Вентильный электродвигатель Советский патент 1979 года по МПК H02K29/04 

Изобретение относится к коллекторным электрическим машинам с бесконтактной коммзтацией, осуществляемой с помощью управляемых вентилей, и может быть использовано для регулируемого привода подъемных машин и лебедок, металлорежущих станков, буровых станков и во многих других случаях, когда требуется широкое и плавное регулирование скорости рабочих органов машин под нагрузкой. Известен электродвигатель, содержащий якорную обмотку, секция которой подключены к источнику питания через коммутатор, выполненный на тиристорах 1. Известен также электродвигатель , который имеет статор с якорной обмоткой, вентильный коммутатор, содержащий группы тиристоров, через которые секции якорной обмотки присоединяются к источникам питания и к источникам коммутирующего напряжения, коммутирующие конденсаторы и источники для заряда этих конденсаторов 2j,i Использование конденсаторов для принудительной коммутации тирис-торов снижает надежность электродвигателя. , Целью изобретения является повышение надежности Еентильиого электродвигателя. Для этого ь вентилышй электродвигатель, содержащий электрическую машину с якорной обмоткой, подключе шой своими секциями к тйристорному коммутатору, состоящему из анодных и катодных групп рабочих и коммутирующих вентилей, и основной утфавляемый выпрямитель, введены дополнительный управляе-. мый выпрямитель, .вольт-добавочный трансформатор и два компаратора тока, причем дополнительный управляемый выпрямитель подключен к зажимам для источника питания переменного тока через вольт-добавочньш трансформатор, один компаратор тока включен между положительным вЫходЯым выводом основного управляемого вь1прямителя и анодной группой рабочих вентилей тиристорного коммутатора, а второй компаратор тока включен между отрицательным выходным выводом этого же выпрямителя и катодной группой рабочих вентилей тиристорного коммутатора, анодная и ка тодная группы коммутирующих вентилей котоporo подключены к выходу допонннтелыюго управляемого выпрямителя. На фиг.1 представлен веитильт Й электродвигатель; на фиг.2 - диаграммы напряжеяш основного и дополнительного управляемых выпрямителей. Вентильный злектродвигатель содержит электрическую машину 1 постоянного тока с ротором 2 и с расположенной на статоре якорной обмоткой, секции 3-7 которой подключены к рабочим тиристорам 8-17 и коммутирующим тиристорам 18-27 коммутатора машины, основной управляемый выпрямитель 28, вольтдобавочный трансформатор 29, дополнительный управляемый выпрямитель 30, компараторы 3132 тока. Датчик 33 положения ротора и блок 34 зтгравлёния тиристорами управляемых выпря мителей и коммутатора электрической машины. Диагонали основного управляемого выпрями теля соединены с сетью своими точйами 35-37 нейосредственйо, а дополнительного - точками 38-40 через вольт-добавочный трансформатор 29.;; ; ;;;; .: V ; --- к каждому узлу соединения секций якорной обмотки подкщрчецы два рабочих тиристора (одйй ййдйЛючен к уЬлу анЬдрм, второй катодом) и два аналогично подключенных ко1Ймут1ф5гййШ THfiiiCtbpa. С противоположной стороны рабочие тйрлсторы 8, 10,12,14,16 соединены в aHOOTjm) fpyffify и череэГвходную цепь компаратора 31 тока подключены к плюсу осйбвнЬгЙ управляемого выпрямителя 28, а рабочие Т1ф1Й;торы ,11,13,15,17 соединены Б катохйуй) irpyifliy и через входную цепь компаратора 32 t6ka цоДктНйчены к минусу того же выпрямителя. КоМи;1утирующие тиристоры 18, 20,22,24,26 сбёднИШ В Щтодйую ripynriy и подкЛ1Ьчей,| й ллйнуЬу ДЬЯойнигельног ляеМого выпрямителя 30, к плюсу которого подключены 1|Срммутирующие тиристоры 19,21, 23,25,27, соединенные в анодную группу. Вал датчика 33 положений ротора мехашргески соеДййен с валом двухполюсного ротора 2, выход Hbte электрйчгескйе выводы этого датчик; подключены к блоку 34 управления тиристорами упрайляемых выпрймИ1гелей 28 и 30 и коммут тора электрической машины 1. Кроме того, к блоку 34 подключен источник управляющего напряжения (U), величиной которого зада-, ется угол открывания тиристоров управляемого выпрямителя 28, и подключены выходные вы воды компараторов 31 и 32 тока. Схема блока 34 и конструкции датчика 33 соответствую описанному ниже порядку работы тиристоров. В .