Многофазный вентильный электродвигатель

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„80ы 1267544 А 1 (51)4 Н 02 К 29/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3778805/24-07 (22) 10 ° 08.84 (46) 30. t0.86, Вюл. 9 40 (72) А.С.Айнварг (53) 621 316.718(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 649015, кл. Н 02 К 29/00, 1976.

Авторское свидетельство СССР

У 748697, кл. Н 02 К 29/00, 1978. (54) МНОГОФАЗНЫЙ ВЕНТИЛЪНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является расширение диапазона регулирования и улучшение энергетических характеристик. Многофазный вентильный электродвигатель содержит m-фазную обмотку (О), каждая фаза которой имеет выведенную среднюю точку. Средние точки фазных 0 подключаются к т-фазной сети. Выводы фаз подключены к средним точкам двух мостовых выпрямителей (В). Один В выполнен на диодах (Д)

7-12, другой — на Д 13-18. К средним точкам фазных 0 подключен третий мостовой B составленный из Д 19-24.

Между общими точками анодной группы

Д первого В и катодной группы Д третьего В включен ключ (К) 25. К 26 включен между общими точками катодной группы Д второго В и анодной группы Д третьего В. К 27 включен между общи— ми точками анодной группы Д второго

В и катодной группы Д третьего В. К

28 включен между общими точками катодной группы Д первого В и анодной с@ группой Д третьего В. В устройстве обеспечивается реверсивное дискретное вращение н.с, якоря, а значит, и ротора с любой частотой вращения. Дис- С кретное вращение поля при низких частотах вращения может использоваться в шаговом режиме. 5 ил.

67544 относятся. Полярности двух обмоток, подключенных к одной фазе, например, обмоток 2 и 5, одинаковы относительно этой фазы, как показано точками на фиг.1, а сами обмотки сдвинуты на полокружности статора (фиг.2), т.е ° две обмотки, подключенные к одной фазе питания, создают одинаковую н.с. при обратных токах. Поэтому якорную

10 обмотку двигателя можно рассматривать и как шестифазную, и как трехфазную, у которой каждая фаза состоит из двух

\ одинаковых, но встречно соединенных частей.

15 При положительных фазных напряжениях могут проводить диоды 7, 9, 11

14, 16, 18, 19, 0> 2 1, при отрицательных — остальные диоды. Как и в обычных выпрямителях, в каждой ка20 тодной группе вентилей (у которых соединены катоды) проводит диод с максимальным анодным напряжением, в каждой анодной группе — с минимальным катодным напряжением. Обмотки, подключенные к одной фазе питания, создают одинаковую н.с. в два палупериода. Например, в тат полупериод, когда фазисе напряжение средней фазы В голожительна и проьодит диод 9, абмот30 ка 2 создает такую же н.с. как и обмотка 5 во второй палупериод, когда проводит диод 15.

Ротор двигателя (не показан> обычной конструкции для машин переменного тока, может быть возбуждаемый или пассивный.

На фиг.3 изображены фазные напряжения питания А, В, С угловой частоTbI © B IIo$I, HHMI — таблица включения вентилей и: ключей с номерами элементов фиг.1. Таблица состоит из пяти горизонтальных полос, расположенных одна под другой и разделенных небольшими промежутками, а каждая полоса, состоящая из трех горизонтальных граф, относится к одному режиму. В трех графах каждой полосы представлеjHbI номера проводящих диодов (в первых двух графах) и включенных ключей (r, третьей графе) для каждого интервала.

Шкала времени дана под таблицей. В таблице наказаны переключения для пяти режимов, эти режимы иллюстрируются диаграммами фиг.4-8 °

1 12

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться в позиционном и регулируемом электроприводе.

Целью изобретения является расширение диапазона регулирования и улучшение энергетических характеристик.

