Вентильный электродвигатель

(54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ Известен вентильный электродвига" тель, содержащий синхронную электри ческую машину с якорем, имеющим обмотку с 2 п секциями, секции каждой из п пар которой подключены к источнику постоянного тока в противофазе, а пары секций - с фазовым сдвигом 10 между собой в (180/п) .1) и 2),Недостатком этого электродвигателя является большая амплитуда пульсаций электромагнитного момента вен" тильного двигателя, так как число 5 секций в обмотке якоря электрической машины таких двигателей обычно мало (чаще всего 4) . Пульсации момента приводят к неравномерности вращения ротора, т.е. - к колебаниям скорости, 20 особенно значительным при малой инерционности нагрузки.Наиболее близок к предлагаемомупо технической сущности,и достигаемому результату вентильный электро" 25 двигатель, содержащий ротор, статор, обмотка якоря котброго, подсоединенная через коммутатор к источнику постоянного тока, состоит из п пар секций, причем секции в каждой паре 30 Изобретение относится к электро,технике. 2, сдвинуты относительно друг друга на 1800, а пары - относительно друг друга на (180/и), и дополнительный ис-точник, имеющий и элементов (обмоток)с переменной ЭДС, частота которой в,2 раза больше частоты коммутации тока в.каждой секции двигателя, элементы дополнительного источника поотдельности включены последовательнос парами секций так, что амплитудаЭДС элемента находится в противофазес амплитудой ЭДС секцийнаходящейся,под напряжением источника постоянного тока 21Однако и у него компенсация пульсаций вращающего момента осуществляется не во всех режимах работы, вчастности.в режимах, близких к режи му холостого хода и режимах, близких, короткому замыканию.Цель изобретения - снижение пульсаций вращающегося момента.Поставленная цель достигается тем, что двигатель снабжен дополнитель: но измерителем скорости вращения и регулятором величины ЭДС дополнительного источника, причем вход регуля- . тора соединен с выходом датчика скоости вращения, а сам регулятор выолнен в виде преобразователя элект+ Ессоя преобразов а(5 Так как Ескоэффициейттивных парамны, то выраЕ =с 0 Е(я 1 пА+ соя чение тока секции пуске двигателя что среднее эначеента четырехсекцио параллельным вклю- но-- зн прс Г Известноние пусково ного двигат 30 чением секцМп.сдТогда взначения эл З 5 относительн пся мгнов Лыражениеектромаых един нного мента итного м ах имеет ид ем. м Р=Тгде й= -- относо олнительнсвойств аитическимромагнитии и при"Е соя 2(,коэффициент,какую частьсекции состаЭДС удвоенно ЭД 10 соотв ец где Кобоэначе е= -К Е соя 2 йоказывающий от амплитуды ЭД вляет амплитуда й частоты, значение ЭДС е цепи секций рического сигнала, пропорционального,скорости вращения, в электрическийсигнал, обратно пропорциональный скорости.На фиг. 1 изображена схема устройства; на фиг. 2-11 - кривые, поясняющие его работу.Устройство содержит пары 1,2 и3;4 секций якорной обмотки синхронной машины, транзисторы 5-8,подключающие секции к источнику питания,источники 9, 10 дополнительных ЭДСудвоенной частоты, регулятор 11, измеритель 12 среднего значения скорости, источник 13 постоянного токаВентильный электродвигатель работает следующим образом.Секции в парах 1, 2 и 3, 4 подключаются к источнику постоянного тока13 в противофазе, т.е. если одна изсекций кодой пары подключена к источнику, то другая секция пары отключена от него и наоборот, В свою очередь подключение к источнику 13 секций разных пар осуществляется сосдвигом в 90 . 1 оследовательно с парой секций 1, 2 введен дополнительный источник 9, а с парой секций 3,4 - источник 10.При работе электродвигателя, ро- .тором электрической машины которогоявляется постоянный магнит, в секциях индуктируется переменная ЭДС, частота которой определяется частотойвращения ротора. Форма этой ЭДС может быть синусоидальной или треугольной. Форма дополнительной ЭДС удвоенной частсты, вводимой в цепи обмотки электрической машины, также.может быть синусоидальной или треугольной.Для оценки влияния доп ойЭДС удвоенной частоты надвигателя пользуются анал ивыражениями для его электного момента при отсутствналичии укаэанной ЭДС.П р и м е р1. ЭДС удвоенной частоты отсутствует.Мгновенное знФного момента юп эражают отношениещ = -я-,Р(1)где Р - мгновенное значение элекромагнитноймощности,д - среднее значение угловойскорости ротора.Пусть в рассматриваемый моментвремени ток протекает по секциям 1и 3, тогдагде 1 ачение электромагнитлектродвигателя вым А - текущее значение угламежду вектором. ЭДС статора и вектором поля ротора;ч - напряжение источника постоянного тока,5 здесь и далее индуктивностью секций обмотки якоря машины пренебрегают,С учетом выражений (3) и (4) Опуская промежуточн ия, получают ч Е Р = (яхпд.с ЭИС , где С - постоянный зависящий от конструкетров электрической маши- ение (5) имеет вид сительное значениесредней скорости;Ьо=с у - скорость 1 идеального 11О 7 4холостого хода (1) .На фиг. 2 для различных значениЯ,скорости со (О у О, 4 р О, б р О, 8) прив едены кривые. зависимости в: Й(Ф), период изменения которой составляет 90Видно, что при любой средней скорости амплитуда .