Вентильный электродвигатель

Номер патента: 1065979

Авторы: Косулин, Михайлов, Прозоров, Путников

ZIP архив

Текст

(19) (11) 1) Н 0 2 К 2 9 0 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(72) В,Д.Косулин, Г.Б.Михайлов, В.А.Прозоров и В.В.Путников (53) 623.313.13.014.2;621.382(088,8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР Р 535676, кл. Н 02 К 29/02, 1976.2. Авторское свидетельство СССР Р 743131, кл. Н 02 К 29/02, 1978.3. Авторское свидетельство СССР Р 845234, кл. Н 02 К 29/02, 1979, (54)(57) 1. ВЕНТИЛЬНЬ)Й ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий статор с расположенной на нем многофазной обмоткой, каждая фаза которой включена в диаго. наль моста, каждое плечо которого образовано параллельно соединенными транзистором и диодом, последовательно соединенные датчик средней частоты вращения, пороговое устрой.ство и инвертирующую цепь датчик положения ротора, выходы которого подключены к управляющим входам транзисторов плеч, подключенных к началу фаз многофаэной обмотки, а входы транзисторов плеч, подключенных к концам фаз многофазной обмотки, подключены к выходам датчика положения ротора через реле, управляющие входы которых подключены к выходу порогового устройства, последовательно соединенные второе пороговое устройство и реле отключения, управляющий вход которого соединен с выходом инвертирующей цепи, датчик положения ротора подключен к источнику питания через блок отключения, управляющий вход которого соединен с выходом реле отключения, вторая диагональ моста подключена к источнику питания через датчик тока, выход которого соединен с входом второго порогового устройства, на статоре двигателя расположена соосно с первой вторая многофазная обмотка, конец каждой фазы которой подключен к точке соединения между со" бой последовательно соединенных силовых транзисторов, включенных во вторую диагональ моста, а начало подключено к концу соответствующей Фазы первой многофазной обмотки, причем входы силовых транзисторов соединены с соответствующими выходами датчика положения ротора через реле, управляющие входы которых подключены к выходу порогового устройства, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функцио нальных возможностей путем обеспечения режима генераторного торможения в заданном диапазоне частот вращения, в него введены параллелЬ- но каждому из силовых транзисторов, соединенных с концами второй обмотки, реле обратного тока, управляющие входы которых подключены к выходу порогового устройства.2, Электродвигатель по п, 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, ,в него введены последовательно соединенные логический элемент ИЛИ, вто. рая инвертирующая цепь и комчутирую" щее реле, выход которого подключен к управляющим входам реле обратного тока, управляющий вход коммутирующего реле подключен к выходу инвертирующей цепи, а входы логического элемента ИЛИ подключены к выходам датчика положения ротораИзобретение относится к электротехнике, в частности к двигателямпостоянного тока с бесконтактнойкоммутацией, осуществляемой с помощьюполупроводниковых приборов, - вентильным двигателям (ВД). 5Известен ВД, в котором реализована механическая характеристика,. подобная механической характеристикесеркесного коллекторного двигателяпостоянного тока, в заданном диапазоне частот вращения.ВД содержит четырехсекционнуюобмотку, уложенную на статоре двигателя, секции которой могут битьподключены к источнику питания как 15параллельно, так и последовательно.