SU561257A1

SU561257A1 - Valve motor

Info

Publication number: SU561257A1
Application number: SU2049100A
Authority: SU
Inventors: Евгений Николаевич Баранов; Юрий Георгиевич Шерстняков
Original assignee: Московсое Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Высшее Техническое Училище Им.Н.Э.Баумана
Priority date: 1974-07-29
Filing date: 1974-07-29
Publication date: 1977-06-05

Description

1one

Изобретение относитс к области электротехники , в частности к электродвигател м с бесконтактной коммутацией.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular, to motors with contactless switching.

Известны вентильные электродвигатели переменного тока, состо щие из динамического трансформатора, служащего дл передачи электромагнитной энергии в цепь обмотки кор и одновременно ВЫПОЛНЯКУщего функцию силового датчика положени ротора, и собственно двигател и содержащие систему возбуждени и обмотку кор , секции которой коммутируютс с помощью управл емых вентилей l .AC valve motors are known to consist of a dynamic transformer used to transmit electromagnetic energy into the core winding circuit and at the same time EXECUTING the function of the rotor power sensor and the motor itself and containing the excitation system and the core winding whose sections are switched using controllable gates l .

Обмотка кор этого электродвигатеп , расположенна на роторе, вместе с коммутирующими вентил ми и устройством управлени ими представл ет собой Bpamato- шийс . рвверсивный (Однополупериодный выпр митель . Характерной .особенностью коаструкций подобного типа вл етс то. Что Система управлени ими вл етс однока- нальной, так как управл ющие импульсы подаютс на все вентили одновременно.The winding of the core of this electric motor located on the rotor, together with the switching valves and their control device, is Bpamato. rotary (half-wave rectifier. A characteristic feature of this type of costructions is that their control system is single-channel, since control pulses are sent to all gates at the same time.

Известны также вентильные электродви - ратели, у которых обмотка кор помещена на статоре, а динамический трансформа тор выполнен в виде конструкции с вн« Полюсным ротором, причем его вторична обмотка совмещена с обмоткой кор 2J Его преимущество состоит прежде всего и том, что управл ющие вентили могут быть размещены вне электрической машины, и поэтому отпадает необходимость в применении специального устройства дл пере- дачи сигналов управлени на ротор через ;воздушный зазор.Valve electric motors are also known, in which the core winding is placed on the stator, and the dynamic transformer is designed as a design with a pole pole rotor, and its secondary winding is combined with the core 2J winding. Its advantage lies primarily in the fact that the control valves can be placed outside the electric machine, and therefore there is no need to use a special device for transmitting control signals to the rotor through the air gap.

Это устройство по технической сущности и достигаемому результату вл е-ус This device is by the technical nature and the achieved result

наиболее близким к изобретению. Однако двигатели, у которых вторична обмотка динамического; трансформатора конструктивно совмещена с обмоткой кор , имеет и р д существенных недостатков в св зиclosest to the invention. However, the engines in which the secondary winding is dynamic; transformer is structurally combined with the winding of the core, and has a number of significant shortcomings in connection

с тем, .что Могут работать только в режиме оцйополупериодного Выпр млени переменного Тока. Следствием этого вл$ ютс низкие энергетические показатели (низкие значени к.п.ц. и коэффициентаwith the fact that. They can work only in the mode of alternating current rectifier. This results in low energy indices (low values of the efficiency factor and

мощности), а также загрузка питающейpower), as well as loading

сети посто нной составл к цей тока и высшими гармониками.the networks are constant to the current and higher harmonics.

Цель изобретени - повышение энерге тйческих показателей электродвигател при сохранении одноканальной системы управле- ки , а также упрощение конструкции силового датчика положени ротора (динамичеокого трансформатора).The purpose of the invention is to increase the energy performance of an electric motor while maintaining a single-channel control system, as well as to simplify the design of the power rotor position sensor (dynamic transformer).

