Способ регулирования частоты вращения асинхронного двигателя Советский патент 1980 года по МПК H02P7/00 H02K27/28 

1

Изобретение относится к электрическим машинам с вращающимся полем статора.

Известен ряд способов регулирования частоты вращения асин.кронного двигателя путем изменения тока в обмотке ротора, 5 например, изменением частоты и величины напряжения питапия обмотки статора, изменением величины сопротивления в цепи обмотки ротора или величины питающего его напряжения. Кроме того, известеи спо- Ю соб регулирования частоты вращения многофазного коллекторного двигателя путем изменения положения коллекторных щеток, запитанных тем же напряжением, что и статор 1.15

Недостатками этих способов являются низкие энергетические показатели и сложность процесса регулирования.

Из известных способов наиболее близок к описываемому способ регулироваппя ча- 20 стоты вращения асинхронного двигателя путем изменения тока в обмотке ротора, заключающийся в том, что изменяют величину ПОСТОЯННОГО напряжения, подводимого к обмотке ротора носредством вращаю- 25 щихся синхронно с результирующим вектором поля статора щеток 2.

К недостаткам данного способа, обусловленным наличием мощного регулируемого источника питания постоянного тока, отно- 30

сятся сравнительно низкие энергетические и динамические характеристики процесса регулирования.

Цель изобретения - улучшение энергетических характеристик и качества процесса регулирования.

Поставленная цель достигается тем, что коы.мутационное устройство, замыкающее часть обмотки ротора, смещают на фиксированный угол вдоль окружности его вращения.

Введение нового приема в процесс регулирования исключает операцию изменения величины электрической эиергии, подводимой при известном способе к обмотке ротора двигателя от дополнительного преобразователя, что значительно снижает энергетические потери при регулировании и обеспечивает: улучшение энергетических характеристик процесса регулирования частоты вращения двигателя. Кроме того, это позволяет упростить и повыспть быстродеГь ствие, а значит, и качество этого процесса.

На фпг. 1 показана развертка разомкнутой обмотки ротора трехфазного коллекторного дв гателя; на фиг. 2 - график распределения намагничивающей силы и магнитной индукции в зазоре между статором и ротором двигателя (для двухиолюспого статора); на фиг. 3 - взаимиое расположение результирующего вектора магнитного иоля статора и щеток, замыкающих накоротко обмотку ротора и вращающихся синхронно и соосно с вектором поля статора; на фиг. 4 - график зависимости скорости вращения двигателя от угла между вектором магиитного И0.1Я обмоток статора и ноложением коммутационного устройства, нанример щеток.

Регулирование частоты вращсиия двигателя по предлагаемому сиособу заключается в следующем.

В результате замыкания накоротко разомкнутой обмоткн ротора щетками /1 и В (как видно из фиг. i) образуются короткозамкнутые секции, состоящие из активных участков обмотки ротора fD и ЕС, соединенных между собой с одной стороны лобовой частью, а с другой стороны - щетками (коммутационным устройством). Щетки Лий вращают синхронно и соосно с результирующим вектором магнитного потока обмоток статора двнгателя (иаиример, с помощью вспомогательного синхронного двнгателя). При этом наводимая ЭДС в образуемых короткозамкнутых через щетки секциях обмотки ротора зависит от положения щеток относительно вектора магнитного иотока обмоток статора. При угле между ними ао 90° (см. фиг. 3) наводимая ЭДС в короткозамкиутых секциях равна нулю, а ири угле иаводимая ЭДС в короткозамкнутых секциях равна максимальному значению ЕтДля изменения частоты вращеиия ротора двигателя коммутационное устройство сме щают на фиксированный угол вдоль окружности его вращения (в данном случае, щеток). При этом изменяется угол между результирующим вектором магиитного иотока обмоткн статора и замыкающими иакоротко обмотку ротора щетками, вращающимися синхронно и соосно с вектором иотока статора, что определяет изменение величины ЭДС в создаваемых короткозамкнутых секциях обмотки ротора. Изменение величины ЭДС приводит к изменению велич 1ИЬ тока в этих секциях, а значит, вращаюи,сго момента и частоты вращения ротора двигателя. Щетки можно сдвигать ;здоль окружности их вращения и относительно результирующего вектора магнитного потока обмотки етатора, папри.мер, изменяя ток возбуждения обмотки ротора вспомогательного еинхроииого двигателя, вращаюп1,е1о щетки. Это ириводит к изменению нагрузки О этого двигателя, а значит, и к сдвигу скреилспных с его ротором игеток.

Например, если иеобходимо увеличить частоту вращения двигателя, то угол а умеиьшают (ианример, от а до оз) путем увеличеиия тока возбуждения обмоткп ротора всиомогательиого сиихронного двигателя. В результате щетки /1 и В начинают

соприкасаться с активиыми проводниками ротора, в которых при этом иоложении щеток наводится большая по величине ЭДС, а в создаваемых ири этом короткозамкну5 тых секциях обмотки ротора ток увеличиваемся, что приводит к уве.1 иченпю вращающего момента двигателя. -п.сли момент нагрузки па валу постояппый, то ири увеличеппи вращающего момента двигате.ля

0 частота вращения ротора возрастает, а скольжеиие - умеиьшается. При этом наводимая ЭДС, а следовательио, и ток з короткозамкиутых секшшх обмотки ротора иачинают умеиьщаться и при какой-то но5 Boii (больщей) частоте вращеиия ротора двигателя иастуиает динамическое равновесие вращающего момента двнгателя и момента нагрузки. При последующем умеиьшении угла о; равновесие моментов

0 наступает нрп большей скоростн вращения ротора двигателя и т. д.

Таким образом, смещая замыкающие пакоротко обмотку ротора щетки вдоль окружиоети их вращения н относительно вращающегося синхронно н соосно с ним результирующего вектора магиитпого иотока обмотки статора, можно осуществлять плавное регулирование частоты вращения асинхронного двигателя в широкнх нредеО лах (см. фпг. 3, 4).

Предложенный снособ открывает качественно новые возможностн для разработки конструктивных принципов построеиия ас1П1хроииых дв1и-ате; ей с широким Д1-1апао зоном регулирования частоты вран1,еипя и с улучшенныЛП энергетнчсскими характеристиками процесса регулирования. Прнменеиие надежных полунроводникоЕ.ых коммутацпоппых устройств позволнт создать бесконтактные асинхронные двпгателн, реализующие Г1редложеппый сиособ ре1улироваиия частоты вращеиия.

Фор м у л а и 3 о б р е т е и и я

Способ регулпрования частоты вращеиия асипхропиого л.внгате.чя с коммутационным ycTpoiiCTBOM, например н,етками, вращаю1 ;,пмся синхронно и соосно с результнрую0HU1M вектором поля статора н замыкающим час1ь обмотки ротора, путем изменения тока 15 обмотке ротора, отлнчающнйси тем, что, с целью улучшепня энергетических характеристик н качества нронесса

1регулирования, коммутацнонпое устройство смещают па фпкеироза1И1ый угол идоль окруж1 остн eio ьращения.

Источники ниформацин, нр1Н1ятые во вннмание нрн экспертизе . Сиравоч)1ая книга для злектротехни;-.(),;. Под ред. М. А. Шатслена н др.. Л., «КУБУЧ, 1934, том 6, с. 180-209.

2. Авторское свпдетс.льство СССР jYs 4GG29, кл. Н 02р 7/00, 1932 (прототип).