Вентильный электродвигатель Советский патент 1974 года по МПК H02K29/04 

1

Изобретение относится к области регулируемого электропривода.

Известны вентильные электро двигатели, на магнитопроводах статора которых размещены обмотки возбуждения, подключенная к однофазной сети переменного тока первичная обмотка динамического трансформатора и первичная обмотка управляющего трансформатора, а на роторе - совмещенные с вторичными обыотками динамического трансформатора секции якорной обмотки электродвигателя, замкнутые полупроводниковыми ключами, например тиристорами, к управляющим цепям которых подключены вторичные обмотки управляющего трансформатора.

Однако такие электродвигатели имеют низкие энергетические показатели, обусловленные сильным влиянием потока реакции якоря и малой эффективностью работы динамического трансформатора.

Цель изобретения - повысить энергетические показатели электродвигателя.J

Это достигается за счет увеличения эффективности работы динамического трансформатора, т.е. увеличения среднего значения тока в секциях обмотки якоря при заданном значении напряжения питания, а также уменьшения влияния потока реакции якоря в зоне действия основного потока возбуждения без увеличения воздушных зазоров в магнитных цепях системы возбуждения и динамического трансформатора.

Для этого магнитопровод ротора выполнен с торцовой, рабочей поверхностью и состоит из отдельных ферромагнитных элементов, разделенных по всей длине аксиальными воздушными зазорами, в которых расположены активные проводники секций якорной обмотки, а магнитопровод статора системы возбуждения состоит из кольцевых сердечников замкнутых двумя П-образными ферромагнитными элементами, каждый из которых несет обмотку возбуждеНа фиг. I показан предлага,емый электродвигатель, частичный продольный разрез : на фиг, 2 разрез по А-А на фиг, I; на фиг.З - разрез по Б-Б на фиг, I; на фиг, 4 - схема секции обмотки якоря; на фиг, 5 - конструкция управляющего трансформатора; на фиг, 6 схема замыкания силовых линий по.тока реакции якоря по элементам. магнитопровода двигателя,

Ротор I двигателя закреплен на валу 2 и имеет по окружности вырезы, в которых размещаются ферромагнитные элементы 3, разделенные между собой по всей длине аксиальными воздушными зазорами, в которых располагается обмотка якоря 4, На роторе размещены полупроводниковые ключи (тиристоры) 5,

Статор состоит из двух фланцев 6,7, выполненных из немагнитного материала, в пазах которых помещены ленточные кольцевые сердечники 8,9, Фланцы и кольцевые сердечники имеют вырезы для магнитопроводов 10 Д1 динамического трансформатора с первичными однофазными обмотками 12,13 переменного тока. Вторые обмотки динамического трансформатора совмещены с секциями обмотки якоря. Магнитопровод системы возбуждения включает ленточные кольцевые сердечники 8,9 и замыкающие их П-образные. ферромагнитные элементы 14,15 с обмотками 16,17 возбуждения.

Пример намотки секции обмотки якоря показан на фиг. 4 (для простоты в каждом пазу показано по одному активному проводнику). Обмотка выполнена с диаметральным шагом Концы каждой секции замкнуты парой встречно включенных тиристоров 18, 19, Контур секции обмотки якоря сцепляется с двумя переменными магнитными потоками и двумя магнитными потоками возбуждения. Зоны 20,21 действия переменных магнитных потоков динамического трансформатора условно ограничены пунктиром.

На П-образном статоре 22 управляющего трансформатора (см, фиг, 1,5) размещена первичная обмотка 23. Вторичные обмотки 24 располагаются на тороидальном магнитопроводе ротора 25, закрепленном на валу двигателя. Число вюричных обмоток управляющего трансформатора равно числу тиристоров, т.е. вдвое больше числа секций обмотки якоря.

На фиг, 6 представлена схема , замыкания силовых линий потока реакции якоря по элементам магнитопровода двигателя для момента времени, когда переменный ток в пер-; вичных обмотках динамического трансформатора имеет указанное.на фиг, 6 направление. Показаны так- же активные проводники обмотки

якоря и направления тока в них, а также направление силовых линий . потока реакции якоря в тороидальных сердечниках и в магнитопроводах статора динамического трансформатора.

Двигатель работает следующим образом.