На фиг.1 показан пример принципиальной схемы устройства, на фиг.2— пространственное распределение чисел витков фазных обмоток, на !оиг,.3 — фазавые питающие напряжения и таблица переключений в различных режимах, на фиг.4 - диаграммы магнитного поля для синхронной частоты вращения, на фиг.5 и 6 — то же, для двух положений неподвижно фиксированнога ротора, на фиг.7 — то же, для частоты вращения, равной половине синхронной, на фиг.8 — то же, для частоты вращения, равной четверти синхронной.

Многофазный вентильный электродвигатель {фиг.1) содержит m- фазную обмотку (m = 3), каждая фаза которой имеет выведенную среднюю точку, так чта образуется шесть обмоток 1-6.

Средние точки фазнь!х обмоток предназначены для подключения к m-.ôàçíîé питающей сети, а выводы фаз подключены к средним точкам двух мостовых выпрямителей, состоящих из диодов соответственно 7-12 и 13-18. К средним точкам фазных обмоток подключены также средние точки третьего мостового выпрямителя, состоящего из диодов 1924. Схема содержит четыре полностью управляемых ключа (например, транзисторы или полностью управляемые тиристоры); ключ 25 включен между общими точками анодной группы диодов первого выпрямителя и катодной группы диодов третьего Выпрямителя, ключ ?6 включен между общими точками катодной группы .второго выпрямителя и анодной группы третьего выпрямителя„ ключ ?7 включен между общими точками анодной группы второго выпрямителя и катадной группы третьего выпрямителя, ключ 28 включен между общими точками катодной группы первого выпрямителя и аноднай группы третьего выпрямителя.

На фиг.2 показаны трапецеидальные распределения чисел витков обмоток по окружности статара — вдоль пространственной координаты х (или намаг- Б ничивающие силы (н.c) при единичном положительном токе), причем цифрами указано к каким обмоткам фиг.1 они

Работа устройства рассматривается в нескольких режимах.

Первый режим — первые три графы таблицы фиг.3. Си:нхронная частота

12á 7544 вращения, переключаются только ключи

25 и 28. В интервале 0 mt «< /3, когда напряжение фазы В отрицательно, ток обмотки 2 замыкается через диод

10 и ключ 25 сначала на фазу С (диод

21), затем — на фазу А (диод 19). В следующий интервал. /3 c Q t + 2 /3 включается ключ 28 и вступает в работу обмотка 1, ток которой через диод

7 и ключ 28 замыкается сначала на фа- 0 эу В (диод 23), затем — на фазу С (диод 24). Дальнейшие переключения видны из таблицы. Диаграмма фиг.4 изображает положения н.с. сразу за моментами переключения в первых трех <5 интервалах. Как видно из фиг.4, через каждые 7/3 временных радиан н.с. яко-" ря передвигается на и /3 пространственных радиан, т.е. вращается в дискретном (Шаговом) режиме с синхрон- 20 ной угловой скоростью cD. Интервалы работы ключей 25 и 28 разделены небольшими промежутками, необходимыми для полного восстановления их запирающих свойств. 25

Второй режим — вторые три графы таблицы: получение неподвижного магнитного поля заданного направления, совпадающего с осью фазной обмотки 1.

Как видно из таблицы фиг.3, те интер-30 валы, когда напряжение фазы А максимально или минимально, включены по одной из двух обмоток 1 и 4, которые соединены с этой фазой и в оба полупериода дают одинаковую н.с. В остальные интервалы включены одновре- менно по одной обмотке двух других фаз, так что сумма их н.с. равна н.с, обмотки t. Это суммирование .н.с. иллюстрируется на фиг.5, где суммиру-:. . 0 емые н.с. обмоток изображены пунктиром, а их сумма — сплошной линией.

Как видно из фиг.5, она остается все время неподвижной.