Указанна цель аостигаетс тем, что магнитопроводы статора динамическогоThis goal is achieved by the fact that the magnetic stator magnetic circuits

трансформатора выполнены в виде стержневых П-образных пакетов, число которых равно произведению числа полюсов двига тел на число секций обмотки кор . На каждом магнитопроводе помещена одна катушка первичной обмотки и катушки вто ри4ной обмотки в количестве, равном числу секций обмотки кор . При этом все ка тушки первичной обмотки соединены согласно , а катушки вторичной обмотки обьедийены в группы, число которых равно числу псшюсов синхронной машины. Катушки внутри группы соединены пос1:эдовательно-согласно , а группы катушек между собойпоследовательнс-встречно .the transformer is made in the form of rod U-shaped packages, the number of which is equal to the product of the number of poles of the motor and the number of sections of the winding of the core. On each magnetic core, one coil of the primary winding and a coil of the second winding are placed in an amount equal to the number of core winding sections. In this case, all the coils of the primary winding are connected according to, and the coils of the secondary winding are combined into groups, the number of which is equal to the number of synchronous machine sequences. The coils inside the group are connected by pos1: positively-according, and the groups of coils between themselves are sequential-counter.

Таким образом, в предлагаемой конструкции вторичные обмотки динамического трансформатора и секции обмотки кор вы полнены раздельно и не вл ютс функционально и конструктивно совмещенными, что дает возможность использовать режим двухпопупериодного выпр млени тока в обмотке кор и тем самым повысить энергетические показатели электродвигател . При этом динамический трансформатор обес печивает циклическое опрокидывание фазы напр жени его вторичных обмоток в процессе вращени , хот первична и вторична обмотки взаимно неподвижны, что поз вол бт сохранить одноканальную систему управлени . Одновременно достигаетс существенное упрощение динамического транй форматора, поскольку в его конструкции использованы только сосредоточенньте обмотки , размещенные на однкх и тех же П-образнь х магнитопроводах статора. Пор док соединени вторичных обмоток между собой таков, что в результате они образу- SOT системь, аналогичные распределенным обмоткам с шагом, равным полюсному де-. лению синхронной машины.Thus, in the proposed design, the secondary windings of the dynamic transformer and the core winding section are separate and not functionally and structurally combined, which makes it possible to use the two-mode current rectification mode in the core winding and thereby increase the energy performance of the electric motor. In this case, the dynamic transformer ensures the cyclic reversal of the phase voltage of its secondary windings during rotation, although the primary winding and the secondary winding are mutually fixed, which will preserve the single-channel control system. At the same time, a substantial simplification of the dynamic format of the formatter is achieved, since in its design only focus windings placed on the same and the same U-shaped stator cores are used. The order of connecting the secondary windings among themselves is such that, as a result, they form a SOT system, similar to distributed windings with a pitch equal to the pole de-. synchronous machine.

На фиг. 1 показан электродвигатель, разрез по А-А на фг-гг. 2; на фиг. 2 - разрез по Б-Б на фиг. 1; на фиг. 3 представ лена принципиальна электрическа схема .электродвигател ; на фиг. 4 - гсхема намотк секции кор и вторичной обмотки Дйнпмического трансформатора; на фиг.5 гpaфJffiй 9лектромагн1гтных процессов, характеризующих работу электродвигател .FIG. 1 shows an electric motor, a section along A-A on fg-yy. 2; in fig. 2 is a section along BB in FIG. one; in fig. 3 is a schematic electrical circuit diagram of an electric motor; in fig. 4 - gshema windings of the core section and the secondary winding of the Dinpmic transformer; in Fig. 5 is a graph of 9electromagnetic processes characterizing the operation of an electric motor.

