Вентильный электродвигатель

 

Изобретение относится к электротехнике , а именно к эл. машинам, и может быть использовано в маховичных накопителях энергии. Двигатель имеет многосекционные обмотки статора 1, подключенные к транзисторным коммутаторам 2 и диодным мостам 3.1- 3.3 обратного тока. Двигатель содержит также датчик положения ротора, дешифратор и задатчик режима работы. Имеются ветви из диода 7 (8), транзисторного ключа 9 (Ю) и второго диода II (l2). Ветви подключены к шинам источника питания 13. Каждый из коммутаторов 2 является многофазньтм Транзисторным мостом. Коммутаторы 2 предназначены для подключения обмоток 1 к источнику питания в соответствии с сигналами датчика положения ротора. К.ПЮЧИ 9, 10 управляются в соответствии с сигналами задатчика режима работы. К входам коммутаторов 2 подключены выходы дешифратора . При работе двигателя с маховичным накопителем энергии при отборе энергии от маховика сначала используют режим, при к-ром обмотка статора через мосты обратного тока и диоды 7, 8, 11, 12 параллельно под- SS ключается к нагрузке. При падении ЭДС статора до нижнего допустимого уровня замыкаются ключи 9, 10,- и двигатель переходит в режим при последовательном подключении диодных мостов. Наибольший процент отбираемой при торможении от механизма энергии , около 80%, возвращается в источник питания при числе коммутаторов N 2. Оптимальное число коммутаторов и мостов обратного тока лежит в пределах 2 N 4. 5 ил. 1 табл. (Л

СООЗ СОВЕТСКИХ

СООИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУ БЛИН (19) (11) А1 (51) 4 Н 02 К 29/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

: с7

И.4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

r10 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3897617/24-07 (22) 22.05.85 (46) 07.02.87. Бюл. 11) 5 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электромашиностроения и Ленинградский политехнический институт им. М.И. Калинина (72) Н.Ф. Васильев, P.К. Евсеев и А.А. Сочивко (53) 627.313.13.014:621.382 (088.8) (56) Патент Франции У 2126568, кл. Н 02 P 7/00, 1978.

Заявка Великобритании 1(2088143, кл. Н 02 К 29/00, 1983. (54) ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к эл. машинам, и может быть использовано в маховичных накопителях энергии. Двигатель имеет многосекционные обмотки статора 1, подключенные к транзисторным коммутаторам 2 и диодным мостам 3.1—

3.3 обратного тока. Двигатель содержит также датчик положения ротора, дешифратор и задатчик режима работы.

Имеются ветви из диода 7 (8), транзисторного ключа 9 (10) и второго диода 11 (12.). Ветви подключены к шинам источника питания 13. Каждый из коммутаторов 2 является многофаэHbIM транзисторным мостом. Коммутаторы 2 предназначены для подключения обмоток 1 к источнику питания в соответствии с сигналами датчика положения ротора. Ключи 9, 10 управляются в соответствии с сигналами задатчика режима работы. К входам коммутаторов 2 подключены выходы дешифратора. При работе двигателя с маховичным накопителем энергии при отборе энергии от маховика сначала используют режим, при к-ром обмотка статора через мосты обратного тока и диоды 7, 8, ll, 12 параллельно подключается к нагрузке. При падении

ЭДС статора до нижнего допустимого уровня замыкаются ключи 9, 1 0 . и двигатель переходит в режим при последовательном подключении диодных мостов. Наибольший процент отбираемой при торможении от механизма энергии, около 80Х, возвращается в источник питания при числе коммутаторов N = 2. Оптимальное число комм — таторов и мостов обратного тока лежит в пределах 2 N 4. 5 ил.

l табл.

1288834

Изобретение относится к электротехнике, а конкретнее к вентильным электродвигателям (ВД) постоянного тока, и может быть использовано в маховичных накопителях энергии и в 5 экономичных приводах инерционных нагрузок.

Целью изобретения является повышение экономичности за счет испольt0 зования рекуперации энергии.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема ВД; на фиг. 2 - схема транзисторного коммутатора; на фиг.3— схема моста обратного тока; на фиг. 4 — схема транзисторного ключа; на фиг. 5 — схема задатчика зажима.