В диапазоне частот вращения вала,в котором происходит переключениесекций обмотки двигателя с параллельного соединения на последова Отельное и обратно, механическаяхарактеристика ВД подобна механической характеристике коллекторного двигателя постоянного тока споследовательным возбуждением 1 325Недостатками указанного ВД являются низкий диапазон изменениячастоты вращения, в котором реализОвана механическая характеристика данного вида, и отсутствие режима генераторного торможения вданном диапазоне изменения частотывращения,Известно также устройство, которое позволяет реализовать механическую характеристику бесконтактного двигателя постоянного тока,близкую к линии равной механическоймощности, за счет аппроксимации ееучастками характеристик статическойстабилизацки частоты вращения вала 4 Одвигателя и ограничения потребляемого двигателем тока 2 ,Недостатки данного устройстваобусловлены невозможностью реализации режима генераторного торможения, 45а также снижением КПД двигателя приувеличении диапазона частот вращения,соответствующих малой жесткое.ск механической характеркстикл, так какс увеличением глубины регулирова- оНия частоты вращения КПД двигателяпадает.Для электродвигателей, предназначенных для работы в электроприводемотор-колесо, наряду с реализацией механической характеристики,близкой к линии равной мощности,необходимо осуществлять режим генераторного .торможения, что важно,в частности; при работе ВД от автономного источника питания, например, аккумуляторной батареи, для егоподзарядки.Наиболее близким к предлагаемомупо технической сущности и достигаемому результату ВД содержит статор 65 с расположенной на нем многофазнойобмоткой, каждая фаза которой включена в диагональ моста, каждое плечо которого образовано параллельно соединенными транзистором и диодом, последовательно соединенныедатчик средней частоты вращения,пороговое устройство и инвертирувщую цепь, датчик положения ротора,выходы которого подключены к управ;ляющим входам транзисторов плеч,подключенных к концам фаз многофаэной обмотки, а входы транзисторовплеч, подключенных к концам Фаэ многофаэной облотки,подключены квыходамдатчика положения ротора через реле,управляющие вх ды которых подключены к выходу порогового устройства,последовательно соединенные второепороговое устройство и реле отключения, управляющий вход которого соединен с выходом инвертирующей цепи, датчик положения ротора подклю -чен к источнику питания через блокотключения, управляющий вход которого соединен с выходом реле отключения, вторая диагональ моста подключена к источнику питания через датчик тока, выход которого соединенс входом второго порогового устройства,на статоре двигателя расположена соосно с первой вторая многофазная обмотка, конец каждой изкоторой подключен к точке соедине ния между собой последовательно соединенных силовых транзисторов, включенных во вторую диагональ моста,а начало подключено к концу соответствующей Фазы первой многофаэной обмотки, причем входы силовых транзисторов соединены с соответствующимивыходами датчика положения роторачерез реле, управляющие входы которых подключены к выходу пороговогоустройства.В ВД благодаря наличию второй многофазный обмотки реализована механическая характеристика, близкая кгинии равной механической мощности 3,Однако в диапазоне частот вращения от нуля до частоты хслсстого хода известный ВД не имеет возможности осуществгять,режим генератор- ного торможения, поскольку амплитуда ЭДС вращения, наводимой в фазах многофазных обмоток ЭД, во всем диапазоне частот вращения не превышает напряжения источника питания. Кроме того, при работе ВД на низких частотах вращения, когда к источнику питания подключены последовательно соединенные фазы первой и второй многофазных обмоток, в моменты коммутации силовых транзисторов происходит скачкообразное изменение тока в базах первой многоФаэной обмотки.Это, в свою очередь, приводит к дому из силовых транзисторов, соедиснижению КПД ВД в результате ухуд- ненных с концами второй обмотки,щения гармонического состава кривой реле обратного тока, уграв яющиефаэного тока. Скачки тока обусловле- входы которых подключены к выходуны невоэможностью замыкания реактив- порогового устройства.