Активна часть ротора электродвигател состоит из магнитопровода системы возбуждени 1 с обмотками возбуждени 2 и немагнитной втулки 3, в пазах которой оазмещены магнитопроводы 4 ротора динамического трансформатора. Число этих магнитрпроводов равно числу пар полюсов системы возбуждени . Оси магнитопрово- дов 4 располагаютс со сдвигом относиельно друг др5аа на два полюсных деле- (ШЯ и со сдвигом относительно полюсов системы возбуждени на половину полюсного делени . Ширина каждого такого маг- нитопровода не должна превышать одного полюсногэ делени . На втулке 3 помещена также вторична обмотка 5, охватывающа магнитопроводы 4 и служаща дл питани обмоток возбуждени двигател через выпр митель, элементы которого (диоды б на фиг. 2) расположены на роторе.The active part of the rotor of an electric motor consists of a magnetic circuit of the excitation system 1 with excitation windings 2 and a nonmagnetic sleeve 3, in the slots of which the magnetic cores 4 of the rotor of the dynamic transformer are located. The number of these magnetic conductors is equal to the number of pole pairs of the excitation system. The axes of the magnetic conductors 4 are shifted relative to each other dr5aa by two pole divisions (NN and shifted relative to the poles of the excitation system by half the pole division. The width of each such magnetic conductor should not exceed one pole division. The secondary winding is also placed on the sleeve 3 5, the surrounding magnetic cores 4 and serving to power the motor excitation windings through a rectifier, whose elements (diodes b in Fig. 2) are located on the rotor.

В корпусе 7 закреплены магнитопровод статора двигател 8 с размещенной в его пазах обмоткой кор 9 и магнитопровод статора динамического трансформатора. По слёднйЙсостсмт з ф рр|6магнитных стёрж- невых П образных пакетов, замыкающих магнитный поток динамического трансформатора в аксиальном направлении. Общее количество этих пакетов ,равно произведению числа секций обмотки кор на число полюсе системы возбуждени (в предлагаемой конструкции их число равно двенадцати ). Пакеты состо т из радиально расположенных магнитопрово дов 10, 11, соединенных магнитопроводами 12. На маг нитопроводах 12 размещены первичные обмотки динамического трансформатора и вторичные обмотки, число которых равно числу секций обмотки кор . Все первичные обмотки, расположенные на магнитопроводах 12, соединены согласно и создают переменный магнитный поток, замыкающийс в аксиальном направлении. Кажда вторична обмотка состоит из последоватално соединенных двенадцати секций, расположенных на магнитопроводах 12 (по три обмотки согласно), что эквивалентно вторичной обмотке, вьшолненной с шагом, равным полюсному делению и пространственно ориентированной относительно соответствующей обмотки кор .In case 7, the magnetic circuit of the stator of the motor 8 is fixed with the core 9 winding placed in its grooves and the magnetic circuit of the stator of the dynamic transformer. According to the latest 6 magnetic stranded U-shaped packages, closing the magnetic flux of the dynamic transformer in the axial direction. The total number of these packages is equal to the product of the number of winding sections of the core and the number of the pole of the excitation system (in the proposed design, their number is twelve). The packages consist of radially arranged magnetic conductors 10, 11 connected by magnetic conductors 12. On the magnetic conductors 12 there are primary windings of a dynamic transformer and secondary windings, the number of which is equal to the number of sections of the winding of the core. All primary windings located on the magnetic cores 12 are connected according to and create an alternating magnetic flux closing in the axial direction. Each secondary winding consists of successively connected twelve sections located on the magnetic cores 12 (three windings according to each), which is equivalent to the secondary winding performed in steps equal to pole division and spatially oriented relative to the corresponding winding of the core.

