имеют общую точку 104 соединения, которая подключена к первому выводу одного из дополнительных ключей преобразователя 17 частоты, вторые выводы ко- торы.х объединены. Общая точка соединения секций и общая точка соединения дополнительных ключей связаны с первым и вторым выводами цепи питания, причем обмотки якоря установлены одна относительно другой с фиксированным угловым сдвигом, равным-тт:ГТЧ

{2q+)mp

Электромеханический преобразователь 1 в конструктивном отнощении может быть выполнен по типу как синхронной, так и асинхронной мащины с произвольным количеством обмоток на якоре и с произвольным количеством т секций в каждой обмотке. Фиксированный угловой сдвиг между соседними обмотками может устанавливаться равномерно для уменьшения пульсации вращающего момента. Число пар полюсов р индуктора электромеханического преобразователя 1 может быть произвольным и выбираться при конструктивной проработке вентильного электродвигателя. Преобразователь 17 частоты .может быть выполнен на любых управляемых ключах (транзисторах, тиристорах, силисторах, герконах и т. д.).

Преобразователь

0

5

0

5

0

5

0

Датчик положения ротора вьпюлнсн по любой известной схеме, например индуктивны с подмагничиванпем, и должен обеспечивать на своем выходе /«/; логически.х состояний сигналов на угле -, где п число обмоток якоря, и дол.жен быть снабжен устройством на элементах логики для формирования вполне определенной совокупности сигналов для управления ключами преобразователя 17 частоты (фиг. 4).

П редл а гаем ы и вентпл ьный электродви i-;i - тель относится к K. iaccy электромеханических преобразователей энергии с дискретным перемещением магнитного поля в воздуимюм зазоре. Работоспособность такого электродвигателя обеснечена. если указанное дискретное перемещение однонапраЕ5.тенно. Покажем, что в предлагаемом вентильном э.пект- родвигателе это ус.човие выно. щястся.

Пусть выводы 24 и 25 (фиг. I) э.юкт- родвигателя подключены к выводам 26 и 27 источника постоянного напряжения с положительной полярностью. На входе 48 устройства управ.чеппя (фиг. 4) присутствует сигнал и.к пулевого логического уровня. На выходах 32--34 датчика 31 по. южсппя ротора сформированы С1п-цалы .м (фиг. 2). Там же изображены сигна. 1Ы на управляющих входах ключей 1116 преобразователя 17 частоты. Па yiMOBOM инте|1вале- - включен один к.чюч 12. что обес- Зр Зр

печивает подключение к источник) питания последовательно соединенных секцш 5 и 8 (фиг. 1). Обтекаемые электрическим током секции создают намагничивающие си.чы (ПС) 105 и 106 (фиг. 5). ПС геометрически суммируются и образуют резу. 11 тирук)- щую НС 107 якоря.

Обойма датчика положения ротора 31 установлена так. что при нулевом ynpaii- ляющем сигнале па входе 48 устройства управлепия (фиг. 4) взаимодействие НС 107 якоря и НС индуктора вызывает вращающий момент и поворот ротора в направлении по часовой стрелке (фиг. 5), т. с.

5

5

вправо. В положенпи

ротора 1

0 стве относительно НС 107

В

нроисхои 1

дит отключение к.люча 12 и вк.чючепие ключа 13. К источнику питания подсоединяются секции 6 и 8, которые создают ПС 106 и 108. Геометрическое суммирование дает результирующую ПС 109. которая оказалась сменгенно R простран 3//

каждом последующем такте коммутации результирующая НС якоря дискрет1Ю персмеJL

Зр

по часовой стрелке, т. е. вправо. Это является необходимым и достаточным условием создания непрерывного Bpaniaionicro момента и вращения ротора электро.,чвнгате, 1я вправо.

щается на угол

в нанравлении движения

Для изменения направления вращения вентильного электродвигателя путем установки сигнала единичного логического уровня и4, задающего враи.1ение влево, на входе 48 устройства управления (фиг. 4) вентильным электродвигателем, нри этом на выходах 49-54 изменяется порядок следования унравляющих сигналов , (фиг. 3),

На управляющих выходах ключей II -16 преобразователя 17 частоты сформированы сигналы L ii - f/ui (фиг. 3). На угловом инвключен один ключ 14, что

о2

Зр

тервале

обеснечивает подключение к источнику нита- ния носледовательно соединенных секций 6 и 9 (фиг. 1), которые создают НС 108 и 110 и результирующую НС 111. Нри положении индуктора -- нроисходит отключение 6р

ключа 14 и включение ключа 13. К источнику нитания нодключаются секции 6 и 8, которые создают НС 106 и 108 и результирующую НС 109. В каждом Н()следую1 цем такте коммутации результирующая НС якоря

дискретно перемещается на уг ол - в нанрав.чении нротив движения часовой стрелки, т. е. влево. Показаны также векторы 112 и 113 НС секций 7 и 10 соответственно (фиг. 5).

