Изобретение относится к бесколлекторным двигателям, питаемым от сети переменного тока через электрические вентили и снабженным вращаемым от вала двигателя магнитным коммутатором для распределения тока в обмотках якоря.
Предлагаемый двигатель отличается от известного тем, что, в качестве коммутатора в нем применена индукционная машина, например сельсин, ротор которой закреплен на валу со сдвигом, обеспечивающим сохранение заданного пространственного сдвига между осью потока возбуждения двигателя и осью м.д.с. его якоря, для питания двигателя от однофазной сети и работы его на режимах коллекторного двигателя с токами в фазах, изменяющимися по кривым, близким к синусоидам - по углу поворота ротора двигателя.
В случае применения неуправляемых электрических вентилей электрическая энергия к обмоткам якоря двигателя может подводится через эти вентили от вторичных обмоток сельсина, работающего в этом случае одновременно в качестве силового трансформатора.
В цепь якоря двигателя на стороне переменного тока целесообразно ввести синхронное переменное напряжение, а на стороне постоянного тока - постоянное напряжение неизменной величины для улучшения условий реверса машины и уравнения числа полюсов рабочего двигателя.
На выход управляемых вентилей, работающих в режиме усилителей, могут быть включены асинхронные машины, используемые в качестве рабочих двигателей, вращающихся со скоростью, определяемой частотой тока, пропускаемого вентилями.
В качестве рабочей машины в бесколлекторном двигателе может быть использована асинхронная машина с фазным ротором, обмотки которой включены по схеме машины двойного питания.
В двигателе с усилителями в цепи рабочего двигателя могут бить применены в качестве этих усилителей вращающиеся электрические машины (в частности типа амплидинов) или машинные агрегаты (например, по системе мотор-генератор с управлением в цепи возбуждения и с генератором типа синхронной или асинхронной машины).
В качестве магнитного коммутатора и рабочего двигателя могут быть применены датчик и, соответственно, приемник синхронно следящей системы с усилением момента.
На фиг. 1, 2 и 3 приведены принципиальные электрические схемы описываемого двигателя, на фиг. 4 - модификация основной схемы машины.
При возбуждении однофазной обмотки сельсина 1 (см. фиг. 1) переменным током в его вторичной обмотке возникает система переменных токов, примерно синфазных с током возбуждения, результирующая ось которых в пространстве перемещается вслед зa вращавшимся ротором сельсина. Если каждый из токов, наводимых в фазах вторичной обмотки сельсина, выпрямить и подать на соответствующие обмотки сельсина 2, то они образуют систему постоянных токов. Величина тока в обмотках якоря меняется при этом по кривой, близкой к синусоиде.
Обмотка возбуждения сельсина 2 питается постоянным током.
Сельсины 1 и 2, роторы которых рассогласованы на 90°, механически связаны друг с другом.
На оси сельсина 2 возникает момент, пропорциональный результирующему току 
, потоку возбуждения Φ и Sinδ, где δ - угол сдвига между роторами сельсинов:
На оси сельсина 1 никакого момента не возникает, так как постоянный поток возбуждения сельсина 2 не наводит во вторичных (якорных) обмотках никаких токов частоты переменного тока, протекающего по обмоткам сельсина 1, и результирующая мощность, передаваемая с сельсина 1 сельсину 2, примерно постоянна:
После включения тока в обмотки возбуждения сельсинов 1 и 2, ротор сельсина 2, преодолевая полезную нагрузку на своем валу и ничтожный момент сельсина 1, поворачивает ось тока возбуждения сельсина 2. Но, поскольку при этом на такой же угол поворачивается и результирующая ось тока якоря, величина и знак момента не меняются, и машина разворачивается до скорости, определяемой напряжением на якоре (в конечном итоге - напряжением на обмотке возбуждения сельсина 1), потоком возбуждения (током в обмотке возбуждения сельсина 2) и синусом установленного угла сдвига роторов (соответствует углу сдвига щеток в коллекторной машине). Все это происходит совершенно аналогично коллекторному электродвигателю.
Для осуществления реверсирования со стороны якоря достаточно предусмотреть в каждой фазе двигателя 2 встроенные ампервитки, соответствующие половине максимального значения ампервитков, подводимых к данной фазе.
В якорную цепь (фиг. 2) вводится со стороны переменного напряжения ток, по амплитуде равный максимуму тока в фазе вторичной обмотки, а по фазе примерно совпадающий с фазой возбуждения; на систему постоянных токов якорной обмотки накладывается система токов с неизменной осью, например, в виде отдельной компенсирующей обмотки, создающей встречные ампервитки, равные половине максимального значения ампервитков, создаваемых в основной обмотке.
