Вентильный электродвигатель Советский патент 1989 года по МПК H02K29/06 

(«VЈ, +

5 1

(I) 15

Изобретение относится к электротехнике, конкретно к регулируемым электрическим машинам переменного тока различного назначения при работе их от преобразователей частоты. Целью изобретения является уменьшение пульсаций момента, улучшение энергетических показателей и расширение области применения. Вентильный электродвигатель содержит вспомогательную электрическую машину 5 с однофазной обмоткой 6 якоря, расположенной на роторе, жестко связанном с индуктором 3 электромеханического преобразователя 1 вентильного электродвигателя, и расположенной на статоре M-фазной обмоткой 7 возбуждения, соединенной с M-фазным трансформатором 8 тока. Обмотка 6 якоря вспомогательной электрической машины соединена с дополнительной обмоткой 7 возбуждения электромеханического преобразователя, ось которой совпадает с осью полюсов индуктора 3 электромеханического преобразователя. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

v

П,

среднее значение проекции вектора основного потоко- сцепления на направление Ј, ортогональное вектору 20 тока якоря.

Из -диаграммы изображающих векторов (фиг. 3) необходимая величина пото- косцепления дополнительной обмотки 4 возбуждения ЭМП 1 по продольной оси dc определяется

N-6

), (2)

где - угол опережения включения при

холостом ходе-; - текущий угол поворота.

Выделение необходимой величины .

i HI сигнала ЈцС1 для дополнительной об1о ,

мотки 4 возбуждения ЭМП 1 в ВД осуществляется с помощью трансформаторов тока и ВЭМ 5, имеющей т-фазную обмотку 7 возбуждения на статоре и однофазную обмотку 6 якоря, расположенную на роторе ВЭМ 5.

Основной поток ВЭМ 5 создается га-фазным возбуждением, ток в каждой фазе обмотки возбуждения пропорционален фазному току обмотки якоря 3MF 1, при этом в ВЗМ 5 создается вращающееся поле возбуждения. Продольная и поперечная составляклцие намагничивающей силы ВЗМ 5 при идеально сглаженном эквивалентном выпрямленном токе обмотки якоря ЭМП 1 определяются из следующих выражений:

F,

sin

F

ocJ

6 + dfel,

Обмотки ротора и статора ВЗМ 5 по расположению их магнитных осей выполнены аналогично соответствующих обмоток ЗМП 1. Благодаря тому, что ротор ВЭМ 5 жестко соединен с ротором ЭМП 1 в однофазной обмотке якоря ВЗМ 5 наводятся асинхронные составляющие от переменных составляющих Н.С. &f о, - обуславливающие протекание тока по дополнительной обмотке 4 возбуждения ЭМП 1 .

Уравнения (5), (6) через составляющие на оси Ј , j можно переписать следующим образом:

4f4

df«

cos 0 + и Ј„ sin 6

df j Af n cos 0- uf.

sin

в

(7) (8)

где в - угол между продольной осью d и основным потокосцеплением якоря ЗМП 1.

Для малых значений угла б, характерных для ВД дисковой конструкции или компенсированных ВД, можно принять:

(9) (10)

Переходя от &f„ к действительному значению потокосцепления дополнительной обмотки 4 возбуждения ЭМП 1, имеем

5

Л

tai

и v

{V сГЈ При принятом условии

V

(31 fcl

(11)

, 1 лу

(3)

и углах опережения 10 - 15 эл.град.

отклонение действительного значения потокосцеплении от необходимого значения составляет не более + 10%.

