Высокоскоростной вентильный электродвигатель

 

ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий индуктор, якорь с многофазной обмоткойj от каждой части витков фазы которой выполнены дополнительные отводы, датчик положения ротора, тиристорный коммутатор, через который к источнику питания подключена обмотка якоря, и систему управления, вклюйа- « ющую в себя усилители-форьшрователи и устройство переключения режима работы, отличающийся тем. что, с целью упрощения, уменьшения массы и габаритов и повьшения надежности , двигатель содержит распределители управляющих импульсов с даумя управляющими входами и дополнительный коммутатор, включенный параллельно тиристорному и соединенный своим выходом с дополнительными отводами обмотки якоря, каждый ключ которого состоит из последовательно соединенных вспомогательного тиристора и транзистора, выходы каждого (Л из распределителей соединены с управляющими цепями силовых ключей обоих коммутаторов, один из входов § соединен с выходом датчика положения ротора, а другой вход - с устройством переключения режима работы. со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК, ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР (19) (11) (50 4 Н 02 К 29/06 (21) 3328126/24-07 (22) 07 ° 08.81 (46) 07.12.85. Бюл. № 45 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электромашнностроения (72) Н.П.Адволоткин и А.Ю.Янковский (53) 621.313.13.014.2:621,382(088.8) (56) Ohswald Н., Fricke Н. Drehstrommaschinen mit Stromrichterspeisung"ETZ", 1965, Bd А 86, N 18, $ 600601.

Патент ФРГ ¹ 2531391, кл . EI 02 P 13/18, 1972.

Толстов Ю.Г. Автономные инверторы тока. M.: Энергия, 1978, с.88. (54) (57) BbICOKOCKOPOCTHOA ВЕНТИЛЬНЬЙ

ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, содержащий индуктор, якорь с многофазной обмоткой, от каждой части витков фазы которой выполнены дополнительные отводы, датчик положения ротора, тиристорный коммутатор, через который к источнику питания подключена обмотка якоря, и систему управления, включающую в себя усилители-формирователи и устройство переключения режима работы, отличающийся тем что, с целью упрощения, уменьшения массы и габаритов и повьппення надежности, двигатель содержит распределители управляющих импульсов с двумя управляющими входами и дополнительный коммутатор, включенный параллельно тиристорному и соединенный своим выходом с дополнительными отводами обмотки якоря, каждый ключ

У которого состоит из последовательно соединенных вспомогательного тиристора и транзистора, выходы каждого из распределителей соединены с управляющими цепями силовых ключей обоих коммутаторов, один из входов соединен с выходом датчика положения ротора, а другой вход — с устройством переключения режима работы.

1197018 2

Изобретение относится к электрическим машинам, а именно к высокоскоростным вентильным электродвигателям, и -может быть использовано в приводах высокооборотных механизмов, не требующих больших пусковых моментов, таких, как компрессоры, насосы, центрифуги и другие устройства.

Известны вентильные электродвигатели, содержащие электрическую машину с многофазной статорной обмоткой, датчик положения ротора и полупроводниковый коммутатор, включающий в себя тиристорные силовые ключи, через которые к источнику питания подключена статорная обмотка, и устройство переключения работы двигателя (с искусственной и естественной коммутациями) . Пуск двигателя осуществляется при работе его в режиме искусственной коммутации.

По достижении некоторой частоты вращения, составляющей 0,1-0,2 от значения номинальной частоты вращения, осуществляется переход на естественную коммутацию. В вентильном двигателе трехфазная статорная обмотка подключена с помощью тиристорных ключей коммутатора к источнику питания через регулируемый тиристорный выпрямитель (1) . Недостаток этого устройства заключается в его низкой частоте вращения, составляющей 0,1-0,2 от значения частоты сети, т.е, 5-8 Гц при питании от промышленной сети частотой 50 Гц, Для высокоскоростных двигателей частоты коммутации (при числе пар полюсов р=1-3) лежит в ripeделах 200-1000 Гц, поэтому при частоте коммутации 5"1О Гц двигатель не достигает частоты вращения, при которой возможен переход на естественную коммутацию.

Известен также вентильный электродвигатель, в котором прерывание питания осуществляется с помощью транзисторных ключей с частотой, превышающей частоту сети. Электродвигатель содержит в цепи постоянного тока транзисторы, обеспечивающие прерывание тока по сигналам с элементов управляющих цепей транзисторов коммутатора (2j .

Недостатками данного электродвигателя являются необходимость работы транзисторов с номинальным током дви

45 гателя и на полное напряжение питания, что ограничивает мощность двигателя и его напряжение питания, и значительные потери в транзисторах.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является вентильный электродвигатель, который содержит якорь с многофазной обмоткой, имеющей отводы от части токов каждой фазы для изменения частоты вращения, датчик положения ротора,. мостовой коммутатор с силовыми тиристорными ключами, через которые к источнику питания подключена ста-! торная обмотка, устройство переклю чения режима работы двигателя. Двигатель содержит также батарею коммутирующих емкостей, подключенных к силовым ключам с помощью дополнительных тиристоров. Управление силовыми тиристорами осуществляется по сигналам датчика положения ротора через усилители-формирователи, а дополнительными тиристорами - через логические элементы. При пуске двигателя обеспечивается режим искусственной коммутации силовых тиристоров с помощью коммутирующих емкостей. По сигналу устройства переключения режима работы дополнительные тиристоры запираются, и дальнейшая работа двигателя осуществляется в режиме естественной коммутации (3) .

Недостатками известного двигателя являются сложность, большая масса и габариты и низкая надежность.

Это объясняется наличием громоздкой батареи коммутирующих емкостей и трудностями согласования моментов работы дополнительных и основных силовых тиристоров, обуславливающих низкую надежность коммутатора.

