Редукторная машина с полупроводниковым коммутатором Советский патент 1987 года по МПК H02K29/06 

татором содержит статор 1 с полюсными выступами 2-13, которые имеют зубцы 1А на поверхности расточки, и зубчатый ротор 27, сосредоточенные ка- . тушки уложены вокруг полюсных выступов и образуют груп:пы, катушки одной группы намотаны вокруг выступов, под которыми сдвиг между зубцами ротора и статора одинаков. Концы групп соединены в нулевую точку, а начала подключены через yпpaвляe a)Ie ключи ком мутатора 29 к источнику постоянного тока, число групп выбрано равным 2т, где m - нечетное число. Начала групп подключены через управляемые ключи коммутатора 29 к положительному по-- люсу источника, под полюсными выступами, относящимися к этим группам, сдвиг между зубцами статора и ротора различается на К/т зубцового деления, где К меняется от 1 до т-1.

1

Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использовано в качестве электрической машины в управляемых электропроводах при необходимости обеспечения рекуперации энергии, например, в качестве стартер генератора для двигателей внутреннего сгорания транспортных устройств.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения рекуперации энергии в сеть.

На фигЛ показана конструкция электрической машины, обмотка которой соединена, с комму татором; на фиг.2 - принципиальная схема подключения обмотки двигателя к полупроводниковому коммутатору; на фиг.З - временные диаграммы изменения токов в катушках в генераторном режиме (конструкция ма пшны с коммутатором рассматривается на примере машины с числом катушечных групп ).

Машина содержит статор 1 с полюсными выступами 2 - 13 на которых расположены зубцы 14, вокруг полюсных выступов уложены катушки 15 - 26, ротор 27 с зубцами 28, 2т начал обмотки машинь подключены к коммутатору 29.

34301

начала остальных присоединены через управляемые ключи к отрицательному полюсу источника. Между началами каждых двух групп включены диоды катодами к управляемому ключу, соединенному с положительным полюсом источника, а анодами - к управляющему ключу, соединенному с отрицательным полюсом источника, под полюсными выступами, которые соответствуют этим группам, сдвиг между зубцами ротора и статора отличен на половину зубцового деления ротора. К началам групп присоединены общие точки анодных и катодных групп 2т - фазного вентильного моста, общая точка катодной группы моста подключена к положительному полюсу источника, а анодной - к отрицательному. В предложенной конструкции обеспечивается работа машины в генераторном режиме. 3 ил.

Катушки 15-26 образуют 6 катушечные группы 30 - 35, концы которых объединены в изолированную нулевую точку 36, а начала соединены с управляемы- ми - ключами 37 - 42 и с общими точками катодной 43 (диоды 44 - Д9) и анодной 50 (диоды 51 - 56) групп, образующих 2т-фазный вентильный мост 57. Общая точка 58 катодной группы

соединена с положительным полюсом источника 59 постоянного тока, общая точка 60 анодной группы - с отрицательным полюсом источника. Между началами групп 30 и 33, 32 и 35, 34 и

31 включены диоды 61 - 63, связанные катодами с управляемым ключом соединенным с положительным полюсом источника, а анодами - с управляемым ключом, соединенным с отрицательным

f полюсом источника.

Число групп 30 - 35 равно 2т (где m - нечетное число). Начала m групп 30, 32 и 34 принадлежат полюсным выступам 2-13, у которых сдвиг зубцов 14 по отношению к зубцам 28 ротора 27 равен К/т полюсного деления ротора. Начала остальных m групп 31, 33 и 35 принадлежат полюсным выступам 2 - 13, у которых сдвиг меж,цу зубцами 14 и

18 статора 1 и ротора 27 отличается на К/т зубцового деления ротора. Одновременно группы образуют пары 30 и 33, 32 и 35, 34 и 31, для полюсных выступов 2-13 которых сдвиг между зубцами 14 и 28 статора 1 и ротора 27 равен половине зубцового деления ротора 27.

Редукторная машина с коммутатором работает следующим образом.

Особенностью работы машины является то, что ток в катушечных группах обмотки не меняет своего направления .

