Вентильный электродвигатель

(19) (И 29/ 51)4 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ зобрете аций мо я является уменьше нта, улучшение эне е пуль етичес бласти ателей и расширение х показ именени я, Вентильныи .электродвига рант вспомогательпу 1 л элект машину 5 с однойазной. обмо ль соде ическую ой 6 як распо оженнои индктор а рото естко с 3 электеля 1 занном с еского п тромехани вентильно полотенно кой 7 воз образова вигателя го электр и на стат ной обмотпой стока, йбой элеке н-фаз оединен буждения,трансформакоря вспом ш-фазныммотка 6 торомогателединен дополмашины со трическои нительной озбу реоб обмотко аническ ени зовате электромех ось которо ндук торабразовател ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ П(НТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Всесошзный научно в исследовательский институт электромашиностроения. тока различного назначения при работе их от преобразователей частоты. 11 ельв овпадает с осью полисовлектромеханического пре -1 з,п. ф-лы, 3 ил.Изобретение относится к электромеханике, конкретно к регулируемд.тттэлектрическим матпицам переменноготока различного назначения при работе их от преобразователей частоты,Целью изобретения является умецьтдтение пульсаций момента ВД, улучшениеэнергетических показатегтей и растяирецие области применения, 1 ОИа тЪиг, 1 приведена принципиальная злектрическая схема вецтильногоэлектродвигателя (ВД); ца Аиг, 2 -конструктивная схема злектромехацического преобразователя (ЭМП) и вспомогательной электрической машины(ВЭМ); ца фиг, 3 - векторная диаграмма вентильпого электродвигателя.ВД (фиг, 1) содержит ЭМП 1, включатощттй в себя 2 р - ттолисдтуто л-фаздтуто 20обмотку 2 якоря, иттдуктор 3, дополнительную обмотку 4 возбуждения,,ВЭМ 5 с одцофазпой обмоткой 6 якоря и ттт-Аазтзой обмоткой 7 возбуждения,ттд-фазртгтй трацсАорматор 8 тока, преобраэователь 9 частоты, систему 1 О управления, датчик частоты и Аазы (ДЧФ1 нлттрттжертия якоря ЭМП 1, ДЧФ 12 напряжения источника питаттия,ЭМП 1 включает тз себя 2 р - ттолюсную 30ттт-фазнум обмотку 2 якоря, каждая фаза которой выполнена из двух дзетвей,распоттожеццых одна относительно другой ца угол тт/р и соединенных междусобой разцоимеццьтми выводами, Ицдуктор 3 ЭМП 1 снабжен дополнительнойобмоткой 4 возбуждения, ось которойсовпадает с осью полюсов ицдуктора3, Допозтнительцая обмотка 4 возбуждения своими зажимами соединена с выводами одртофазтдой обмотки 6 якоря ВЭМ5, расположенной па роторе, жесткосвязанном с ицдуктором 3 ЭМП 1, Пастаторе ВЭМ 5 расположена н-Аазттаяобмотка 7 возбуждения, каждая фаза 45которой подключен к оцной из Аазтрансформатора 8 тока, включенного навыходе преобразователя 9 частоты, Управляемый вход преобразователя 9 частоты связан с выходом системы 10управления, вход которой связан с выходами ДЧтЬ 11 напряжения якоря ЭМП 1и ДЧФ 12 напряжения источника питания, Конструктивно ЭМПрт ВЭМ 5 объединены т,фртг, 2), причем ЭМП 1 выполнен в виде. дисковой синхронной электрической машины, включающей в себятороидальный сттдтоз, жестко закрепленный в корпусе 13 с помощью немагттитцой втулки 14. Статор 15 состоитиз кольцевого магцитопровода 15 иш-Ьазной кольцевой обмотки 2, С обеихторцовых сторон через рабочий зазорк статорной обмотке примыкают магниты 6 индуктора 3, закрепленные неподвижно на магцитопроводе 17, Допол -цительная обмотка 4 кольцевого типа(обмотка Грамма) намотана ца магнитопроводе 17 индуктора 3 и состоит изотдельных катушек, занимающих межполюсное пространство, Все катушкивключены последовательно, а