ДВС

РОТОРНЫЙ

EMDRIVE

РАСКОКСОВКА

HONDA

ВИДЫ

Шестифазный вентильно-индукторный двигатель с минимальными шумами, вибрациями и пульсациями момента, способ и устройство управления. Шестифазный двигатель

шестифазный вентильно-индукторный двигатель, управляемый трехфазным током синусоидальной формы - патент РФ 2494518

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для использования в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах автоматических систем. Технический результат, достигаемый при использовании настоящего изобретения, состоит в уменьшении суммарной мощности силовых полупроводниковых приборов инвертора при одновременном обеспечении упрощения его монтажа и уменьшения числа выводов шестифазного вентильно-индукторного двигателя до трех. Указанный технический результат в данном изобретении достигается за счет соблюдения определенных соотношений угловых размеров полюсов ротора двигателя и его статора, четные полюса которого оснащены одной сосредоточенной обмоткой, а нечетные - двумя сосредоточенными обмотками, которые включены определенным образом. Кроме того, в предлагаемом двигателе полные токи обмоток фаз содержат в своем составе только первую гармонику и не содержат высших гармоник, а питание двигателя осуществляется тремя синусоидальными токами с помощью трехфазного мостового инвертора, который управляется релейно-токовым способом. 6 ил.

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах автоматических систем.

Известны многофазные вентильно-индукторные двигатели с прямыми полюсами ротора и статора и сосредоточенными обмотками, расположенными на полюсах статора [Кузнецов В.А., Кузьмичев В.А. Вентильно-индукторные двигатели. - М., Издательство МЭИ, 2003., с.62.].

Основным недостатком этих вентильно-индукторных двигателей является то, что при коммутации фаз токи фаз протекают только в одном направлении, поэтому для коммутации каждой фазы необходимо применение полумостовых схем [Кузнецов В.А., Кузьмичев В.А. Вентильно-индукторные двигатели. - М., Издательство МЭИ, 2003., с.10, 15, 17.]. Применение полумостовых схем для коммутации фаз увеличивает суммарную мощность и цену полупроводниковых приборов инвертора примерно в два раза по сравнению с традиционными мостовыми схемами, широко используемыми для управления асинхронными и вентильными двигателями [Питание машин с регулируемой реактивностью. G. Glaize. H. Foch. L

alimentation des machines a reluctance variable. Machines a Reluctance Variable, 30 septembre 1985, Франция.].

Вторым недостатком этого технического решения является то, что силовые транзисторные модули, которые применяются для инверторов на полумостовых схемах, имеют более высокую цену по сравнению с силовыми транзисторными модулями, применяемыми в традиционных мостовых схемах инверторов, за счет большего на один числа выводов. Кроме того, для реализации инверторов на полумостовых схемах необходимы два типа модулей (модуль, в котором коллектор транзистора соединен с анодом диода, и модуль, в котором коллектор транзистора соединен с катодом диода), что увеличивает номенклатуру комплектующих изделий.

Третьим недостатком этих вентильно-индукторных двигателей, по сравнению с асинхронными и вентильными двигателями, имеющими три вывода, является большое число выводов (так у трехфазного вентильно-индукторного двигателя число выводов - шесть, у четырехфазного - восемь, у шестифазного - двенадцать).

Четвертым недостатком этого технического решения является то, что при монтаже инверторов на полумостовых схемах для вентильно-индукторных двигателей увеличиваются затраты на монтажные работы по сравнению с затратами на монтаж мостовых инверторов, применяемых для управления асинхронными и вентильными двигателями.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является низкооборотный высокомоментный вентильный индукторный реактивный двигатель для автоматизированных электроприводов, содержащий статор с числом полюсов кратным шести и ротор с числом полюсов, меньшим числа полюсов статора на величину этой кратности (например, , ,

и так далее, где Z1 - число полюсов статора; Z2 - число полюсов ротора), фазные обмотки которого соединены в треугольник, питающийся от трехфазного мостового инвертора через включенные в каждую обмотку по одному диоду и управляемый трехфазным прямоугольным линейным напряжением различной полярности, причем периоды прямоугольных линейных напряжений составляют 120 электрических градусов, периоды, когда напряжения равны нулю, составляют 60 электрических градусов, и при трехфазном прямоугольном линейном напряжении различной полярности сдвинуты относительно друг друга на 120 электрических градусов [Плах Г.К., Лозитский О.Е., Луговец В.А., Протасов Д.А., Мустафаев P.P. Низкооборотный высокомоментный вентильный индукторный реактивный двигатель для автоматизированных электроприводов. / Пятая международная (четырнадцатая всероссийская) конференция по автоматизированному электроприводу. АЭП-2007, Санкт-Петербург, 18-21 сентября 2007].

Недостатком этого технического решения является наличие в схеме управления замкнутого контура, состоящего из двух последовательно включенных диодов и двух обмоток фаз полюсов, сдвинутых на 180 электрических градусов, вследствие чего электродвижущая сила этих обмоток при уменьшении тока уравновешивается омическим сопротивлением обмоток и падением напряжения на диодах в прямом направлении, что обуславливает низкую скорость уменьшения тока при коммутации фаз и наличие, наряду с двигательными, тормозных моментов, которые уменьшают крутящий момент двигателя, увеличивают энергетические потери, что особенно сильно сказывается при высоких частотах вращения.

Вторым недостатком этого технического решения является необходимость применения наряду с мостовым инвертором шести дополнительных силовых диодов, что увеличивает цену инвертора, уменьшает коэффициент полезного действия за счет потерь в шести дополнительных силовых диодах и приводит к необходимости увеличения габаритных размеров за счет увеличения числа силовых элементов и площади радиатора охлаждения.

Целями предлагаемого изобретения являются уменьшение числа выводов вентильно-индукторного двигателя, уменьшение массогабаритных показателей, упрощение и увеличение коэффициента полезного действия инвертора.

Поставленные цели достигаются тем, что в известных шестифазных синхронно-реактивных двигателях, содержащих явнополюсные симметричные статор и ротор со статором, имеющим 12 сосредоточенных полюсов с обмотками, и ротором, имеющим 10 полюсов без обмоток, в предлагаемом изобретении угловая ширина полюсов статора равна 12 градусов, угловая ширина межполюсного расстояния статора равна 18 градусов, угловая ширина полюсов ротора равна угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равна 18 градусам, причем обмотки противоположных полюсов с нечетными номерами питаются токами синусоидальной формы, сдвинутыми относительно друг друга на 60 электрических градусов, а обмотки полюсов с четными номерами оснащены двумя сосредоточенными обмотками, полный ток которых имеет синусоидальную форму и одинаковую амплитуду с токами обмоток нечетных полюсов, но сдвинут относительно них на 30 электрических градусов, причем обмотки нечетных противоположных полюсов соединены последовательно и соединены с четырьмя обмотками смежных полюсов, их начала соединены с выходами трехфазного мостового инвертора, управляемого релейно-токовым способом управления, а концы соединены между собой, образуя соединение в «звезду», соотношение числа витков обмоток нечетных полюсов и обмоток четных полюсов примерно равно

.

По сравнению с наиболее близким аналогичным техническим решением предлагаемое устройство имеет следующие новые признаки:

- шестифазный синхронно-реактивный двигатель, содержащий явнополюсный симметричный статор и ротор со статором, имеющим 12 сосредоточенных полюсов с обмотками, и ротором, имеющим 10 полюсов без обмоток, угловая ширина полюсов статора равна 12 градусов, угловая ширина межполюсного расстояния статора равна 18 градусов, угловая ширина полюсов ротора равна угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равна 18 градусам;

- обмотки противоположных полюсов с нечетными номерами питаются токами синусоидальной формы, сдвинутыми относительно друг друга на 60 электрических градусов, а полюса с четными номерами оснащены двумя сосредоточенными обмотками, полный ток которых имеет синусоидальную форму и одинаковую амплитуду с токами обмоток нечетных полюсов, но сдвинут относительно них на 30 электрических градусов, причем обмотки нечетных противоположных полюсов соединены последовательно и соединены с четырьмя обмотками смежных полюсов, а их начала соединены с выходами трехфазного мостового инвертора, управляемого релейно-токовым способом, а концы соединены между собой, образуя соединение в «звезду», соотношение числа витков обмоток нечетных полюсов и обмоток четных полюсов примерно равно

.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует требованию «новизна».

При реализации предлагаемого изобретения уменьшается число выводов двигателя, упрощается монтаж силового инвертора, уменьшается число и цена полупроводниковых приборов инвертора и увеличивается его коэффициент полезного действия.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует требованию «положительный эффект».

По каждому отличительному признаку проведен поиск известных технических решений в области электротехники, электропривода и электродвигателей.

Шестифазных вентильно-индукторных двигателей, содержащих явнополюсные симметричные статор и ротор со статором, имеющим 12 сосредоточенных полюсов с обмотками, и ротором, имеющим 10 полюсов без обмоток, с угловой шириной полюсов статора, равной 12 градусов, угловой шириной межполюсного расстояния статора, равной 18 градусов, угловой шириной полюсов ротора, равной угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равной 18 градусам, с обмотками противоположных полюсов с нечетными номерами, питающимися токами синусоидальной формы, сдвинутыми по фазе относительно друг друга на 60 электрических градусов, и полюсами с четными номерами, оснащенными двумя сосредоточенными обмотками, полный ток которых имеет синусоидальную форму и одинаковую амплитуду с токами обмоток нечетных полюсов, но сдвинут относительно них по фазе на 30 электрических градусов, с обмотками нечетных противоположных полюсов, соединенными последовательно и соединенными с четырьмя обмотками смежных полюсов, начала которых соединены с выходами трехфазного мостового инвертора, управляемого релейно-токовым способом, а концы соединены между собой, образуя соединение в «звезду», с соотношением числа витков обмоток нечетных полюсов и обмоток четных полюсов, примерно равным

, в известных технических решениях не обнаружено.

Таким образом, указанные признаки обеспечивают заявленному техническому решению соответствие требованию «существенные отличия».

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 приведен шестифазный вентильно-индукторный двигатель с 12 полюсами статора и 10 полюсами ротора, управляемый трехфазным током синусоидальной формы. На фиг.1 обозначено: 1 - статор; 2 - обмотка полюса статора с нечетным номером; 3 - обмотки полюсов статора с четным номером; 4 - ротор; 5 - вал; 1-12 - номера полюсов статора; 1-10 - номера полюсов ротора; 18° - угловая ширина полюсов ротора и межполюсного расстояния ротора и статора; 12° - угловая ширина полюсов статора; iA, -iA, iB, -iB, iC, -iC - текущие значения токов обмоток соответствующих полюсов статора с нечетными номерами; iC-iA, iC-iB, iA-iB, iA-iC, iB-iC, iB-iA - текущие значения токов обмоток соответствующих полюсов статора с четными номерами.

