Вентильный электродвигатель

 

ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий ротор с устройством возбуждения , статор, на котором расположена многосекционная обмотка якоря, с N выводами которой связаны 2 N тиристоров инвертора, образующих анодную и катодную группы, состоящие каждая из двух подгрупп, оДна из 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 положения ротора, отличающийся тем, что, с цельк) расширения области применения , он снабжен шестью шунтирующими диодами и дросселем, подключенным последовательно с конденсатором, диоды подключены встречно-параллельно тиристорам коммутирующих устройств, анод каждого из тиристоров коммутирующего катодного устройства соеди нен с катодом одного из тиристоров анодного коммутирующего устройства через диод, причем тирис1торы н диоды соединены одноименными электродами .

5 1 А

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) .

3151) Н 02 К 29 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABT0PCH0lVlY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3506532/24-07 (22) 29.10.82 (46) 07.01.84. Бюл. )) 1 (72) С.Н.Деспоташвили, Ш.Е.Циклаури, А.Ф.Размадзе и В.A.ËîÌàêèí (71) Тбилисское производственное объединение "Электровозостроитель" (53) 621.313.13.014.2:621.382(088.8) (56) 1. Патент Франции )) 2436522, кл. Н 02 К 29/02, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР

)) 913526, кл. Н 02 К 29/02, 1980. (54 ) (57 ) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий ротор с устройством возбуждения, статор, на котором расположена многосекционная обмотка якоря, с N. выводами которой связаны 2 N 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, отличающийся 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 соеди- Е

O нен с катодом одного из тиристоров анодного коммутирующего устройства через диод, причем тирисУоры и диоды соединены одноименными электродами .

1065981

Изобретение относи=oÿ к электротехнике,, в частности к электрическим машинам с бесконтактной коммутацией, осуществляемой с помощью полупроВодни к Ових и Ои боров

Известны вентильные электродвига- 5 тели (ВД), содержащие расположенную на роторе обмотку. возбуждении и неподвижную многосекционную обмотку якоря. Между каждой парой смежных секций имеется точка отвода, 1Î которой подключены полупроводниковые переключающие устройства, связывающие точку отвода с разнополярными зажимами источника питания и устройства для искусственной комму-15 тации тиристоров инвертора (1 ).

Недостатком данного ВД является сложность инвертора и коммутирующих устройств, Наиболее бгиэок к предлагаемому

rro технической сущности вентильный электродвигатель, содержащий ротор c устройством возбуждения, статор, ,на котором расположена многосекционная обмотка якоря,. с М выводами которой связаны 2 Й тиристоров инвертора, образующих анодную и катодную

Группы, состоящие из двух частей (подгрупп ) каждая, тиристоры одной из которых связаны с четными, а тиристоры другой - с нечетными выводами обмотки якоря, общие точки тиристоров подгрупп соединены с цепью питания через тиристоры cooòветственно анодного и катодного коммутирующих устройств, и связаны с конденсатором,з5 а также схему управления тиристорами, например, от датчика положения ротора 21.

Недостатком известного ВД являетcsf невозможность его применения в 4О устройствах, требующих регулирования скорости вращения

Цель изобретенпя — расширение области применения ВД, Поставленная цель достигается 45 тем, что вентильный электродвигатель, содержащий ротор с устройством возбуждения, статор, на котором расположена многосекционная обмотка якоря,с N выводами которой связаны

2Й 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 кон--6О денсатором, а также схему управления тиристорами от датчика положения po" тора, снабжен шестью шунтирующими диодами и дросселем, подключенным последовательно с конденсатором, дио- 65 ды подключены встречно-параллельно тиристорам коммутирующих устройств, анод каждого из тиристоров коммутирующего катодного устройства соединен с катодом одного из тиристоров анодного коммутирующего устройства через диод, причем тиристоры и диоды соедичены одноименными электродами, На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема БД; на фиг ° 2 — упрощенные диаграммы токов и напряжений различных элементов схемы ВД, в частности на фиг. 2а — изменение коммутирующих тиристоров за время одного коммутирующего цикла; на фиг. 2 6 — ток в шунтирующих дисдах; на фиг. 2в — ток и напряжение коммутирующего конденсатора;, на фиг. 2 ъ — мгновенное напряжение на обмотке якоря за время коммутационного цикла.

Машина содержит неподвижную многосекционную обмотку 1 якоря, с выводами которой связаны тиристоры анодной 2 — 7 и катодной 8 — 13 групп инвертора. Каждая группа состоит из двух подгрупп и подключается объединенными в точки 14-17 однополярными электродами ключевых тиристоров к соответствующим зажимам источника питания через анодное 18 и катодное

19 коммутирующие устройства. Необходимая последовательность включения тиристоров обеспечивается сх.емой 20 управления. Анодное коммутирующее устройство содержит контур из последовательно соединенных конденсатора

21 и дросселя 22, включенный между опорными электродами анодных подгрупп тиристоров, которые подключены к катодам двух коммутирующих тиристоров

23 и 24, зашунтированных обратными диодами 25 и 26 и подключенных анодами к положительному зажиму источника питания. Точки 14 и 15 связаны с катодами двух шунтирующих диодов

27 и ?8, аноды которых подключены к однополярным электродам катодных подгрупп тиристоров (точки 16 и 17,1 и к анодам двух коммутирующих тиристоров 29 и 30, зашунтированных обратными диодами 31 и 32. Катодное коммутирующее устройство 9 содержит контур из последовательно соединенных конденсатора 33 и дросселя 34, включенных между однополярными электродами катодных подгрупп тиристоров (точ ки 16 и 17 ), которые подключены к анодам двух коммутирующих тиристоров 29 и 30, катоды которых "вязаны с отрицательным зажимом источника питания.

