Вентильный электродвигатель

(19) (11) . 1) Н 02 К 29 02 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИ ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ Т СССРТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(72) С.Н.Деспоташвили, Ш.Е.Циклаури, А.Ф.Размадзе и В.А.ЛоМакин (71) Тбилисское производственное объединение "Электровозостроитель" (53) 621.313.13.014.2621.382(088.8) (56) 1. Патент франции2436522, кл. Н 02 К 29/02, 1980.2. Авторское свидетельство СССР913526, кл. Н 02 К 29/02, 1980. (54)(57) ВЕНТИЛЬНЫй ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ содержащий ротор с устройством возбуждения, статор, на котором расположена многосекционная обмотка якоря, с М. выводами которой связаны 2 М тиристоров инвертора, образующих анодную и катодную группы, состоящие каждая из двух подгрупп, одна иэ которых образована тиристорами, связанными с четными, а другая - тиристорами, связанными с нечетными выводами обмотки якоря, общие точки тиристоров подгрупп соединены с цепью питания через тиристоры соответственно анодного и катодного коммутирующих устройств и связаны с конденсатором, а также схему управления тиристорами от датчика пспожения ротора, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения области применения, он снабжен шестью шунтирующими диодами и дросселем, подключенным последовательно с конденсатором, диоды подключены встречно-параллельно тиристорам коммутирующих устройств, анод каждого иэ тиристоров коммутирующего катодного устройства соедиИ нен с катодом одного из тиристоров анодного коммутирующего устройства через диод, причем тирисУоры и диоды соединены одноименными электродами.Изобретение относится к электротехнике в частности к электрическиммашинам с бесконтактной коммутацией,осуществляемой с помощью полупроводниковых приборовИзвестны вентильные электроднигатели (ВД), содержащие расположенную на роторе обмотку. возбуждениии неподвижную многосекционную обмотку якоря. Между каждой парой смежных секций имеется точка отвода, 1 Ок которой подключены полупроводниковые переключающие устройства, связывающие точку отвода с разнополярными зажимами источника питанияи устройства для искусственной комму тации тиристоров инвертора ) 1).Недостатком данного ВД являетсясложность иннертора и коммутирующих устройств.Наиболее бгиэок к предлагаемомугпо технической сущности вентильныйэлектродвигатель, содержащий роторс устройством возбуждения, статор,,на котором расположена многосекционная обмотка якоря,. с )ч выводами которой связаны 2 Й тиристоров иннерТора, образующих анодную и катоднуюГруппы, состоящие из двух частейподгрупп ) каждая, тириаторы однойиз которых связаны с четными, а тиристоры другой - с нечетными выводами обмотки якоря, общие точки тиристоров подгрупп соединены с цепью питания через тиристоры соответственноанодного и катодного коммутирующихустройств, и связаны с конденсатором,з 5а также схему управления тиристорами, например, от датчика положенияротора ,2),Недостатком известного ВД является невозможность его применения в 4 Оустройствах, требующих регулированияскорости вращения,Цель изобретенпя - расширениеобласти применения ВД,Поставленная цель достигается 45тем, что вентильный электродвигатель, содержащий ротор с устройствомвозбуждения, статор, на котором расположена многосекционная обмотка"якоря,с )ч выводами которой связаны2 М тиристорон иннертора, образующиханодную и катодную группы, состоящие каждая из двух подгрупп, однаиэ которых образована тиристорами,связанными с четными, а другая - тиристорами, снязанными а нечетнымивыводами обмотки якоря, общие точкитиристоров подгрупп соединены сцепью питания через тиристоры соответственно анодного и катодного коммутирующих устройств и связаны с кон"60денсатором, а также схему управлениятиристорами от датчика положения ротора, снабжен шестью шунтирующимидиодами и дросселем, подключеннымпоследовательно с конденсатором, дио ды подключены встречно-параллельнотиристорам коммутирующих устройств,анод каждого из тиристорон коммутирующего катодного устройства соединен с катодом одного иэ тиристорованодного коммутирующего устройствачерез диод, причем тиристоры и диоды соедичены одноименными электродами,На фиг, 1 приведена принципиальная электрическая схема БД; нафиг2 - упрощенные диаграммы токови напряжений различных элементов схемы ВД, в частности на фиг, 2 а - изменение коммутирующих тириаторон завремя одного коммутирующего цикла;на фиг. 2 б - ток в шунтируюцих дисдах; на фиг, 2 в - ток и напряжениекоммутирующего конденсатора нафиг. 2- мгновенное напряжение наобмотке якоря за время коммутационного цикла.