Однофазная обмотка 6 якоря ВЭМ 5, работающей в режиме маломощного генератора, вырабатывает управляющий сигнал с частотой, отличной от синхронной частоты напряжения ЭВМ 1, и имеет электрическую связь с дополнительной обмоткой 4 возбуждения ЭМП 1, Обмотка 4 возбуждения создает продольное поле в зависимости от величины асинхронной составляющей токового сигнала, поступающего от трансформаторов 8 тока через ВЭМ 5. Необходимые витки продольной дополнительной обмотки возбуждения (фиг. 2) располагаются между постоянными магнитами 16 индуктора ЭМП 1 . Они но только изменяют величину основного потока ЭМ 1 за счет намагничивания или раямагничива- ния основного потока, но и изменяют сопротивление магнитной цепи, влияя на магнитную проницаемость магнито- провода 17. Кроме того, обмотка 4 возбуждения ГЖП 1, нагруженная на однофазную обмотку.b ВЭМ 5, создает дополнительный демпфирующий момент М., который дополнительно способствует сглаживанию пульсаций момента на валу ВД. При появлении асинхронной (относительно скорости поля основной машины) составляющей тока в tn-фазной обмотке 7 BDM 5 наводятся )ДС в одно- фазной обмотке 6 ротора ВЭК 5 и протекает ток по виткам дополнительной обмотки 4 ЭМИ 1. Этот ток вызывает поток + ф в ЭМП 1, который, наклады- ваясь на основной поток , приводит к изменению противо-ЭДС ЭМП 1 так, чтобы компенсировались пульсации тока якоря ЭМП 1. Механизм действия дополнительного потока ± Ф напоминает действие потоков от демпферных обмоток в полюсах машин постоянного и переменного тока. Отличие заключается в том, что действие демпферных обмоток, основанное на явлениях вихревых токов, малоэффективно. Кроме того, та- кие потоки вызывают значительный нагрев и потери. Несмотря на большие токи результирующие потоки, определяемые суммарными ампер-витками, будут невелики. А поверхностный эффект, вызывающий вытеснение токов ближе к поверхности проводников, увеличивает их внутреннее сопротивление и вызывает дополнительный нагрев, снижающий общий эффект демпфирования. В данном .устройстве несмотря на малую челичи- ну тока, а следовательно, и омических потерь в обмотках, благодаря наличию большого числа витков и малого их сечения, резко снижаются омические потери и потери на вихревые токи а величина демпфирующего потока + ф возрастает. Это приводит к увеличению эффекта демпфирования и уменьшению пульсаций момента + М. Однако существует верхний частотный диапазон, на который реагирует данный способ демпфирования, определяемый электромагнитной постоянной контура, включающего электромагнитную постоянную обмотки якоря ВЭМ 5 и обмоток возбуждения ВЭМ 5 и ЭМП 1. Но так как этот метод демпфирования рассчитывается на сравнительно низкочастотные составляющие момента, то он тем не менее эффективен. Данное устройство позволяет без значительных энергетических затрат улучшить форму эквивалентного выпрямленного тока, резко уменьшить его переменную составляющую и снизить дополнительные потери в ВД, возникающие от пульсаци-- онных составляющих, которые, кроме пульсаций момента и скорости, могут снижать КПД ВД на 10 - 20%. Потери же в ВЭК 5 не превосходят 1 - 5% от мощности ЭМП 1, а по габаритам и массе выгодно отличаются от дросселя, выполняющего аналогичную функцию Масса ВЭМ 5 меньше массы дросселя при аналогичных выходных параметрах и составляет не более 15% от массы ЭМП 1. Масса дросселя может составить 40 - 50% от массы ЭМП 1 в зависимости от мощности ВД и диапазона регулирования. Таким образом, масса дросселя больше массы ВЭМ 5 более чем в 2 раза при выполнении аналогичных задач.

Формула изобретения

напряжения якоря электромеханического преобразователя и датчика частоты и фазы напряжения источника питания, индуктор, tn-фазный трансформатор тока, отличающийся тем, что, с целью уменьшения пульсаций момента, улучшения энергетических показателей и расширения области применения, обмотка якоря выполнена кольце- вой, введена вспомогательная электрическая машина с однофазной обмоткой якоря, расположенной на роторе, жестко связанном с индуктором электроме-, ханического преобразователя, и расположенной на статоре п-фазной обмоткой возбуждения, каждая фаза которой подключена к одной из фаз трансформатора тока, каждая фаза обмотки якоря электромеханического преобразова- теля выполнена из двух ветвей, расположенных одна относительно другой со сдвигом на угол fT/p и соединенных между собой разноименными выводами, индуктор электромеханического преоб- разователя снабжен дополнительной обмоткой возбуждения, ось которой совпадает с осью полюсов индуктора, и соединенной зажимами с выводами однофазной обмотки якоря вспомогатель ной электрической машины.

втулкой, тороидальный магнитопровод закреплен неподвижно относительно корпуса электромеханического преобраQ5 0 5

5

зователя немагнитной втулкой, а индуктор расположен с двух торцовых сторон якоря и выполнен в виде двух магнитолроводящих дисков с жестко закрепленными на них полюсами с чередующейся полярностью, образованными встречно намагниченными постоянными магнитами трапецеидальной формы, в их межполюсном пространстве неподвижно закреплена однофазная кольцевая обмотка возбуждения, соде,ржит 2р катушек, соединенных разноименными выводами, при этом к внутренней поверхности обмотки якоря через внутреннюю немагнитную втулку прикреплен статор вспомогательной электрической машины, в виде тороидального сердечника с кольцевой п-фазной обмоткой возбуждения, электродвигатель снабжен тремя кольцевыми магнитопроводами, а одно- фазная обмотка якоря вспомогательной электрической машины, ось которой совпадает с дополнительной обмоткой электромеханического преобразователя, расположена на кольцевых магнито- проводах, ротор содержит немагнитные диски, на которых неподвижно закреплены два кольцевых ма гнитопро- вода, немагнитные диски ротора жестко связаны с магнитопроводом индуктора и охватывают с двух торцовых сторон обмотку статора, а однофазная обмотка якоря расположена на магнитопрово- де, закрепленном на немагнитном валу, напротив внутренней поверхности статора вспомогательной электрической машины.

22 т

-ч.1--ТГ - J г . .

сриг.2

22