Вентильный электродвигатель Советский патент 1980 года по МПК H02K29/02 

(54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

1 .

Изобретение относится к электротехнике.

Известен вентильный электродвигатель, содержащий синхронную электри- 5 ческую машину с якорем, имеющим обмотку с 2п секциями, секции каждой из п иар которой подключены к источнику постоянного тока в противофазе, а пары секций - с фазовым сдвигом 10 между собой в (180/п):.. и 2 .

Недостатком этого электродвигателя является большая г1мплитуда пульсаций электромагнитного момент.а вентильного двигателя, так как число 15. секций в обмотке якоря электрической машины таких двигателей обычно мало (чаще всего 4). Пульсации момента пр1йводят к неравномерности вращения ротора/ т.е. - к колебаниям скорости,20 особенно значительным при малой инерционности нагрузки.

Наиболее близок к предлагаемому по технической сущности .и достигаемому результату вентильный электро- 25 дв игатель, содержащий ротор, статор, обмотка якоря которого, подсоединенная через коммутатор к источнику по стоянного тока, состоит из п пар , причем секции в каждой паре 30

сдвинуты относительно друг друга на 1180°, а пары - относительно друг ЯРУ. га на (180/п), и дополнительный источник, имеющий п элементов (обмоток) с переменной ЭДС, частота которой в ,2 раза больше частоты коммутации то;ка в- каждой секции двигателя, элементы дополнительного источника по отдельности включены последовательно с парами секций так, что амплитуда ЭДС элемента находится в противофазе , с амплитудой ЭДС секций, |находящейся . под напряжением источника постоянного тока 2 .

Однако и у него компенсация пульсаций вращающего момента осуществляется не во всех режимах работы, в частности.в режимах, близких к режиму холостого хода и режимах, близких . короткому замыканию.

Цель изобретения - снижение пульсаций вращающегося момента.

Поставленная ц1ель достигается тем, что двигатель снабжен дополнительно измерителем скорости вращения и регуляторсял величины ЭДС дополнительного источника, причем вход регулятора соединен с.выходил ;датчика скорости вращения, а сам регулятор выполнен в виде преобразователя электрического сигнала, пропорционального Ькорости вращения, в электрический сигнал, обратно пропорциональный ско рости. На фиг. 1 изображена схема устрой ства; на фиг. 2-11 -.кривые, поясняю щие его работу. Устройство содержит пары 1,2 и 3,-4 секций якорной обмотки синхронной машины, транзисторы 5-8, подключающие секции к источнику питания, источники 9, 10 дополнительных ЭДС удвоенной частоты, регулятор 11, измеритель 12 среднего значения скорос ти, источник 13 постоянного тока Вентильный электродвигатель рабо тает следующим образом. Секции в парах 1, 2 и 3, 4 подклю чаются к источнику постоянного тока 13 в противофазе, т.е. если одна из секций пары подклкиена к источнику, то другая секция отклю чена от него и наоборот. В свою оче редь подключение к источнику 13 сек ций разных пар осуществляется со сдвигом в 90°. Последовательно с па рой секций 1, 2 введен дополнительный источник 9, а ic парой секций 3, 4 - источник 10. . При работе электродвигателя, ротором электрической машины которого является постоянный магнит,в секци ях индуктируется переменная ЭДС, ча тота которой определяется частотой вращения ротора. Форма этой ЭДС может быть синусоидальной или треугол ной , Форма дополнительной ЭДС удвоенной частоты, вводимой в цепи обмотки электрической машины, также .может быть синусоидальной или треугольной . . , Для оценки влияния дополнительно ЭДС удвоенной частоты на свойства двигателя пользуются аналитическими выражениями для его электромагнитного момента при отсутствии и при наличии указанной ЭДС. Пример. ЭДС удвоенной ча тоты отсутствует. , Мгновенное значение электромагни момента ш электродвигателя выражают отношением V (1) где PJ -мгновенное значение элект ромагнитной мощности, IU - среднее значение угловой скорости ротора. , Пусть в рассматриваемый момент времени ток протекает по секциям 1 и 3, тогда где - ЭДС. секции 1 и 3, причем E5 siJiX;e2, E cosoC( ij fij токи секции 1 и 3, приче i V t 4 V - е ,., Ч -. is -р-а-(4) EJ, - амплитудное значение ЭДС секций; г -сопротивление цепи, секций