Принципиальна электрическа схема двигател представлена/ на фиг. 3. Первична обмотка 13 динамического транс форматора подключаетс к сети однофазного переменного тока. Вторичные обмотки (на фиг. 3 их-число равно трем) соедин ютс с соответствующими секци ми обмотки кор . Кажда секци намотана дпоЙЕ Ым проводом С швгом, равным полюс люсному Г1елению. Таким образом, кажда секци кор состоит из двух отдельных обмоток, расположенных в одних и тех же пазах, благодар чему между ними возник ет сильна магнитна св зь (коэффициент св зи близок к единице). Последовательно с каждом обмоткой вклвзчена пара соединенных встречно-парал лельно тиристоров. Одна из двух обмоток, принадлежаща данной секции, подключена к началу вторичной обмотки динамического трансформатора своим концом, втора началом . Ка фиг. 4 представлена схема намотки одной из трех Вторичных обмоток 14 динамического трансформатора (фиг. 3, 4) и соответствующих ей обмоток секции ко р 15, 16 (фиг. 3, 4), последовательно с которыми всключены встречно параллель ные тиристоры 17, 18 и 19, 20 (фиг. 3, 4). Активные проводники секции обмотки кор наход тс в зоне действи полюсов системы возбуждени . Контур вторичной обмотки 14 сцепл етс с переменными.потоками динамического трансформатора. На фиг. 4 условно показаны направлени силовых -линий в зонах действи переменных потоков. Они смещены относительно зон действи потоков возбуждени на половину полюсного делени , поскольку магнитопроводы 4 ротора динамического трансфторматора смещены относительно полюсов возбуждени . На фиг. 5 представлены графики электромагнитных процессов двигател , как фу ции времени, а именно 21 - переменное напр жение питани первичной обмотки динамического трансформатора, 22 - переменное напр жение цепи обмотки 15, 23переменное напр жение в цепи обмотки 18 Напр жени 22, 23 показаны измен к шимис в противофазе, так как они отсчитываютс относительно одноименных зажимов этих обмоток, 24- импульсы упраалени тиристорами 17, 18, 25 - имрульсы управлени тиристорами 19, 2О, 26 - ток в обмотке 15, 27 - ток в обмотке 16. Электродвигатель работает следующим образом. Силовые линии аксиальных магнитных потоков динамическооо трансформатора, сцепл сь г. контурами его вторичных обмоток , в любой момент времени имеют от носительно этих контуров одинаковое направление . Так как число магнитопр оводов 4 вдвое меньше числа полюсов системы возбуждени , а сдвиг между их ос ми составл ет два полюсных делени , индуктируе мые во вторичных обмотках переменные э.ц.с. суммируютс (например, в обмотке 14, фиг. 4). При смещении в процессе вращени магнитопроводов 4, а следовательно, и зон /действи переменных потоков на угол, равный половине полюсного делени (в данном случае на 45 градусов) относительно положени , показанного на фиг. 4, суммарна индуктируема обмотки переменна э.д.с. станет равной нулю, а при смещении на угол, больший 45 градусов, произойдет опрокидывание фазы э.д.с. на 18 эл. град. В каждой вторичной обмотке динамического трансформатора присоединена секци кор , состо ща из двух обмоток. Коммутацию токов в секци х кор удобно рассмотреть на примере одной секции, состо вши из обмоток 15, 16, присоединенных ко вторичной обмотке динамического трансформатора 14 (фиг. 3,4). При указанном выще .пор дке подключеки одноименных зажимов этих обмоток наведен- на трансформаторна э.д.с. оказываетс приложенной к ним в противофазеJ(кривые 22, 23 на фиг. 5). На тиристоры 17, 18, регулирующие величину тока в обмотке 15, подаетс последовательность импульсов уп равлени 24 на тиристоры 19, 20, регулирующие ток в обмотке 16 - последовательность импульсов 25. Дл каждой из двух обмоток, составл ющих данную секцию кор , совпадение во времени положительной полуволньг э. д.с. и импульса на управл ющем электроде обеспечиваетс лишь дл одного из двух тирисг торов, поэтому в каждой обмотке протекает выпр мленный пульсирующий ток. Так как импульсы управлени двум обмотками секции сдвинуты во времени на половину периода напр жени питани , то соответственно сдвинуты во времени и импульсы тока в этих обмотках (кривые 26, 27 на фиг. 5). Поэтому суммарна намагничивающа сила каждой секции получаетс такой же, как если бы она создавалась одной обмоткой, питаемой током, полученным в результате двухполуперйодного выпр йлени . Изменение направлени тока в обеих обмотках секции происходит в момент опрокидывани фазы Э.Д.С., когда активные проводники секции наход тс на линии нейтрали , т.