Вентильный двигатель Советский патент 1979 года по МПК H02K29/02 

54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

; Изобретение относится к области электрических машин с полупроводник выми преобразователями электрическо энергии, в частности, к вентильным двигателям, у которых управление преобразователем (коммутатором) осу ществляется от датчика положения ротора. Известны вентильные двигатели с двухполупериодным коммутатором и мостом диодов обратного тока 1, а также вентильные двигатели с одно полупериодным коммутатором, дополни тельным последовательным ключом, управляемым от широтноимпульсного модулятора, и диодом, шунтирующим секции двигателя, и основные ключи в обратном направлении 2. Регулировочные характеристики известных двигателей имеют недостаточную жест кость. Известен также вентильный двигатель, содержащий синхронную машину многосекционной обмоткой якоря с нулевым выводом, связанным через дополнительный ключ с одним .из полю сов источника постоянного тока, нап мер, отрицательным, и устройство взаимной блокировки одной из групп ключей коммутатора, например, катодной, и дополнительного ключа для изменения структуры устройства коммутатора из двухполупериодной в олнополупериодную 3. Недостатком известного устройства является узкая область применения, вызванная возможностью реализации лишь частных регулировочных характеристик в двигателе с изменяемой структурой коммутатора.Попытки расширить его функциональные возможности с помощью известных технических решений, например, за счет широтно-импульсного управления ключами коммутатора, не могут иметь успеха из-за низких энергетических показателей двигателя на искусственных механических характеристиках. Целью изобретения является расширение регулировочных свойств вентильного двигателя с изменяемой структурой коммутатора. Для этого известный двигатель, содержащий синхронную машину, многосекционная обмотка якоря которой своим нулевым выводом соединена с одним из полюсов источника питания через дополнительный ключ, иустройство блокировки дополнительного ключ и ключей одной из групп коммутатора, нап зимер, катодной, служащее для изменения структуры коммутатора из .однополупериодной в двухполупериодную, снабжен дополнительным вентилем, включенным между нулевым выводом и положительным полюсом упомянутого источника во встречном ему .направлении, широтно-импульсным моду лятором, выход которого связан с цепями управления дополнительного ключа и ключей катодной группы комму татора, и мостом обратного тока, вентили анодной группы которого выполнены с цепями управления, подключенными к устройству блокировки. Дополнительно функциональные возможности двигателя могут быть расширены введением широтно-импульсного модулятора в цепи управления устройства блокировки. На фиг.1 - вентильный двигатель; на фиг.2 - механические характеристи ки вентильного двигателя с изменяемой структурой коммутатора. Вентильный двигатель содержит синхронную машину 1 с многосекционной обмоткой якоря (в д&нном случае трехсекционной) с нулевым выводом ,2 связаннымчерез дополнительный ключ 3 с одним из полюсов источника 4 постоянного тока, например, отрицательным, а через дополнительный вен тиль 5 с другим полюсом упомянутого источника. Секции обмотки якоря син хронной машина 1 подключены к выход .коммутатора с анодной группой ключе 6,7, 8 и катодной группой ключей . 9, 10, 11. Коммутатвр снабжен мостом обратного тока на вентилях 12-17. Вентили анодной группы 15-17 выполнены управляемыми. Цепи управления, ключей 6-11 связаны с чувствительны ми элементами 18-23Датчйка пОложения роторао Конструктивно датчик положения ротора может быть выполне по любой известной схеме. Вентильный двигатель снабжен широтно-импульсньм модулятором 24, выход которого связан с цепями управ ления дополнительного ключа 3 и клю чей 9, 10, 11 катодной-группы комму татора, и устройством 25 блокировки выход которого связан с цепями упргш ления дополнительного ключа-на венти лязi 15, 16, 17 анодной группы моста обратного тока. Цепь 25 управления устройства 25 блокировки может быть подключена к выходу дополнительного широтно-импульсного модуля-тора (на чертеже не показан). Вентиль 5 включен по отношению к источнику 4 встречно. Ш фиг.2 позицией 127 обозначена характеристика, соответствующая работе двигателя с двухполупериодным.коммутатором, а позицией .28 с однополупериодным коммутатором. Вентильный двигатель работает следующим образо. Устройством блокировки заблокирован дополнительный ключ 3 и разблокированы клю.