На фиг.2 приведены схемы обмоток соответствующих фаз шестифазного вентильно-индукторного двигателя с 12 полюсами статора и 10 полюсами ротора, управляемого трехфазным током синусоидальной формы. На фиг.2 обозначено: 1-12 - номера полюсов статора.

На фиг.3 приведены схемы соединения обмоток шестифазного вентильно-индукторного двигателя с 10 полюсами ротора и 12 полюсами статора, управляемого трехфазным током синусоидальной формы. На фиг.3 обозначено: 1-12 - номера полюсов статора, на которых размещены соответствующие обмотки, в соответствии с фиг.1, A, B, C - выводы обмоток полюсов статора, подсоединенные к выходам трехфазного инвертора.

На фиг.4 приведены диаграммы работы нечетных полюсов шестифазного вентильно-индукторного двигателя с 12 полюсами статора и 10 полюсами ротора, управляемого трехфазным током синусоидальной формы, в относительных единицах. На фиг.4 обозначено: iA, iB, iC, -iA, -iB, -iC - текущие значения токов обмоток нечетных полюсов, (iA)2=(-iA)2, (iB)2=(-iB)2=(iB)2, (iC) 2=(-iC)2 - текущие значения токов нечетных полюсов в квадрате; L1,7, L3,9, L5,11 - текущие значения индуктивностей нечетных полюсов; , , - текущие значения производных индуктивностей по углу поворота ротора нечетных полюсов; =0 360 - угол поворота ротора относительно статора в электрических градусах.

На фиг.5 приведены диаграммы работы четных полюсов шестифазного вентильно-индукторного двигателя с 12 полюсами статора и 10 полюсами ротора, управляемого трехфазным током синусоидальной формы, в относительных единицах. На фиг.4 обозначено: iC-iB, iA-iB, iA- iC, iB-iC, iB-iA, iC-iA - текущие значения токов обмоток нечетных полюсов, (iC-iB)2=(iB-iC) 2, (iA-iB)2=(iB-iA)2, (iA-iC) 2=(iC-iA)2 - текущие значения токов обмоток четных полюсов в квадрате; L2,8, L4,10, L6,12 - текущие значения индуктивностей четных полюсов; , , - текущие значения производных индуктивностей по углу поворота ротора четных полюсов; =0 360 - угол поворота ротора относительно статора в электрических градусах.

На фиг.6 приведена структурная схема регулятора момента шестифазного вентильно-индукторного двигателя с 12 полюсами статора и 10 полюсами ротора, управляемого трехфазным током синусоидальной формы. На фиг.6 обозначено: R - резистор, задающий амплитуду и направление вращения вектора заданного тока; +U, -U - напряжения питания резистора, задающего амплитуду и направление вращения вектора заданного тока; I3 - заданный вектор тока; БИЛ - блок изменения полярности; -1 - коэффициент передачи блока изменения полярности; ПА, ПВ, ПС - переключатели полярностей тока задания соответствующих фаз; ЦАПА, ЦАПВ, ЦАПС - цифроаналоговые преобразователи соответствующих фаз; ПЗУА, ПЗУВ, ПЗУС - постоянные запоминающие устройства соответствующих фаз; ДП - датчик положения ротора вентильно-индукторного двигателя; БСА, БСВ, БСС - блоки сравнения текущих значений заданных токов и токов обмоток соответствующих фаз; iA, iB , iC - текущие значения токов обмоток соответствующих фаз; К1-К6 -компараторы с гистерезисом; Б1, Б2, Б3 -блоки с коэффициентом передачи равным -1, изменяющие полярность выходного напряжения компараторов К2, К4, К6; VT1-VT6 - силовые транзисторы; VD1-VD6 - силовые диоды; ДТ1-ДТ3 - датчики тока; Е - источник постоянного напряжения; С - конденсатор источника постоянного напряжения; ВИД - вентильно-индукторный двигатель; А, В, С - фазы инвертора; БСОВ - блок сравнения текущих значений заданного тока и тока обмотки возбуждения; 11-12 номера полюсов статора с соответствующими обмотками.

Регулятор момента шестифазного вентильно-индукторного двигателя с 12 полюсами статора и 10 полюсами ротора, управляемого трехфазным током синусоидальной формы, работает следующим образом: резистором R задается амплитуда и полярность вектора тока I з, БИП изменяет полярность Iз на противоположную. Сигналы различной полярности, пропорциональные Iз, подаются на входы переключателей соответствующих фаз ПА, ПВ, ПС, на управляющие входы которых подаются сигналы с выходов постоянных запоминающих устройств соответствующих фаз ПЗУА, ПЗУВ, ПЗУС, соединенных с датчиком положения ротора. Сигналы с ПА, ПВ, ПС, и ПЗУА, ПЗУВ, ПЗУС подаются на входы цифроаналоговых преобразователей соответствующих фаз ЦАПА, ЦАПВ, ЦАПС, на выходах которых формируется трехфазное синусоидальное напряжение, амплитуда которого пропорциональна Iз, частота - пропорциональна частоте вращения ротора, при изменении полярности Iз при помощи резистора R происходит сдвиг токов фаз на 180 электрических градусов. Заданные токи фаз сравниваются при помощи блоков сравнения текущих значений заданных токов и токов обмоток соответствующих фаз БСА, БСВ, БСС, причем сигналы, пропорциональные токам фаз, поступают с трех датчиков токов ДТ1-ДТ3, а сигналы, пропорциональные заданным токам, поступают с выходов трех цифроаналоговых преобразователей ЦАПА, ЦАПВ, ЦАПС, а их разность поступает на входы компараторов с гистерезисом К1-К6, которые совместно с блоками, имеющими коэффициент передачи, равный -1 - Б1, Б2, Б3 и трехфазным инвертором, выполненном на транзисторах VT1-VT6 и на диодах VD1-VD6, формируют трехфазные токи, средняя величина которых имеет синусоидальную форму и амплитуду пропорциональную I3. Фазы токов трехфазного инвертора сдвинуты на 120°, так как момент, который развивает одна пара противоположных полюсов, равен , где М - момент, развиваемый одной парой противоположных полюсов; i2 - полное текущее значение тока в обмотках одной пары противоположных полюсов; - производная индуктивности обмоток одной пары противоположных полюсов по углу поворота ротора в электрических градусах, если i=Imaxsin , то , то есть квадрат текущего значения тока при разложении в ряд Фурье имеет в своем составе нулевую и первую гармоники, причем частота первой гармоники квадрата тока в два раза больше частоты тока, поэтому сдвиг фаз первой гармоники квадратов токов на выходе инвертора составляет 60 электрических градусов, поэтому обмотки шести нечетных полюсов, которые также сдвинуты геометрически на 60 градусов, питаются трехфазным током (в соответствии с фиг.4). Для того, чтобы фаза первой гармоники квадратов полных токов в обмотках смежных полюсов была сдвинута на 30 градусов, необходимо, чтобы фаза полного тока обмоток смежных полюсов была сдвинута на 60 градусов, это получается за счет того, что полюса с четными номерами оснащены двумя обмотками, по которым протекает ток двух фаз (в соответствии с фиг.1 - фиг.3). Например, полный ток второго полюса:

i2=iC-iA=Imax[sin +240°)-sin ]=-Imax×2×0,866cos( +120°)=-1,732Imaxcos( +120°).

Для того чтобы максимальные значения полного тока обмоток четных и нечетных полюсов были одинаковы, необходимо, чтобы число витков каждой обмотки четных полюсов были , где wЧ - число витков каждой обмотки четных полюсов; wH - число витков каждой обмотки нечетных полюсов. Тогда: i2=iC-iA=Imaxcos( +120°), а квадрат полного тока второго полюса: то есть квадраты полных токов смежных полюсов были одинаковы по амплитуде, а фазы их первых гармоник сдвинуты на 30°, как и на 30° сдвинуты оси смежных полюсов статора.

Так как момент, развиваемый каждой парой противолежащих полюсов, равен , а для конфигурации ВИД, показанной на фиг.1, например, для полюсов 1 и 7 при 30°> >0°, момент в относительных единицах М1,7 =0,25(1-cos2 )[-0,5(1+cos6 )], то при =0°, М1,7=0, так как (iA)2 =0, при =30°, М1,7=0, так как , при =15° максимальный тормозной момент М1,7 -0,0084. При 60°> >30° M1,7=0, так как , при 120°> >60° момент двигательный, при =90° максимальный двигательный момент М1,7 0,125. Отношение максимального тормозного момена к максимальному двигательному моменту . Аналогично работают и остальные пары полюсов статора.

Таким образом, использование в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах автоматических систем шестифазных вентильно-индукторных двигателей с 12 полюсами статора и 10 полюсами ротора, содержащих явнополюсные симметричные статор и ротор со статором, имеющим 12 сосредоточенных полюсов с обмотками, и ротором, имеющим 10 полюсов без обмоток, с угловой шириной полюсов статора, равной 12 градусов, угловой шириной межполюсного расстояния статора, равной 18 градусов, угловой шириной полюсов ротора, равной угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равной 18 градусам, с обмотками противоположных полюсов с нечетными номерами, питающимися токами синусоидальной формы, сдвинутыми относительно друг друга на 60 электрических градусов, а обмотками полюсов с четными номерами, оснащенными двумя сосредоточенными обмотками, суммарный ток которых имеет синусоидальную форму и одинаковую амплитуду с токами обмоток нечетных полюсов, но сдвинут относительно них на 30 электрических градусов, и обмотками нечетных противоположных полюсов, соединенными последовательно и соединенными с четырьмя полуобмотками смежных полюсов, с началами которых соединены выходы трехфазного мостового инвертора, управляемого релейно-токовым способом, с концами соединенными между собой, образующими соединение в «звезду», с соотношением числа витков обмоток нечетных полюсов и полуобмоток четных полюсов, примерно равным , позволяет уменьшить число выводов вентильно-индукторного двигателя, уменьшить массогабаритные показатели инвертора, упростить монтаж инвертора и увеличить коэффициент полезного действия инвертора.

