Вентильный двигатель Советский патент 1980 года по МПК H02K29/00 

(54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к электрическим машинам с управляемыми полупроводниковыми коммутаторами и может найти применение в вентильных двигателях с естественной коммутацией и источником питания постоянного тока. Известен вентильный двигатель 1, содержащий синхронную машину, датчик положения, вентильный преобразователь по схеме выпрямитель-инвертор, систему управления выпрямителем, в котором для обеспечения пуска применен одноканальный формирователь импульсов, синхронизированный с питающей сетью, со скважностью импульсов, регулируемой от О до 1, выход которого подключен к управляющим входам ключей, установленных в трактах формирователя отпирающих импульсов вентилей выпрямителя. Применение одноканального формирователя для обеспечения пуска усложняет схему пуска, а также схему управляемого электронного коммутатора вентильного двигателя с естественной коммутацией. Известны также вентильные двигатели 2 содержащие индуктор, якорь с многосекционной обмоткой, инвертор и многоканальный контактный переключатель, каждый канал которого содержит проводящие и изоляционные участки и щетки. Данное устройство наи-. более близко к изобретению по технической сущности и достигаемому результату. Основной недостаток заключается в том, что они имеют узкую область применения из-за низких пусковых свойств. Целью изобретения является расширение области при.менения двигателя. Поставленная цель достигается тем, что инвертор выполнен мостовым, индуктор расположен на статоре, обмотка якоря расположена на роторе, проводящие участки переключателя соединены электрически между собой, например, выполнены в виде кольца, изоляционные промежутки выполнены в виде сегментных вставок, каждая из секций соединена с проводящим участком одного из каналов переключателя, ширина щеток меньше щирины изоляционных сегментов, а каждая из щеток соединена с одной из диагоналей инвертора. Для улучшения работы двигателя ось одной из вставок каждого кольца сдвинута относительно оси секции, подсоединенной к этому кольцу, на угол f , определяемый углом j5 опережения включения тиристоров, углом у- коммутации в номинальном режиме, а также угловыми размерами щетки ц, и вставки dn по формуле п р«+ -V-- + где Р - число пар полюсов машины, причем положительное направление отсчета углов (pg и фц совпадает с направлением вращения якоря. На фиг. I показан вариант конструктивного выполнения вставок; на фиг. 2 показано расположение вставок на развертке колец двухполюсной трехфазной мащины; на фиг. 3 показана взаимная ориентация секций, щеток, вставок при коммутации, при пуске и на малых частотах вращения; на фиг. 4 показана на развертке взаимная ориентация секций, щеток, вставок при коммутации, при пуске и на малых частотах вращения; на фиг. 5 показана ориентация осей б и с коммутируемых секций В и С и элементов вентильного двигателя в момент начала естественной коммутации; на фиг. 6 - то же, что и на фиг. 4, в момент окончания естественной коммутации; на фиг. 7 показан диапазон изменения угла J в рабочих режимах. Вентильный двигатель содержит набор контактных колец по числу секций машины, размещенных на одном валу с якорем, причем каждое кольцо 1 (фиг. 1) снабжено диэлектрическими вставками 2, число которых равно числу полюсов машины, расположенными симметрично по окружности кольца 1. На поверхности каждого кольца 1 расположены щетки 3, число которых не больше числа вставок 2, причем угол б между осями соседних вставок равен углу бщ, между осями соседних щеток 3, а угловой размер сС вставки больше углового размера ш,щетки на величину 2 А, зависящую от индуктивности коммутируемого контура, а также от параметров тиристоров. Величина 2Д обеспечивает разрыв тока под щеткой и восстановление запирающих свойств тиристоров инвертора при пуске. Диэлектрические вставки одного кольца сдвинуты относительно вставок другого кольца на угол сдвига секций, подсоединенных к этим кольцам (фиг. 2). Угол | 1чмежду осью щеток и осью d полюсов индуктора определяется конструкцией щеточного узла и может быть выбран в интервале . Угол р между осью вставок кольца и осью фазы, подсоединенной к этому кольцу, определяется углом jp- коммутации и углом у8 опережения включения тиристоров в номинальном режиме, диапазоном изменения этого угла, а также углом «рц.. Угол g таков, что при естественной коммутации ток в отключаемой секции спадает до нуля под действием коммутационной ЭДС мащины, когда хотя бы часть щетки данной секции находится в электрическом контакте с кольцом. Этим обеспечивается разрыв электрического контакта между щеткой и кольцом в моменты времени, когда ток,идущий через щетку, равен нулю. Таким образом исключается механический разрыв тока в режимах естественной коммутации и искрения под щеткой не возникают. Взаимосвязь угловых размеров может быть представлена для случая подачи управляющего импульса на включаемый тиристор одновременно с началом набегания щетки отключаемой секции на вставку (фиг. 3) в виде: +9в/3п j8 -аг + Р Гп + 2Л, где Р - число пар полюсов мащины; -угловой размер щетки, ш,-угол между осью щетки и осью d мащины; f -угол между осью одной из вставок кольца и осью фазы, подключенной к кольцу; J5n -угол опережения при пуске , -угол опережения в номинальном режиме; п-угол коммутации при пуске; JT -угол коммутации в номинальном режиме. Соответствующий вариант ориентации элементов вентильного двигателя при установке щеток на поперечной оси показан на фиг. 3, 4, 5, 6. Причем на фиг. 3 изображен момент начала механической коммутации тока секции В на секцию С при пуске, а на фиг. 5, 6 - соответственно моменты начала и окончания естественной коммутации секций S и С в номинальном режиме. При пуске при взаимном положении I щеток и вставок колец (фиг. 4) открыты тиристоры 7 и 4, а ток протекает через щетки а и 0 в секциях А и В. При перемещении щеток в положение II на тиристор 8 инвертора подается отпирающий импульс, при этом ток в секции С начинает возрастать от нуля, а ток в секции В начинает спадать вследствие набегания щетки в на вставку кольца фазы В. При совпадении осей щетки В и вставки кольца В ток в секции В прекращается в результате разрыва электрического контакта между щеткой и кольцом. Описанный процесс коммутации происходит с углом опережения включения тиристоров j8n и углом коммутации jfn По мере разгона двигателя с увеличенив, ЭДС машины процесс механической коммутации переходит в процесс естественной коммутации. Путем выбора величин углоа (14, d, . А можно выполнить предлегаемый вентильный двигатель с широким диапазоном изменения величины угла j3 в пределах п 5тал. На фиг. 7 показаны временные диаграммы токов в коммутируемых секциях В и С при значениях угла . Там же показано взаимное расположение оси щетки и вставки фазы В для моментов времени начала (ось Я) и конца (ось К) коммутации секции В на секцию С, а также положение щетки на оси диэлектрической встав ки в момент разрыва электрического контакта щетки и кольца секции В (ось 0), где а. в с- мгновенные значения токов секций, ej, бс - ЭДС коммутируемых секций. Как следует из фиг. 7, разрыв электрического контакта щетки и кольца совпадает с моментами времени, когда ток через щетку равен нулю. Таким образом, в предлагаемом вентильном двигателе исключается пусковое устройство, что существенно упрощает схему электронного коммутатора вентильного двигателя с естественной коммутацией и питанием от регулируемого источника. Формула изобретения Вентильный двигатель, содержащий индуктор, якорь с многосекционной обмоткой, инвертор и многоканальный контактный переключатель, содержащий кольца, каждый канал которого содержит проводящие