катуптки,расположенные с двух сторон от полюса, вклточеньт встречно, Магнитопровод17. имеет жесткую связь через немагнитопроводяттдий диск 18 с ротором ВЭМ 5,состоящим из магнитопровода 19 и однофазной обмотки 6, Тороидальньтй статор ВЭМ 5, состоящий из кольцевогомагнитопровода 20 и дтд-фазной обмотки7, закреплен с помощью немагнитнойвтулки 21 относительно статора ЭМП 1ца его внутренней поверхности. Немагнитный вал 22 имеетжесткую механическую связь через немагнитные диски18 с магнитопроводом 19 ВЭМ 5. Иа валу 22 также закреплен магнитопровод19 ротора с одноАазной,обмоткой 6,размещенный во внутреннем объеме тороидального статора ВЭМ 5 и отделенный от последнего радиальным рабочимзазором.ВД работает следуюдтдим образом,Обмотка якоря ЭМП 1 получает питание от преобразователя 9 частоты спрямоугольной Аормой огибающей выходного напряжения, Работа преобразователя 9 частоты синхронизирована напряжением источника питания и напряжением (положением ротора) обмоткиякоря ЭМП 1. Амплитуда подаваемогона обмотку якоря напряжения изменяется фазовым или амплитудным регулированием напряжения источника питания, а фаза - фазовым регулированиемнапряжения обмотки якоря ЭМП 1, Приэтом эквивалентный выпрямленныйток 1,модуль вектора тока якоря) ЭМП1 содержит кроме постоянной составляющей переменные составляющие тока,обусловленные фазовым регулированиемнапряжения источника питания и обмотки якоря, которые и являются причиной пульсаций момента и ухудшенияэнергетических показателей ВД,Пульсации эквивалентного выпрямленного тока и момента, обусловлен148 ОО 46 ные несинусоидальным питающим напряжением ЭМП 1, можно устранить, еслипроекцию вектора основного потокосцепления якоря на направление Еортогональное вектору тока якоря.поддерживать равной ее среднему значению путем регулирования тока возбуждения ЭМЛ 1, для чего необходимокомпенсировать переменную составляющую проекции вектора основного потокосцепления Лчв выражении электромагнитного момента (Аиг, 3)( У где- среднее значение проекцииКвектора основного потокосцепления на направлениеортогональное векторутока якоря. 20 Из диаграммы изображающих векторов (фиг. 3) необходимая величина потокосцепления дополнительной обмотки 4 25 возбуждения ЭМП 1 по продольной оси Й определяется ь- ь , /со я (--- /5 ) у (2) (н 1 И где р - угол опережения включения при холостом ходе; текущий угол поворота,Выделение необходимой величины сигнала дч для дополнительной обмотки 4 возбуждения ЭМ 1 в ВД осуществляется с помощью трансформаторов тока и ВЭМ 5, имеющей и-Аазнуи обмотку 7 возбуждения на статоре и однофазную обмотку 6 якоря, расположенную на роторе ВЭУ 5,35 40 Основной поток ВЭМ 5 создается щ-фазным возбуждением, ток в каждой 45 Аазе обмотки возбуждения пропорционален Аазному току обмотки якоря ЭМП 1, при этом в ВЭМ 5 создается вращающееся поле возбуждения, Продольная и поперечная составляющие намагничивающей силы ВЭМ 5 при идеально сглаженном эквивалентном выпрямленном токе обмотки якоря ЭМП 1 определяются из следующих выражений:(6) Обмотки ротора и статора ВЭМ 5 по расположении их магнитных осей выполнены аналогично соответствующих обмоток ЭМП 1. Благодаря тому, что ротор ВЭМ 5 жестко соединен с ротором ЭМП 1 в однофазной обмотке якоря ВЭМ 5 наводятся асинхронные составляющие от переменных составляющих Н,С, ЬГ обуславливающие протекание тока по дополнительной обмотке 4 возбуждения ЭМП 1.