ной составляющей тока в течение меж Кроме того в вентильный элеккоммутационного интервала через по- тродвигатель могут быть введеныследовательно соединенные диод и последовательно соединенные логичесстабилитрон, которые включены парал- кий элемент ИЛИ, вторая инвертируюлельно силовым транзисторам. щая цепь и коммутирующее реле вы/Отсутствие режима генераторного 10 ход которого подключен к управляюторможения в ВД приводит к сужению щим входам реле обратного тока, чпобласти его использования и огрени- равляющий вход коммутирующего ре ечению функциональных возможностей. подключен к выходу инвертирующейЦель изобретения - расширение цепи а входы логического элементафункциональных возможностей вентиль ИЛИ подключены к выходам датчиканого электродвигателя путем обеспе- положения ротора,чения режима генераторного торможе- На фиг. " приведена Функциональния в заданном диапазоне частот вра- ная .схема вентильного электродвищения и повышение его КПД. гателя; на Фиг. 2 - механическаяПоставленная цель достигается характеристика.тем, что в вентильный электродвига- На схеме его обозначены Фаза пертель, содержащий статор с расположен- вой многофазной обмотки 1, транзисной на нем многофазной обмоткой, торы 2-5 плеч моста, диоды плеч москаждая фаза которой включена в диа- та 6-9, силовые транзисторы 10 игональ моста, каждое плечо которого 11, реле 12 и 13 обратного тока,образовано параллельнО соединенными фаза второй многофазной обмотки 14,транзистором и диодом, последова- датчик 15 тока, второе пороговоетельно соединенные датчик средней устройство 16, реле 17 откл.учения,частоты вращения, пороговое устрой- блок 18 отключения, датчик 19 положество и инвертирующую цепь, датчик ния ротора, выход 20 датчика положеположения ротора, выходы которого ЗО ния ротора, реле 21-24, датчик 25подключены к управляющим входам средней частоты вращения, пороготранзисторов плеч, подключенных к вое устройство 26, инвертирующаяначалу фаэ многофазной обмотки, цепь 17, коммутирующее реле 28, лоа входы транзисторов плеч, подклю- гический элемент ИЛИ 29, входы 30-33ченных к концам фаэ многофазной об логического элемента ИЛИ, входымотхи, подключены к выходам датчи-36 датчика положения ротора и вто.ка положения ротора через реле, уп- рая инвертирующая цепь 37.равляющие входы которых подключены На фиг. 1 статор двигателя нек выходу порогового устройства, после показан. Кроме того, представленадовательно соединенные второго.по О лишь одна фаза двигателя, так какроговое устройство и реле отключе- другие Фазы индентичны данной. Эления, управляющий вход которого менты, относящиеся к данной фазе,соединен с выходом инвертирующей ограничены штрих-пунктирной линией.цепи, датчик положения ротора под- Датчик 19 положения ротора имеет выключен к источнику питания через блок 45 ходы 20, 34, 35, 36, число котоотключения, управляющий вход кото- рых равно числу Фаэ обмотки якоря.рого соединен с выходом реле отклю- Число входов логического элементачения, вторая диагональ моста под- ИЛИ 29 равно числу выходом датчикаключена к источнику питания через 19 положения ротора.датчик тока, выход которого соеди На фиг.2 л обозначает частотувращенен с входом второго порогового уст- нич,М - момент нагрузки на валу.Маройства, на статоре двигателя распо- гГ - величины момента в соответствуложена соосно с первой вторая мно- ющих точках механической характегофаэная обмотка, конец каждой фазы ристики, л , ьЬ - частоты вращениякоторой подключен к точке соеди- вала двигателя в соответствующихнения между собой последовательно 55 точках механической характеристики,соединенных силовых транзисторов, Мп - пусковой момент, и - частотувключенных во вторую диагональ моста,. холостого хода.а начало подключено к концу соот- Фаза.многофазной обмотки 1 вклю-,ветствующей Фазы первой многофазной чена в одну из диагоналей и моста,обмотки, причем входы силовых тран каждое плечо которого образованоэисторов соединены с соответствующи- параллельно включенными транзистоми выходами датчика положения ротора рами 2-5 и диодами 6-9. В другуючерез реле, управляющие входы кото- диагональ моста включены последоварых подключены к выходу порогового тельно соединенные силовые транзисустройства, введены параллельно ка;к торы 10 и 11, параллельно каждому йзУстройство работает следующим образом.