Использование предлагаемого технического решения в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах обеспечит повышение эффективности и качества работы этих устройств.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Шестифазный вентильно-индукторный двигатель, управляемый трехфазным током синусоидальной формы, содержащий явнополюсный симметричный статор, имеющий 12 сосредоточенных полюсов с обмотками и ротором, имеющим 10 полюсов без обмоток, содержащий схему управления, силовой инвертор и датчик положения ротора, отличающийся тем, что угловая ширина полюсов статора равна 12 градусам, угловая ширина межполюсного расстояния статора равна 18 градусам, угловая ширина полюсов ротора равна угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равна 18 градусам, с обмотками противоположных полюсов с нечетными номерами, питающимися токами синусоидальной формы, сдвинутыми по фазе относительно друг друга на 60 электрических градусов, и полюсами с четными номерами, оснащенными двумя сосредоточенными обмотками, полный ток которых имеет синусоидальную форму и одинаковую амплитуду с токами обмоток нечетных полюсов, но сдвинут относительно них по фазе на 30 электрических градусов, причем обмотки нечетных противоположных полюсов соединены последовательно и соединены с четырьмя обмотками смежных полюсов, а их начала соединены с выходами трехфазного мостового инвертора, управляемого релейно-токовым способом, а концы соединены между собой, образуя соединение в «звезду», с соотношением числа витков обмоток нечетных полюсов и обмоток четных полюсов примерно равным .

www.freepatent.ru

шестифазный вентильно-индукторный двигатель с минимальными шумами, вибрациями и пульсациями момента, способ и устройство управления - патент РФ 2483416

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах автоматических систем. Техническим результатом является уменьшение шумов и вибраций и увеличение равномерности крутящего момента. В шестифазном вентильно-индукторном двигателе производные индуктивностей обмоток фаз по углу поворота ротора имеют синусоидальную форму, а высшие гармоники отсутствуют, за счет определенных соотношений угловых размеров полюсов ротора и статора, а полюса ротора имеют скосы в осевом направлении. Кроме того, полные токи обмоток фаз содержат в своем составе только нулевую и первую гармоники и не содержат высших гармоник. Это осуществляется за счет того, что каждый полюс статора оснащен двумя обмотками, через одну из которых протекает нулевая гармоника (постоянная составляющая), через другую обмотку протекает ток, имеющий синусоидальную форму. Амплитуда тока синусоидальной формы равна величине постоянного тока. Синусоидальные токи формируются при помощи трехфазного мостового инвертора, а постоянный ток формируется полумостовым инвертором. Используется релейно-токовый способ управления. 5 ил.

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах автоматических систем.

Известны многофазные вентильно-индукторные двигатели с прямыми полюсами ротора и статора и сосредоточенными обмотками, расположенными на полюсах статора [Кузнецов В.А., Кузьмичев В.А. Вентильно-индукторные двигатели. - М., Издательство МЭИ, 2003, с.62]. В таких двигателях Z2=Z1±2, где Z2 - число полюсов ротора; Z1 - число полюсов статора, поэтому ротор вентильно-индукторного двигателя вращается с частотой меньшей, чем частота первой гармоники токов фаз , где - частота вращения ротора; - частота первой гармоники токов фаз.

Основными недостатками этих двигателей являются повышенный уровень шумов, вибраций и высокие пульсации момента [Шабаев В.А. Анализ источников шума вентильно-индукторного двигателя // Электротехника. 2005, № 5, с.62].

Вторым недостатком вентильно-индукторных двигателей является то, что при коммутации фаз токи фаз протекают только в одном направлении, поэтому для коммутации каждой фазы необходимо применение полумостовых схем [Кузнецов В.А., Кузьмичев В.А. Вентильно-индукторные двигатели. - М., Издательство МЭИ, 2003, с.10, 15, 17]. Применение полумостовых схем для коммутации фаз увеличивает суммарную установочную мощность и цену полупроводниковых приборов инвертора [Питание машин с регулируемой реактивностью. G. Glaize. H. Foch. L'alimentation des machines a'reluctance variable. Machines a'Reluctance Variable, 30 septembre 1985, Франция.]. Токи фаз вентильно-индукторного двигателя, протекающие только в одном направлении, являются в общем случае несинусоидальными и при разложении в ряд Фурье имеют в своем составе нулевую, первую и высшие гармоники. Нулевая гармоника токов фаз по своей сути является током возбуждения.

Известны синхронно-реактивные двигатели с акисиальным возбуждением (A.M.Григорович, Б.А.Метелкин, Я.Б.Тубис и В.А.Шабаев. Авторское свидетельство СССР № 1737644 А1, Электрическая машина, кл. H02K 19/20, 1980).

Основными недостатками этого технического решения является высокая мощность, потребляемая обмотками возбуждения, обуславливаемая тем, что магнитные потоки возбуждения замыкаются через два зазора и через магнитопровод статора и ротора в поперечном направлении (против шихтовки), то есть магнитное сопротивление потокам возбуждения достаточно велико. Это вызывает необходимость увеличения напряженности магнитного поля за счет увеличения числа витков и тока обмоток возбуждения, что в свою очередь приводит к дополнительному нагреву и увеличению массы и размеров двигателя. Кроме того, эта конструкция сложна и нетехнологична.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является низкооборотный высокомоментный вентильный индукторный реактивный двигатель для автоматизированных электроприводов, содержащий статор с числом полюсов, кратным шести, и ротор с числом полюсов, меньшим числа полюсов статора на величину этой кратности (например, и так далее, где Z1 - число полюсов статора; Z2 - число полюсов ротора), фазные обмотки которого соединены в треугольник, питающийся от трехфазного мостового инвертора через включенные в каждую обмотку по одному диоду и управляемый трехфазным прямоугольным линейным напряжением различной полярности, причем периоды прямоугольных линейных напряжений составляют 120 электрических градусов, периоды, когда напряжения равны нулю, составляют 60 электрических градусов и при трехфазным прямоугольном линейном напряжении различной полярности сдвинуты относительно друг друга на 120 электрических градусов [Плах Г.К., Лозитский О.Е., Луговец В.А., Протасов Д.А., Мустафаев P.P. Низкооборотный высокомоментный вентильно-индукторный реактивный двигатель для автоматизированных электроприводов. / Пятая международная (четырнадцатая всероссийская) конференция по автоматизированному электроприводу. АЭП-2007, Санкт-Петербург, 18-21 сентября 2007].

Недостатками этого технического решения являются большая неравномерность момента (в описании прототипа пульсации момента составляют 16%) и наличие в схеме управления замкнутого контура, состоящего из двух последовательно включенных диодов и двух обмоток фаз полюсов, сдвинутых на 180 электрических градусов, вследствие чего электродвижущая сила этих обмоток при уменьшении тока уравновешивается омическим сопротивлением обмоток и падением напряжения на диодах в прямом направлении, что обуславливает низкую скорость уменьшения тока при коммутации фаз и наличие наряду с двигательными тормозных моментов, которые уменьшают вращающий момент двигателя, увеличивают энергетические потери, что особенно сильно сказывается при высоких частотах вращения. Кроме того, форма тока каждой фазы близка к форме тока, называемой «детектированной синусоидой», ток такой формы при разложении в ряд Фурье наряду с нулевой гармоникой содержит много высших гармоник, что вызывает шумы и вибрации.

Целями предлагаемого изобретения является уменьшение уровня шумов и вибраций и пульсаций момента.

Поставленные цели достигаются тем, что в известных шестифазных синхронно-реактивных двигателях, содержащих явнополюсные симметричные статор и ротор с Z2=(Z1±2)p, где p - число пар полюсов статора, p=2,4,8 , каждый полюс статора оснащен двумя сосредоточенными обмотками, одна из которых является фазной обмоткой, а другая играет роль обмотки возбуждения, причем фазные обмотки фазы А соединены последовательно с фазными обмотками фазы D, фазные обмотки фазы В соединены последовательно с фазными обмотками фазы Е, фазные обмотки фазы С соединены последовательно с фазными обмотками фазы F, эти попарно соединенные обмотки соединены в «звезду» и с выходами трехфазного мостового инвертора, а обмотки возбуждения каждого из полюсов соединены последовательно и подключены к выходам однофазного полумостового инвертора, при этом фазные обмотки питаются токами синусоидальной формы, сдвинутыми относительно друг друга на угол 60 электрических градусов, а обмотки возбуждения питаются постоянным током, причем величина постоянного тока равна амплитуде трехфазных токов, которые формируются за счет датчиков токов фаз, датчика тока обмоток возбуждения, датчика положения тока ротора при помощи релейно-токового способа управления, и симметричный явнополюсный ротор со скошенными полюсами, причем угловая ширина полюса ротора для вентильно-индукторного двигателя с Z1=12 и Z2=10 равна угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равна 18°, а угол скоса ротора по оси равен 6°, угловая ширина полюса статора равна 12°, угловая ширина межполюсного расстояния статора равна 18°.

По сравнению с наиболее близким аналогичным техническим решением предлагаемое устройство имеет следующие новые признаки:

- каждый полюс статора оснащен двумя сосредоточенными обмотками, одна из которых является фазной обмоткой, а другая играет роль обмотки возбуждения, причем фазные обмотки фазы А соединены последовательно с фазными обмотками фазы D, фазные обмотки фазы В соединены последовательно с фазными обмотками фазы Е, фазные обмотки фазы С соединены последовательно с фазными обмотками фазы F;

- эти попарно соединенные обмотки соединены в «звезду» и с выходами трехфазного мостового инвертора, а обмотки возбуждения каждого из полюсов соединены последовательно и подключены к выходам однофазного мостового инвертора, при этом фазные обмотки питаются токами синусоидальной формы, сдвинутыми относительно друг друга на угол 60 электрических градусов, а обмотки возбуждения питаются постоянным током;

- величина постоянного тока равна амплитуде трехфазных токов, которые формируются за счет датчиков токов фаз, датчика тока обмоток возбуждения, датчика положения тока ротора при помощи токового способа управления;

- двигатель содержит явнополюсный ротор со скошенными полюсами, причем угловая ширина полюса ротора для вентильно-индукторного двигателя с Z1=12 и Z2=10 равна угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равна 18°, а угол скоса по оси ротора равен 6°, угловая ширина полюса статора равна 12°, угловая ширина межполюсного расстояния статора равна 18°.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует требованию «новизна».

При реализации предлагаемого изобретения уменьшаются шумы и вибрации вентильно-индукторного двигателя и уменьшаются пульсации момента за счет отсутствия высших гармоник токов основных обмоток и обмоток возбуждения и за счет уменьшения числа и амплитуды высших гармоник производных индуктивностей фаз по углу поворота ротора.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует требованию «положительный эффект».

По каждому отличительному признаку проведен поиск известных технических решений в области электротехники, электропривода и электродвигателей.

Шестифазных вентильно-индукторных двигателей с 12 полюсами статора и 10 полюсами ротора, содержащих явнополюсный ротор со скошенными полюсами, с угловой шириной полюса ротора, равной угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равной 18°, с углом скоса полюса ротора по оси, равным 6°, угловой шириной полюса статора, равной 12°, угловой шириной межполюсного расстояния статора, равной 18°, с каждым полюсом статора, оснащенным двумя сосредоточенными обмотками, одна из которых является фазной обмоткой, а другая играет роль обмотки возбуждения, с фазными обмотками фазы А, соединенными последовательно с фазными обмотками фазы D, фазными обмотками фазы В, соединенными последовательно с фазными обмотками фазы Е, фазными обмотками фазы С, соединенными последовательно с фазными обмотками фазы F, с тремя концами этих попарно последовательно соединенных обмоток, соединенными в «звезду», и с остальными тремя концами, соединенными с выходами трехфазного мостового инвертора, и питающимися токами синусоидальной формы, сдвинутыми относительно друг друга на угол 60 электрических градусов, с обмотками возбуждения каждого из полюсов, соединенными последовательно, подключенными к выходам однофазного полумостового инвертора, питающимися постоянным током, с величиной, равной амплитуде трехфазных токов, которые формируются за счет датчиков токов фаз, датчика тока обмоток возбуждения, датчика положения тока ротора при помощи релейно-токового способа управления, в известных технических решениях не обнаружено.