е. между соседними полюсами ев стемы возбуждени . Регулирование величины тока в секци х обмотки кор (а, следовательно, и скорооти вращени двигател ) осушествлпетс счет синхронного сдвига во времени обеих последовательностей импульсов упоавлени относительно напр жени питани . Пер ва последовательность подаетс на управл ющие электроды тиристоров, регулирующих ток в одной из двух обмоток секций кор (например, на тиристоры всех левых обмоток, показанных на фиг, 3), Вто ра последовательность подаетс на тиристоры всех правых обмоток,The basic electrical circuit of the engine is shown / in FIG. 3. The primary winding 13 of the dynamic transformer is connected to a single-phase AC network. The secondary windings (in Fig. 3, their number is three) are connected with the corresponding sections of the winding of the core. Each section is wound with a power cable with a wire with a pole equal to the pole of the pole. Thus, each core section consists of two separate windings located in the same slots, due to which there is a strong magnetic coupling between them (the coupling coefficient is close to unity). A pair of connected thyristors in parallel with each winding is connected in series with each winding. One of the two windings belonging to this section is connected to the beginning of the secondary winding of a dynamic transformer with its end, the second beginning. Kah FIG. 4 shows the winding circuit of one of the three Secondary windings 14 of the dynamic transformer (Fig. 3, 4) and the windings of section 15, 16 (Fig. 3, 4) corresponding to it, in series with which parallel thyristors 17, 18 and 19 are connected. , 20 (Fig. 3, 4). The active conductors of the core winding section are in the range of the poles of the excitation system. The secondary circuit 14 is connected to the variable currents of the dynamic transformer. FIG. 4 conventionally shows the directions of the power lines in the zones of action of variable flows. They are shifted relative to the zone of action of the excitation flux by half pole division, since the magnetic rotor 4 of the rotor of the dynamic transformer is shifted relative to the excitation poles. FIG. 5 shows the graphs of the electromagnetic processes of the engine, as functions of time, namely, 21 - alternating voltage supply of the primary winding of a dynamic transformer, 22 - alternating voltage of the winding circuit 15, 23 alternating voltage in the winding circuit 18 Voltage 22, 23 shows the change to shim in antiphase, as they are counted relative to the like clips of these windings, 24 - control pulses with thyristors 17, 18, 25 - thyristor control impulses 19, 2O, 26 - current in the winding 15, 27 - current in the winding 16. The electric motor operates as follows azom. The axial magnetic flux lines of a dynamic transformer, connected by the contours of its secondary windings, have the same direction at any time. Since the number of magnetic conductors 4 is half the number of the poles of the excitation system, and the shift between their axes is two pole divisions, which are induced in the secondary windings by variable em. are summed up (for example, in winding 14, fig. 4). When shifting during rotation, the magnetic cores 4 and, consequently, the zones / action of variable flows by an angle equal to half the pole division (in this case by 45 degrees) relative to the position shown in FIG. 4, the total inducible winding is variable emf. will be equal to zero, and when shifted by an angle greater than 45 degrees, the phase of the emf will overturn. on 18 el. hail. In each secondary winding of a dynamic transformer, a core section consisting of two windings is connected. It is convenient to consider the switching of currents in core sections by the example of one section consisting of windings 15, 16 connected to the secondary winding of a dynamic transformer 14 (Fig. 3.4). With the above mentioned, the procedure for connecting the clamps of the same name of these windings is induced by a transformer emf. is applied to them in antiphase J (curves 22, 23 in Fig. 5). Thyristors 17, 18 regulating the current in winding 15 are fed a sequence of control pulses 24 to thyristors 19, 20 regulating the current in winding 16 — a sequence of pulses 25. For each of the two windings constituting this section of core, coincidence in time positive half-wave e. DS and the pulse on the control electrode is provided only for one of the two thyristors, therefore, a rectified pulsating current flows in each winding. Since the control pulses of the two windings of the section are shifted in time by half the period of the supply voltage, the current pulses in these windings are correspondingly shifted in time (curves 26, 27 in Fig. 5). Therefore, the total magnetizing force of each section is the same as if it was created by a single winding powered by the current resulting from a two-half-straightening operation. The change in current direction in both windings of the section occurs at the moment of the overturning of the EFC phase, when the active conductors of the section are on the neutral line, i.e. between the adjacent poles of the excitation Euro. Regulation of the magnitude of the current in the winding sections of the core (and, consequently, the speed of rotation of the motor) accomplishes the simultaneous shift in time of both sequences of pulses of increase relative to the supply voltage. The first sequence is fed to the control electrodes of the thyristors, which regulate the current in one of the two windings of the core sections (for example, the thyristors of all the left windings shown in FIG. 3). The second sequence is fed to the thyristors of all the right windings,