Пороговое устройство 16 установкой напряжения Ц, настраивается на величину тока в двигателе при моменте нагрузки на валу "4 С. Пороговое устройство 26 установкой напряжения О 2 настраивается на величину сигнала с датчика 25 средней частоты вращения соответствующего частоте вращения л 8. Величины напряжений О и 12 выбирают такими, чтобы вы- полнялось условие Иди =Й)о =соэ 1,Б исходном состоянии реле 17, 21 22 и 28 нормально разомкнуты, реле 2; и 24, а также реле обратного тока 12 и 13 нормально замкнуты.При подаче напряжения литания двигатель начинает разгоняться по естественной механической характеристике которых включены реле 12 и 13 обратного тока. На статоре двигателя соосно с первой обмоткой 1 расположена вторая многофазная обмотка 14,начало каждой Фазы которой подключена к концу соответствующей фазыпервой многофазной обмотки 1, а конец - к точке соединения между собойсиловых транзисторов 10 и 11. Втораядиагональ моста каждой фазы подключена к источнику питания через датчик 15 тока, выход которого подключен через последовательно соединенные второе пороговое устройство 16и реле 17 отключения к управляющемувходу блока 18 отключения, включенного в цепь питания датчик 19 положения ротора. Выход 20для первойФазы; фиг.1 ),датчика 19 положенияротора подключен к управляющим входам транзисторов 2 и 3, управляющиевходы транзисторов 4, 5, 10 и 11через реле 21-24 подключены к выходу20 датчика 19 положения ротора.Выход датчика 25 средней частотывращения через последовательно соединенные пороговое устройство 26 иинвертирующую цепь 27 подключен куправляющим входам реле 21 и 22, ре.ле 17 отключения и коммутирующегореле 28. Выход порогового устройства 26 подключен к управляющим входам реле 23 и 24 и реле 12 и 13 обратного тока. Выход 20 датчика 19положения ротора подключен к входу 30логического элемента ИЛИ 29. К остальным входам 31-33 логическогоэлемента ИНИ 29 подключены соответствующие выходы 34-36 датчика 19положения ротора, Выход логическогоэлемента ИЛИ 29 подключен к входувторой инвертирующей цепи 37, выходкоторой через коммутирующее реле28 подключен к управляющим входамреле 12 и 13 обратного тока. Элементы 15-19, 25-28, 30 и 37 являются общими для всех Фаэ,5 0 15 20 25 30 35 40 45 ,О 5 60 65 на участке МЪ (1 и 1 .2), крутизна которой определяется параметрами включенных последовательно обмот: к 1 и 14. При этом коммутацию тока в обмотках по сигналам с датчика 19 положения ротора осуществляют транзисторы 2, 3, 10 и 11. При достижении частотой вращения величины п по сигналу с датчика 25 средней частоты вращения вала срабатывает пороговое устройство 26, в результате чего контакты реле 17, 21, 22 и 28 замыкаются, а контакты реле 23 и 24 и реле 12 и 13 обратного тока размыкаются. При этом вторая многоФаэная обмотка 14 отключается от источника питания, так как управляющие входы транзисторов 10 и 11 контактами реле 23 и 24 отключены от выхода 20 датчика 19 положения ротора. При этом работает лишь многофазная обмотка 1. Так как контакты реле 17 замкнуты и частота враще - ния двигателя в данный момент равнато ток в обмотке 1 стремится возрасти, что приводит к возрастанию сигнала с датчика 15 тока, срабатыванию порогового устройства 16 и блока 18 отключения, в результате чего происходит отключение датчика 19 положения ротора и от источника питания, Это, в свою очередь, приводит к эапиранию транзисторов 2-5 и отключению обмотки 1 от источника питания. Ток в обмотке 1 начинает уменьшаться. При уменьшении тока сигнал с датчика 15 тока уменьшается, пороговое устройство 16 пере ходит в исходное состояние, контакты блок 18 отключения замыкаются и датчик 19 положения ротора вновь подключается к цепи гитания. Обмотка 1 также оказывается подключенной к источнику питания, Таким образом, ток в обмотке 1 не может возрасти