При работе ВД в установившемся режиме намагничивающая сила обмотки якоря вращается с той же угловой скоростью, что и основное магнит

1065981 ное 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 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 3g от источника питания протекает по контуру: + Uä — тиристор 23 — коммутирую-35 щий конденсатор 21 — дроссель 22 тиристор 2 — секции обмотки 1 — тиристор 11 — коммутирующий конденсатор 33 — дроссель 34 — тиристор 29 и - Uä. После зарядки конденсаторов 4р

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 протека-45 ния 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 переэаряд 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- 69 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 устройства по цепи: "+" конденсатора 21 — дроссель 22 — диод 26 — тиристор 23 конденсатора 21, а для катодного коммутирующего блока 19 по цепи:

"+" конденсатора 33 — дроссель 34 тиристор 29 — диод 32 — "-" конденсатора 33, Конденсаторы 21 и 33 перезаряжаются, а их дозарядка проиэводится от питающей сети по контуру

+ U тиристор 23 — конденсатор 21 дроссель 22 — тиристор 2 — секции обмотки 1 — тиристор 11 - конденсатор 33 — дроссель 34 — тиристор 29 и — U„. После дозаряда конденсаторов токи 1 „ и 1ЗЗ становятся равными нулю, следовательно, тиристоры

23 и 29 закрываются, а якорный ток эа счет электромагнитной энергии замыкается по контуру: тиристор 2 секции обмотки 1 — тиристор 11 — диод 28. Таким образом, пока секции обмотки 1 еще не вошли в нейтральную зону между главными полюсами регулирование величины якорного тока производится путем .изменения длитель — . ности отпирания и частоты включения тиристоров 24, 30 и 23, 29.

В момент времени t секции обмото ки 1, связанные тиристорами 2, 3 и

5, 6 входят в нейтральные зоны. При этом 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 тиристоры 23 и 29 начинается процесс коммутации тока в тиристорах 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 t прямой ток тиристоров 23, 3, 12 и 29 достигает значения Эе, 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.

1065981

Аналогично отрицательное напряжение конденсатора 22 прикладывается к секции обмотки 1 по цепи: "+" конденсатора 33 - тиристор 11 — секция обмотки 1 - тиристор 12 — дроссель 34 и конденсатора 33 и одновременно с коммутацией тока в тиристоре 30 способствует спаду тока в тиристоре 11.

В момент времени 1 заканчивается процесс перезаряда коммутирующих конденсаторов 21 и 33, тиристоры 2 . и 11 выключаются, а в коммутирующих секциях обмотки 1 заканчивается реверсирование тока. направление тока в секциях после коммутации показано 35 пунктиром. К обмотке якоря прикла-, дывается полное напряжение источниtea питания, в момент времени 1 закан,чивается переэаряд коммутирующйх конденсаторов 21 и 33. 20

В момент времени t со схемы уп3 равления подается сигнал на включение тиристоров 24 и 30 и конденсаторы 21 и 33 начинают перезаряжаться по вышеописанной цепи.

В момент времени t< тиристоры

23 и 29 выключаются,а разрядный ток конденсаторов 21 и 33 замыкается соответственно через обратные диоды

25 и 31. 30

В момент времени t разрядный ток конденсаторов становится равным и дальнейший дозаряд его производится от источника питания по контуру: +U тиристор 24 — дроссель

22 - конденсатор 21 - т ристор 3— секции обмотки 1 - тиристор 12 дроссель 34 - конденсатор 33 — тиристор 30 и - U .

В момент времени 1 заряд ковденсатора оканчивается, напряжение на 40 обмотке становится равным нулю, а ток якоря замыкается по цепи: тиристор 3 - секции обмотки 1 — тиристор

12 - шунтирующий диод 27 - тиристор 3..

В момент времени 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 0„ подается на обмотку в течение интервала - а7. Напряжение на якоре двигателя регулируется путем изменения времени открытого состояния коммутирующих тиристоров 23 и

24 с помощью схемы 20 управления нли изменением соотношения: (1 - tÄ)/Т

Чем меньше разность (1), 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 катодного устройств так же, как и в двигательном режиме.

1066981 !

tg 1

Фог.г

Составитель A. Ñàí T àëîâ

Редактор Л.Пчолинская Техред О. Цеце,. Корректор Л.Патай

Заказ 11055/56 Тираж 672 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

1065981