исходном положении, когда управляющее напряжение (U) раЖо нулю, вШ6Дй6 найряжение управляемого выпрямителя 28 и ток в якорной обмотке двигателя тоже равнынулю. lpii ЭТОМ ротор 2 днигатеия неподвижен. При подаче на вход блока управляющего напряжения (U) угол управления тиристорами управляемого выпрямителя 28 уменьшается и на его выходе появляется напряжение. Одновременно с поступлением сигналов, открывающих тиристоры управляемого выпрямителя 28, аналоги ные сигналы поступают на управляющие электроды тех двух тиристоров коммутатора электрической машины 1, которые должны быть открыты при данном положении ротора. Пусть в какой-то момент времени открыты рабочие тиристоры 8 и 15, а,остальные тиристоры коммутатора- электрической машины 1 закрытьь При этом т-ок управляемого вьшрямителя 28 протекает через входную цепь компаратора 31, тиристор 8, две параллельные ветви, одна из которых содержит секпии 3-5, а вторая - секции6-7 якорной обмотки, через тиристор 15 и входную цепь компаратора 32. Допустим в рассматриваемый момент времени ротор 2 вращается по часовой стрелке или трогается с места в указанном направлении. Когда ротор 2 займет фиксируемое датчиком 33 положение, соответствующее началу коммутации секций 3 якорной обмотки, начинается 11роцесс закрытия тиристора 8 и открытия тиристора 10. При этом блок 34 выдает С1йналы на открытие коммутирующего тиристора 21 и того тиристора катодной группы дополнительного управляемого выпрямителя 30, который включен в ту же фазу, что и открытый в данный момент времени вентиль катодной группы основного управляемого выпрямителя. Одновременно прекращается поступление сигналов на открытие вентилей основНОШ управляемого вьшрямителя 28 и йачинают поступать сигналы на открытие вентилей дополнительного управляемого выпрямителя 30. Если, например, непосредственно перед началом коммутации был открыт тиристор катодной группы,подключенный к точке 36, то в начале коммутации вместе с тиристором 21 откроется тиристор катодной группы дополнительного управляемого выпрямителя,присоединешп 1Й к точке 39. В результате к тиристору 8 и секции 3 якорной обмотки прикладывается напряжение вторичной обмотки вольт-добавочного трансформатора 29 (напряжение между точками 36 и 39). Это напряжение изменяет н аправление тока в коммутируемой секции 3 й. закрывает тиристор 8. После снижения до нуля тока, протекающего через тиристор 8 и компаратор 31, сВыхода последнего в блок 34 поступает сигнал, прекращающий пода импульсов на открытие тиристоров дополнительного управляемого выпрямителя. Очередной импульс открывает тиристор 10 и один из щ)исторов катодной группы вентипей управляемого выпрямителя 28. Напряжение в цепи тиристора 10 растет, в то время как в цепи Уирнстора 21, который включен в другую фазу, напряжение падает. Это приводит к ecTecTBeifflOMy закрытию тиристора 21 и цепь нагрузки переходит в цет рабочего тиристора 10 и катодной группы вентилей основного управляемого выпрямителя 28. Процесс коммутации секции якорной обмотки отражен на диаграмме напряжений (фиг.2), где приведены кривые напряжения (и) в функции времени (t). Кривые Ц , и, Uj - фазные напряжения источника питания (сети переменного тока), действующие в цепях основного управляемого выпрямителя 