Машина содержит неподвижную многосекционную обмотку 1 якоря, с выводами которой связаны тиристорыанодной 2 - 7 и катодной 8 - 13 группинвертора. Каждая группа состоитиз двух подгрупп и подключается объединенными в точки 14-17 однополярными электродами ключевых тириаторовк соответствующим зажимам источникапитания через анодное 18 и катодное19 коммутирующие устройства. Необходимая последовательность включениятиристоров обеспечивается схемой 20управления, Анодное коммутирующееустройство содержит контур из последовательно соединенных конденсатора21 и дросселя 22, включенный междуопорными электродами анодных подгрупптиристоров, которые подключены к катодам двух коммутирующих тиристоров23 и 24, зашунтированных обратнымидиодами 25 и 26 и подключенных анодами к положительному зажиму источника питания. Точки 14 и 15 связаныс катодами двух шунтирующих диодов27 и 8, аноды которых подключены коднополярным электродам катодныхподгрупп тиристорон (точки 16 и 17,)и к анодам двух коммутирующих тиристоров 29 и 30, зашунтированных обратными диодами 31 и 32. Катодное коммутирующее устройство 19 содержитконтур из последовательно соединенныхконденсатора 33 и дросселя 34, включенных между однополярными электродами катодных подгрупп тиристоров (точки 16 и 17 ), которые подключены канодам двух коммутирующих тиристорон 29 и 30, катоды которых "вязаныс отрицательным зажимом источникапитания,При работе ВД в устанониншемся режиме намагничинающая сила обмотки якоря вращается с той же угловой скоростью, что и основное магнитиное поле, причем они всегда расположены в пространстве взаимно перпендикулярно. Ток в обмотке якоря двухполюсной машины всегда протекает через две диаметрально расположенные отпайки, а коммутация тока осуществля 5 ется только в секциях, находящихся в нейтральных зонах между главными полюсами. Особенность схемы заключается в том, что для осуществления коммутации тока в секциях за счет напряжения источника питания электродвижущая сила якоря должна быть меньше напряжения источника во всех режимах работы машины.ДопУстим, ток якоря во всех коммутационных интервалах остается без изменений. До момента 1 коммутирующие тиристоры 23, 24 и 29, 30 закрыты, а расположение секции обмотки таково, что от датчика положения ротора поступают управляющие сигналы на ключевые тиристоры 2 и 11 и, следовательно, они открыты. Поэтому ток якоря 1 з замыкается по контуру: тиристор 2 - секции обмотки 1 - тиристор 11 - шунтирующий диод 28 и тиристор 2.Для регулирования тока в секции обмотки 1, пока секции не вошли в нейтральную зону, необходимо осуществить поочередное включение ком- ЗО мутирующих тиристоров 23, 29 и 24, 30. При подаче управляющих импульсов на тиристоры 23 и 29 ток Эв от источника питания протекает по контуру: + Оп - тиристор 23 - коммутирующий конденсатор 21 - дроссель 22 тиристор 2 - секции обмотки 1 - тиристор 11 - коммутирующий конденсатор 33 - дроссель 34 - тиристор 29 и - Оп. После заРЯдки конденсатоРов 40 21 и 33 ток прекращается и схема готова к работе. От системы управления последующий управляющий импульс подается одновременно на тиристоры 24.и 30 и Образуется новый контур протекания якорного тока: тиристор 24 - тиристор 2 - секции обмотки 1 - тиристор 11 - тиристор 30. Одновременно с отпиранием тиристоров 24 и 30 образуются цепи для переэаряда коммутирующих конденсаторов 21 и 33. В анодном коммутирующем устройстве 18 перезаряд конденсатора 21 производится по контуру: "+" конденсатор 21 - диод 25 - тирис 55 тор 24 - дроссель 22 и "-" конденсатора 21,а в катодном коммутирующем устройстве 19 перезаряд конденсатора 33 производится по контуру: "+"конденсатора 33 - тиристор 30 - ди од 31 - дроссель 34 и "-" конденсатора 33 Вследствие колебательного разряда конденсаторов 21 и 33 на .дроссели 23 и 34 конденсаторы оказываются перезаряженными с обратной 65 полярностью. Как только от системы 20 управления поступят управЛяющие импульсй на тиристоры 23 и 29, начинается процесс коммутации тока в тиристорах 24 и 30. При этом отрицательное напряжение конденсаторов 21 и 33 прикладывается к тиристорам 24 и 30. Одновременно производится разряд конденсаторов 21 и 33 для анодного коммутирующего устройствапо цепи: "+" конденсатора 21 - дроссель 22 - диод 26 - тиристор 23конденсатора 21, а для катодного коммутирующего блока 19 по цепиф "+" конденсатора 33 - дроссель 34тиристор 29 - диод 32 - "-" конденсатора 33, Конденсаторы 21 и 33 перезаряжаются, а их дозарядка проиэводится от питающей сети по контуру+ О - тиристор 23 - конденсатор 21дроссель 22 - тиристор 2 - секцииобмотки 1 - тиристор 11 - конденсатор 33 - дроссель 34 - тиристор 29 и - Оп. После дозаряда конденсаторов токи 12 и 1 ЗЗ становятся равными нулю, следовательно, тиристоры23 и 29 закрываются, а якорный токза счет электромагнитной энергии замыкается по контуру: тиристор 2секции обмотки 1 - тиристор 11 - диод 28. Таким образом, пока секцииобмотки 1 еще не вошли в нейтральнуюзону между главными полюсами регулирование величины якорного тока производится путем .