Вентильный электродвигатель

Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(53) УДК 621.313. .292 (088.8) Опубликовано 23.08,80. Бюллетень31Дата опубликования описания 28.08.80 по делам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения Е. Н. Баранов и Ю. Г. Шерстняков Московское ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени высшее техническое училище им. Н. Э, Баумана(54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Изобретение относится к электротехнике, а именно к электродвигателям с бесконтактной коммутацией.Известны вентильные электродвигатели с питанием от сети однофазного переменного тока, содержащие реверсивный вентильный преобразователь частоты и числа фаз и электрическую машину с обмоткой якоря на статоре 1. Бесконтактное возбуждение ротора подобных машин может осуществляться с использованием специальных возбудителей трансформаторного типа или, например, за счет применения постоянных магнитов. Эти электродвигатели имеют невысокие энергетические показатели.Известен также электродвигатель, на роторе которого помещена основная обмотка возбуждения и две вспомогательные обмотки, связанные с основной через выпрямители. Оси вспомогательных обмоток смещены относительно оси основной обмотки возбуждения на угол, обеспечивающий возникновение трансформаторной магнитной связи этих обмоток с обмоткой якоря, причем ЭДС во вспомогательных обмотках индуктируются переменной составляющей потока реакции якоря 2. 2Этот электродвигатель наиболее близкийк изобретению по технической сущности и получаемому результату, Кроме своей основной функции - возбуждения ротора - дополнительные обмотки частично компенсируют также поток реакции якоря и тем самым позволяют существенно повысить качество и надежность коммутационных процессов, особенно при высокой частоте вращения, а также увеличить коэффициент мощности.Целью изобретения является улучшение 10 энергетических и регулировочных характеристик. Это достигается тем, что в роторе электродвигателя выполнены диаметрально расположенные вырезы, в которых помещены постоянные магниты, имеющие центральный и два симметрично расположенных боковых паза, причем в центральных пазах двух постоянных магнитов помещена вспомогательная обмотка ротора, а основная обмотка возбуждения образована последовательным и согласным соединением двух катушек, причем в боковых пазах каждого постоянного магнита размещена одна катушка основной обмотки возбуждения.5 10 15 2 г 25 З 1 35 4 О 45 Каждая секция обмотки якоря, соответствующий ей управляемые вентили и латчик положения ротора образуют вращающийся управляемый фазочувствительный выпрямитель, лля которого опорным напряжением является переменное напряжение питания обмотки якоря, а сигнальным - напряжение соответствукццей выходной обмотки датчика положения ротора, Для коммутации тока в секциях якоря используется явление опрокилывания фазы переменных ЭЛС, наводимых в выходных обмотках трансформаторного датчика в процессе вращения ротора. 50 1 а фиг. 1 представлен поперечный разрез электродвигателя; на фиг. 2 приведена схема коммутатора и схема соединения обмоток ротора; на фиг. 3 - распрелеление магнитных полей электродвигателя при заланных мгновенных направлениях токов в его обмотках.В пазах магнитопровода статора 1 помещена обмотка якоря 2, состоящая из отдельных секций. Ротор электродвигателя выполнен в виде закрепленного на валу ферромагнитного пакета 3, собранного из листов магнитомягкого материала с двумя диаметрально расположенными вырезами. В вырезах помещены постоянные магниты 4, 5, намагниченные в радиальном направлении и образующие переменно-полюсную систему. Каждый постоянный магнит имеет центральный паз и лва симметрично расположенных по краям боковых паза. В центральных пазах двух постоянных магнитов помецгена вспомогательная Обмотка 6 ротора, Основная Обмотка возуж и ния Образована последоватльным и сгла ным содинением двух катушек 7 и 8. Кагклая из этих двух обмоток размещена в боковы пазах одного из постояных ма нитов. Ось катушк обмотки возбуждения 7, 8 и Ось вспомогательной об.