В двигательном режиме одновременно открываются два или более ключей, соединенных с группами, принадлежащими полюсным выступам, зубцы которых имеют минимальный сдвиг - I/га зубдового деления (например, ключи 37 - 39, группы 30 - 32, катушки ,15 - 17, 21 - 23, полюсные выступы 2-4, 8 - 10). Ротор 27 стремится занять положение, соответствующее минимуму магнитной энергии. При коммутации фаз закрывается один ключ, например 37, и,соответственно, открывается ключ 40. При этом открьша- ется диод 51 и ток в группе 30 протекает встречно ЭДС источника питания, замыкаясь через открытый ключ 39, катушки 17 и 23 и нулевую точку. Благодаря этому процесс спадания тока в отключаемой группе происходит форсированно и нет необходимости в разрядных сопротивлениях. В результате обеспечивается протекание тока в тех группах, под полюсными выступами которых создается положительный вращающий момент, а под остальными полюсными выступами, под которыми момент действовал бы в обратную сторону, МДС не создается, так как в соответствующих катушках ток не протекает. Таким образом, диоды 45, 47, 49, 51, 53 и 55 защищают управляемые ключи от перенапряжений и одновременно обеспечивают форсированное спадание тока в отключаемых группах катушек.

В генераторном режиме машина работает следукщим образом.

Индуктивные сопротивления катушек являются переменными, причем сопротивления катушек, под полюсными выступами которых разность сдвига зубцо ротора и статора равна 1/2 зубцового деления ротора, меняются в противо- фазе. Через катушки протекают однополярные токи (фиг.З), основная доля в гармоническом составе которых приходится на -постоянную составляющую, создающую МДС возбуждения и первую гармонику. Если напряжение на выходе генератора оказывается меньше заданного на выбранную величину, открывается пара ключей, например 37 и

40, между которыми присоединен диод 61, в другой момент времени может быть включена другая пара 39 и 42 (диод 62) либо 41 и 38 (диод 63). По катушкам 15, 21, 18 и 24 групп 30

5 и 33 через открытые ключи начинает протекать ток. После закрытия ключей постоянная составляющая тока замыкается через диод 61 (соответственно, диоды 62 и 63). Так как индуктивное

0 сопротивление последовательно включенных групп 30 и 33 постоянно при любом положении ротора, то ток в цепи: катушечные группы 30 и 33 - диод 61 изменяется по апериодическому за5 кону и по указанным контурам протекает ток возбуждения (фиг.З), который регулируется с цомощью периодического открывания ключей 37 и 40 (соответственно 39, 42 и 41, 38).

0 При вращении ротора в катушках обмотки наводится ЭДС холостого хода, обусловленная переменным характером индуктивности

3v -f «ЗЬк

J- г

5 9t t

Для указанных вьппе пар групп катуаькщек величина одинакова, но имеет

о t противоположный знак, а поскольку

0 знак тока 1д относительно начал катушек для них противоположный, величина Е| и знак относительно нулевой точки для каждой из групп пары одинаковы. Поэтому под действием этих ЭДС проис5 ходит одновременное открывание диодов катодной либо анодной группы моста 57, На фиг.З приведены временные диаграммы токов в катушках. При повьштении частоты вращения вьшге некоторой вели0 чины, определяемой параметрами машины, величиной тока возбуждения и противоЭДС источника, ток во внешней цепи, замыкающийся через источник и параллельно включенную нагрузку, ста5 новится непрерывным. Для момента Ц (фиг.З) выпрямленный ток протекает от нулевой точки обмотки машины через параллельно включенные катушки 15, 21, 18 и 24, групп 30 и 33, вен

тили 44 и 47, встречноЭДС источника 59,вентили 52, 53, 55, 56 и параллельно подключенные катушки 16, 22; 17, 23; 19, 25 и 20, 26 группы 31, 32, 34, 35. Таким образом, происходит генерирование энергии в сеть. Диоды 2т-фазного вентильного моста предназначены для выпрямления переменной части тока Ij, (фиг.З) в катушках в пос- тоянный в цепи источника постоянного тока. Диоды 61 -63 создают контур протекания тока возбуждения.