Таким образом, указанные признаки обеспечивают заявленному техническому решению соответствие требованию «существенные отличия»

Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 приведен шестифазный вентильно-индукторный двигатель с минимальными шумами, вибрациями и пульсациями момента, с 12 полюсами статора и 10 полюсами ротора, содержащего явнополюсный ротор со скошенными полюсами и обмотками возбуждения на полюсах статора. На фиг.1 обозначено: 1 - статор; 2 - обмотка возбуждения; 3 - фазная обмотка; 4 - ротор; 5 - вал; A-F - полюса статора, оснащенные обмотками соответствующих фаз; 1-12 - номера полюсов статора; 1-10 - номера полюсов ротора.

На фиг.2 приведены развертки поверхностей полюсов ротора и статора шестифазного вентильно-индукторного двигателя с минимальными шумами, вибрациями и пульсациями момента, с 10 полюсами ротора и 12 полюсами статора, содержащего явнополюсный ротор со скошенными полюсами в положении ротора относительно статора, соответствующем фиг.1. На фиг.2 обозначено: I - развертки поверхностей полюсов ротора; II - развертки поверхностей полюсов статора; A-F - полюса статора, оснащенные обмотками соответствующих фаз; 1-12 - номера полюсов статора; 1-10 - номера полюсов ротора.

На фиг.3 приведены схемы фазных обмоток и обмоток возбуждения шестифазного вентильно-индукторного двигателя с минимальными шумами, вибрациями и пульсациями момента, с 10 полюсами ротора и 12 полюсами статора. На фиг.3 обозначено: I - схема обмоток возбуждения; II - схема фазных обмоток; 1-12 - номера полюсов статора в соответствии с фиг.1; Нов - начало обмотки возбуждения; Ков - конец обмотки возбуждения; А, В, С - обмотки полюсов статора, в которых протекает трехфазный переменный ток; -А, -В, -С - обмотки полюсов статора, в которых протекает трехфазный переменный ток, сдвинутый относительно обмоток А, В, С на 180 электрических градусов за счет противоположного включения начал и концов этих обмоток.

На фиг.4 приведены диаграммы работы шестифазного вентильно-индукторного двигателя с минимальными шумами, вибрациями и пульсациями момента с 12 полюсами статора и 10 полюсами ротора, содержащего явнополюсный ротор со скошенными полюсами, рассчитанные в относительных единицах с помощью программы MathCad. На фиг.4 обозначено: t:=0 360 - угол поворота ротора относительно статора в электрических градусах; - производная индуктивности фазы А по углу поворота ротора, имеющая синусоидальную форму за счет конфигурации полюсов ротора и статора, показанных на фиг.1 и 2; - суммарный ток фазной обмотки и обмотки возбуждения полюсов фазы A; 0,5(IA(t))2 - половина квадрата суммы токов фазной обмотки и обмотки возбуждения фазы A; MA(t):=dLA(t)0,5(IA(t)) 2 - крутящий момент на валу двигателя, создаваемый фазой А; МА+МС+МЕ - суммарный вращающий момент на валу двигателя, создаваемый фазами А, С, Е; MB+MD+MF - суммарный вращающий момент на валу двигателя, создаваемый фазами В, D, F; MA+MC+ME+MB+MD+MF - суммарный вращающий момент на валу двигателя, создаваемый всеми шестью фазами.

На фиг.5 приведена структурная схема регулятора момента шестифазного вентильно-индукторного двигателя с минимальными шумами, вибрациями и пульсациями момента. На фиг.5 обозначено: R - резистор, задающий амплитуду и направление вращения вектора заданного тока; +U, -U - напряжения питания резистора, задающего амплитуду и направление вращения вектора заданного тока; I з - заданный вектор тока; БИП - блок изменения полярности; -1 - коэффициент передачи блока изменения полярности; ПА, ПВ, ПС - переключатели полярностей тока задания соответствующих фаз; ЦАПА, ЦАПВ, ЦАПС - цифроаналоговые преобразователи соответствующих фаз; ПЗУА, ПЗУВ, ПЗУС - постоянные запоминающие устройства соответствующих фаз; ДП - датчик положения ротора вентильно-индукторного двигателя; БСА, БСВ, БСС - блоки сравнения текущих значений заданных токов и токов обмоток соответствующих фаз; iA, iB , iC - текущие значения токов обмоток соответствующих фаз; K1-K8 - компараторы с гистерезисом; Б1, Б2, Б3 - блоки с коэффициентом передачи, равным -1, изменяющие полярность выходного напряжения компараторов K2, K4, K6; VT1-VT8 - силовые транзисторы; VD1- VD8 - силовые диоды; ДТ1-ДТ4 - датчики тока; Е -источник постоянного напряжения; С - конденсатор источника постоянного напряжения; LA-LF - индуктивности соответствующих фаз; Lов - индуктивность обмотки возбуждения; БСОВ - блок сравнения текущих значений заданного тока и тока обмотки возбуждения; iов - текущее значение тока обмотки возбуждения; БВМ - блок выделения модуля (линейный выпрямитель).

Регулятор момента шестифазного вентильно-индукторного двигателя с обмоткой возбуждения работает следующим образом. Резистором R задается амплитуда и полярность вектора тока Iз, БИП изменяет полярность Iз на противоположную. Сигналы различной полярности, пропорциональные Iз, подаются на входы переключателей соответствующих фаз ПА, ПВ, ПС, на управляющие входы которых подаются сигналы с выходов постоянных запоминающих устройств соответствующих фаз ПЗУА, ПЗУВ, ПЗУС, соединенных с датчиком положения ротора. Сигналы с ПА, ПВ, ПС и ПЗУА, ПЗУВ, ПЗУС подаются на входы цифроаналоговых преобразователей соответствующих фаз ЦАПА, ЦАПВ, ЦАПС, на выходах которых формируется трехфазное синусоидальное напряжение, амплитуда которого пропорциональна Iз, частота - частоте вращения ротора, а при изменении полярности Iз при помощи резистора R происходит сдвиг токов фаз на 180 электрических градусов. Заданные токи фаз сравниваются при помощи блоков сравнения текущих значений заданных токов и токов обмоток соответствующих фаз БСА, БСВ, БСС, причем сигналы, пропорциональные токам фаз, поступают с трех датчиков токов ДТ1-ДТ3, а сигналы, пропорциональные заданным токам фаз, поступают с выходов трех цифроаналоговых преобразователей ЦАПА, ЦАПВ, ЦАПС, а их разность поступает на входы компараторов с гистерезисом K1-K6, которые совместно с блоками, имеющими коэффициент передачи, равный -1, - Б1, Б2, Б3 и трехфазным инвертором, выполненным на транзисторах VT1-VT6 и на диодах VD1-VD6, формируют трехфазные токи, средняя величина которых имеет синусоидальную форму и амплитуду, пропорциональную Iз. Заданное резистором R напряжение, пропорциональное Iз, подается на вход блока выделения модуля БВМ, с выхода которого напряжение, имеющее только положительную полярность, подается на входы блока сравнения текущих значений заданного тока и тока обмотки возбуждения БСОВ, на второй вход которого подается напряжение, пропорциональное току в обмотке возбуждения, с выхода датчика тока. С выхода БСОВ сигнал подается на компараторы K7 и K8, которые управляют полумостовым инвертором на транзисторах VT7 и VT8 и на диодах VD7 и VD8 и формируют постоянный ток в обмотке возбуждения, средняя величина которого пропорциональна Iз. Благодаря конфигурации вентильно-индукторного двигателя, показанной на фиг.1, и схеме включения обмоток, показанной на фиг.3, среднее значение полных токов обмоток каждого полюса равно сумме токов фазной обмотки и обмотки возбуждения i n=Imax{1+sin[ +(n-1)60°]}, где in - среднее значение полных токов обмоток n-го полюса статора; Imax - максимальное значение токов фазных обмоток; - угловое положение ротора в электрических градусах; n=1 12 - номер полюса статора. При этом крутящий момент, развиваемый полюсами 1 и 7, равен , где IA max - максимальное значение тока фазы А. Для того чтобы , необходимо применение конструкции полюсов ротора и статора, поверхности полюсов которых показаны на фиг.2. При этом . Результаты расчета вращающего момента от фазы А, проведенные при помощи прикладной программы MathCad для линейной модели предлагаемого двигателя, в относительных единицах (то есть при IA max=1 и показаны на фиг.4. Так как фазные токи и изменение индуктивностей обмоток фаз по углу поворота ротора, смежных полюсов сдвинуты на угол, равный 60 электрических градусов, то и вращающие моменты фаз смежных полюсов сдвинуты на угол, равный 60 электрических градусов, а суммарный момент от всех фаз постоянный, не зависит от углового положения ротора, как показано на фиг.4.

Таким образом, использование в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах автоматических систем шестифазных вентильно-индукторных двигателей с 12 полюсами статора и 10 полюсами ротора, содержащих явнополюсный ротор со скошенными полюсами, с угловой шириной полюса ротора, равной угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равной 18°, с углом скоса полюса ротора по оси, равным 6°, угловой шириной полюса статора, равной 12°, угловой шириной межполюсного расстояния статора, равной 18°, с каждым полюсом статора, оснащенным двумя сосредоточенными обмотками, одна из которых является фазной обмоткой, а другая играет роль обмотки возбуждения, с фазными обмотками фазы А, соединенными последовательно с фазными обмотками фазы D, фазными обмотками фазы В, соединенными последовательно с фазными обмотками фазы Е, фазными обмотками фазы С, соединенными последовательно с фазными обмотками фазы F, с тремя концами этих попарно последовательно соединенных обмоток, соединенными в «звезду», и с остальными тремя концами, соединенными с выходами трехфазного мостового инвертора и питающимися токами синусоидальной формы, сдвинутыми относительно друг друга на угол 60 электрических градусов, с обмотками возбуждения каждого из полюсов, соединенными последовательно, подключенными к выходам однофазного мостового инвертора, питающимися постоянным током, с величиной, равной амплитуде трехфазных токов, которые формируются за счет датчиков токов фаз, датчика тока обмоток возбуждения, датчика положения тока ротора при помощи токового способа управления, позволяет уменьшить пульсации момента, приводящие к пульсациям скорости при малых скоростях, и уменьшает уровень шумов и вибраций.