чи .9, 10, 11 и вентили 15,16,17. Вен;тильныи двигатель работает с двух;полупериодной схемой коммутатора ;на ключах 6-11 с мостом обратного тока на вентилях 12-17. Управление ключами 6-11 осуществляется по сигна 1ам чувствительных элементов 18-23 датчика положения ротора. Регулирова|ние частоты вращения осуществляется |по сигналам широтно-импульсного |мод улятора 24, взаимодействующего ;с ключами 9, 10, 11 коммутатора. Вентильный двигатель имеет жесткие регулировочные характеристики 27, поскольку при достаточных величинах частоты широтно-импульсного модулятора и индуктивности обмотки якоря JTOK двигателя не претерпевает разрыв. Вентиль 5 не оказывает влияния на работу двигателя. Шменение структуры устройства коммутатора осуществляется за счет блокировки ключей .9, 10, 11 и вентилей 15, 16, 17 и разблокировки |Ключа 3. Вентиль.ный двигатель работает С однопериодной схемой коммутатора на ключах 6-8, дополнительным последовательным ключом 3 и вентилем 5, шунтирукжцим секции якорной обмотки двигателя, и ключи 6,7,8 в обратном направлении. Управление ключами 6,7,8 осуществляется по сигналам чувствительных элементов 18, 19, 20 датчика положения ротора. Регулирование двигателя с регулировочными характеристиками 2в осуществляется по сигналам широтно-импульсного модулятора 24, взаимодействующего с дополнительным ключом 3. Необходимость выполнения вентилей 15-17 управляемыми диктуется тем обстоятельством, что в против7 ном случае (при неуправляемых вентилях) в режиме работы вентильного двигателя с однополупериодным коммутатЬром нерабочие полуволны противо-ЭДС будут закорочены по цепи: каждая секция, открытый ключ 3 И открытые в прямом направлении соответствующие вентили 15-17. Возможность выполнения вентилей 15-17 в виде тиристоров может быть доказана при рассмотрении самых неблагоприятных режимов работы при изменении структуры коммутатора. Предположим, что транзистор 3 включается в момент времени, когда начинает проводить один из управляемых вентилей, например 15, который пропускает ток от ЭДС самоиндукции коммутируемой секции. В этом случае к управляемому вентилю 15 будет прилржено в запирающем направлении найря жение источника питания для. нейтраль ной коммутации. Для опережающей комм тации условия запирания вентиля 15 будет еще более благоприятными. Управление устройством блокировк может осуществляться от дополнитель ного .широтно-импульсного модулятора Задавая различные законы изменения величине коэффициента заполнения импульсов дополнительного модулятора в функции электромеханических параметров двигателя, например, момента вращения, можно получить различные желаемые механические, характеристики двигателЯф Иопуч&пяе тех или иных механических характеристик является ра:счетной инженар|ной задачей, не изменяющей существа 1заявленного технического решения. Управление устройством 25 блокировки может осуществляться вручнуюi Следует заметить, что формирова:1ние регулировочных характеристик игателя за счет изменения структу коммутатора сопровождается рёкуперй |рованием запасенной в двигателе эие гии в источник питания. Это происхо Йит при переключении однополуперйбд мой схемы коммутатора в йвухполу периодную. Изобретение позволяет получить жесткие регулировочные характеристи ки вентильного двигателя с изменяемой структурой коммутатора. Формула изобретения 1. Вентильный двигатель, содержащий синхронную машину с MHbiocek--ционной обмоткой якоря с нулев;ым выводом, связанным через дополнител нЫй ключ с одним из полюсов источни ка постоянного тока, например, отрицательным, и устройство взаимной блокировки одной из групп ключей коммутатора, например, катодной и дополнительного ключа для изменения структуры устройства коммутатора из двухполупериодной в однополупериодную, отличающийся тем, что, с Целью расширения регулировочных свойств, двигатель снабже.н дополнительным вейтилем, включенным между нулевь1М выводом и положительным полюсом упомянутого источника во встречном ему направлении, широтноимпульсным модулятором,вьссод которого связан с Цепями управления дополнительного ключа и ключей катодной группы коммутатора, и мостом обратного тока, вентили анодной группы которого .снабжен цепями управления, подключенными к устройству блокировки. : 2. Двигатель поп.1, отличаюta и и с я тем, что он снабжен дополнительным широтно-импульсным модулятором, включен Иым Hai вход устройства блокировки. Источники информации, принятые во внимание/при экспертизе 1.Сурков В.В, Сравнительная характеристика бесколлекторных приводов постоянного тока,- Книга Автоматические системы оптимального управления технологическими процессами вып. 4, Тула, 1975, с. 154-162. 2.Гридин В.М,, Лозенко р.К, Выбор схемы однополупериодного коммутатора и частоты импульсов напряжения питания на якорной обмотке регулируемого магнитно-электрического двигателя постоянного тока,- Книга Труды; ЭИ Постоянные магниты вып . 84, ., 1971. 3. Патент США №3643143,кл.318-254. 1972.

У

-Ц

W

7

-k