Уравнения (5), (6) через составляющие на оси Г ,можно переписать следующим образом: Ь Г -- ЬГ соя 9+ ЬГ яп 6; (7) ДГС = ЬГ соя 6 - ЛГ яхп В, (8) где 8 - угол между продольной осью Й и основным потокосцеплением якоря ЭМП Для малых значеНий угла 6, характерных для ВД дисковой конструкции или компенсированных ВД, можно принять: Переходя от ЬГ к действительному значению потокосцепления дополнительной обмотки 4 возбуждения ЭМП 1, имеем5 14 отклонение действительногозначения потокосцепленил от необходимого значения составляет не более + 10%.ОдноАазцая обмотка 6 якоря ВЭМ 5, работающей в режиме маломощного генератора, вырабатывает управляющий сигнал с частотой, отличной от синхронной частоты цапрлженил ЭВ" 1, и имеет электрическую связь с дополнительной обмоткой 4 возбуждения ЭМП 1, Обмотка 4 возбуждения создает продольное поле в зависимости от величины асинхронной составляющей токового сигнала, оступяссего от тряцсАормяторов 8 тока через ВЭИ .5. Необходимые витки продольной дополнительной обмотки возбуждения (Аиг. 2) располагаются между постольм магнитами 16 ицдук - торя Э 1 Л 1, Йис. только измснлют величину осового тотокя ЭЧзясчетамягичивялл размагничивания основного готокя, но и изменяют сопротивление магнитной цепи, влиял ня магнитную пропгцяемость мягцитопровода 17, Кроме того, обмотка 4 возбуждения ЭМ 11 1, цягружеццял ня однодазую обмотку 6 БЭМ 5, создает дополитегьный демпАирующий момент М которьп дополнительно способствует сглаживанию пульсаций момента ца валу ВД, При повле асинхронной (относительно скорости поля основной машины) составляющей тока в ш-Аязной обмотке 7 БЭМ 5 наводятся ЭДС в однофазной обмотке б ротора БЭМ 5 и про - текает ток по втка дополнительной обмотки 4 ЭМН 1, Этот ток вызывает поток + ф п ЭМ 11 1, который, накладываясь ня основной поток фо, приводит к изменению противо-ЗДГ ЭМП 1 так, чтобы компенсировались пульсации тока якоря ЭМЛ 1, Механизм действия дополнительного потока + ф напоминает действие потоков от демпАерных обмоток в полюсах машин постоянного и переменного тока. Отличие заключается.в10 15 20 25 30 35 45 40 их сечения, резко снижаются омические потери и потери на вихревые токи, я величина демпАирующего потока + ф возрастает, Это приводит к увеличению эААекта демпАирования и уменьшению пульсаций момента + М, Однако существует верхний частотный диапазон, ня который реагирует данный способ демпАированил, определяемый эле-. ктромагнитной постоянной контура, вклочзищего электромагнитную постоянную обмотки якоря РЭМ 5 и обмоток возбуждения БЭМ 5 и ЭМП 1, Но так кяк этот метод демпАировяния рассчитывается на сравнительно низкочастотные составляющие момента, то он тем не менее эАЬективен, Данное устройство позволяет без значительных энергетических затрат улучшить Аорму эквивалентного выпрямленного тока, резко уменьшить.его переменную составляющую и снизить дополнительные потери в ВД, возникающие от пульсаии-. онных составляющих, которые, кроме пульсаций момента и скорости, могут сникать КЛД ВД на 10 - 20%. Лотерй же в ВЭМ 5 не превосходят 1 - 5% от мощности ЭМП 1, а по габаритам имассе выгодно отличаются от дросселя, выполняющего аналогичную Функцию. Масса ВЭМ 5 меньше массы дросселя при аналогичных выходных параметрах и составляет не более 15% от массы ЭМП 1. Масса дросселя может составить 40 - 50% от масси ЭМП 1 в зависимости от мощности ВД и диапазона регулирования, Таким образом, масса дросселя болыяе массы ВЭМ 5 более чем в 2 раза при выполнении аналогичных задач. 