Использование предлагаемого технического решения в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах обеспечит повышение эффективности и качества работы этих устройств.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Шестифазный вентильно-индукторный двигатель, содержащий явнополюсный статор с 12 сосредоточенными обмотками и ротор с 10 прямыми полюсами без обмоток и без магнитов, управляемый при помощи системы, коммутирующей напряжение фаз, содержащей схему управления, силовой инвертор и датчик положения ротора, отличающийся тем, что двигатель оснащен ротором со скошенными полюсами, с угловой шириной полюса ротора, равной угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равной 18°, с углом скоса полюса ротора по оси, равным 6°, угловой шириной полюса статора, равной 12°, угловой шириной межполюсного расстояния статора, равной 18°, с каждым полюсом статора, оснащенным двумя сосредоточенными обмотками, одна из которых является фазной обмоткой, а другая играет роль обмотки возбуждения, с фазными обмотками фазы А, соединенными последовательно с фазными обмотками фазы D, фазными обмотками фазы В, соединенными последовательно с фазными обмотками фазы Е, фазными обмотками фазы С, соединенными последовательно с фазными обмотками фазы F, с тремя концами этих попарно последовательно соединенных обмоток, соединенными в «звезду», и с остальными тремя концами, соединенными с выходами трехфазного мостового инвертора и питающимися токами синусоидальной формы, сдвинутыми относительно друг друга на 60 электрических градусов, с обмотками возбуждения каждого из полюсов, соединенными последовательно, подключенными к выходам однофазного полумостового инвертора, питающимися постоянным током, с величиной, равной амплитуде трехфазных токов, которые формируются за счет датчиков токов фаз, датчика тока обмоток возбуждения, датчика положения тока ротора при помощи токового способа управления.

www.freepatent.ru

Шестифазный вентильно-индукторный двигатель с минимальными шумами, вибрациями и пульсациями момента, способ и устройство управления

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах автоматических систем. Техническим результатом является уменьшение шумов и вибраций и увеличение равномерности крутящего момента. В шестифазном вентильно-индукторном двигателе производные индуктивностей обмоток фаз по углу поворота ротора имеют синусоидальную форму, а высшие гармоники отсутствуют, за счет определенных соотношений угловых размеров полюсов ротора и статора, а полюса ротора имеют скосы в осевом направлении. Кроме того, полные токи обмоток фаз содержат в своем составе только нулевую и первую гармоники и не содержат высших гармоник. Это осуществляется за счет того, что каждый полюс статора оснащен двумя обмотками, через одну из которых протекает нулевая гармоника (постоянная составляющая), через другую обмотку протекает ток, имеющий синусоидальную форму. Амплитуда тока синусоидальной формы равна величине постоянного тока. Синусоидальные токи формируются при помощи трехфазного мостового инвертора, а постоянный ток формируется полумостовым инвертором. Используется релейно-токовый способ управления. 5 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах автоматических систем.

Известны многофазные вентильно-индукторные двигатели с прямыми полюсами ротора и статора и сосредоточенными обмотками, расположенными на полюсах статора [Кузнецов В.А., Кузьмичев В.А. Вентильно-индукторные двигатели. - М., Издательство МЭИ, 2003, с.62]. В таких двигателях Z2=Z1±2, где Z2 - число полюсов ротора; Z1 - число полюсов статора, поэтому ротор вентильно-индукторного двигателя вращается с частотой меньшей, чем частота первой гармоники токов фаз , где Ω - частота вращения ротора; ω - частота первой гармоники токов фаз.

Основными недостатками этих двигателей являются повышенный уровень шумов, вибраций и высокие пульсации момента [Шабаев В.А. Анализ источников шума вентильно-индукторного двигателя // Электротехника. 2005, №5, с.62].

Вторым недостатком вентильно-индукторных двигателей является то, что при коммутации фаз токи фаз протекают только в одном направлении, поэтому для коммутации каждой фазы необходимо применение полумостовых схем [Кузнецов В.А., Кузьмичев В.А. Вентильно-индукторные двигатели. - М., Издательство МЭИ, 2003, с.10, 15, 17]. Применение полумостовых схем для коммутации фаз увеличивает суммарную установочную мощность и цену полупроводниковых приборов инвертора [Питание машин с регулируемой реактивностью. G. Glaize. H. Foch. L'alimentation des machines a'reluctance variable. Machines a'Reluctance Variable, 30 septembre 1985, Франция.]. Токи фаз вентильно-индукторного двигателя, протекающие только в одном направлении, являются в общем случае несинусоидальными и при разложении в ряд Фурье имеют в своем составе нулевую, первую и высшие гармоники. Нулевая гармоника токов фаз по своей сути является током возбуждения.

Известны синхронно-реактивные двигатели с акисиальным возбуждением (A.M.Григорович, Б.А.Метелкин, Я.Б.Тубис и В.А.Шабаев. Авторское свидетельство СССР №1737644 А1, Электрическая машина, кл. H02K 19/20, 1980).

Основными недостатками этого технического решения является высокая мощность, потребляемая обмотками возбуждения, обуславливаемая тем, что магнитные потоки возбуждения замыкаются через два зазора и через магнитопровод статора и ротора в поперечном направлении (против шихтовки), то есть магнитное сопротивление потокам возбуждения достаточно велико. Это вызывает необходимость увеличения напряженности магнитного поля за счет увеличения числа витков и тока обмоток возбуждения, что в свою очередь приводит к дополнительному нагреву и увеличению массы и размеров двигателя. Кроме того, эта конструкция сложна и нетехнологична.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является низкооборотный высокомоментный вентильный индукторный реактивный двигатель для автоматизированных электроприводов, содержащий статор с числом полюсов, кратным шести, и ротор с числом полюсов, меньшим числа полюсов статора на величину этой кратности (например, и так далее, где Z1 - число полюсов статора; Z2 - число полюсов ротора), фазные обмотки которого соединены в треугольник, питающийся от трехфазного мостового инвертора через включенные в каждую обмотку по одному диоду и управляемый трехфазным прямоугольным линейным напряжением различной полярности, причем периоды прямоугольных линейных напряжений составляют 120 электрических градусов, периоды, когда напряжения равны нулю, составляют 60 электрических градусов и при трехфазным прямоугольном линейном напряжении различной полярности сдвинуты относительно друг друга на 120 электрических градусов [Плах Г.К., Лозитский О.Е., Луговец В.А., Протасов Д.А., Мустафаев P.P. Низкооборотный высокомоментный вентильно-индукторный реактивный двигатель для автоматизированных электроприводов. / Пятая международная (четырнадцатая всероссийская) конференция по автоматизированному электроприводу. АЭП-2007, Санкт-Петербург, 18-21 сентября 2007].

Недостатками этого технического решения являются большая неравномерность момента (в описании прототипа пульсации момента составляют 16%) и наличие в схеме управления замкнутого контура, состоящего из двух последовательно включенных диодов и двух обмоток фаз полюсов, сдвинутых на 180 электрических градусов, вследствие чего электродвижущая сила этих обмоток при уменьшении тока уравновешивается омическим сопротивлением обмоток и падением напряжения на диодах в прямом направлении, что обуславливает низкую скорость уменьшения тока при коммутации фаз и наличие наряду с двигательными тормозных моментов, которые уменьшают вращающий момент двигателя, увеличивают энергетические потери, что особенно сильно сказывается при высоких частотах вращения. Кроме того, форма тока каждой фазы близка к форме тока, называемой «детектированной синусоидой», ток такой формы при разложении в ряд Фурье наряду с нулевой гармоникой содержит много высших гармоник, что вызывает шумы и вибрации.

Целями предлагаемого изобретения является уменьшение уровня шумов и вибраций и пульсаций момента.

Поставленные цели достигаются тем, что в известных шестифазных синхронно-реактивных двигателях, содержащих явнополюсные симметричные статор и ротор с Z2=(Z1±2)p, где p - число пар полюсов статора, p=2,4,8……, каждый полюс статора оснащен двумя сосредоточенными обмотками, одна из которых является фазной обмоткой, а другая играет роль обмотки возбуждения, причем фазные обмотки фазы А соединены последовательно с фазными обмотками фазы D, фазные обмотки фазы В соединены последовательно с фазными обмотками фазы Е, фазные обмотки фазы С соединены последовательно с фазными обмотками фазы F, эти попарно соединенные обмотки соединены в «звезду» и с выходами трехфазного мостового инвертора, а обмотки возбуждения каждого из полюсов соединены последовательно и подключены к выходам однофазного полумостового инвертора, при этом фазные обмотки питаются токами синусоидальной формы, сдвинутыми относительно друг друга на угол 60 электрических градусов, а обмотки возбуждения питаются постоянным током, причем величина постоянного тока равна амплитуде трехфазных токов, которые формируются за счет датчиков токов фаз, датчика тока обмоток возбуждения, датчика положения тока ротора при помощи релейно-токового способа управления, и симметричный явнополюсный ротор со скошенными полюсами, причем угловая ширина полюса ротора для вентильно-индукторного двигателя с Z1=12 и Z2=10 равна угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равна 18°, а угол скоса ротора по оси равен 6°, угловая ширина полюса статора равна 12°, угловая ширина межполюсного расстояния статора равна 18°.

По сравнению с наиболее близким аналогичным техническим решением предлагаемое устройство имеет следующие новые признаки:

- каждый полюс статора оснащен двумя сосредоточенными обмотками, одна из которых является фазной обмоткой, а другая играет роль обмотки возбуждения, причем фазные обмотки фазы А соединены последовательно с фазными обмотками фазы D, фазные обмотки фазы В соединены последовательно с фазными обмотками фазы Е, фазные обмотки фазы С соединены последовательно с фазными обмотками фазы F;

- эти попарно соединенные обмотки соединены в «звезду» и с выходами трехфазного мостового инвертора, а обмотки возбуждения каждого из полюсов соединены последовательно и подключены к выходам однофазного мостового инвертора, при этом фазные обмотки питаются токами синусоидальной формы, сдвинутыми относительно друг друга на угол 60 электрических градусов, а обмотки возбуждения питаются постоянным током;

- величина постоянного тока равна амплитуде трехфазных токов, которые формируются за счет датчиков токов фаз, датчика тока обмоток возбуждения, датчика положения тока ротора при помощи токового способа управления;

- двигатель содержит явнополюсный ротор со скошенными полюсами, причем угловая ширина полюса ротора для вентильно-индукторного двигателя с Z1=12 и Z2=10 равна угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равна 18°, а угол скоса по оси ротора равен 6°, угловая ширина полюса статора равна 12°, угловая ширина межполюсного расстояния статора равна 18°.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует требованию «новизна».

При реализации предлагаемого изобретения уменьшаются шумы и вибрации вентильно-индукторного двигателя и уменьшаются пульсации момента за счет отсутствия высших гармоник токов основных обмоток и обмоток возбуждения и за счет уменьшения числа и амплитуды высших гармоник производных индуктивностей фаз по углу поворота ротора.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует требованию «положительный эффект».

По каждому отличительному признаку проведен поиск известных технических решений в области электротехники, электропривода и электродвигателей.

