Однофазный вентильный репульсионный двигатель Советский патент 1976 года по МПК H02K29/04 

На фиг. 1 дана структурная схема описываемого двигателя; иа фиг. 2 -- диаграмм ; чч)ков и напряжепиГ в различных точках схемы. Однофазная обмотка 1 возбу/кдення двигателя расположена на роторе и через скользянше контакты 2 и 3 подключена к сети переменного напряжения t/i. Вторичная (якорная) обмотка 4-15 соединена по схеме замкнутого многоугольника, между вершинами которого включены пары встречно-параллельно соедипенных вентилей 16--17, 18-19, 20--21, 22-23, 24-25 и 26-27. На етаторе двигателя вдоль воздушного зазора е интервалами в фазную зону (для фиг. 1 - в 30 эл. град.) закреплены 28-33 положения ротора. На роторе в плоскости датчиков 28-33 закреплены два ферромаппггных сегмента 34 и 35 по 30 эл. град, каждый, которые разнесены один от другого на л эл. град. Нередняя кромка одного из сегментов, например ceiMcirra 34, смещеиа в сторону отставания относнтельно оси обмотки возбуждении на угол 011 1 ключения Beirnuieii Hi 17 пабегающей ветви, примернее равный 5- 7 эл. град. В двух точках якорной обмотки 4-15, отстоящих одна от другой на эл. град., например в секциях 4 и 7, включены первичные обмотки трансформаторов тока 36 и 37. Их вторичные обмотки соответственно через усилители 38 и 39 нодключены к одним из входов схем И 40 и 41, к другим входам которых соответственно через схемы ИЛИ 42 и 43 нодключены входы двух грунн датчиков 28-30 н 31-33 положения ротора. Выходы схем И 40 и 41 обьединены и подключены к объединенным входу инвертора 44 и одиому из входов схемы ИЛИ 45. Кроме того, выходы усилителе 38 i 39 соответственно через две 5ыпрям1 тел) 46 инвертор 47 и выпрямитель 48 - - инвертор 49 1одключепы к двум вxoдa 5 И 50, выход которой подсоеди е 1 о второму входу ИЛИ 45. Выходы инвертора 44 схемы ИЛИ 45 подключен) к объед1 е 1 Ь м вторыл входам соответственно двух гру схем И 51-62 - нечетных 51, 53, 55 ... 61 четн1лх 52, 54 ... 62. К од юименным 1ервь м входам схем И 51, 52, 53, 54, 61, 62 ) ды соответствуюншх датчиков 33 --28. схем И 51-62 через формирователи (53--74 унравляюи1,их импульсов подкл оче пл ко входным дег1ям своих )1х ве 1тиле1 16---27. При НОДКЛЮЧе ИИ обмОТК 1 ВОЗбуЖДО Я К сети неремеп 1ого на ряжен 1я LJi протекающий по ней первич 1 Й ток д 1 гателя создает в его МаГ 1 1ТОНрО(Де y.), ма НЫЙ поток, который i ОбмОТке 4-15 нереме 1 ую э.д. е. 2- Иоследо 5ательность включе1П 5 вентилей 16-27 обуеловлена датчиками 28-33 1 оложе 1 1я ротора. Датчики 28-33 и логические схе.мы 40- 45, 47, 49-74 во включенном состояни вырабатывают выходные г1ОЛО}К тельные панряжеoil ал;пл ггул1. ()ча) nxi;ij;i.:Mi схем -10 -Г 45 Г)1;- 7-1 :;;Лл1С): ci iuc 1:(;л()к c.)ii:,ic 1:;1И), а 5;;М ;;1О:а() о -)ицатсл) 1;ул:). /1,ля И1 всрторов 44, 47 и 49 ИХ( .; ;К; ОЧ;иО1;1, i aПpЯЖe П Я И 5 ВЛЯются :; :1:;яже :ия, , а (ll(i : :iПО/ :/К ТеЛЬ 1Ь С. c, Ч-Л1 о8 ( /59 п)С() диух1 оляр i(JC ;|,) сменяемое ()Диос (})1)рмат()ров (Я-;а 36 и 37 i д ухполяр ое (), lu; (|)( с остоЯП 10 аМПЛ 1 уД011 с СОХраНС ИСМ М()() (())азь) ерехода его через нуль. j, 3 ВКЛ ОЧеН ов 1(); ожсиия ротора, 22 1 23 своей iu:ii5 образом. 15,1лоД)()е )а1) 33 па |;одкЛ О. к ему )е входь од liiHMC lll j X СХСл И Г) 1 52. Ьа 5Т1)р,С Хем и, оГг))е i Ijjy 1), ОЛОЖ С-ль 1()е 1 апряжс е подается но с;1еду О 1и1.