Вентильный электродвигатель и вариации

 
 

Вентильный электродвигатель и вариации

Технологии стремящиеся к СЕ



Патент на изобретение №:2237341  - Вентильный электродвигатель
Начало действия патента: 27 Февраля, 2003
Патентообладатель: Миляшов Николай Федорович (RU)
Адрес для переписки:420102, г.Казань, ул. Забайкальская, 13-95, Н.Ф. Миляшову

 

Авторы патента: Миляшов Н.Ф. (RU), Васильев А.В. (RU), Миляшов А.Н. (RU), Сабитов Р.Ф. (RU)

 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к вентильным электродвигателям. Технический результат изобретения, заключающийся в упрощении схемы и конструкции электродвигателя, достигается путем того, что в вентильном электродвигателе, содержащем пассивный явнополюсный ротор с m полюсами, статор с 2n полюсами, несущими сосредоточенную на полюсах n-фазную обмотку, секции которой соединены с выходом n-фазного инвертора, выполненного на транзисторах в виде n-параллельно соединенных ячеек, фазные обмотки которых расположены на полюсах статора, инвертор выполнен с уменьшенным вдвое количеством транзисторов, каждый полюс статора дополнительно снабжен базовой обмоткой, а базовые обмотки, подключенные к базе транзистора каждой фазы, расположены на разных полюсах статора собственной и предыдущей по порядку чередования фаз и соединены встречно-последовательно. 4 ил.


Изобретение относится к электротехнике, в частности к вентильным электродвигателям, используемым в регулируемом электроприводе.


Известен вентильно-индукторный двигатель (ВИД) [Осташевский Н.А., Ковган А.Н. Вентильно-индукторный привод как перспективный вид регулируемого электропривода. //Електротехнiка и Електромеханiка-2002. №1. С.52-56], содержащий исполнительный двигатель (ИД), полупроводниковый преобразователь (ПП), управление преобразователем осуществляется системой управления (СУ) при помощи датчиков положения ротора (ДПР). Питание системы осуществляется от сети постоянного тока через выпрямитель (В). ИД представляет собой индукторную машину с пассивным ротором и сосредоточенными обмотками фаз на полюсах статора. На фиг.1 представлена структурная схема двигателя.

Основными недостатками данных двигателей является наличие ДПР, значительно усложняющего и удорожающего конструкцию двигателя, и сложность реализации системы управления коммутацией при применении бездатчикового управления.


Известен вентильный двигатель [Авторское свидетельство СССР №819893, М.кл3 Н 02 К 29/02, опубл. 07.04.81, БИ №13], у которого обмотки статора являются одновременно рабочими элементами ИД и ПП, представляющий собой электрическую машину, в которой двухфазный ПП совмещен с обмотками статора двухфазного асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором. На обмотках каждой из фаз собран генератор Ройера, а управление силовыми транзисторами осуществляется базовыми обмотками, расположенными на полюсах статора.

Недостатком двигателя является наличие большого числа силовых транзисторов на конденсаторов на фазу, цепи синхронизации, а также сложность конструкции самой электрической машины.


Наиболее близким заявленному является ВИД [Ильинский Н.Ф., Бычков М.Г. Вентильно-индукторный привод для легких электрических транспортных средств//Электротехника. 2000. №2. С.28-31], состоящий из ИД индукторного типа, коммутатора - ПП и развитого микропроцессорного блока управления - СУ. Исключение ДПР здесь осуществлено за счет специального управления коммутацией, когда текущая информация о значении токов используется для определения углов коммутации в любом режиме работы. Данный способ управления может быть реализован на базе микропроцессора.


Недостатком данного двигателя является наличие двойного числа транзисторов на фазу и сложность системы управления коммутацией. Здесь управление коммутацией основано на применении специально организованного "наблюдателя" в системе с релейным регулятором тока и ШИМ-генератором, ограничивающим частоту переключения силовых ключей инвертора. Кроме того, данный способ управления имеет дополнительные трудности реализации в приводах малой мощности, где необходимо принимать во внимание изменение удельного сопротивления обмоток при изменении температуры.


Задачей изобретения является упрощение схемы и конструкции двигателя.

Задача решается разработкой вентильного электродвигателя, содержащего пассивный явнополюсный ротор с m полюсами, статор с 2n полюсами, несущими сосредоточенную на полюсах n-фазную обмотку, секции которой соединены с выходом n-фазного инвертора, выполненного на транзисторах в виде n-параллельно соединенных ячеек, фазные обмотки которых расположены на полюсах статора. Причем инвертор выполнен с уменьшенным вдвое количеством транзисторов, каждый полюс статора дополнительно снабжен базовой обмоткой, а базовые обмотки, подключенные к базе транзистора каждой фазы, расположены на разных полюсах статора собственной и предыдущей обмоток по порядку чередования фаз и соединены встречно-последовательно.