Шестифазных вентильно-индукторных двигателей с 12 полюсами статора и 10 полюсами ротора, содержащих явнополюсный ротор со скошенными полюсами, с угловой шириной полюса ротора, равной угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равной 18°, с углом скоса полюса ротора по оси, равным 6°, угловой шириной полюса статора, равной 12°, угловой шириной межполюсного расстояния статора, равной 18°, с каждым полюсом статора, оснащенным двумя сосредоточенными обмотками, одна из которых является фазной обмоткой, а другая играет роль обмотки возбуждения, с фазными обмотками фазы А, соединенными последовательно с фазными обмотками фазы D, фазными обмотками фазы В, соединенными последовательно с фазными обмотками фазы Е, фазными обмотками фазы С, соединенными последовательно с фазными обмотками фазы F, с тремя концами этих попарно последовательно соединенных обмоток, соединенными в «звезду», и с остальными тремя концами, соединенными с выходами трехфазного мостового инвертора, и питающимися токами синусоидальной формы, сдвинутыми относительно друг друга на угол 60 электрических градусов, с обмотками возбуждения каждого из полюсов, соединенными последовательно, подключенными к выходам однофазного полумостового инвертора, питающимися постоянным током, с величиной, равной амплитуде трехфазных токов, которые формируются за счет датчиков токов фаз, датчика тока обмоток возбуждения, датчика положения тока ротора при помощи релейно-токового способа управления, в известных технических решениях не обнаружено.

Таким образом, указанные признаки обеспечивают заявленному техническому решению соответствие требованию «существенные отличия»

Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 приведен шестифазный вентильно-индукторный двигатель с минимальными шумами, вибрациями и пульсациями момента, с 12 полюсами статора и 10 полюсами ротора, содержащего явнополюсный ротор со скошенными полюсами и обмотками возбуждения на полюсах статора. На фиг.1 обозначено: 1 - статор; 2 - обмотка возбуждения; 3 - фазная обмотка; 4 - ротор; 5 - вал; A-F - полюса статора, оснащенные обмотками соответствующих фаз; 1-12 - номера полюсов статора; 1-10 - номера полюсов ротора.

На фиг.2 приведены развертки поверхностей полюсов ротора и статора шестифазного вентильно-индукторного двигателя с минимальными шумами, вибрациями и пульсациями момента, с 10 полюсами ротора и 12 полюсами статора, содержащего явнополюсный ротор со скошенными полюсами в положении ротора относительно статора, соответствующем фиг.1. На фиг.2 обозначено: I - развертки поверхностей полюсов ротора; II - развертки поверхностей полюсов статора; A-F - полюса статора, оснащенные обмотками соответствующих фаз; 1-12 - номера полюсов статора; 1-10 - номера полюсов ротора.

На фиг.3 приведены схемы фазных обмоток и обмоток возбуждения шестифазного вентильно-индукторного двигателя с минимальными шумами, вибрациями и пульсациями момента, с 10 полюсами ротора и 12 полюсами статора. На фиг.3 обозначено: I - схема обмоток возбуждения; II - схема фазных обмоток; 1-12 - номера полюсов статора в соответствии с фиг.1; Нов - начало обмотки возбуждения; Ков - конец обмотки возбуждения; А, В, С - обмотки полюсов статора, в которых протекает трехфазный переменный ток; -А, -В, -С - обмотки полюсов статора, в которых протекает трехфазный переменный ток, сдвинутый относительно обмоток А, В, С на 180 электрических градусов за счет противоположного включения начал и концов этих обмоток.

На фиг.4 приведены диаграммы работы шестифазного вентильно-индукторного двигателя с минимальными шумами, вибрациями и пульсациями момента с 12 полюсами статора и 10 полюсами ротора, содержащего явнополюсный ротор со скошенными полюсами, рассчитанные в относительных единицах с помощью программы MathCad. На фиг.4 обозначено: t:=0…360 - угол поворота ротора относительно статора в электрических градусах; - производная индуктивности фазы А по углу поворота ротора, имеющая синусоидальную форму за счет конфигурации полюсов ротора и статора, показанных на фиг.1 и 2; - суммарный ток фазной обмотки и обмотки возбуждения полюсов фазы A; 0,5(IA(t))2 - половина квадрата суммы токов фазной обмотки и обмотки возбуждения фазы A; MA(t):=dLA(t)0,5(IA(t))2 - крутящий момент на валу двигателя, создаваемый фазой А; МА+МС+МЕ - суммарный вращающий момент на валу двигателя, создаваемый фазами А, С, Е; MB+MD+MF - суммарный вращающий момент на валу двигателя, создаваемый фазами В, D, F; MA+MC+ME+MB+MD+MF - суммарный вращающий момент на валу двигателя, создаваемый всеми шестью фазами.

На фиг.5 приведена структурная схема регулятора момента шестифазного вентильно-индукторного двигателя с минимальными шумами, вибрациями и пульсациями момента. На фиг.5 обозначено: R - резистор, задающий амплитуду и направление вращения вектора заданного тока; +U, -U - напряжения питания резистора, задающего амплитуду и направление вращения вектора заданного тока; Iз - заданный вектор тока; БИП - блок изменения полярности; -1 - коэффициент передачи блока изменения полярности; ПА, ПВ, ПС - переключатели полярностей тока задания соответствующих фаз; ЦАПА, ЦАПВ, ЦАПС - цифроаналоговые преобразователи соответствующих фаз; ПЗУА, ПЗУВ, ПЗУС - постоянные запоминающие устройства соответствующих фаз; ДП - датчик положения ротора вентильно-индукторного двигателя; БСА, БСВ, БСС - блоки сравнения текущих значений заданных токов и токов обмоток соответствующих фаз; iA, iB, iC - текущие значения токов обмоток соответствующих фаз; K1-K8 - компараторы с гистерезисом; Б1, Б2, Б3 - блоки с коэффициентом передачи, равным -1, изменяющие полярность выходного напряжения компараторов K2, K4, K6; VT1-VT8 - силовые транзисторы; VD1- VD8 - силовые диоды; ДТ1-ДТ4 - датчики тока; Е -источник постоянного напряжения; С - конденсатор источника постоянного напряжения; LA-LF - индуктивности соответствующих фаз; Lов - индуктивность обмотки возбуждения; БСОВ - блок сравнения текущих значений заданного тока и тока обмотки возбуждения; iов - текущее значение тока обмотки возбуждения; БВМ - блок выделения модуля (линейный выпрямитель).

Регулятор момента шестифазного вентильно-индукторного двигателя с обмоткой возбуждения работает следующим образом. Резистором R задается амплитуда и полярность вектора тока Iз, БИП изменяет полярность Iз на противоположную. Сигналы различной полярности, пропорциональные Iз, подаются на входы переключателей соответствующих фаз ПА, ПВ, ПС, на управляющие входы которых подаются сигналы с выходов постоянных запоминающих устройств соответствующих фаз ПЗУА, ПЗУВ, ПЗУС, соединенных с датчиком положения ротора. Сигналы с ПА, ПВ, ПС и ПЗУА, ПЗУВ, ПЗУС подаются на входы цифроаналоговых преобразователей соответствующих фаз ЦАПА, ЦАПВ, ЦАПС, на выходах которых формируется трехфазное синусоидальное напряжение, амплитуда которого пропорциональна Iз, частота - частоте вращения ротора, а при изменении полярности Iз при помощи резистора R происходит сдвиг токов фаз на 180 электрических градусов. Заданные токи фаз сравниваются при помощи блоков сравнения текущих значений заданных токов и токов обмоток соответствующих фаз БСА, БСВ, БСС, причем сигналы, пропорциональные токам фаз, поступают с трех датчиков токов ДТ1-ДТ3, а сигналы, пропорциональные заданным токам фаз, поступают с выходов трех цифроаналоговых преобразователей ЦАПА, ЦАПВ, ЦАПС, а их разность поступает на входы компараторов с гистерезисом K1-K6, которые совместно с блоками, имеющими коэффициент передачи, равный -1, - Б1, Б2, Б3 и трехфазным инвертором, выполненным на транзисторах VT1-VT6 и на диодах VD1-VD6, формируют трехфазные токи, средняя величина которых имеет синусоидальную форму и амплитуду, пропорциональную Iз. Заданное резистором R напряжение, пропорциональное Iз, подается на вход блока выделения модуля БВМ, с выхода которого напряжение, имеющее только положительную полярность, подается на входы блока сравнения текущих значений заданного тока и тока обмотки возбуждения БСОВ, на второй вход которого подается напряжение, пропорциональное току в обмотке возбуждения, с выхода датчика тока. С выхода БСОВ сигнал подается на компараторы K7 и K8, которые управляют полумостовым инвертором на транзисторах VT7 и VT8 и на диодах VD7 и VD8 и формируют постоянный ток в обмотке возбуждения, средняя величина которого пропорциональна Iз. Благодаря конфигурации вентильно-индукторного двигателя, показанной на фиг.1, и схеме включения обмоток, показанной на фиг.3, среднее значение полных токов обмоток каждого полюса равно сумме токов фазной обмотки и обмотки возбуждения in=Imax{1+sin[θ+(n-1)60°]}, где in - среднее значение полных токов обмоток n-го полюса статора; Imax - максимальное значение токов фазных обмоток; θ - угловое положение ротора в электрических градусах; n=1…12 - номер полюса статора. При этом крутящий момент, развиваемый полюсами 1 и 7, равен , где IA max - максимальное значение тока фазы А. Для того чтобы , необходимо применение конструкции полюсов ротора и статора, поверхности полюсов которых показаны на фиг.2. При этом . Результаты расчета вращающего момента от фазы А, проведенные при помощи прикладной программы MathCad для линейной модели предлагаемого двигателя, в относительных единицах (то есть при IA max=1 и показаны на фиг.4. Так как фазные токи и изменение индуктивностей обмоток фаз по углу поворота ротора, смежных полюсов сдвинуты на угол, равный 60 электрических градусов, то и вращающие моменты фаз смежных полюсов сдвинуты на угол, равный 60 электрических градусов, а суммарный момент от всех фаз постоянный, не зависит от углового положения ротора, как показано на фиг.4.

Таким образом, использование в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах автоматических систем шестифазных вентильно-индукторных двигателей с 12 полюсами статора и 10 полюсами ротора, содержащих явнополюсный ротор со скошенными полюсами, с угловой шириной полюса ротора, равной угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равной 18°, с углом скоса полюса ротора по оси, равным 6°, угловой шириной полюса статора, равной 12°, угловой шириной межполюсного расстояния статора, равной 18°, с каждым полюсом статора, оснащенным двумя сосредоточенными обмотками, одна из которых является фазной обмоткой, а другая играет роль обмотки возбуждения, с фазными обмотками фазы А, соединенными последовательно с фазными обмотками фазы D, фазными обмотками фазы В, соединенными последовательно с фазными обмотками фазы Е, фазными обмотками фазы С, соединенными последовательно с фазными обмотками фазы F, с тремя концами этих попарно последовательно соединенных обмоток, соединенными в «звезду», и с остальными тремя концами, соединенными с выходами трехфазного мостового инвертора и питающимися токами синусоидальной формы, сдвинутыми относительно друг друга на угол 60 электрических градусов, с обмотками возбуждения каждого из полюсов, соединенными последовательно, подключенными к выходам однофазного мостового инвертора, питающимися постоянным током, с величиной, равной амплитуде трехфазных токов, которые формируются за счет датчиков токов фаз, датчика тока обмоток возбуждения, датчика положения тока ротора при помощи токового способа управления, позволяет уменьшить пульсации момента, приводящие к пульсациям скорости при малых скоростях, и уменьшает уровень шумов и вибраций.