ВД выполнен с возбуждением от постоянных магнитов, с многосекционной обмоткой статора, образованной

N группами многофаэных обмоток I, подключенных к N транзисторным коммутаторам 2 (фиг ° 2) и к N диодным мостам 3 обратного тока. ВД содержит датчик 4 положения ротора (ДПР), де.шифратор 5 и задатчик 6 режима работы. В состав устройства включена

N-1-я ветвь элементов, каждая из которых состоит из последовательно соединенных первого диода 7 (8), транзисторного ключа 9(10) и второго диода ll(12). Катод первого и анод второго диодов каждой ветви подсоединены соответственно к положительной и отрицательной шинам источника

l3 питания, Общий вывод диодов ка35 тодной группы каждого К-ro моста обратного тока 3 подключен к аноду первого диода (К-1)-ой ветви, а обРУппы КВАК 40 дого К-ro моста обратного тока 3 к катоду второго диода К-й ветви. Общий вывод катодной группы первого моста 3.1 обратного тока и общий вывод анодной группы N-ro моста обрат45 ного тока подключены к положительной и отрицательной шинам источника !3 питания соответственно (при N= 3).

Каждый иэ коммутаторов 2 (фиг.2) представляет собой многофазный тран50 эисторный мост. Сигналы на управляющие цепи транзисторов поступают от дешифратора 5 через усилители 14-19, которые, кроме усиления сигналов управления, обеспечивают гальваническую развязку силовой и управляющей частей ВД. Коммутаторы 2 предназначены для подключения. обмоток l статора к источнику 13 питания в соответствин с сигналами ДПР датчика 4 положения ротора.

Многофаэные диодные мосты 3 обратного тока (фиг.3) выполняют две функции: сброс энергии, накопленной в индуктивностях обмоток статора при переключениях ключей транзисторных коммутаторов для исключения перенапряжений на транзисторных ключах; выпрямление ЭДС нндуцируемых в обмотках статора в режиме торможения и рекуперацни энергии.

Ключи 9 и 10 управляются в соответствии с сигналами эадатчика 6 режима работы. Усилитель 20 (фиг.4) обеспечивает усиление логического сигнала управления ключем и гальваническую развязку силовой и управляющей частей ВД.

Каждый из коммутаторов 2 подключен зажимом 21 к положительной, зажимом 22 к отрицательной шине источника 13, а зажимами 23-25 — к зажимам переменного тока мостов 3.1, 3.2, 3.3,...,3.N обратного тока, которые соединяются своими зажимами

26 и 27 постоянного тока.

Соответственно клемма 26.1 подключается к положительной шине источника 13 питания, клемма 27.N — к отрицательной шине источника 13 питания. Каждая(26.К)-ая клемма К-го диодного моста при К > 1 подключается к аноду первого диода (К-1)-й ветви, состоящей из последовательно включенных первого диода, ключа и второго диода. Каждая (27. К) -ая клемма К-ro днодного моста при К а N-1 подключена к катоду второго диода

К-й ветви. Каждый из транзисторных ключей 9 и 10 дополнительных ветвей соединяется с диодами своими силовыми зажимами 28 и 29.

Входы 30-32 дешифратора 5 соединены с выходом датчика 4 положения ротора, входы 33 и 34 — с выходом задатчика 6 режима работ. Выходы 35-40 дешифратора 5 соединены с входами коммутаторов 2, а выход 41 — с управляющим входом ключей 9 и IO дополнительных ветвей.

Дешифратор 5 (фиг.5) вырабатывает сигнал для управления мостовыми коммутаторами 2 и ключами 9 и 10 в соответствии с сигналами ДПР и задатчика 6 режима работы, обеспечивая три основных режима работы ВД; работу при параллельном подключении комму1288834—

55 таторов 2 при запертых ключах 9 и 10 работу при запертых ключах коммутаторов .2 и ключах 9 и 10; работу при последовательном подключении диодных мостов 3 при запертых ключах мостовых коммутаторов 2 и открытых ключах

9 и 10.

В первом режиме обеспечивается разгон инерционной нагрузки маховика и накопление энергии при использовании предельных возможностей ВД по быстродействию. При этом в соответствии с сигналами ДПР 4 к источнику 13 питания подключаются секции обмоток статора 1, обеспечивающие при каждом определенном положении ротора максимальное значение момента на валу двигателя. Сброс энергии,,накопленной в индуктивностях обмоток статора, при переключениях ключей коммутаторов 2 происходит через диоды 3 мостов обратного тока и диоды 7, 8, 11, 12 дополнительных групп.