Третий режим — следующие три графы таблицы фиг ° 3 и фиг.б - иллюстрирует возможность поворота н.с. на заданный угол, в частности это угол Т /3. Здесь включены большие интервалы 27/3 об- 50 мотки, соединенные с фазой С, и небольшие интервалы 7/3 по две обмотки двух других фаз, сумма н.с. которых дает требуемую н.с. Сопоставленные фиг.5 и б показывают, что магнитное поле опять неподвижно, но ось его сдвинута на Т/3 относительно предыдущего положения.

Четвертый режим — следующие три графы таблицы: получение частоты вращения вдвое меньше синхронной. Каждый вентиль проводит интервал 2i /3, как в обычном мостовом выпрямителе, но первый и третий мост работают по очереди ° Режим иллюстрируется фиг.7. Из сопоставления с фиг.4 видно, что в каждом направлении ось н.с. удерживается вдвое дольше, чем при синхронной частоте вращения, причем поле вращается в обратную сторону.

Пятый режим — последние три таблицы: получение скорости вращения вчетверо меньшей, чем синхронная. В этом режиме также есть длинные интервалы по 2 й/3, когда включена одна обмотка, есть вдвое меньшие интервалы, когда включена только одна обмотка и есть такие же интервалы, когда включены по две обмотки, сумма н.с. которых равна требуемой. Pежим иллюстрируется фиг.8, откуда видно, что в каждом направлении ось н.с. удерживается вчетверо дольше, чем при синхронной частоте вращения, причем поле вращается в ту же сторону.

Таким образом, можно получить реверсивное дискретное вращение н.с. якоря, а значит, и ротора с любой скоростью. Дискретность вращения поля при низких частотах-вращения может использоваться для шаговых двигателей, а при высоких частотах вращения не имеет принципиального значения для большинства приводов, где важно лишь среднее значение развиваемого момента..

Если переключения используются для разгона синхронного двигателя, то после достижения синхронной частоты вращения обмотки 4, 5, б отключаются от своих вентилей и соединяются с обмотками J, 2, 3 (переключатель на фиг.1 не показан) в соответствующем направлении — это улучшает степень использования обмоток. С этой же целью можно переключить полярности трех обмоток, чтобы выпрямительные мосты работали параллельно.

Пример схемы на фиг.1 показан с использованием мостовых выпрямителей, хотя возможно использование нулевой схемы выпрямления.

Технико-экономическим преимуществом предложенного многофазного вентильного двигателя является расширение диапазона регулирования. Извест% 3 267544 Ь

we вентильные двигатели, имеющие одним выводом к общим точкам анодной простую схему, допускают реверсивное и катодной групп диодов выпрямителей, регулирование частоты вращения толь- о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с ко до 1/3 от синхронной, тогда как, целью расширения диапазона регулиропредложенный позволяет регулирование вания и улучшения энергетических хачастоты вращения в обе стороны вплоть рактеристик, введены третий мостовой до синхронной, при этом улучшаются выпрямитель и третий и четвертый полего энергетические характеристики ностью управляемые ключи, при этом (уменьшаются действующие значения то- средние. точки третьего мостового ка и потерь). щ выпрямителя подключены к средним точкам фаз электродвигателя, а общие ф о р м у л а и з о б р е т е а и я точки катодной и анодной групп третьего мостового выпрямителя — к вто-

Многофазный вентильный.электродви- рым выводам первого и второго ключей, гатель, содержащий многофазную обмот- 15 тРетий ключ включен между общими точку выводы фаз которых подключены к ками анодной группы третьего выпрямиУ с едним точкам двух мостовых выпрями- теня и катодной группы второго выпряР телей а выводы средних точек фазных мителя, а четвертый ключ включен межЭ обмоток предназначены для подключения ду общими точками катодной группы к сети два полностью управляемых - 2О третьего выпрямителя и анодной группы ключа каждый из которых подключен первого выпрямителя. а

12б 7544

1267544

g р.Е уХ ЯЛ г л фца. 8

Составитель В. Тарасов

Редактор М.Келемеш Texpe -Олейник Коооектоо М.демчик

Заказ 5791/54 Тирам 631 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ултород, ул. Проектная, 4