Вентильный двигатель

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик 771815 ФсД(53) УДК 621.313. 13.014.2:621. 382 (088.8) Опубликовано5.10.80. Бюллетень38Дата опубликования описания 25.10.80 по делам изобретений н открытнй(54) ВЕНТИЛЬНЬ 1 тЛ ДВИГАТЕЛЬ 1Изобретение 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 111, содержащий синхронную машину, датчик положения, вентильный преобразователь по схеме выпрямитель-инвертор, систему управления выпрямителем, в котором для обеспечения пуска применен одноканальный формиО рователь импульсов, синхронизированный с питающей сетью, со скважностью импульсов, регулируемой от 0 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 21 содержащие индуктор, якорь с многосекционной обмоткой, инвертор и многоканальный 2контактный переключатель, каждый канал которого содержит проводящие и изоляционные участки и щетки. Данное устройство наиболее близко к изобретению по технической су щности и достигаемому результату.Основной недостаток заключается в том, что они имеют узкую область применения из-за низких пусковых свойств.Целью изобретения является расширение области применения 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 ширины 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 тв, определяемыйго 23 0 (р 1180 углом,9 опережения включения тиристоров, углом у- коммутации в номинальном режиме, а также угловыми размерами щетки с и вставки с( по формуле где Р - число пар полюсов машины, причем положительное направление отсчетауглов фв и ущ совпадает с направлениемвращения якоря,На фиг. 1 показан вариант конструктивного выполнения вставок; на фиг, 2 показано расположение вставок на развертке колец двухполюсной трехфазной машины; нафиг, 3 показана взаимная ориентация секций, щеток, вставок при коммутации, припуске и на малых частотах вращения; нафиг. 4 показана на развертке взаимная ориентация секций, щеток, вставок при коммутации, при пуске и на малых частотах врашения; на фиг. 5 показана ориентация осейв 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 окончанияестественной коммутации; на фиг. 7 показандиапазон изменения угла /3 в рабочих режимах,Вентильный двигатель содержит наборконтактных колец по числу секций машины,размещенных на одном валу с якорем, причем каждое кольцо 1 (фиг. 1) снабженодиэлектрическими вставками 2, число которых равно числу полюсов машины, расположенными симметрично по окружностикольца 1. На поверхности каждого кольца1 расположены щетки 3, число которых небольше числа вставок 2, причем угол омежду осями соседних вставок равен углубщ между осями соседних щеток 3, а угловой размер (. вставки больше углового размера 4,щетки на величину 2 Ь, зависящуюот индуктивности коммутируемого контура,а также от параметров тиристоров.Величина 2 Ь обеспечивает разрыв токапод щеткой и восстановление запирающихсвойств тиристоров инвертора при пуске,Диэлектрические вставки одного кольцасдвинуты относительно вставок другогокольца на угол сдвига секций, подсоединенных к этим кольцам (фиг. 2).Угол Вмежду осью щеток и осью Й полюсов индуктора определяется конструкцией щеточного узла и может быть выбранв интервале Угол срмежду осью вставок кольца и осью фазы, подсоединенной к этому кольцу, определяется углом х коммутации и углом ф опережения включения тиристоров в номинальном режиме, диапазоном изменения этого угла, а также угломУгол Ч таков, что при естественйой коммутации ток в отключаемой секции спадает до нуля под действием коммутационной ЭДС машины, 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: Фп =Я - 3" +Р ч Тл= (РфВ -. а(.,2. Ь,где Р - число пар полюсов машины,4 щ -угловой размер щетки;Рш,-угол между осью щетки и осьюд машины;в -угол между осью одной из вставок кольца и осью фазы, подключенной к кольцу;)8 - угол опережения при пуске,Я - угол опережения в номинальномрежиме;-угол коммутации в номинальномрежиме,Соответствуюций вариант ориентацииэлементов вентильного двигателя при установке щеток на поперечной оси показан нафиг, 3, 4, 5, 6. Причем на фиг, 3 изображенмомент начала механической коммутации тока секции В на секцию С при пуске, а нафиг. 5, 6 - соответственно моменты началаи окончания естественной коммутации секций В и С в номинальном режиме.При пуске при взаимном положении 1щеток и вставок колец (фиг. 4) открыты тиристоры 7 и 4, а ток протекает через щетки а и в в секциях А и В. При перемещении щеток в положение 11 на тиристор 8инвертора подается отпирающий импульс,при этом ток в секции С начинает возрастатьот нуля, а ток в секции В начинает спадатьвследствие набегания щетки в на вставкукольца фазы В. При совпадении осей щеткиВ и вставки кольца В ток в секции В прекращается в результате разрыва электрическо.го контакта между щеткой и кольцом.Описанный процесс коммутации происходит с углом опережения включения тиристоров,ди углом коммутации иПо мере разгона двигателя с увеличение,1 ЭДС машины процесс механической коммутации переходит в процесс естественной коммутации.Путем выбора величин углов (ц, 9 в, ф, Ь можно выполнить предлагаемый вентильный двигатель с широким диапазоном изменения величины угла ф в пределахп (У (мах.На фиг, 7 показаны временные диаграм мы токов в коммутируемых секциях В и С при значениях угла Я ф (80. Там же показано взаимное расположение оси щетки и вставки фазы В для моментов времени начала (ось Н) и конца (ось К) коммутации секции В на секцию С, а также положение щетки на оси диэлектрической вставки в момент разрыва электрического контакта щетки и кольца секции В (ось О), где 1 1 в, 1 в - мгновенные значения токов секций, ев, е - ЭДС коммутируемых секций. 20Как 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 исключаетсян25 пусковое устроиство, что существенно упрощает схему электронного коммутатора вентильного двигателя с естественной коммутацией и питанием от регулируемого источника,Формула изобретенияВентильный двигатель, содержащий индуктор, якорь с многосекционной обмоткой, инвертор и многоканальный контактный переключатель, содержащий кольца, каж- .И дый канал которого содержит проводящие 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 уголтв, определяемый выражением:Р -+0 О о(в-(щв= 1 Р где-угол между осью щеток и осьюполюсов индуктора;Р -число пар полюсов машины;,Ф -угол опережения включения тиристоров в номинальном режиме;в" -угол коммутации в номинальномрежиме;угловой размер щетки;с(в -угловой размер вставки,причем положительное направление отсчетауглов р,и р совпадает с направлением вращения якоря.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР594563, кл. Н 02 К 29/02, 1977.2. Авторское свидетельство СССР50506, кл. Н 02 К 29/04, 1936.Составитехред К. Шираж 783 ВНИИПИ Госуда по делам из 13035, Москва, Ж иал ППП сПатентственного бретений- 35, Рауш г. Ужгор комитета СС и открытий скан наб., д од, ул. Прое 4/5 ктная