Использование предлагаемого технического решения в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах обеспечит повышение эффективности и качества работы этих устройств.

Шестифазный вентильно-индукторный двигатель, содержащий явнополюсный статор с 12 сосредоточенными обмотками и ротор с 10 прямыми полюсами без обмоток и без магнитов, управляемый при помощи системы, коммутирующей напряжение фаз, содержащей схему управления, силовой инвертор и датчик положения ротора, отличающийся тем, что двигатель оснащен ротором со скошенными полюсами, с угловой шириной полюса ротора, равной угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равной 18°, с углом скоса полюса ротора по оси, равным 6°, угловой шириной полюса статора, равной 12°, угловой шириной межполюсного расстояния статора, равной 18°, с каждым полюсом статора, оснащенным двумя сосредоточенными обмотками, одна из которых является фазной обмоткой, а другая играет роль обмотки возбуждения, с фазными обмотками фазы А, соединенными последовательно с фазными обмотками фазы D, фазными обмотками фазы В, соединенными последовательно с фазными обмотками фазы Е, фазными обмотками фазы С, соединенными последовательно с фазными обмотками фазы F, с тремя концами этих попарно последовательно соединенных обмоток, соединенными в «звезду», и с остальными тремя концами, соединенными с выходами трехфазного мостового инвертора и питающимися токами синусоидальной формы, сдвинутыми относительно друг друга на 60 электрических градусов, с обмотками возбуждения каждого из полюсов, соединенными последовательно, подключенными к выходам однофазного полумостового инвертора, питающимися постоянным током, с величиной, равной амплитуде трехфазных токов, которые формируются за счет датчиков токов фаз, датчика тока обмоток возбуждения, датчика положения тока ротора при помощи токового способа управления.

www.findpatent.ru

Шестифазный вентильно-индукторный двигатель с концентрическими обмотками, управляемый трехфазным током синусоидальной формы

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах автоматических систем. Технический результат заключается в уменьшении числа выводов двигателя, уменьшении массогабаритных показателей инвертора. В предлагаемом изобретении это достигается за счет соотношений угловых размеров полюсов ротора и статора и специальных обмоток. Шестифазный вентильно-индукторный двигатель содержит явнополюсный симметричный статор, имеющий 24 сосредоточенных полюса с обмотками, и ротор, имеющий 20 полюсов без обмоток. Угловая ширина полюсов статора равна 6 градусам. Угловая ширина межполюсного расстояния статора равна 9 градусов. Угловая ширина полюсов ротора равна угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равна 9 градусам. Статор двигателя оснащен концентрическими трехфазными обмотками, соединенными в «звезду» или в «треугольник». Обмотки каждой из трех фаз охватывают одновременно три полюса и один полюс статора, расположенный в середине трех полюсов. Число витков, охватывающих три полюса статора, относится к числу витков, охватывающих один полюс статора, примерно как 1/0,73. 6 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах автоматических систем.

Известны многофазные вентильно-индукториые двигатели с прямыми полюсами ротора и статора и сосредоточенными обмотками, расположенными на полюсах статора [Кузнецов В.А., Кузьмичев В.А. Вентильно-индукторные двигатели. - М., Издательство МЭИ, 2003., С.62].

Основным недостатком этих вентильно-индукторных двигателей является то, что при коммутации фаз токи фаз протекают только в одном направлении, поэтому для коммутации тока каждой фазы необходимо применение полумостовых схем [Кузнецов В.А., Кузьмичев В.А. Вентильно-индукторные двигатели. - М., Издательство МЭИ, 2003., С.10, 15, 17]. Применение полумостовых схем для коммутации токов фаз увеличивает суммарную мощность полупроводниковых приборов инвертора примерно в два раза по сравнению с традиционными мостовыми схемами, широко используемыми для управления трехфазными асинхронными и вентильными двигателями [Питание машин с регулируемой реактивностью. G. Glaize. Н. Foch. L'alimentation des machines a'reluctance variable. Machines a'Reluctance Variable, 30 septembre 1985, Франция].

Вторым недостатком этого технического решения является то, что силовые транзисторные модули, которые применяются для инверторов на полумостовых схемах, имеют более высокую цену по сравнению с силовыми транзисторными модулями, применяемыми в традиционных мостовых схемах инверторов, за счет большего на один числа выводов. Кроме того, для реализации инверторов на полумостовых схемах необходимы два типа модулей (модуль, в котором коллектор транзистора соединен с анодом диода, и модуль, в котором коллектор транзистора соединен с катодом диода), что увеличивает номенклатуру комплектующих изделий.

Третьим недостатком этих вентильно-индукторных двигателей, по сравнению с трехфазными асинхронными и вентильными двигателями, имеющими три вывода, является большое число выводов (так у трехфазного вентильно-индукторного двигателя число выводов - шесть, у четырехфазного - восемь, у шестифазного - двенадцать).

Четвертым недостатком этого технического решения является то, что при монтаже инверторов на полумостовых схемах для вентильно-индукторных двигателей увеличиваются затраты на монтажные работы по сравнению с затратами на монтаж трехфазных мостовых инверторов, применяемых для управления трехфазными асинхронными и вентильными двигателями.

Пятым недостатком этого технического решения является то, что каждый полюс статора этих двигателей оснащен сосредоточенной обмоткой, занимающей половину паза. В результате чего полный ток каждого полюса определяется числом витков, допустимой плотностью тока, коэффициентом заполнения и площадью паза. В двигателях с распределенными обмотками полный ток полюса определяется в том числе и числом обмоток, охватывающих данный полюс, что позволяет уменьшить площадь пазов и габариты двигателя или увеличить сечение проводников обмоток при том же полном токе полюсов статора и уменьшить омические потери.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является низкооборотный высокомоментный вентильный индукторный реактивный двигатель для автоматизированных электроприводов, содержащий статор с числом полюсов, кратным шести, и ротор с числом полюсов, меньшим числа полюсов статора на величину этой кратности (например, Z1Z2=1210,2420,4840…… и так далее, где Z1 - число полюсов статора; Z2 - число полюсов ротора), фазные обмотки которого соединены в треугольник, питающийся от трехфазного мостового инвертора через включенные в каждую обмотку по одному диоды и управляемый трехфазным прямоугольным линейным напряжением различной полярности, причем периоды прямоугольных линейных напряжений составляют 120 электрических градусов, периоды, когда напряжения равны нулю, составляют 60 электрических градусов и при трехфазном прямоугольном линейном напряжении различной полярности сдвинуты относительно друг друга на 120 электрических градусов [Плах Г.К., Лозитский О.Е., Луговец В.А., Протасов Д.А., Мустафаев P.P. Низкооборотный высокомоментный вентильный индукторный реактивный двигатель для автоматизированных электроприводов./ Пятая международная (четырнадцатая всероссийская) конференция по автоматизированному электроприводу. АЭП-2007, Санкт-Петербург, 18-21 сентября 2007].

Недостатком этого технического решения является необходимость применения наряду с мостовым инвертором шести дополнительных силовых диодов, что увеличивает цену инвертора, уменьшает коэффициент полезного действия за счет потерь в шести дополнительных силовых диодах и приводит к необходимости увеличения габаритных размеров инвертора за счет увеличения числа силовых элементов и площади радиатора охлаждения.

Целями предлагаемого изобретения является уменьшение числа выводов вентильно-индукторного двигателя, уменьшение массогабаритных показателей инвертора, увеличение коэффициента полезного действия вентильно-индукторного двигателя и инвертора и упрощение инвертора.

Поставленные цели достигаются тем, что в известных шестифазных вентильно-индукторных двигателях, содержащих явнополюсные симметричные статор и ротор, со статором, имеющим 24 сосредоточенных полюса с обмотками, и ротором, имеющим 20 полюсов без обмоток, угловая ширина полюсов статора равна 6 градусам, угловая ширина межполюсного расстояния статора равна 9 градусам, угловая ширина полюсов ротора равна угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равна 9 градусам, причем обмотки одной фазы охватывают одновременно три полюса и один полюс статора, расположенный в середине трех полюсов, охваченных одной обмоткой. Суммарный полный ток этих двух обмоток равен 1,73 в относительных единицах за счет того, что число витков обмоток, охватывающих три полюса, относится к числу витков обмоток, охватывающих один полюс, как 1/0,73. Четные полюса статора охвачены обмотками разных фаз, токи в которых сдвинуты на 30 электрических градусов за счет сдвига токов фаз на 120 электрических градусов и за счет чередующегося изменения начала и конца обмоток, дающего дополнительный сдвиг фаз 180 электрических градусов. При этом полный ток нечетных полюсов становится равным IABmax=IAmaxsin120°-IBmaxsin60°=1,73Iфmax, где IABmax - максимальное значение полных токов нечетных полюсов; IAmax - максимальное значение тока фазы А; IBmax - максимальное значение тока фазы В; Iфmax - максимальное значение фазных токов. То есть максимальные полные токи обмоток четных и нечетных полюсов равны, сдвинуты по фазе на 30 электрических градусов и представляют собой шестифазную систему полных токов. Обмотки фаз могут быть соединены в «звезду» или в «треугольник» и имеют три вывода. При вращении ротора индуктивность каждого полюса не изменяется при изменении положения ротора на три градуса при максимальном и минимальном значении индуктивности полюса, в этих случаях производная индуктивности по углу поворота ротора равна нулю. Поэтому M=i22dLdθ , где М - момент, развиваемый полным током полюсов статора; i2 - квадрат текущих значении полных токов полюсов статора; dLdθ - производная индуктивности полюсов статора по углу поворота ротора в электрических градусах. В других случаях момент каждого полюса может принимать отрицательные и положительные значения. Однако если максимальные и минимальные значения полных токов полюсов приходятся на максимальные значения производной индуктивности полюсов по углу поворота ротора, то средний вращающий момент двигателя превышает средний тормозной момент в 1,8750,125=15 раз.

По сравнению с наиболее близким аналогичным техническим решением предлагаемое устройство имеет следующие новые признаки:

1) шестифазный вентильно-индукторный двигатель, содержащий явнополюсный симметричный статор и ротор, со статором, имеющим 24 сосредоточенных полюса с обмотками, и ротором, имеющим 20 полюсов без обмоток, с угловой шириной полюсов статора, равной 6 градусам, угловой шириной межполюсного расстояния статора, равной 9 градусов, угловой шириной полюсов ротора, равной угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равной 9 градусам;

2) обмотки каждой из трех фаз охватывают одновременно три полюса и один полюс статора, расположенный в середине трех полюсов, причем число витков обмоток, охватывающих три полюса статора, относится к числу витков, охватывающих один полюс статора, примерно как 1/0,73;

3) фазы двигателя питаются трехфазным током, имеющим сдвиг фаз 120 электрических градусов, который формируется при помощи стандартного трехфазного мостового инвертора и управляется с помощью частотно токового способа управления;

4) число выводов двигателя при соединении в «звезду» и в «треугольник» равно трем.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует требованию «новизна».