м . сякч-1Ч) 1ра сформа ор) 3() i 37 чс11ез yc Ki;r x iii 38 ) 39 1(}ддерж 1ва от i закрытом c(Jcтoяпии схемь И 40 i 41, улев)е аПр}:же ПЯ К{) . )j) 4-1, положите; ; П(;е ()е 1 а ряже С котор()Ч) осту;1ает а (;бъед 1 1е 1))е вход) ;ечстнь;х схем И 51 01. Кроме того, iyjie 5ij e ;ь:х( си паль уси.иггелеГ 38 39 сио ветс 1 С пи) через .мители 46 и 48 |;л,)ча1()Т лписрторь 47 л 49, )р)с и1;1Х1) :;()ложител))м;1 а|1ряже; ия i;; ,П()()т схему И 50, а с ее 1я,1Х()да через гхему ИЛИ 4i п(),л()()е 1апряже 1с иоcTyiiaci i;;i ()6)C:uii e i i)e схем ; 52 (;2. Таким образом, схсм1л II 51 и 52 вкл 0-;ат:)Си i pa3pei ia ) о ч-:рыва П1е е 1;1Лсм 22 и 23. ilycii, М1П())(; зпачеиие апряЖе Я /: (бус,а13,.ает и , a p Iмср, -; iic), а в точке ячорпоГ ()(1 4 15. Я1;ор п п 1 ток -2 течет io iien i;i;o 22, )а;де:1яяс) () параЛЛС. ЯК()) обмОТКИ 10, 9 ... 5 ; 11, 12, ... 15, 4. тока /2 созда отся соответству а р5 же 1 я а выходах 6 1 37 и далее ус 1ли елей ЗН 3) п С).(). iапряже П я на выходах ) 4() 48, КОТОр)е В з КЛ10ча от пп15срторь 47 и 49, а через их п схему И 50. этом датчик 33 через t лОму ИЛ1 | п;1Д отав; И1 ает к иключе И О с.с.у 11 4 по одному 13 се 5ходо. В) а 1ряжеппс с )а сформатора i-ока 37 (к ()М С.ЧучаС 1() еЛ)ОЙ 1().) 1ОСТуliac через ус 1литес 39 ia в орой вход схемь и 41, (ггк)ывает ее, через схему ИЛИ 45 а 1)бьсд е пые ходы схем И 52, 4, ... 62 ; образом оддерж вает схему И 52 открыто, а через нее и формиропатель 64 и вентиль 22 до тех пор, гока не нл ен11Гся поляриоетг, тока (::, При этом положительное выходное напряжение с.хемьт И 41 выключает ннпертор 44, нулепьп напря ке11ие которого поддерживаются в пьп лючепппм соетоянии ехемы И 51, 53, .,. 61 по нх об1 едпненньп: входам и да.тее формнрователч (33, 65, ,,, 73 i нечетные вентнлн, в том числе н вентиль 23. R следуюн1,нн нолупериод якорного напряжения /Го и тока (2, пока (2 0, также создаются условия для открытия обоих вентилей 22 н 23, а затем е появлением тока ; другого нанравле1П я через вентиль 23 схема упрагктения снимает открываюнюе напряжение е пентцля 22 и поддерживает открытым вептиль 23, После поворота ротора ппот; в асово ; етрелки на угол В , сигнальный (сегмент) 35 вместо чувгтвител)Ного элемента (датчика) 33 включает чхпствительный элемент (датчшО 32, котооьп в описанной последовател1)Поети включает и выключает венти,1и 16 и 17 своей , СкоростГ) повыпяется до тех нор, пока вра паюпи;й ие уравповееится м(1мептом иагрузкп, Непрерырлое измерение (Ьазы якорно1о тока в данной осуществляется посредством двух транс4)орматоров тока 3R и 37, вкдючепных в якорную обмотку 4---15 со друг от дру1а па со схема :и, ,естг,ля;опдимн с л:л1фоза|ие пх В1)1ходпых напряжений в функчии иоложения ротора. Поелетиее осуп1е твляю доцпсские схемгл 40 43 нг) KO.raHnaN с дг-.тчико. 28 33 положения ротора. На фиг. 2, а с ддя определенпой скорости враик-НН;; потора ипиведепы диаграм пл выходнь.х паппяженнй .татЧ11 ов 33 -28 положения ротора. На фнг. 2 ж представлены дла.грамм-л ЯКОРН ЛХ наипяжопий /Гп (опережак)И1ая крииая) и Toia в коордниатах ротора. Пх oci опдин.тг совпадает с осью об откн 1 возбужден;1я и вран1ается вместе с ротором дв.