Изменение структуры преобразователя частоты, осуществленное за счет изменения связей между ключами и секциями обмоток якоря, позволяет сократить число последовательно соединенных ключей в одной ячейке с двух в известном устройстве до одного. Это позволяет снизи 1ь мощность потерь в ключах преобразователя 17 частоты и новыситц за счет этого КПД вентильного электродвигателя.

Формула изобретения

1. Вентильный электродвигатель, содержащий э.чектромёханическнй преобразователь е числом нар полюсов р и якорем, две обмотки которого, выполненные каждая из т секций, установленные одна относительно другой с фиксированным угмовым сдвигом и связанные между собой с помощью 2т управляемых ключей преобразователя частоты, образуют ячейку, первые выводы секций первой об мотки и вторые выводы секций второй обмотки объедипены в обмотках и образуют соответственно нервый

0

0

0

0

5

и второй выводы ячейки, связанные с первым и вторым выводами цепи питания ео- ответственно, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД электродвигателя за счет уменьшения потерь в последовательно соединенных ключах преобразователя частоты, в ячейке второй вывод нервой секции первой обмотки соединен одним ключом с первым выводом т-й секции, а другим - с первым выводом нервой секции второй обмотки, второй вывод /-Й секции из числа оставшихся секций нервой обмотки соединен одним ключом с первым выводом /-Й секции, а другим --- с первым выводом (/-1)-й секции из числа оставнжхся секций второй обмотки.

2.Электродвигатель по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно снабжен q-1 ячейками, нервый вывод нервой и второй вывод q- ячейки связаны соответственно с первым и вторым выводами цегш питания, а первый и второй 5ыводы /-и ячейки - с вторым (/--1)-й и первым выводом ((-|-1)-й ячеек, причем обмотки якоря в каждой ячейке установлены одна относительно другой с фиксированным угловым сдвигом равным я/тр, а угловой сдвиг между парами обмоток указанных ячеек равен n/mqp.

3.Электродвигатель но п. 1, отличающийся тем, что он доно:1нительно снабжен q-1 ячейками, первый и второй выводы каждой из q ячеек подключены к первому и второму выводам цени нитания, соответственно, нричем обмотки якоря установлены одна относительно дру1-ой с фиксированным угловым сдвигом.

4.Электродвигатель по н. 2, отличающийся тем, что преобразователь частоты снабжеп т донолпительными управляемыми ключами и якорь снабжен дополнительной обмоткой, каждая из т секций которой, имеющих общую точку соединения, нодклю- чена к первому выводу одного из т дополнительных ключей преобразователя частоты, вторые выводы которых объедипещ 1, обн1ая точка соединения секций и общая точка соединения дополнительных ключей связаны с нерным и вторым выводами цепи щп ания, причем обмотки якоря установлены одна отноеительно дру1 ой с фик- сированшмм yiMOBi i.M сдвигом, равным

2Si

(

,w

If j у

51 9

SZ 9

I 5;

Л

(риг.ЧФиг.5

///

Фиг в

Изобретение относится к области э. 1ектротехники и может быть использовано в электроириводах с вентильными электродвигателями. Целью изобретения является iioBi i- КИД за счет уменыиения потерь в последовательно соединенных ключах преобразователя частоты. Вепти,;1ЫП)1Й электродвп1 ате.1Ь содержит э.1ектромеханическии преобразователь I, имеющий индуктор 2 с чис- ;1()м пар К).1К)со1 /) и якорем с .чвумя обмотками 3 и 4, а также нреобризовате. 1ь 17 частоты. (,пи обмоток якоря имеют общие ВЫВОД) i обмотках t СВЯЗа И)1 с . ). . . (ЛЮ- В):ВОД /-Й ) i Об()-КП ОДК. ОДНИМ КЛ)ЧОМ К С)боД К) 1 у B)i- ОДу /-Й сект, а (/ I )-ii 1тороГ обмотк, образуя 10 укаЗа1 1М 1ОДКЛЮЧе ЯМ схему, в каж;и Й 5)емеи1 о ИЗ КаЖДО 1 обмОТК ОДК.1О- ЧаЮТСЯ к ИОСреДСТВОМ Т(). ) .()1 О К.ЧЮЧа. Это ()).ЯеТ МО.НОСТ. ОТер) i К. ПОЧаХ lpeo6разователя 17 : .за этот счет КНД ,1)() Э. еКТр() ГаТС.: Я. 3 3.1. ф-лы, 9 ил. (Л 27 Фиг.1

Фиг 8

Составитель В. Комаров

Техред И. Ве()есКорректор М. Демчик

Тираж 661ПодиисноеВИИИ 1И Государственного комитета СХХ Р ио де.чам изобретений и открытий

113035, Москва. Ж 35, Рауик кая иаб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое иредириятие. г. Ужго|к)Д, ул. Проектная, 1