Если m выбрать четн;ым5 то катуш- кн, у которых индуктивное сопротив- ление меняется в противофазе, оказываются подключенными через управляемые ключи к одно;му полюсу источника и соединять их через диод нельзя так как для одного из ключей обе группы окажутся включенными параллельно. Если же включить диод для замыкания тока возбуждения между группами, индуктивные сопротивления которых находятся не в противофазе, в контуре тока возбуядления возникает разностная ЭДС, обу(1ловленная сдвигом по фазе между ЭДС групп. Под действием этой ЭДС возможен пробой диода контура возбуждения либо управляе- 30 пам, сдвиг меж,ду зубцами статора и

ротора выполнен равным К/ш зубцовог деления ротора, где ,2,m-i; нача ла m остальных групп подключены чер управляемые ключи к отрицательному полюсу источника, между началами ка дых двух групп включены диоды катод ми к управляемому 1слючу, соединенно му с положительным полюсом источник а анодами - к управляемому ключу, с диненному с о -рицательньм полюсом и точника, под полюсными выступами, к торые соответствуют этим группам, сдвиг между зубцами статора и ротор выполнен равным половине зубцового

мых ключей в момент их коммутации из-за возникновения перенапряжений. Кроме того, в катушке уменьшается эквивалентная ЭДС вращения из-за встречного действия разностной ЭДС, что ухудшает энергетические показатели генераторного режима. Дополнительно в двигательном режиме, так как фазовый сдвиг между токами в катушках, образующих контур возбуждения в генераторном режиме, отличен от 180 эл.град, может воз икнуть короткое замыкание источника по пути: диод катодной группы моста - диод кон

тура возбуждения - диод анодной груп- 45 деления ротора, к началам групп припы моста.

Таким образом, применение вентильного моста для выпрямления переменной составляющей тока якоря, диодов дпя

замыкания контура протека.ния постоян- 50 су источника, а анодной- к отрица- нрй составляющей тока и выбор нечет- тельному.

ного числа катушечных групп обеспечивают работу индукторной машины с коммутатором в генераторном режиме.

Формула изобретения

Редукторная машина с полупроводниковым коммутатором, содержащая зубчатый ротор, статор с полюсными выступами, на которых выполнены зубць на полюсных выступах размеш;ены сосредоточенные катушки, объединенные в группы, каждая группа размещена на выступах, зубцы которых сдвинуты относительно зубцов ротора на одинаковый угол, концы групп соединены в общую точку, а начала подключены через управляемые ключи коммутатора к источнику постоянного тока, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения рекуперации энергии в сеть, число групп вьтолне- но равным 2т где m - нечетное число, начала m групп подключены через управляемые ключи коммутатора к положительному полюсу источника, под полюсными выступами, принадлежащими этим группам, сдвиг меж,ду зубцами статора и

ротора выполнен равным К/ш зубцового деления ротора, где ,2,m-i; начала m остальных групп подключены через управляемые ключи к отрицательному полюсу источника, между началами каждых двух групп включены диоды катодами к управляемому 1слючу, соединенному с положительным полюсом источника, а анодами - к управляемому ключу, соединенному с о -рицательньм полюсом источника, под полюсными выступами, которые соответствуют этим группам, сдвиг между зубцами статора и ротора выполнен равным половине зубцового

соединены общие точки анодных и катодных групп 2т-фазного вентильного моста, общая точка катодной труппы моста подключена к положительному полюЮ f7J 18 ;s5 li Ьэ i I Jf Л № Д Ь Qi

1 «5 гз5 гЛ 2si

F Д--Р F

jrt w Д

0u. 2

w

Изобретение относится к электро-, технике и может быть использовано в качестве электрической машины в управляемых электроприводах, где требуется обеспечение рекуперации энергии, например в качестве стартер-генератора для двигателей внутреннего сгорания транспортных устройств. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения рекуперации энергии в сети, едуктор- ная машина с полупроводниковым коммуIX X X ( И И , MJ jI J1 ff I (Л со со 4 СО О 55 , MJ jI J1 ff

)f

UJt

Составитель В.Трегубов Редактор Д.Пчолинская Техред М.Ходанич Корректор Л. Пилипенко

,- -« --- --и--.---i --.---.«.«.

Заказ 3975/53Тираж 659Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

«. -- - - - - - - - - - - - - - - -- -„ - - - - - - -- -- -- - - - - - - -

Производственно-полиграфическое предприятие,г.Ужгород,ул,Проектная,4