и атедя. Выходн-ле же напряжения трансформатгтов тока 36 и 37, преобразованные и. чтелями 3R (см. (Ьиг. 2,) и 39 (см. фиг. 2.м. являются диaгpa I iaми якорного тока i-. в коорд патах статора, оси ординат которьгч проходят чере.ч якорной обмотки и напядлел -:ны ее ге--;HHi. ПОЭТОМУ днагра :ы па фиг 2. г/...), кр(1ме переходов срез Hy, f. /,. co v-iioT-CTByioHUIX тока . имеют TI -олярпостп, соотве .гствуюптпе пер; - Г;М оси обмотки 1 1К1збуждспия через нанрав.., псппенднкулярные к осям коорлипат. слорпо /11 и /1, /о, /:,:. Схемы П 40 li 4 -п соответств чо1пие участки /о-Д,Г/,-,о: ...-(/о и /, --/,: /,„-/,,; ...(Н), достаточно удале гные от коммутационных процессов секний 4 (с моуритов вк.дгочения датчика 32 /:, /;,-, ,,,) и 7 (е моментов включення датч1;ка 29 -- /2, , ,..). На обт сднненных выходах схем Н 40 н 41 эти участки (К) н (П) суммнру|отся в непрерывный сигнал (0), которьп также является диаграммой якорттого тока fo R координатах статора с осью ординат, перпендикулярной к оси датчнка 33 и 15етви вентилей 22 н 23, Поэтому нрн пересечени осью обмотки 1 возбуждения оси датчика 33 сигнал (0) изменяет фа,чу на ,т эл, гра.д. Pacc :oтpи коммутаплпо двигателя в двух реж;имах. якорные напряжение з ток ;;-. созпалают по полярпости (t-) и когда Пусть сптуапля, изображенная па фиг. I, возникла прн опредеденной скорости врапхення в момент ff, (ем, фиг. 2). Якорное напряжение Е: имеет плюс в верхне н Nninyc в нижией точке обмотк1г 4-15. Включены датчнк 33 и вентиль 22. По .ме новорота ротопа на угол в.: сегмент 35 включает датчнк 32, выходное напряжение которо-о поступает на спаренные входь схем Н 53 п 54 п через схему НЛП 43 на вход схемы П 41, на второй вход которой продолжает поетупать по,тож1ггельное нанряженпе трансформатора тока 37 через уеплнтель 39 (см. фнг. 2, ./). При этом Н 41 открывается п ее В111ходное напряжение через схел1у 1-1ЛН 45 поступает на объединенные входы етпьх схем Н 52-62, чем оеуп1ествляется откпытне П 54 и далее формирог ате,я 66 и р.ептиля 16. Нивертор 44 оетаетея з.а1-.рытым и своим п лев1з1м выходом но o6i)едипеипым вхо.там ехем 51-61 ноддерживает пх в закрытол; соетояпин. Хотя с ТОГО же (f-- снимается управ,тяюniee Т1апряжение со входа сбегаютцего вентиля 22 вь)Ключеп1 См датчнка 33, якорный ток : п; чичает распределяться междл двумя откры-ы -п ветвяли вептилей 22 и 16, эксноненпна, етремяст в каждой из пнх примерно к евпемх по,1овн7 о- П значению, в вентиле 16 нарастая от нуля и в вентиле 22 уменьшаясь от потного значения тока /;. Кроме того, в |-;оит -ре закорочепых секнпй 4. 16, 10 и 22 начннает пипкулиповать коммутатиюнпый ток il,-, обусловленньпй напряжениями секний 4 и 2 Папрп;Т1ение тока , ,,- показано па фнг. 1 ункт1 рпой линией, где видно, что он течет встречно T-rpoBo.uMocTH сбегаютн.его вентпдя 22. , как только ток , .;. который возплстает с ;омспта включения вентиля 16 (/.:), РаП1яется е хмепипаюнейся долей якорного тока в ве1ггнле 22. послед1П Й закрывается. Так осуп1есгвляется естественная коммутанпя (вы-;лючение) сбегаюиил: вентилей двигателя. Пуст, изображенная на фиг, 1 еитуация воз1П Кла в молент fi-2 (см. фнг, 2), при котором якорное 1апряжепне 2 уже изменило свою олярноеть. Так как к моменту полярность ока /J не п.змепиляеь, то пронеес включения