Первичные обмотки 12, 13 динамического трансформатора включены последовательно и встречно и создают два магнитных потока, изменяющихся в противофазе. Сцепляясь с контуром секции обмотки якоря, они создают в ней сумматорную

переменную э,д,с. При включении одного из тиристоров 18,19 по обмотке протекает выпрямленный пульсирующий ток. Активные проводники обмотки якоря находятся в зоне действия двух магнитных потоков возбуждения разных направлений, создаваемой постоянными токами, протекающими в обмотках 16,17, что приводит к возникновению вращающего

электромагнитного момента. При повороте ротора на 90 по отношению к положению, -еображенному на фиг, 4, когда активные проводники секции окажутся в зонах 20,21 дейстВИЯ переменных потоков, суммарное по токосцепление контура секции обмотки якоря с переменными потоками равно нулю, и э,д.с. не наводится,

Для включения тиристоров используется управляющий трансформатор, имеющий одну первичную обмотку, на которую выдаются однополярные импульсы управления, синхронизированные с напряжением сети. Каждой секции обмотки якоря соответствуют две вторичные обмотка управляющего трансформатора, намотанные одинаково и включенные в цепи управляющих тиристоров 18,19 таким образом, что совпадение во времени импульса на управляющем электроде и положительной полуволны э,д.с., наводимой в секции, обеспечивается лишь для одного из двух тиристоров, соответствующих данной секции, что и приводит к протеканию в обмотке 54 якоря выпрямленного тока. Для коммутации тока в секциях обмотки якоря в данной конструкции используется явление опрокидывания фазы переменной э.д.с. при прохождении секцией линии геометрической нейтрили машины, которая в данном случае соединяет центры зон 20,21 действия переменных потоков и проходит черев центр вращения ротора. При опрокидывании фазы .с. Б секции совпадение во времени импульса на управляющем электроде и положительной полуволны з.д.с. обеспечивается уже для другого тиристора, что и приводит к коммутации тока. Таким образом, при враще нии якоря секции его обмотки коммутируются последовательно во времени при одновременной подаче упра ляющих импульсов на все тиристоры что позволяет создать достаточно простую одноканальную схему управления двигателем, обеспечивающую регулирование скорости и реверс за счет соответствующего фазового сдвига управляющих импульсов по отношению к напряжению питания, а следовательно по отношению к переменной Э.Д.С., наводимой в обмотке якоря. Силовые ЛИНИИ части потока реакции якоря, действующей в зоне основ ных полюсов системы возбувдения, за мыкаются в осевом направлении по ферромагнитным элементам 3 ротора, а в полоскостях, перпендикулярных оси вращения/, - по ленточным кольцевым сердечникам 8,9. Направление силовых линий потока реакции якоря на фиг. 6 условно- показано пунктиром. Для этой части потока реак ции якоря, которая может одновременно считаться потоком расстояния вторичной обмотки динамического трансформатора, магнитная цепь включает в себя четыре воздущных зазора. Магнитная цепь части потока реакции якоря, которая замыкается по магнитопроводу статора динамического трансформатора и сцепляется с его первичной обмоткой, а также аксиально замкнутые магнитные цепи потоков возбуждения и потока первичной обмотки динамического трансформатора, имеют два воздушных зазора. Этим достигается существенное ослабление части потока реакции якоря, замыка ющейся в зоне действия полюсов сис темы возбуждения, и уменьшение ин 4 уктивности рассеяния вторичной обмотки динамического трансформатора, что позволяет повысить эффективность его работы, В режиме насыщения магнитопровода системы возбуждения часть потока реакции якоря (размагничивающая составляющая) может замыкаться также по П-образным элементам 14,15, так как условия замыкания подмагничивающей и размагни чивающей составляющей через эти элементы будут различными, В этом случае, сцепляясь с контурами обмоток 16,17 возбуждения, импульсный поток реакции якоря наводит в них переменные э.д.с. Протекающие под действием этих э.д.с, токи создают встречно действующие потоки, вследствие чего размагничивающая составляющая потока реакции якоря оказывается в значительной степени скомпенсированной также и в этом режиме. Обмотки возбуждения выполняют в данном случае также функцию компенсационных обмоток. Предмет изобретения Вентильный электродвигатель, на магнитопроводах статора которого размещены обмотки возбуждения, подключенная к однофазной сети переменного тока первичная обмотка динамического трансформатора и первичная обмотка управляющего трансформатора, а на роторе - совмещенные со вторичными обмотками динамического трансформатора секции якорной обмотки электродвигателя, замкнутые полупроводниковыми ключами, например тиристорами, к управляющим цепям которых подключены вторичные обмотки управляющего трансформатора, отличающийся тем, что, с целью повышения энергетических показателей, магнитопровод ротора выполнен о торцовой рабочей поверхностью и состоит из отдельных ферромагнитных элементов, разделенных по всей длине аксиальными воздушными зазорами, в которых размещены активные проводники секций якорной обмотки, а магнитопровод статора системы возбуждения состоит из ленточных кольцевых сердечников, замкнутых двумя П-образными ферромагнитными элементами, каждый из которых снабжен обмоткой возбуждения.

16 /4. 4

85

2225

/

S

IX

И

umilllil

М1ПМ11111111111111111|)|||Т|

I I I .

J 7 /

бу::

Й

.у

11

131517М15

9 игл

Фиг. 2 б(Риг.з в

(fJu3.6