 

На фиг.2 приведена принципиальная схема расположения фазных и базовых обмоток предлагаемого двигателя на основе трехфазной машины.

 

На фиг.3 приведена электрическая схема подключения фазных и базовых обмоток предлагаемого двигателя на основе трехфазной машины.

 

На фиг.4 приведены основные осцилограммы токов и напряжений на фазных и базовых обмотках.

Устройство содержит трехфазную машину переменного тока индукторного типа, включающую в себя явнополюсный ротор 1 и первичную трехфазную обмотку с секциями 2, 3, 4, состоящими соответственно из полуобмоток 2’, 2’’, 3’, 3’’, 4, 4’’, расположенную на полюсах статора, совместно с базовыми обмотками 5-10. Трехфазная обмотка электрической машины питается от источника постоянного напряжения через трехфазный инвертор, каждая фаза которого представляет собой однокаскадный генератор с магнитными связями и содержит одинаковые элементы. В качестве управляемых ключей в схеме используются транзисторы. Каждая фаза подключена одним концом к коллектору транзисторов 11, 12, 13, а другие концы фаз соединены с положительной точкой источника питания. Для устранения возможного пробоя транзиторов при их запирании, каждая из фазных обмоток шунтируется диодами 14, 15 и 16, включенными обратно по отношению к питающему напряжению схемы U.


Рассмотрим работу схемы с момента пуска. При подключении питания, в связи с разбросом параметров транзисторов допустим, что положительное напряжение U открывает транзистор 11 по его базовой цепи и этим начинается первая треть периода работы инвертора. Вследствие увеличения протекающего по первичной обмотке 2 тока в базовых обмотках 5-10 наводятся ЭДС (Е). Причем E5=E8, а Е6=Е7=Е9=Е10=0,3 Е5. Включение встречно-последовательно собственной и предыдущей по порядку чередования фазы базовых обмоток обусловлено тем, что суммарная ЭДС базовых обмоток открывает транзистор 11 и закрывает транзисторы 12 и 13. При увеличении тока в коллекторной цепи транзистора 11 рабочая точка перемещается по выходной характеристике и переходит из активной зоны в область насыщения. Прекращается увеличение тока коллектора, поэтому ЭДС в базовых обмотках становится равной нулю. Транзистор 11 закрывается. Ток коллектора протекает по замкнутой цепи: обмотка 2 - диод 14. Ток коллектора уменьшается, что приводит к возникновению противоположных по знаку ЭДС в базовых обмотках. Транзистор 12 открывается, и этим начинается вторая треть периода работы инвертора. Далее работа фаз В и С инвертора происходит аналогично фазе А. Периодическое подключение фазных обмоток 2, 3, 4 к источнику питания приводит за счет магнитного притяжения к смещению соответствующих полюсов явнополюсного ротора в направлении ближайших возбужденных полюсов статора. В результате возникает непрерывное вращение.

Рассматривая заявленное устройство в сравнении с аналогами и прототипом, можно сделать вывод о том, что заявленный вентильный электродвигатель имеет упрощенную схему управления за счет того, что новая совокупность признаков позволяет исключить систему “наблюдатель”, релейный регулятор и ШИМ-генератор, уменьшить вдвое количество силовых транзисторов, обладает высокой технологичностью и дешевизной при его практической реализации.


Формула изобретения


Вентильный электродвигатель, содержащий пассивный явнополюсный ротор с m полюсами, статор с 2n полюсами, несущими сосредоточенную на полюсах n-фазную обмотку, секции которой соединены с выходом n-фазного инвертора, выполненного на транзисторах в виде n параллельно соединенных ячеек, фазные обмотки которых расположены на полюсах статора, отличающийся тем, что инвертор выполнен с уменьшенным вдвое количеством транзисторов, каждый полюс статора дополнительно снабжен базовой обмоткой, а базовые обмотки, подключенные к базе транзистора каждой фазы, расположены на разных полюсах статора собственной и предыдущей по порядку чередования фаз и соединены встречно-последовательно.

___________________________________________________________________________________________

Мне понравилась идея  поэтому дополню материал своими соображениями организацией импульсной рекуперацией энергии в моторе

и доработанная схема на основе внедрения в неё рекуперационного трансформатора

2321

Посмотреть ролик как планируем работу рекуперации в трех фазах

 

9999



Источник: http://www.findpatent.ru/patent/223/2237341.html

 

Еще информация по вентильным моторам /Источник/

 

2.6. Вентильно-индукторный двигатель (ВИД)

Вентильно-индукторный двигатель, одна из возможных схем которого показана на рисунке, состоит из специальной четырехфазной электрической машины, электронного коммутатора на силовых транзисторных модулях и блока микроконтроллерного управления.