28, и, Ug, Ug - фазные напряжения, дай- . ствующие в цепях дополнительного управляемого выпрямителя 30. Ujj, U, U больше и.,, 1)2 , Ug на величину ЭДС вторичной обмотки вольт-добавлочного трансформатора. Пусть кривая а b с d е на фиг.2 соответствует выпрямленному фазному напряжению источника питания в цепи рабочего тиристора 8 и якорной обметки. В момент, которому соответствует точка (е), открывается тиристор 21 , 8 цепи которого действует напряжение U2 дополнительного управляемого выпрямителя 30. В дальнейшем выпрямленное напряясение изменяется в соответствии с участком (fg) кривой U2. В точке (q), соответствующе углу открывания тиристоров, происходит естественное переключение цепи якорной обмотк с коммутирующего тиристора 21 иа рабочий тиристор 10, в цепи которого в данный момен времени действует напряжение, большее, чем в цепи тиристора 21. Следующей после секции 3 будет переключаться из одной ветви якорной обмотки в Дру гую секция 6. При этом рабочий тиристор 15 закроется после открытия коммутирующего тиристора 26, и тиристор 26 закроется после открытия рабочего тиристора 17. Коммутация секции 6 протекает так же, как и секции 3, но при этом используется анодная группа вентилей дополнительного управляемого выпрями теля 30 и компаратора 32. Остальнь1е секции якорной обмотки и тиристоры коммутатора электрической маШинь коммутируются аналогично, после коммутадаи секций 3 и 6 комму тируется секция 4, затем секция 7, далее секция 5, потом опять секция 3 и т.д. Скорость двигателя регулируется путем изменения угла открывания тиристоров управляемых выпрями телей. Возможная максимальная скоростъ враЩення вентильного электродвигателя (об/мин) определяется из следующей формулы: число фаз управляемого выпрямителя (число фаз источника питания переменного тока); f - частота переменного тока; k - число секций якорной обмотки. Для трехфазного вентильного электродвигателя (фет.) максимальная скорость равна 1800 об/мш. bfa фиг.1 показан двигатель с двухполюсным ротором, который может иметь обмотку возбуждения или постоянные магниты. Вен.тш1ьщ ш электродвигатель может быть выполнен с ротором иной конструкции. В частности, ротор может быть таким, как у асинхронного электродвигателя. В известных вентильных электродвигателях, содержащих электрическую мащину с тнрпсторным коммутатором якорной обмотки, коммутация осуществляется с помощью конденсаторов или других устройств, которые вводят в коммутируемую цепь кратковремеюгош импульс тока, закрывающий тиристор. В предлагаемом устройстве в коммутируемую цепь вводится постоянно действующее напряжение и происходит естественный переход тока якорной обмотки в ту же цепь, в которой действует большее в данный момент времени напряжение. Такая коммутация обеспечивает повышение надежности предлагаемого вентильного злектродвигателя. Форм ул а изобретения Вентклып 1Й электродвигатель, содержащий индуктор, якорь с обмоткой, подключе шой своими секциями к тиристорному коммутатору, состоящему из анодных и катодных групп рабочих и кoммytиpyющиx вентилей, и основной управляемый выпрямитель, отличающ и и с я тем, что, с целью повыщения надежности, в него введены дополнительный управляемый выпрямитель, вольт-добавочный трансформатор и два компаратора тока, причем дополнительный управляемый выпрямитель подключен к Зажимам для источтпса питания переменного тока.через вольт-добавочный трансформатор, один компаратор тока включен между положительным выходным выводом основного управляемого выпрямителя и анодной группой рабочих вентилей тиристорного коммутатора, а второй компаратор тока включен между отрицательным выходным выводом этого Же выпрямителя и катодной группой рабочих вентилей тиристорного коммутатора, анодная и катодная группы коммутирующих.