Бесконтактный реверс двигател обеспечиваетс смэной оследовстельности импульсов укравлег , поступающих на т.трис. торы.The contactless reversal of the engine is provided by changing the succession of the impulses of the entrances arriving on the so-called tris. tori.

При рэгу ировакии тока в секци х обмотки Кор могут вйвникать два режима, в определенной мере аналогичных режимам Р4боты обычных регулируемых двухполупёриодных выпр мителей, а именно; режим мадых углов открыти тиристоров, при котором импульсь тока а двух обмотках секц не перекрывают друг друга во времени,In case of current irregularity in the winding sections of the core, two modes can emerge, to a certain extent similar to those of conventional regulated two-half-period rectifiers, namely; the mode of the open angles of thyristors, in which the current pulse in the two windings of the sections do not overlap in time,

режим больших углов открыти тиристоров, когда имеатс интервал времени, в течение которого тек, протекает в обеих обмотках . Благодар сильной магнитной св зи между .ними ютктельность этого интервала по сравнению с периодом частоты питани очень мала. В течение этого времени осуществл етс трансформаторна св зь между обмотками, котора приводит к быстрому сбросу тока в.одной из них и столь жеthe mode of large angles of opening of thyristors, when there is a time interval during which the flow takes place in both windings. Due to the strong magnetic coupling between them, the yukitelnost of this range is very small compared to the period of the power frequency. During this time, a transformer coupling takes place between the windings, which leads to a rapid discharge of current in one of them and equally

быстрому нарастанию в другой. В этом решнмв средне© значение тока в обмотках практически не зависит от их индуктивностбй , хот дл каждой из двух обмоток сек ЕИй, отцбдьно, осушестбл етс реЖам Прерывистоготока. При этом обеспечиваютсй йостаточно высокие энергетичес кие показптейй электродвигател и одно временно устран етс возможность возник новени режимов короткого аамьг-анн ксVo4KHKa питани при коммутации тока е обмотках, особенно в реЖйме реверса.rapid increase in the other. In this decision, the mean value of the current in the windings is practically independent of their inductance, although for each of the two windings, sec EY, otdbdnno, dried out in the intermittent current mode. At the same time, a sufficiently high energy index of the electric motor is provided, and at the same time the possibility of a new mode of short-circuit power supply during switching current in windings, especially in reverse mode, is eliminated.

При Питании двигател от неуправл емогWhen powering the engine from unmanaged

однофазного инвертора динамический трансформатор может использоватьс в качестве выходного трансформатора инвертора.single phase inverter dynamic transformer can be used as inverter output transformer.

Claims

1. Authors certificate of the USSR, cl. H 02 K 29/04 No. 445104, 1972.

2. USSR author's certificate cl. H 02 K 29/04 No. 4О5158, 1972,

H / /

t /////// //////// / S V I I II I. . .1 I II I 1.t

I || C | II

N

X

sh

W ///// Z / /// A

lg /

X

u //////////.

H

-i

I - //

L

L,

V

W

12 73

eight

.2

fput.

l l l

, Vi M