Цель изобретения — упрощение конструкции, снижение массы и габаритов коммутатора и повышение надежности.

Цель достигается тем, что двигатель содержит распределители уп50 равляющих импульсов с двумя управляющими входами и дополнительный коммутатор, включенный параллельно тиристорному и соединенный своим выходом с дополнительными отводами

55, обмотки якоря, каждый ключ которого состоит из последовательно соединенных вспомогательного тиристора и транзистора, и распределители сигна, 1!97018

55 лов, выходы каждого из которых соединены с управляющими цепями силовых ключей обоих коммутаторов, один из входов соединен с выходом датчика положения ротора, а другой вход— с устройством переключения режима работы.

На фиг. 1 приведена схема коммутаторов с подключенной к ним обмоткой и системой управления двумя силовыми ключами; на фиг. 2 — блоксхема распределителя управляющих импульсов; на фиг. 3 — диаграммы на- пряжений, снимаемых с элементов двигателя.

Вентильный электродвигатель содержит мостовой тиристорный коммутатор 1 с силовыми ключами 2-7, через которые к источнику питания подключены фазы 8-10 трехфазной статор" ной обмотки, имеющей отводы 11-13.

Параллельно тиристорному коммутатору 1 подключен дополнительный коммутатор 14 с сиповыми ключами

15-20, каждый из которых, например ключ 15, состоит из последовательно соединенных тиристоров 21 и транзистора 22, шунтированных в обрат" ном направлении диодом 23. Через силовые ключи 15-20 коммутатора 14 с источником питания соединены отводы

11-13 статорной обмотки. Силовые ключи коммутаторов 1 и 14, через которые с источником питания соединена одна и та же фаза статорной обмотки, своими управляющими цепями связаны с одним и тем же распределителем сигналов. Например, силовые ключи 2 и 15, соединенные с фазой 8 и.отводом 11, управляющими цепями своих элементов соединены через усилители-формирователи 24-26 с распреде лителем 27 управляющих импульсов.

Распределители сигналов с соответствующими усилителями-формировате" лями остальных ключей на фиг.! не показаны. Каждый распределитель 27 сигналов соединен своими входами с. датчиком 28 положения ротора и устройством 29 переключения режима ра»боты.

Блок-схема распределителя 27 сигналов выполнена на логических элементах HE 30-32 и на логических элементах ИЛИ-НЕ 33-35. Входы 36 и 37 распределителя управляющих импульсов соединены соответственно с уст10 15

50 ройством 29 переключения режима работы и датчиком 28 положения ротора.

Выходы 38-40 через усилители-формирователи 24-26 соединены соответственно с тиристором 2, тиристором 21 и транзистором 22.

Сигнал U (фиг.3) поступает с устройства 29 переключения режима работы на вход распределителя 27 сигналов, на другой вход которого подается сигнал U с датчика 28 положе-. ния РотоРа. Сигналы П, U 1 и П, снимаемые соответственно с транзистора 22, тиристора 21 и тиристора 2 характеризуют отпертое и запертое состояние этих элементов. Пунктирная линия 41 обозначает момент переключения режима работы двигателя с искусственной коммутации на естественную.

Двигатель работает следующим образом.

Пуск двигателя производится при работе ет о в режиме искусственной коммутации на пониженном напряжении питания, При отсутствии сигнала с устройства 29 переключения режима работы, отпирающие сигналы с распределителей сигналов, например с распределителя 27 сигналов, поступают только на транзистор 22 и тиристор 21.. При этом тиристор 21 находится в отпертом состоянии s течение всего периода работы двигателя в режиме искусственной коммутации, а транзистор 22 отпирается только при поступлении на вход распреде-. лителя сигналов с датчика положения ротора. Таким образом, режим искусственной коммутации в предлагаемом двигателе характеризуется запертым состоянием силовых тиристоров коммутатора 1, отпертым состоянием тиристоров коммутатора 14 и коммутацией части статорной обмотки, осуществляемой через отводы 11-13 с помощью транзисторов коммутатора 14.

Значение напряжения питания, плавно возрастающего с повышением частоты вращения, не должно при этом превышать максимально допустимого для трanэисторов напряжения.

При достижении двигателем часто ты вращения, составляющей 0,1-0,2 от значения поминальной частоты, осуществляется переход на режим работы с естественной коммутацией. Дпя этого с устройства переключения ре-

5 1 жима работы подается сигнал на распределители сигналов в результате чего запираются тиристоры коммутатора 14, отпираются на весь период работы в режиме естественной коммутации .транзисторы коммутатора 14, а переключение обмотки осуществляется силовыми тиристорами коммутатора 1, отпираеылми s моменты, когда имеет место сигнал с датчика положения ротора (фиг.З) .

Применение предлагаемого двигателя, в сравнении с известным позL воляет исключить батарею коммути-. рующих емкостей с подключающими их тиристорами и упростить схему и процесс пуска двигателя за счет применения полностью управляемых сило4

197018 Ь вых элементов. За счет того, что с помощью транзисторов коммутируется только часть обмотки, повышается частота вращения двигателя, и переход на режим естественной коммутации обеспечивается при меньшем напряжении питания. Это позволяет при напряжении питания двигателя 600 В и более использовать существующие

10 мощные силовые транзисторы, предельно допустимое напряжение длякоторых практически не превосходит

100-120 В с предельным коллекторным током 100 А.

15 За счет существенного упрощения системы управления повышается надежность двигателя, увеличивается срок его непрерывной работы.

Риг. 1

)197018

Ðèã.2.

2У

Ь2

Составитель А.Санталов

Редактор Н.Яцола Техред A.Áàáèíåö Корректор С.Шекмар

Заказ 7573/55 Тираж 645 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Фипиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4