У индукторной машины (ИМ) магнитная индукция в каждой точке рабочего зазора изменяется только по величине, а ее направление остается постоянным. Отсюда следует, что индукция в зазоре индукторных машин имеет пульсирующий характер и содержит переменную (рабочую) и постоянную (нерабочую) составляющие. Изменение во времени магнитного потока, сцепленного с обмоткой якоря, достигается за счет периодического изменения магнитного сопротивления на пути рабочего потока при вращении зубчатого ротора. Так как число зубцов на роторе можно сделать большим, ИМ характеризуется повышенными частотами тока (f  400…30000 Гц).

Статор и ротор электрической машины выполнены шихтованными явнополюсными, причем число полюсов статора и ротора неодинаково: 6/4, 8/6 и т.д. На статоре расположены сосредоточенные обмотки (катушки), соединенные через электронный коммутатор с источником питания постоянного тока (выпрямитель, аккумулятор).

Коммутатор состоит из группы электронных ключей, открытое или закрытое состояние которых диктуется положением пассивного явнополюсного ротора, фиксируемых специальным датчиком и сигналами микропроцессорного управления, за счет чего формируются нужные токи в обмотках.

Принцип действия привода основан на магнитном притяжении ближайшего полюса ротора к активизированному индуктору – полюсу статора с катушкой. Так, переключение тока с катушки А статора, к которой был притянут полюс  ротора, на катушку В статора (по часовой стрелке) приведет к повороту ротора, такому, что к полюсу В притянется ближайший полюс  ротора (против часовой стрелки). Повторение указанных переключений, диктуемое датчиками фактического положения ротора, приведет к непрерывному вращению с требуемой частотой.

Таким образом, электромеханическое преобразование энергии (создание момента) в таком приводе основано на принудительном изменением магнитного сопротивления Rпо угловой координате машины  за счет переключения токов в катушках статора. Изменение магнитного сопротивления обусловливает создание момента

Формирование в каждый момент времени токов нужной величины обеспечивает плавность движения при достижении требуемых моментов с малыми пульсациями. Формирование токов производится посредством широтно – импульсной модуляции, осуществляемой сигналами микропроцессорного устройства, подаваемыми на основные ключи коммутатора. Качественное функционирование привода при предельно простой машине достигается за счет совершенных ключей коммутатора и развитой системы микропроцессорного управления.

К преимуществам ВИД относятся:

  • высокая технологичность и за счет этого низкая трудоемкость производства двигателя (простая конфигурация магнитной системы, отсутствие коллектора, беличьей клетки, постоянных магнитов, машинная намотка катушек);
  • экономия активных материалов до 30%, использование лишь недефицитных и недорогих материалов (не используются дорогостоящие редкоземельные магниты);
  • низкая себестоимость машины – в 1,7 – 2 раза ниже себестоимости самого дешевого асинхронного короткозамкнутого двигателя (по оценкам западных специалистов);
  • экологическая чистота производства (отсутствует вредная для окружающей среды операция пропитки статора в целом, пропитываются лишь катушки) и утилизации (легко разделяются железо и медь, отсутствуют вредные в переработке редкоземельные магниты);
  • упрощенная и более надежная по сравнению с преобразователем частоты для асинхронного электропривода схема и конструкция силового коммутатора за счет однополярной коммутации;
  • широкие функциональные возможности – работа в зоне низких (десятки – сотни об/мин) или высоких (десятки тысяч об/мин) частот вращения с широким диапазоном регулирования и большими моментами в зоне низких частот;
  • высокие энергетические показатели, не уступающие ближайшим аналогам;
  • высокая надежность привода в целом;

По зарубежным данным некоторые показатели трех типов электроприводов для машины с высотой вала 112 мм приведены в таблице.

ТИП ЭЛЕКТРОПРИВОДА Номинальная
мощность, кВт
Номинальная мощность к oбъему актив-ных атериалов КПД
Постоянного тока
Асинхронный
Вентильно-индукторный
7
9
11
1
1,2
1,7
76
81
85

Быстрый поиск по Банку Рефератов:   | Описание работы | Похожие работы

Совокупность свойств вентильно-индукторного привода позволяет прогнозировать наиболее перспективные области его применения в ближайшие годы:

  • электрический транспорт, в частности автономный, с аккумуляторным питанием, а также городской;
  • центробежные машины – вентиляторы, насосы, где ВИД может революционно изменить привычные конструктивы и режимы, дать заметный эффект в сфере энерго- и ресурсосбережения;
  • станки, другие обрабатывающие машины;
  • бытовая техника.

Весьма интересны перспективы встраивания элементов ВИД в технологические машины – мотор-колесо, крыльчатка вентилятора, совмещенная с ротором обращенной машины и т.п.

***************************************

http://elmech.mpei.ac.ru/books/edu/SRD/Chapter1.html

http://www.mami.ru/science/mami145/scientific/article/s03/s03_07.pdf

http://leg.co.ua/info/elektricheskie-mashiny/ventilno-reaktivnye-dvigateli.html

http://www.ooo-sapfir.ru/vip.html

http://www.freepatent.ru/patents/2494518



Обновлен 21 окт 2016. Создан 31 авг 2015