мотки 6 сдвинуты в пространстве на угол, равный половине полкного .еления мапины, т.е. при лву.хполюсном исполнении на 9 градусов. Обмотка 6 связана с обмотка. ми возбуждения через выирямительный мост.Каждая секция омотки якоря намогана ,нойным проводом с шагом, равным полюс- ному делению, и состоит из двух олинаковых оомоток, например, 9 и 10, помещенных в одних и тех же пазах. Полусекции полклкчаотся к источнику питания переменного ггса через пару встречно-параллльных тиристоров, например, 11 и 12, 13 и 4, Каждои пар обмоток, составляющих даннуо секцию, соответствует одна выходная оомотка датчика углового положения ротора.11 ачала полусскций подключены к различным зажимам источника. Таким образом, напряжени 51 питания оказываются лля них в противофазе, если отсчитывать их относитслыи одноименных зажимов этих обмоток.Электродвигатель работает следующим образом. Принцип действия вентильного коммутатора заключается в слелуюшем. Магнитные оси обмоток секции якоря и соответствующей выходной обмотки датчика положения ротора ориентированы в пространстве таким образом, чтобы опрокидывание фазы ЭДС выхолной обмотки происходило в моменты времени, когда активные проводники соответствующей секции обмотки якоря находятся на линии геометрической нейтрали, т,е. между полюсами возбужления. Напряжение каждой выходной обмотки датчика положения используется для формирования двух последовательностей импульсов управления, синхронизированных с напряжением питания и сдвинутых одна относительно другой на половину периода. Олна госледовательность импульсов подается, например, одновременно на тиристоры 11, 12, регулирующие ток в обмотке 9, другая - на тиристоры 3, 14, регулирующие ток в обмотке 10. Лналогичнг управляются тиристоры остальных секций.Для каждой из лвух Обмоток, составл 5 юпих данную секцию, совпадение во времени положительной полуволны напряжения питания и импульса на управляющем электроле обеспечивается лишь лля одного из двух тиристоров, относящихся к данной обмотке. Поэтому в каждой обмотке протекает выпрямленный пульсируюций ток. Так как им. пульсы управления двумя обмотками каждой секции сдвинуты во времени на половину периода напряжения питания, то соответственно сдвинуты во времени и импульсы тока в этих обмотках. Поэтому суммарная намагничивающая сила кажлои секции якоря получается такой же, как если бы Она создавалась одной обмоткой, гитаемой током, полученным в результате двухполупериолного выпрямления. Изменение полярности импульсов тока в обеих обмотках секции осу. ществляется в момент нахождения секции на линии нейтрали.Регулирование величины тока в секциях обмотки якоря, а следовательно, и скорости вращения построено на принципе широтно. импульсного управления. Бесконтактный реверс двигателя, а также торможение противовключением обеспечивается опрокидыванием по фазе напряжения, поступакицего на первичную обмотку датчика положения ротора, что приводит к смене последовательностей управляющих импульсов. В данной конструкции применен принцип смешанного возбуждения ротора Независимое возбуждение обеспечивается применением постоянных магнитов 4, 5, а поток возбуждения, зависящий от тока якоря, создается катушками обмотки возбуждения 7, 8, питаемыми через выпрямитель от вспомогательной обмотки 6 ротора. Особенностью вентильного электродвигателя является сохранение в процессе работы взаимного пространственного положения магнитной оси об 75846мот 1(и Возб" Гкле 11 я и Оси ма 1 нитнОГО поля,создаваемсцо токами в обмотке статора. Поток реакции якоря по отношению к потоку возбуждения - поперечный, содержит значительную переменную составляющую, первая гармоника которой изменяется с двойной частотой по сравнению с частотой питания. Эта переменная составляющая потока реакции якоря и используется для дополнительного возбуждения ротора, поскольку сцепляется с вспомогательной обмоткой 6ротора и наводит в цей переменную ЭДС.