пульсации электромагнитного момента очень велика и составляет 0,325 Мпричем с ростом скорости относительное значение пульсаций момента возрастает. Естественно,что такие пульсации момента обуслов ливают значительную неравномерностьвращения роторадвигателя.П р и м е р 2. ЭДС удвоен ой частоты вв УПользуясь выражениями (1), (2) сучетом того, что теперь токич - Е в 1 и -К Е соя 2 л,гl сч - Е соя.К Е соя 2 Анаходят выражение для мгновенногозначения электромагнитного моментадвигателяш = - (вь.Ы+ совд,)11 - К сов 2 А(соя ю, - валид )(8)На фиг, 3-5 представлены кривыезависимости в = й(А), построенныепо выражению (8) для различных значений скорости й и различных значений К: К : 0,45 (фиг. 3), К0,5(фиг. 4), К = 0,55 (фиг. 5),Анализ укаэанных завнсимостей показывает, что введение в цепь пита,ния двигателя добавочной ЭДС удвоен 1,ной частоты существенно снижает пульсации электромагнитного момента и повышает равномерность вращения ротора;каждому значению коэффициента К соответствует определенное значениескорости, при которой указанные пульсации минимальны,На фиг, 9 представлена кривая, по,казывающая,как должен корректироваться коэффициент К, чтобы при изменении средней скорости (в) пульсации мгновенного значения момента оставались минимальными (для данногослучая - в пределах 5-6 от среднегозначения момента). 35Пульсации электромагнитного момента вентильного электродвигателя, ЭДСсекций которого имеет синусоидальнуюформу, снижаются Еще в большей степени, если ЭдС удвоенной частоты име Оет треугольную форму.Для этого случая выражение мгновенного значения электромагнитногомомента двигателя имеет видш = - (врио+ совА) -КсоГ + я 1 и 2 с) (9) 45шК На фиг, 6, 7, 8 изображены семейства кривых зависимости в = Х,построенные по выражению (9) для разных значений скорости со и разных зна Очений К, а именно для К0,45(фиг.6),К щ 0,5 (фиг. 7), К " 0,55 (фиг. 8) .Анализ этих кривых, а также обработка вычислений, произведенных с по-.мощью ЭВМ, показывают, что при определенных средних скоростях (со) пульсации электромагнитного момента непревышают 2,Из зависимости, приведеннойнафиг. 9 вытекает вывод, что для обес Опечения минимума пульсаций электромагнитного момента (а следовательно,) пульсаций скорости) при изменениирреднего значения скорости, вызванном, например изменением нагрузки, 65 1 еобходимо соответственно изменятьреличину К. При реализации устройства эту функцию выполняет регулятор11, воздействующий на амплитуду ЭДС источников 9 и 10 по сигналу измерителя 12 среднего значения скоростиЕсли ЭДС секций обмотки якоря электродвигателя имеют треугольную форму, то выражение для электромаг нитного момента имеет видЯ - ф з )Я лПульсации Электромагнитного момента (фиг. 10) воздействуют с увеличе)нием скорости (при со : 0 пульсации отсутствуют)При введении в цепь питания обмотки двигателя дополнительной ЭДС тдвоенной частоты и треугольной фориы (К : 0,5) выражение для электромагнитного момента приобретает видЯ.й 1 ---- О 32т,е. пульсациимомента полностью от-, сутствуют при любом значении скорости (фиг, 11) .Таким образом введение в цепи питания вентильного электродвигателя ЭДС удвоенной частотыпоотнОшениюк частоте ЭДС, индуктируемой в обмотке якоря, существенно снижает пульсации электромагнитного момента, аследовательно, повышает равномерность вращения ротора,Источником ЭДС удвоенной частотыможет быть, например, синхронный генератор, выполненный в одном корпусе с вентильным электродвигателемили сидящий на валу, последнего. Соединение валов двигателя и генераторадолжно обеспечивать требуемый фазовый сдвиг ЭДС основной и удвоеннойчастот, Применение синхронного генератора дает возможность осуществитьтребуемое регулирование величины ЭДСудвоенной частоты, обеспечивающееминимальные пульсации электромагнит-ного момента при различных значенияхскорости,Формула изобретения1, Вентильный электродвигатель,содержащий ротор, статор, обмоткаякоря которого подсоединенная черезкоммутатор к зажимам для подключенияк источнику постоянного тока, состоит из и пар секций, причем секции в каждой паре сдвинуты относительно друг друга на 180 а пары - относительноодруг друга на (180/и), и дополнительный источник, имеющий и элемен" тов с переменной ЭДС, частота которой в два раза больше частоты комму"тации тока в каждой секции двигателя, а элементы дополнительного источника по отдельности включены последовательно спарами секций обмотки якоря,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью сйижения пульсаций вращающего момента, двигатель снабжен дополнительно измерителем скорости вращения и регулятором величины ЭДС дополнительного источника, причем вход регулятора соединен с выходом датчика скорости вращения.2. Электродвигатель по и. 1, о т л и ч а ю щ й й с я тем, что регулятор выполнен в виде преобразователя электрического сигнала, пропорционального скорости вращения, в электрический сигнал, обратно пропорциональный скорости,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе51. Овчинников И.Е., Лебедев Н.И.Бесконтактные двигатели постоянноготока автоматических устройств,Наука , 1966, с, 18-22,2, Авторское свидетельство СССР9 550734, кл, Н 02 К 29/02, 1975,.Заказ 257 Тираж 783Подписи ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035 Москва, 3-35, Раушская наб., д.