Однофазный вентильный электродвигатель Советский патент 1979 года по МПК H02K29/00 

Изобрегение огносигся к однофазным элекгродвигагелям переменного тока и можег найти применение в схемах автоматики, телемеханики, вычислительной и измерительной техники, а также в устройствах, где требуются повышенная надежность, хорошие регулировочные свойства, быстродействие, малый вес и габариты, способность работать во . взрывоопасных средах, в вакууме, в устройствах, не допускающих помех радиоприему. Известны однофазные вентильные двигатели (БД) с пояупроводникоиз1ми коммутаторами l, И и И. Известей электродвигатель, который имеет на полюсах внешнего индуктора об мотки, питаемые однофазным переменным током, выполняюшие роль первичных обмоток вращающегося трансформатора (ВТ) 1. На внешней поверхности ротора, который полый и ферромагнитный, размешены обмотки переменного тока (вторичные обмотки ВТ), на внутренней поверхности расположены обмотки i вентильного электродвигателя постоянного тока. Четырехполюсный внутренний индуктор ВД неподвижен. ЭДС внешних обмоток ротора выпрямляются расположенными на роторе неуправляемыми полупроводниковыми выпрямителями и прикладываются к внутренним обмоткам ротора ВД. Известны также электродвигатели с транзисторными коммутаторами, выполненные как р раздельными магнитопрово- дами, так и с совмещенными магнитопроводами для ВТ и ВД 2. Однофазный ВД с транзисторным коммутатором и совмещенными магнитопро- водами имеет на статоре четыре обмотки, соединенные в мостовую схему и. выполняющие функции первичных обмоток ВТ и обмоток возбуждения ВД. На роторе электродвигателя расположены четыре вторичные обмотки ВТ и четыре обмотки якоря ВД. ЭДС, наводимые во вторичных обмотках ВТ, ы,шрямляются по двухполупериодной схеме,формируюгся при помоши транзисторов в пачки импульсов определенной дпигельносги и прикладываются к якорным обмоткам ВД.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является двигатель, содержащий статор с полюсами переменной и постоянной полярности, пришм полюсное деление полюсов постоянной полярности в два раза больше, а ширина полюса в два раза меньще, чем у полюсов переменной полярности, а ротор, несущий обмотку якоря, состоящую из диаметрально расположенных секций с полюсным делением, равным полюсному делению полюсов постоянной полярности, замкнутых на ключи, управляющие пепи которые соединены через пассивные электричесдше элементы с расположенными на роторе обмотками уп-

равленияС 33На работу цепей управления транзис торов коммутатора и двигателя в целом существенно влияет противо- ЭДС от постоянного магнитного поля БДПТ, что снижает равномерность враинения и энергетические показатели,

Целью изобретения является повышение энергетических показателей за счет ус1ранения влвяния на работу непей уп равпенБя коммутирующих Элементов противо ЭДС от постоянного магнитного погока ВД, а также улучшение равномер носги вращения электродвигателя.

Цепь достигается тем, что управляющие обмотки выполнены в виде секций, ежи которых совпадают с осями секций обмотки якоря, а число секций равно чио лу обмотки якоря, причем диамет рапьно расположенные секции обмоток управления соединены между собой свои« мн одноименными зажимами, например концами, а другой зажим каждой секции соединен с одноименным ему зажимом диаметрально расположенной секции обмотки якоря и с управляющими цепями ключа, связанного с секцией обмотки якоря, ось которой совпадает с осью дан ной секции обмотки управления.

На фиг. 1 изображена конструкция однофазного ВД; на фиг. 2 - электричео кая схема; на фиг. 3 - диаграммы Hanpsjжений и момента в функции угла поворота ротора; на фиг. 4 - развертка обмотки статора; на фиг. 5 - развертка обмотки ротора,

В пазах статора электродвигателя 1 аиамегрально прогивоположно расположе

ны две распределенные обмотки 2 и 3, подключаемые к источнику переменного нацряэкения и выполняющие роль первичных обмоток ВТ. Обмотки 2 и 3 могут 5 соединяться последовательно или параллельно в зависимости от величины питающего переменного напряжения. В пазах статора также расположены четыре сосредоточенные обмотки 4-7, оси кото рых сдвинуты относительно оси обмоток 2 и 3 на 45 . Обмотки 4-7 подключаются к источнику постоянного напряжения и выполняют роль обмоток возбуждения ВД.

S В пазах ротора 8 расположены шесть рабочих обмоток 9-14, оси которых сдвинуты относительно друг друга на 60 . Шаг роторных обмоток равен диаметральному по отношению к постоянному магнит-

0 ному полю и половине диаметрального по отношению к переменному магнитному полю. Рабочие роторные обмотки являются одновременно вторичными обмотками ВТ и обмотками якоря БДПТ. В те же пазы

5 ротора укладьгваются обмотки управления 15-20.

На фиг. 2 представлена схема электрических соединений однофазного ВД с шестью рабочими и шестью дополнитель) ными обмотками управления. Обмотки статора ВТ.соединены встречно.

Обмотки возбуждений 4-7 соединены согласно (фиг. 2)}при этом отсутствует результирующая ЭДС наводимая в них

5 от переменного магнитного поля.