Ниже рассматривается несколько вариантов применения описываемой машины, среди которых необходимо различать два вида: схемы с электронным усилением Эдля маломощных приводов) и схемы с управляемыми вентилями - для приводов любой мощности.
Переменные напряжения с фаз сельсина 1 подаются на сеточные трансформаторы управляемых вентилей 3 и 4, 5 и 6, 7 и 8 (см. фиг. 3). Кроме того на сетки вентилей подается постоянное смещение Ис и переменное с амплитудой Ис, сдвинутые примерно на 90° от анодного напряжения каждого вентиля. Последнее необходимо для получения в фазах токов в функции угла поворота ротора 1, наиболее плавно менявшихся по кривым, близким к синусоидам со сдвигом на 120°.
При реверсировании управляющего напряжения реверсируются и токи в обмотках якоря, то есть характеристики сельсина 2. Процессы, имеющие место в сельсине 2, отличны от процессов в обычных вентильных двигателях с коммутатором на оси двигателя и аналогичны процессам в обычных коллекторных машинах, в частности в коллекторных машинах с управляемыми вентилями в цепи якоря. Двигатель 2 может быть включен как сериесный, шунтовой, компаундный, с независимым возбуждением и тому подобный. Воздействием на сеточные цепи можно получить и целую группу искусственных характеристик-форсированное торможение, форсированный разгон в т.п.
Выпрямители 3-8 работают на малый вспомогательный двигатель с возбуждением постоянным током, на валу ротора которого укреплен ротор сельсина 1, и на обмотку статора основного асинхронного мотора с фазовым или коротко-замкнутым ротором, вал которого несет полезную нагрузку. Очевидно, что вслед за изменением напряжения на сельсине 1 будет менять свою скорость и реверсироваться как вспомогательный двигатель, так и жестко связанный с ним через частоту системы токов основной асинхронный двигатель.
Существенной модификацией основной схемы машины является схема фиг. 4. Аноды вентилей необходимо питать многофазным током.
В качестве конструктивной основы для описываемых двигателей могут быть использованы все основные типы электрических машин: асинхронные машины любой мощности, синхронные машины любой мощности, машины постоянного тока.
Интересные возможности открывает применение описываемых машин в синхронно-следящих системах и синхронных приводах, где требуется синхронность хода группы приводов и плавное регулирование их общей скорости. В этом случае только на ведущем приводе имеется управляющий мотор, токи которого подаются на ведущий и на все ведомые моторы (при большой мощности привода - через усилитель); скорость ведущего привода регулируется реостатами в цепях управляющего и основного моторов; ведомые моторы синхронно (и синфазно) следуют за ним с подрегулировкой, если это требуется, в их цепях возбуждения.
1. Бесколлекторный двигатель, питаемый от сети переменного тока через электрические вентили и снабженный вращаемым от вала двигателя магнитным коммутатором для распределения тока в обмотках якоря, отличающийся тем, что в качестве коммутатора применена индукционная машина, например сельсин, ротор которой закреплен на валу со сдвигом, обеспечивающим сохранение заданного пространственного сдвига между осью потока возбуждения двигателя и осью м.д.с. его якоря, для питания двигателя от однофазной сети и работы его на режимах коллекторного двигателя с токами в фазах, изменяющимися по кривым, близким к синусоидам - по углу поворота ротора двигателя.
2. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что в случае применения неуправляемых электрических вентилей электрическая энергия к обмоткам якоря двигателя подводится через эти вентили от вторичных обмоток сельсина, работающего в этом случае одновременно в качестве силового трансформатора.
3. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что в цепь якоря двигателя на стороне переменного тока введено синхронное переменное напряжение, а на стороне постоянного тока - постоянное напряжение неизменной величины для улучшения условий реверса машины и управнения числа полюсов рабочего двигателя и сельсина.
4. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что на выход управляемых вентилей, работающих в режиме усилителей, включены асинхронные машины, используемые в качестве рабочих двигателей, вращающихся со скоростью, определяемой частотой тока, пропускаемого вентилями.
5. В двигателе по пл. 1-3 применение в качестве рабочего двигателя асинхронной машины с фазным ротором, обмотки которой включены по схеме машины двойного питания.
6. В двигателе по пп. 1-3 с усилителями в цепи рабочего двигателя применение в качестве этих усилителей вращающихся электрических машин (в частности типа мотор-генератор с управлением в цепи возбуждения и с генератором типа синхронной или асинхронной машины).
7. Двигатель по п. 1, отличающийся тем, что в качестве магнитного коммутатора и рабочего двигателя применены датчик, и, соответственно, приемник синхронно-следящей системы о усилением момента.
(Приоритет по пл. 1-4 с 26 января 1944 г.; по п. 5-25 мая 1944 г.; по пп. 6 и 7-21 июля 1944 г.).