вентиля 16 по элементам схемы уиравленпя ничем не отличается от рассмотреппого. Для вентиля 16 EZ япляетгя обратным напряжением, поэтому он не включается, а ток ь спадя,ет до нуля в вентиле 22 к моменту . В iii: тервалах разнополярности Е и гз о-/л, п- -м осуществляется запрет включения п набегаюш,их ветвях вентиля 17 протнпоноложно проводнмости по отиошенню к сбегаюн1,ему вентилю 22. Так как в случае включения вентиля 17 образовался бы коммутационн)ГЙ контур: секция 4 - вентиль 22 - секция 10 - пентнль 17, в котором под действием напряженцн сбкций 4 и 10, совпадающих с напряжением Ei, создался бы ток i,;, совиадак)ни1Й по ланравлеппю с током сбегающего вентиля 22, последний не закрылся бы до следуюн1ей смены полярности шанряжения Е, т. е. нроизонгелбы срыв коммутации.

Использование схемы управления, состоящей из трансформаторов тока и логических элементов, нозволяет получить унравлсппе включением набегающих вентплей в функции углового положения ротора н фазы якориого типа и тем самым обеспечить достаточно устойчивую коммутацию двигателя во всех его режимах.

Достоинства предлагаемой схемы двигателя проявляются тем сильнее, чем на большую выходную мощность он выполнен, так как габариты и стоимость схемы управления незначительно зависят от выходной мощностн дннгателя, а выигрыщ но силовым вентилям нрактически пропорционален выходной мощности двигателя.

Ф о р м у ;i а н з о б р е т е н и я

ренульсионный uiii многофазную вторичвьпюлненную но схеме з; мк1;ут()го многоугольн ка, между вернлгна rli которого р.ключсны нары встречно-парал;u iiii:o спелниениых ве1ггилсй, управляюигие

КОТОрЬТХ СОСД1НеНЫ с ЧуВСТВИТеЛ Л1ЫМИ

элементами датчика положения ротора, отлич а К) IU II ii с я тем, что, с нелыо уме11ьще)1пя псса н габарито Д15игателя и расширения об;ia;TH ео применения нутем новьинеиия коммута11нонно 1 устоГгчнвости при частотах враHiciuHi, блн-;ких 1:лч нрепыншющих частоту ичтаюн1е:-о напряжения, чувствительные эледатчикп соеди11ены с управляющими не тнрнсто юв од)1ого проводян1,его панрав; че|1е: первые входы одной нз двух групп М, вторые входы одпой из групп соедис выходом измерителя фазы якорного через пеп1и;ортнруюпип 1, а другой груп- через Н1 вертир}иощнй каскад. Дг.щ-атсл. по н. 1. отличающийся что нзморител, фазы якориого тока выполнен в виде Д1Пх датчнков тока, разнесенных один от другого ие , чем на две фазг:ь е зоньк причем выходы датчнков тока с()од1П1ены со входами каскадов через устройство бло -;ировки по положению ротора, осуН1естсляюи1ое г:одключенне датчика тока, наиболее удалепиого от коммутациоиной зоны.

припятые во 02k 29/04, 1972. 2. Лвт. СП. № 302791, кл. Н 02k 29/04, 1969,

53

Я Y т i I i и «

- t

- t

- t