При втором режиме работы мосты обратного тока оказываются подключенными параллельно к источнику питания. В этом случае рекуперация энергии возможна только при превышении

ЭДС обмоток статора величины ЭДС источника питания.

В третьем режиме работы за счет замыкания ключей 9 и 10 образуется цепь из последовательно включенных диодных мостов обратного тока, причем суммарная ЭДС обмоток статора превышает ЭДС источника питания при угловой скорости Э ротора маховика

<о в пределах --- < И M щ, где Q угловая скорость .холостого хода ВД

БДПТ в первом режиме при параллельной работе коммутаторов 2.

В указанном диапазоне угловых скоростей при работе ВД с инерционной нагрузкой обеспечивается рекуперация энергии в источник питания.

При этом число N выбирается исходя из требуемого диапазона регулирования скорости и величины статического момента на валу двигателя.

При работе ВД с маховичным накопителем энергии первоначально при отборе энергии от маховика используют первый режим, когда обмотка статора через мосты обратного тока и .диоды 7, 8, 11, 12 параллельно подключается к нагрузке. При падении

ЭДС статора до нижнего допустимого уровня замыкаются ключи 9 и 10, и

45 двигатель переходит в третий режим работы БДПТ. В этом случае число N выбирается исходя из обеспечения максимального использования энергии, накопленной маховиком.

Дешифратор 5 осуществляет преобразование логических сигналов в сооТветствии с таблицей истинности, в которой приняты следующие обозначения:

F — F — выходные сигналы ДПР;

F F — выходные сигналы задат Ъ чика режима работы;

F — F ; выходные сигналы коммутаторов 2;

F входные сигналы ключей

9и10.

Наибольший процент отбираемой при торможении от механизма энергии (-807) возвращается в источник питания при N = 2. Увеличение N дает возможность повысить интенсивность торможения и расширить диапазон по скорости, приводя к снижению процента возвращаемой энергии; В пределе при достаточно большом N характеристика при торможении становится эквивалентной характеристике динамического торможения, на которой отдачи энергии в источник питания не происходит.

При использовании устройства в маховичном накопителе энергии необходимо иметь ввиду, что уже при N=4 от маховика можно отобрать почти

947. накопленной им энергии. Следовательно, рациональное количество коммутаторов и мостов обратного тока лежит в пределах 2 N 4.

Таким образом, ВД позволяет повысить экономичность электропривода инерционной нагрузки за счет организации рекуперативного торможения.

Такой двигатель в целом ряде автономных транспортных нли исследовательских систем (электромобили, тран-. спортные роботы, планетоходы) может быть применен и в тяговом приводе, и в маховичном накопителе энергии. формула изобретения

Вентильный электродвигатель, содержащий ротор с постоянными магнитами, якорь с многосекционной обмоткой, состоящей нз N групп многофазных обмоток, подключенных к транзисторным коммутаторам, управляющие входы которых подключены к выходу датчика положения ротора через де! 2888

F6 7 F

О О О О О О 0 О О .0 О О

О О О О 1 1 1 0 О О О О

О О 0 1 0 О О 1 1 О О О

О О О 1 О I О О 0 О

О 0 l О О О О 0 0

\ I

0 О 1 О 1 1 О О О О 1 О

I О О

О О I 1

О О I

О О

О О 1 1 1 .О О 0 О О О О

О 1 Х Х Х О 0 О О О 0 0

I О Х Х Х О О О О О О. !

1 1 Х Х X О 0 О О О О О шифратор, и к N диодным мостам обра ного тока, транзисторные коммутаторы подключены к шинам источника питания постоянного тока, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения экономичности sa счет рекуперации энергии, двигатель снабжен (И-1)-й ветвью из последовательно соединенных первого диода, транзисторного ключа и второго диода, причем катод первого диода каждой-ветви подключен к,положительной шине источника питания, а анод второго диода каждой ветви подклю34 6 чен к отрицательной шине источника питания, общий вывод диодов катодной группы каждого К-го моста обратного тока подключен к аноду первого диода (К-!)-й группы, общий вывод диодов анодной группы каждого .К-го моста обратного тока подключен к катоду второго диода К-й ветви, общий вывод катодной группы первого моста обратного тока подключен к положительной шине источника питания, а общий вывод анодной группы

N-го моста обратного тока вЂ,к отрицательной шине источника питания.

1288834

Составитель А. Санталов

Техред И.Попович Корректор Е. Рошко

Редактор С. Патрушева

Заказ 7819/54.

Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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