738060 Л - текущее значение угла между вектором ЭДС статора и вектором поля ротора; . V - напряжение источника постоянного тока. Здесь и далее индуктивностью секий обмотки якоря машины пренебрегают . С учетом выражений (3) и (4) у -ЕС sine. P,,. + Опуская промежуточные преобразования , получают (sindk - cbsoi) Так как Ej,, С, где С - постоянный коэффициент, зависящий от конструктивных параметров электрической машины, то выражение. (5) имеет вид СЕ-СО-ЭП,. ( COSA)-(g) где У . - - значение тока секции при пуске двигателя., Известно (1), что среднее значение пускового момента четырехсекционного двигателя с параллельным включением секций равно Тогда выражение для мгновенного значения электромагнитного момента в относительных единицах имеет вид -эм toMp.cp з (sinot-f coS)- где м- относительное значение средней скорости; скорость идеального холостого хода (1) . На фиг. 2 для paзличньix значений., скорости ш (0; 0,4; 0,6; 0,8) приведены кривые, зависимости и f (rf.) , период изменения которой составляет 90 Видно, что при любой средней -скорости амплитуд .пульсации электрЬмагнитHorQ момента- очень велика и состав;1яет 9,325 . причем с ростом скорости относительное значение пульсаций момента возрастает. Естественно, что такие пульсации момента обусловливают значительную неравномерность вращения роторадвигателя. Пример 2. ЭДС удвоенной частоты введена в схему. ЭДС источников 9 и 10 обозначена соответственно ед к 2о, е -KE.cos 2с где К -.коэффициент, показывающий какую часть от амплитуды ЭДС секции составляет амплитуда ЭДС удвоенной частоты. Пользуясь выражениями (1), (2) с четом того, что теперь токи ± E,..cos 2оС. . у-E,,cos- + K EfCOS 2ck. 3 - r .находят выражение для мгновенного :значения электромагнитного момента двигателя m -55: (sin + cosci.) - - О) 1-К cos 2(,-sinA.) (8) На фиг. 3-5- представлены кривые зависимости m f () , построенные ;по выражению (8) для различных значений скорости ш и различных значе;ний К: К 0,45 (фиг. 3), К 0,5 (фиг. 4) , К 0,55 (фиг. 5). Анализ, указанных зависимостей показывает, что введение в цепь пита1НИЯ двигателя добавочной ЭДС удвоен НОй частоты существенно снижает пуль сации электромагнитного момента и по вышает равномерность вращения ротора каждому значению коэффициента К со-ответствует определенное значение скорости, при которой указанные пуль сации минимальны. На фиг. 9 представлена кривая, по казывающая,как должен корректироваться коэффициент- К, чтобы при иэменении средней скорости (ш) пульсации мгновенного значения момента оставались минимальными (для данного случая - в пределах 5-6% от среднего значения момента). Пульсации электромагнитного момен та вентильного электродвигателя, ЭДС секций которого имеет синусоидальную форму, снижаются еще в большей стерени, если ЭДС удвоенной частоты име ет треугольную форму. Для этого случая выражение мгно;венного значения электромагнитного момента двигателя имеет вид -f: ()-Ktofc sin2) (В

На фиг. б, 7, 8 изображены семейства кривых зависимости m f () , построенные по выражению (9) для разньк значений скорости UJ и разных значений К, а именно-для К О,45(фиг.б) К а 0,5 (фиг. 7), К 0,55 (фИГ. 8).

Анализ этих кривых, а такж обработка вычислений, произведен ых с помощью ЭВМ, показывают, что при опре деленных средних скоростях (to) пульсации электромагнитного момента не превышают 2 %.

Из зависимости, приведеннойна фиг. 9 вытекает вывод, что для обеспечения минимума пульсаций электромагнитного момента (а следовательно, р пульсаций скорости) при изменении рреднаго значения скорости,-вызванном, например изменением нагрузки,;

738060

Формула изобретения д

отличающийся тем, что, с целью сйижения пульсаций вращающего момента, двигатель снабжен лополнительно измерителем скорости вращения и регулятором величины ЭДС дополнительного источника, причем вход регулятора соединен с выходом датчика скорости вращения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

ho 60 80 т

Ф(1г.2.

,гро.д

20 ifO 60 80 100

оС, град Фи.г.

4 ро.

60 Ш Ж

Фи.г.

738060

20 iffi 6a

о

Фаа. S /

20 4fi «30 - Фиг.д

u)0,i

,гра.д

kj- W«,«

tL, град

flt,

к

0.6 0,5

0.

(DmQ

eC,

....

; ..i..

k .

о20 ifO60 80 100

Фи.г. Н