oLiy И изоляционные участки и щетки, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения за счет улучшения пусковых свойств, инвертор выполнен мостовым, индуктор расположен на статоре, обмотка якоря расположена на роторе, проводящие участки переключателя соединены электрически между собой, изоляционные промежутки выполнены в виде сегментных вставок, каждая из секций соединена с проводящим участком одного из каналов переключателя, ширина щеток меньше ширины изоляционных сегментов, а каждая из щеток с одной из диагоналей инвертора. 2. Вентильный двигатель по п. 1, отличающийся тем, что одна из вставок каждого кольца сдвинута относительно оси секции, подсоединенной к этому кольцу, на уголНь определяемый выражением: Ф - О) -6.130 , ъА те- Мцр+ о где -угол между осью щеток и осью полюсов индуктора; число пар полюсов машины; -угол опережения включения тиристоров в номинальном режиме; -угол коммутации в номинальном режиме; ol-ui, - угловой размер щетки; -угловой размер вставки, причем положительное направление отсчета углов pgH |),цСовпадает с направлением вращения якоря. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР Хо 594563, кл. Н 02 К 29/02, 1977. 2.Авторское свидетельство СССР № 50506, кл. Н 02 К 29/04, 1936.

1ZO°

180

120

f m

в

т

560

s t

л

HoHmcffimf oe qfja3ir/ 5

фиг.Ъ

F

JT J

в

(рагЛ