выше уровня, определяемого настройкой второго порогового устройства 16, а двигатель работает на участке механической характеристики, При достижении частотой вращения величины п второе пороговое устройство 16 перестает срабатывать по сигналу с датчика 15 тока и двигатель далее работает на участке ай ( Фиг,2) механической характеристики, крутизна которой определяется параметрами обмотки 1, При увеличении нагрузки на валу работа устройства происходит в обратной последовательности, На участке Ьоо, механической характеристики к источнику питания через транзисторы 2-5 подключается обмотка 1, в которой наводится ЭДС вращения, не превышающая напряжение источяика питания. При этом суммарная ЭДГ, наводимая в обмотках 1 и 14, на участке Ьа превышает напряжение источника питания, но не имеет воз 10 б 5979можности замкнуться, так как транзисторы 10 и 11 и реле 12 и 13 обратного тока закрыты. При исчезновениисигналов с датчика 19 положения ротора, что имеет место или при отключении датчика положения ротора 19,или при регулировании частоты вращения, на выходе логического элемента ИЛИ 29 пропадает сигнал, что приводит к появлению сигнала на выходевторой инвертирующей цепи 37, который через замкнутые контакты коммутирующего реле 28 поступает на управляющие входы реле 12 и 13 обратного тока. В результате замыкания контактов реле 12 и 13 обратного токапоявляется возможность ЭДС вращения, наводимой в последовательно соединенных обмотках 1 и 14, замыкаться через диоды б и 7 и реле 12 и 13обратного тока на источник питания,осуществляя режим рекуперации энергии в сеть или режим генераторноготорможенияПри работе ВД на участке М механической характеристикиреле 12 и 13 обратного тока находятся в замкнутом состоянии независимо от способа управления электродвигателем и выполняют роль обратныхдиодов . в мостовой схеме. Поэтомув моменты коммутации транзисторов2, 11 и 3, 10 реактивный ток, протекающий по обмоткам 1 и 14, имеет воз 1 можность замыкаться на источник питания через диод 7 и реле 12 обратного тока или через диод 6 и реле 13 обратного тока, При этом скачковтока в фазе многофазной обмотки 1,таких как в вентильном электродвигателе 3) нет, гармонический составтока поэтому лучше, а КПД выше. В, ка честве реле 12 и 13 обратного токамогут быть использованы любые управляемые элементы, обладающие односторонней проводимостью: транзистори диод, включенные последовательно, 10 стабилитрон и т,п.Коммутирующее релеможет быть выполнено в вице транзистора, коллектор которого, например,подключен к выходу второй инвертирую.щей цепи 37, эмиттер - к управляющим входам реле 12 и 13 обратноготока, а база - к выходу инвертирующей цепи 27. Реализация режима генераторноготорможения позволяет расширить область использования и функциональные возможности ВД в электроприводах, где ощущается дефицит электрической энергии, так как в этом режи ме возможен возврат части энергиив источник - аккумуляторную батарею.Благодаря введению реле 12 и 13 обратного тока в предлагаемой ВД по сравнению с прототипом исключены скачки тока в обмотках двигателя в моменты коммутации транзисторов 2, 3, 10 и 11, что приводит к снижению потерь в меди от высших гармоник тока и повышению КПД электродвигателя.1065979Составитель А.Самталов Редактор А.Огар Техред Л.Мартяшова КорректорЛ.Патай Заказ 11055/56 Тираж 672 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектная , 4

Смотреть

Заявка

3399441, 19.02.1982

ЛЕНИНГРАДСКИЙ ИНСТИТУТ АВИАЦИОННОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ, ПРЕДПРИЯТИЕ ПЯ М-5381

КОСУЛИН ВЛАДИМИР ДМИТРИЕВИЧ, МИХАЙЛОВ ГЛЕБ БОРИСОВИЧ, ПРОЗОРОВ ВАЛЕНТИН АЛЕКСЕЕВИЧ, ПУТНИКОВ ВИКТОР ВЛАДИМИРОВИЧ

МПК / Метки

МПК: H02K 29/02

Метки: вентильный, электродвигатель

Опубликовано: 07.01.1984

Код ссылки

<a href="https://patents.su/7-1065979-ventilnyjj-ehlektrodvigatel.html" target="_blank" rel="follow" title="База патентов СССР">Вентильный электродвигатель</a>

Похожие патенты