80046 6щий эААект демпАировянил, В данном,устройстве. несмотря ня малую величину тока, я следовательно, и омических потерь в обмотках благодаря на 1личио болыяого числа витков и малого50 55 том, что действие демпАерцих обмоток,основанное на явлениях вихревых токов, малоэАсЬективно, Кроме того, такие потоки вызывают значительный нагрев и потери, Несмотря ня большиетоки результирующие потоки, определяемые суммарными ампер-витками, будут невелики. А поверхностный эйфект,вызывающий вытеснение токов ближе кповерхности проводников, увеличиваетих внутреннее сопротивление и вызываетдополнительный нагрев, сижаюсий обФормула изобретения 1, Вентиль ный электродвигатель, содержащий электромеханический преобразователь, включающий в себя 2 рполюсную гь-фазную обмотку якоря, установленную на тороидальном магнитопроводе и связанную с выходом преобразователя частоты, управляющий вход которого связан с выходом системы управления, вход которой связан с выходами датчика частоты и Фазынапряжения якоря элек тромеханич еского преобразователя и датчика частоты и фазы напряжения источника питания, индуктор, ш-Фазный трансАорматор,то 5 ка, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения пульсаций момента, улучшения энергетических показателей и расширения области применения, обмотка якоря выполнена кольцевой, введена вспомогательная электрическая машина с однофазной обмоткой якоря, расположенной на роторе, жестко связанном с индуктором электроме-, ханического преобразователя, и распо ложенной на статоре ш-фазной обмоткой возбуждения, каждая Фаза которой подключена к одной из Лаз трансформатора тока, каждая Фаза обмотки яко - ря электромеханического преобразователя выполнена из двух ветвей, расположенных одна относительно другой со сдвигбм на угол ц/р и соединенных между собой разноименными выводами, индуктор электромеханического преоб разователя снабжен дополнительной обмоткой возбуждения, ось которой совпадает с осью полюсов индуктора, и соединенной зажимами с выводами однофазной обмотки якоря вспомогатель-ЗО ной электрической машины. 2. Электродвигатель по и. 1, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что элек,тродвигатель снабжен немагнитной втулкой, тороидальный магнитопровод закреплен неподвижно относительно корпуса электромеханического преобразователя немагнитной втулкой, а индуктор расположен с двух торцовыхсторон якоря и выполнен в виде двухмагнитопроводяших дисков с жесткозакрепленными на них полюсами с чередующейся полярностью, образованнымивстречно намагниченными постояннымимагнитами .трапецеидальной Формы, в ихмежполюсном пространстве неподвижнозакреплена однофазная кольцевая обмотка возбуждения, содержит 2 р катушек, соединенных разноименными выводами, при этом к внутренней поверхности обмотки якоря через внутреннююнемагнитную втулку прикреплен статорвспомогательной электрической машины,в виде тороидального сердечника скольцевой ш-Фазной обмоткой возбуждения, электродвигатель снабжен тремякольцевыми магнитопроводами, а однофазная обмотка якоря вспомогательнойэлектрической машины, ось которойсовпадает с дополнительной обмоткойэлектромеханического преобразователя,расположена на кольцевых магнитопроводах, ротор содержит немагнитные диски, на которых неподвижнозакреплены два кольцевых магнитопровода, немагнитные диски ротора жесткосвязаны с магнитопроводом индуктораи охватывают с двух торцовых сторонобмотку статора, а однофазная обмотка якоря расположена на магнитопроводе, закрепленном на немагнитном валу,напротив внутренней поверхности статора вспомогательной электрическоймашины.1480046Составитель А. Санталов Редактор О, Спесивых Техред Л,Сердюкова Корректор И, Иуска Заказ 2553/52 Тираж 647 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул, Гагарина, 101