изменения длитель -ности отпирания и частоты включениятиристоров 24, 30 и 23, 29.В момент времени 1 секции обмот"оки 1, связанные тиристорами 2, 3 и5, 6 входят в нейтральные зоны. Приэтом от датчика расположения ротора управляющие импульсы посредством системы 20 управления снимаются с тиристоров 2 и 11 и подаются на тиристоры 3 и 12. После подачи управляющих импульсов на тиоисторы 23 и 29 начинается процесс коммутации тока в тиристооах 2, 3 и 11, 12 и, соответственно, в секциях обмотки 1.Приведенные на фиг.2.временные диаграммы мгновенных значений токов и напряжений в отдельных элементах схемы соответствуют процессу коммутации тока в секции обмотки 1. В момент времени 1 прямой ток тиристоров 23, 3, 12 и 29 достигает значения Э , Якорный ток протекает по контуру: тиристор 23 - тиристор 3, секция обмотки 1 - тиристор 12 - тиристор 29, Одновременно нарастающее отрицательное напряжение конденсатора 21 прикладывается к секции обмотки 1 по цепи: "+" конденсатора 21 - тиристор 3 - секция обмотки 1 тиристор 2 - дроссель 22 и "-" конденсатора 21 и одновременно с коммутацией тока в тиристоре 24 способствует спаду тока в тиристоре 2.25 Аналогично отрицательное напряжениеконденсатора 22 прикладывается к секции обмотки 1 по цепи; "+ф конденсатора 33 - тиристор 11 - секция обмотки 1 - тиристор 12 - дроссель 34 иконденсатора 33 и одновременнос коммутацией тока в тиристоре 30способствует спаду тока в тиристоре 11,В момент временизаканчиваетсяпроцесс перезаряда коммутирующих 0конденсаторов 21 и 33, тиристоры 2 .и 11 выключаются, а в коммутирующихсекциях обмотки 1 заканчивается реверсирование тока. направление токав секциях после коммутации показано 15пунктироМ. К обмотке якоря прикла-,дывается полное напряжение источниКа питания, в момент времени 1 закан,чивается переэаряд коммутирующйхконденсаторов 21 и 33. 20В момент времени 1 со схемы уп 3равления подается сигнал на включение тиристоров 24 и 30 и конденсаторы 21 и 33 начинают перезаряжаться по вышеописанной цепи.В момент временитиристоры23 и 29 выключаются,а разрядный токконденсаторов 21 и 33 замыкаетсясоответственно через обратные диоды25 и 31.30В момент времени 1 разрядный токконденсаторов становится равными дальнейший дозаряд его производится от источника питания по контуру: +О - тиристор 24 - дроссель22 - конденсатор 21 - тгристор 3 -секции обмотки 1 - тиристор 12дроссель 34 - конденсатор 33 - тиристор 30 и -О.В момент времени 1 Ь заряд ковден"сатора оканчивается, напряжение на 40обмотке становится равным нулю, аток якоря замыкается по цепи: тиристор 3 - секции обмотки 1 - тиристор 12 - шунтирующий диод 27 - тиристор Э.В момент времени 1, в нейтральную зону между главными полюсами входят секции обмотки 1, связанные с тиристорами 3, 4 и б, 7, и начинается ачередной коммутационный цикл", аналогичный описанному выше.За полное время цикла Т напряжение О подается на обмотку в течение интервала 1 - 17. Напряжение на якоре двигателя регулируется путем изменения времени открытого состояния коммутирующих тиристоров 23 и 24 с помощью схемы 20 управления нли изменением соотношения: Чем меньше разность (11, тем ниже скорость вращения ВД.Предлагаемая схема способна обеспечить работу машины не только в режиме двигателя, но и в режиме генераторного торможения с отдачей энергии в питающую сеть. На принципиальной схеме (Фиг.1) необходимая коммутационная аппаратура не показана. Однако для перевода машин в режим рекуперативного торможения необходимо изменить направление тока в обмотке воэбужцения ротора. Кроме того, общую точку катодов коммутирующих тиристоров 29 и 30 и анодов диодов 31 и 32 необходимо отсоединить от отрицательного зажима и подключить к положительному зажиму источника питания, а аноды шунтирующих диодов 27 и 28 надо подключить к минусу источника питания, предварительно отключив их от анодов тиристоров 29 и 30,Ток рекуперации регулируется с помощью тиристоров анодного и катод- ного устройств так же, как и в двигательном режиме.1065981 Составитель А.СанталоРедактор Л.Лчолинская Техред О.Цеце,. рректор Л.Патай 1055/56 Тираж 672 ВНИИПИ Государственного комитета по делам изобретений и открытий 113035, Иосква, Ж, Раушская н Зака писн аб., д. 4 Филиал ППП "Патент", г Ужгород, ул. Проектная, 4