При подведении к обмоткам 2 и 3 переменного напряжения Uj; с частотой i, (фиг, З) возникает однофазный пульсирующий поток 1 , создающий одну пару

полюсов. Поток Ф , прониаывая обмотки ротора, наводит в них трансформаторные ЭДС, величина которых зависит от параметров ВД и изменяется по синусоидальному закону, в зависимости от угла поS ворота ротора относительно оси потокаФ. На фиг. 3 представлены: а) трансформаторные ЭДС девятой (сплошные линии) К двенадцатой (пунктир) якорных рабочих обмоток; б) ЭДС вращения от поля tioe люсов переменной полярности; в) ЭДС вращение от поля полюсов постоянной полярности; г) суммарная ЭДС; д) токи в обмотках; е) магнитный поток полюсов постоянной полярности; ж) вращающий мо5 мент, созданный токами в обмотках 9 и 12.

Роторные обмогки подключены к yciw ройствам формирования импульсов тирисгорного коммугагора, состо5пним из гирисгоров 21-26, диодов 27-32, стабя лигронов 33-38, резисторов настройки Ь9-44. Тиристорный коммутатор крепят на валу ВД. Управленне тиристорами 21-26 осуществляется от обмоток управления. Обмотки управления, расположенные в диаметрально противоположных пазах (15, 18),{16, 19),(17,2о), соединены встречно. При достижении трансформаторной ЭД в обмотках управления (например 15,18 величины равной напряжению пробоя стабилитронов 33,36 в один полупериод трансформаторной ЭДС отк илвается тиристор 21, пропуская полуволну выпрямленного тока, а в другой полупериод тра сформаторной ЭДС открывается тиристор 24. Тиристоры запираются пря прохождении токов через Нуль. В роторе будет возникать пульсируюшее магнитное поле. При непрерывном врашении тиристоры 21, 24 пропустят число импульсов, кото рое зависит от частоты вращения и частоты питающего обмотки статора ВТ переменного напряжения. Напряжения пробоя стабилитронов выбирается таким образом, чтобы тиристоры пропускали выпрямленные токи в пределах 60 поворота ротора. При повороте ротора на 6О отпираются тиристоры 22 и 25, при повороте на следующие 6О - тиристоры 23 и 26. В дальнейщем физические процессы будут повторяться. Таким образом, в обмотках ротора будут протекать выпрямленные токи в пределах полного оборота ротора. При подключении к обмоткам 4-7 пос тоянного напряжения образуется четырех полюсная магнитная система возбуждения ВД. При взаимодействии роторных токов с постоянным магнитным потоком Ф воэникает электромагнитный момент, аналогичный моменту двигателя постоянного тока (фиг. Зж), а при взаимодействии с переменным магнитным потоком возникае электромагнитный момент, аналогичный моменту однофазного асинхронного электродвигателя. Результирующий момент ВД будет равен сумме моментов. Если электромагнит ный момент ВД будет больше момента сопротивления на валу, то рогор двигателя придет во вращение. При вращении 566. ротора ВД в обмотках 9-14, 15-20 будут наводиться ЭДС вращения от переменного магнитного поля и противо-ЭДС от постоянного магнитного потока, искажак щие форму результирующих ЭДС обмоток (см. фиг. з), в результате чего открь тие и запирание тиристоров будет происходить со сдвигом во времени в сторону сятережения или отставания, в зависимооти от направления вращения ротора эпект родвигателя. При этом будет появляться тормозящий момент на валу электродвигателя. В обмотках управления, расположенных в диаметрально противоположных пазах (15,18), (16,19), (17,2О)| будет отсутствовать результирующая противоЭДС от постоянного магнитного потока, а следовательно не будет влиять на работу электродвигателя,что повыщает равномерность его вращения. В предложенном однофазном вентильном электродвигателе могут быть применены и другие типы управляемых ключей (например, диннсго{м 1, герконы, транзисторы и т.д.). Формула изобретения Однофазный вентильный электродвигатель, содержащий статор с расположенными на нем полюсами постоянной в переменной полярности, причем полюсное деление полюсов постоянной полярности по крайней мере в два раза больще, а ширина полюса по крайней мере в два раза меньще, чем у полюсов переменной полярности, и ротор, несущий обмотку якоря, СОСТОЯЩ5ТО из диаметрально расположенных секций- с полюсным делением, равным полюсному делению полюсов постоянной полярности, замкнутых на ключи, управляющие цепи которых соединены через пассивные электрические элементы с расположенными на роторе обмотками управления, отличающийся тем, что, с целью поклщення энергетических показателей и повыщення равномерности вращения, обмотки управления выполнены в виде секций, оси KOTOJHJIX совпадают с осйми секций обмотки якоря, а число сек-. ций равно числу секций обмоткн якоря, причем диаметрально расположенные секции обмоток управления соединены между собой своими одноименными зажимами, например концами, а другой зажим каждой секции соединен с одноименным ему зажимом диаметрально расположенной секции

обмотхв якоря я с управл5аошвми цепями ключа, связанного с секшей обмотки sucoря, ось которой совпадает с осью данной секшге обмоткя управления.

Источнякв информапии, принятые во вниманне при экспертизе

1. Патент ФРГ № 18О2353, кл. Н 02 К 29/04, 1973,

. 2. Авторское свидетельство СССР № 368697, Н 02 К 29/ОО, 1970.

3. Патент ГДР № 1О6748, 21 d, 41, 1974.

It

20

fO

17

И

Риг,

«« 32 se 1

«S-wV

(- «2 Л7 124

LJ

1

l

11}-17 1 29 JS23

26

25

40 j

L

F«f

Ж

r f

иг.З

g