Постоянные магниты 4, 5 могут быть изготовлены, например, из сравнительно дешевой стали с солержацием хрома или вольфрама. Как материал лля изготовления постоянных магнитов, такая сталь отличается высоким значением остаточной индукции (до 10 15 1,1 Т) и сравнительно низкой коэрцитивцсй силой ( с 1 ко: О 5000 А 51 ) . П В и Гат ел ь, воз бух(- ;ВЕМй ТОЛЬКО ЭТИМИ ЦССТОЯЦНэМИ МВГНИТами, Оэлалал оы низкими эксплуатационными качества м 1 изих ОстеГеццОГО )Взмаггц- у 1 чивНИ 5, .)Яао в лцнсй конструкции пос 1 ОЯ ЦЫС м а ГНИТЬ ЦОДМ 1 ГНИ ЧИ ВВЮТСЯ ПОТО- ком о 111 Гск возбуждения 7, 8, ток в кото- рЫХ ЗИГЭИСИТ В КОНЕЧНОМ СЧЕГЕ ОГ тОКа яКОрЧ. Дя сцижсц 5 ГсТерь от вихревых токов в теле постояццых магнитов В конструкции предусмотрен ферромагнитный пакет 3 из магцитомягксц о материала, представляющий собой сцоегс рода магнитный шунт. обладаю.ций в стни раз меньшим магнитным сопоотивлециех внешнему потоку по сравнению с маниным согэотивлецием материала постоянных магнитов. Поэтому поток реакции якоря замыкается главным образом через пакет 3. Кроме того, Он частично комгенси 1 эъется за счет разглаГничив 1 ошеГО действия обмотки б. Уменьцецию веи:ины потока 35 реакции якор 5; 3 челе постоянных магнитов способстусг а.:(е наличие центральных пазов с обмоткой б, являющихся цемагнитным, зазОроы цс Ну"Г 11 этОГО потокаОсцовца 5 сб лстка возбуждения в данной40 конструк 1 Ии прелсганляет собой последовательное и согласное соединение двух катушек 7 и 8, помещенных в боковых пазах ИОстОяннь:( манитОВ, В этОм случае ОснОВ- ная обмотка возбуждения создает магнитный поток, замыкающийся по телу постоян цых магнитов или, другими словами, намагцичиваюшая сила этой обмотки суммируется с внутренней намагцичивающеи силой постоянных магнитов.Го сравненлю с электродвигателем, возбуждаемым Только Постоянными Магнитами,50 лацная ксИструкция обладает преимуществами, состоящими в уменьшении потерь в роторе от вихревых токов, в возможности применения для возбуждения сравнительно дешевых постоянных магнитов без риска и постепенного размагничивания, в увеличении сумматорного потока возбуждения, улучшении пускового момента вследствие зависимости потока возбуждения от тока якоря, в существенном улучшении качества и надежности коммутационных процессов, особенно при больших скоростях вращения ротора. По сравнению с электродвигателем, возбуждаемым только переменной составляющей потока реакции якоря, данная конструкция обладает преимушествами, состоя- шими в увеличении потока возбуждения за счет введения составляющей, не зависящей от тока якоря, и вследствие этого в увеличении жесткости механических характеристик, быстродействия и энергетических показателей электродвигателя.Формуга изобретенияВентильный электродвигатель олнофазного переменного тока, содержащий статор, в пазах которого помещены секции обмотки якоря, включенные в схему вентильного коммутатора, и ротор с основной обмоткой возбуждения, соединенной через выпрямитель мо вспомогательной обмоткой ротора, ось которой слвинута относительно оси основной обмотки на половину полюсного деления, от,гичающийся тем. что, с целью улучшения энергетических и регулировочных характеристик, в роторе электродвигателя выполнены диаметрально расположенные вырезы, в которых помещены постоянные магниты с центральным и двумя симметрично расположенными боковыми пазами, причем в центральных пазах постоянных магнитов помещена вспомогательная обмотка потора, а основная обмотка возбуждения содержит две последовательно-согласно соединенные катушки, каждая из которых размещена в бо ковых пазах одного из двух постоянных магнитов, причем в боковых лазах кажлого постоянного магнита размещена одна катушка основной обмотки возбуждения.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР48778, кл, Н 02 К 29/04, 1935.2. Электропромьццленность, сер. Электрические машины,10(80), 1977,с. 5 - 17.758416 Составитель В. КомаровТехред К. Шуфрич Корректор Тираж 783 Подписное ЦН ИПИ Государс по делам изоб 5, Москва, Ж - ППП сПатентэ,130 лиал Редактор Т. СмирноЗа каз 5648/46 енного етений 5, РаушУжгор ком итета СССРи открытийская наб., д. 4/5од, ул. Проектная,