При реализации предлагаемого изобретения уменьшается число выводов двигателя, упрощается монтаж силового инвертора, уменьшается число и цена полупроводниковых приборов инвертора и увеличивается коэффициент полезного действия двигателя и инвертора.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует требованию «положительный эффект».

По каждому отличительному признаку проведен поиск известных технических решений в области электротехники, электропривода и электродвигателей.

Шестифазных вентильно-индукторных двигателей, содержащих явнополюсные симметричные статор и ротор, со статором, имеющим 24 сосредоточенных полюсов с обмотками, и ротором, имеющим 20 полюсов без обмоток, с угловой шириной полюсов статора, равной 6 градусов, угловой шириной межполюсного расстояния статора, равной 9 градусам, угловой шириной полюсов ротора, равной угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равной 9 градусам, обмотки каждой из трех фаз которого охватывают одновременно три полюса статора и один полюс статора, расположенный между тремя полюсами, причем число витков обмоток, охватывающих три полюса статора, относится к числу витков, охватывающих один полюс статора, примерно как 1/0,73, с числом выводов двигателя, при соединении в «звезду» и в «треугольник», равным трем, с фазами двигателя, питающимися трехфазным током, имеющим сдвиг фаз 120 электрических градусов, который формируется при помощи стандартного трехфазного мостового инвертора, который управляется с помощью частотно-токового способа управления, в известных технических решениях не обнаружено.

Таким образом, указанные признаки обеспечивают заявленному техническому решению соответствие требованию «существенные отличия».

Возможны варианты вентильно-индукторных двигателей с соотношением полюсов Z1Z2=1210,2420,4840…… , или Z1Z2=1214,2428,4856……

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 приведен шестифазный вентильно-индукторный двигатель с концентрическими обмотками, управляемый трехфазным током синусоидальной формы с 24 полюсами статора и 20 полюсами ротора. На фиг.1 обозначено: 1-24 - полюса статора; 1-20 - полюса ротора; iA, iB, iC - токи соответствующих фаз.

На фиг.2 приведены схемы обмоток шестифазыого вентильно-индукторного двигателя с концентрическими обмотками, управляемого трехфазным током синусоидальной формы с 24 полюсами статора и 20 полюсами ротора, управляемого трехфазным током синусоидальной формы. На фиг.2 обозначено: 1-24 - номера полюсов статора; нА, нВ, нС - начала обмоток соответствующих фаз; кА, кВ, кС - концы обмоток соответствующих фаз.

На фиг.3 приведены развертки поверхностей полюсов статора и ротора шестифазного вентильно-индукторного двигателя с концентрическими обмотками, управляемого трехфазным током синусоидальной формы с 20 полюсами ротора и 24 полюсами статора. На фиг.3 обозначено: 1-24 - номера полюсов статора, на которых размещены обмотки, в соответствии с фиг.2; 1-20 - номера полюсов ротора; 6° - угловая ширина полюсов статора; 9° - угловая ширина полюсов ротора и межполюсного расстояния ротора и статора.

На фиг.4 приведены диаграммы работы шестифазного вентильно-индукторного двигателя с концентрическими обмотками, управляемого трехфазным током синусоидальной формы. На фиг.4,а приведены диаграммы трехфазного тока. На фиг.4,а обозначено: iA, iB, iC - токи соответствующих фаз; -iA, -iB -iC - токи соответствующих фаз, сдвинутые на 180 электрических градусов; Imax - амплитудные значения токов; θ=0…360 - угол поворота ротора относительно статора в электрических градусах. На фиг.4,б приведены диаграммы полных токов полюсов статора. На фиг 4,в приведены диаграммы модуля и квадрата полного тока полюсов статора 2, 8, 12, 20. На фиг.4,в приведена таблица значений модуля и квадрата полного тока полюсов статора 2, 8, 12, 20 в относительных единицах.

На фиг.5 приведены диаграммы индуктивности, производной индуктивности и моментов шестифазного вентильно-индукторного двигателя с концентрическими обмотками, управляемого трехфазным током синусоидальной формы. На фиг.5,а приведены диаграммы индуктивностей, производных индуктивностей по углу поворота ротора и момента полюсов 2, 8, 14, 20 статора. На фиг.5,а обозначено: L 2, 8, 14, 20 - индуктивности соответствующих полюсов; dL2,8,14,20dθ - производная индуктивности соответствующих полюсов по углу поворота ротора; М 2, 8, 14, 20 - момент соответствующих полюсов. На фиг.5,б приведены диаграммы моментов соответствующих полюсов статора и суммарный момент двигателя в относительных единицах.

На фиг.6 приведена структурная схема регулятора момента шестифазного вентильно-индукторного двигателя с 24 полюсами статора и 20 полюсами ротора, управляемого трехфазным током синусоидальной формы. На фиг.6 обозначено: R - резистор, задающий амплитуду и направление вращения вектора заданного тока; +U, -U - напряжения питания резистора, задающего амплитуду и направление вращения вектора заданного тока; Iз - заданный вектор тока; БИП - блок изменения полярности; -1 - коэффициент передачи блока изменения полярности; ПА, ПВ, ПС - переключатели полярностей тока задания соответствующих фаз; ЦАПА, ЦАПВ, ЦАПС - цифроаналоговые преобразователи соответствующих фаз; ПЗУА, ПЗУВ, ПЗУС - постоянные запоминающие устройства соответствующих фаз; ДП - датчик положения ротора вентильно-индукторного двигателя; БСА, БСВ, БСС, - блоки сравнения текущих значений заданных токов и токов обмоток соответствующих фаз; iA, iB, iС - текущие значения токов обмоток соответствующих фаз; К1-К6 - компараторы с гистерезисом; Б1, Б2, Б3 - блоки с коэффициентом передачи, равным -1, изменяющие полярность выходного напряжения компараторов К2, К4, К6; VT1-VT6 - силовые транзисторы; VD1-VD6 - силовые диоды; ДТ1-ДТ3 - датчики тока; Е - источник постоянного напряжения; С - конденсатор источника постоянного напряжения; ВИД - вентильно-индукторный двигатель; А, В, С - фазы инвертора; БСОВ - блок сравнения текущих значений трехфазного заданного тока и тока обмоток.

Регулятор момента шестифазного вентильно-индукторного двигателя с 24 полюсами статора и 20 полюсами ротора, управляемого трехфазным током синусоидальной формы, работает следующим образом: резистором R задается амплитуда и полярность вектора тока Iз, БИЛ изменяет полярность Iз на противоположную. Сигналы различной полярности, пропорциональные Iз, подаются на входы переключателей соответствующих фаз ПА, ПВ, ПС, на управляющие входы которых подаются сигналы с выходов постоянных запоминающих устройств соответствующих фаз ПЗУА, ПЗУВ, ПЗУС, соединенных с датчиком положения ротора. Сигналы с ПА, ПВ, ПС и ПЗУА, ПЗУВ, ПЗУС подаются на входы цифроаналоговых преобразователей соответствующих фаз ЦАПА, ЦАПВ, ЦАПС, на выходах которых формируется трехфазное синусоидальное напряжение, амплитуда которого пропорциональна Iз, частота - пропорциональна частоте вращения ротора, при изменении полярности Iз, при помощи резистора R происходит сдвиг токов фаз на 180 электрических градусов. Заданные токи фаз сравниваются при помощи блоков сравнения текущих значений заданных токов и токов обмоток соответствующих фаз БСА, БСВ, БСС, причем сигналы, пропорциональные токам фаз, поступают с трех датчиков токов ДТ1-ДТ3, а сигналы, пропорциональные заданным токам, поступают с выходов трех цифроаналоговых преобразователей ЦАПА, ЦАПВ, ЦАПС, а их разность поступает на входы компараторов с гистерезисом К1-К6, которые совместно с блоками, имеющими коэффициент передачи, равный -1, - Б1, Б2, Б3 и трехфазным инвертором, выполненным на транзисторах VT1-VT6 и на диодах VD1-VD6, формируют трехфазные токи, имеющие синусоидальную форму и амплитуду, пропорциональную Iз.

Таким образом, использование в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах автоматических систем шестифазных вентильно-индукторных двигателей, имеющих 24 полюса статора с обмотками и 20 полюсов ротора без обмоток, с угловой шириной полюсов статора, равной 6 градусам, угловой шириной межполюсного расстояния статора, равной 9 градусам, угловой шириной полюсов ротора, равной угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равной 9 градусам, обмотки каждой из трех фаз которого охватывают одновременно три и один полюс статора, причем число витков обмоток, охватывающих три полюса статора, относится к числу витков, охватывающих один полюс статора, примерно как 1/073, а фазы двигателя питаются трехфазным током, имеющим сдвиг фаз 120 электрических градусов, который формируется при помощи стандартного трехфазного мостового инвертора, который управляется с помощью частотно-токового способа управления, позволяет уменьшить число выводов двигателя, увеличить коэффициент полезного действия двигателя и инвертора и управлять токами фаз при помощи стандартного трехфазного инвертора.

Использование предлагаемого технического решения в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах обеспечит повышение эффективности и качества работы этих устройств.

Шестифазный вентильно-индукторный двигатель, содержащий явнополюсный симметричный статор и ротор, со статором, имеющим 24 сосредоточенных полюса с обмотками, и ротором, имеющим 20 полюсов без обмоток, с угловой шириной полюсов статора, равной 6 градусам, угловой шириной межполюсного расстояния статора, равной 9 градусов, угловой шириной полюсов ротора, равной угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равной 9 градусам, отличающийся тем, что статор двигателя оснащен концентрическими трехфазными обмотками, соединенными в «звезду» или в «треугольник», обмотки каждой из трех фаз охватывают одновременно три полюса и один полюс статора, расположенный в середине трех полюсов, причем число витков, охватывающих три полюса статора, относится к числу витков, охватывающих один полюс статора, примерно как 1/0,73.

www.findpatent.ru

ШЕСТИФАЗНЫЙ ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ С МИНИМАЛЬНЫМИ ШУМАМИ, ВИБРАЦИЯМИ И ПУЛЬСАЦИЯМИ МОМЕНТА, СПОСОБ И УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах автоматических систем.

Известны многофазные вентильно-индукторные двигатели с прямыми полюсами ротора и статора и сосредоточенными обмотками, расположенными на полюсах статора [Кузнецов В.А., Кузьмичев В.А. Вентильно-индукторные двигатели. - М., Издательство МЭИ, 2003, с.62]. В таких двигателях Z2=Z1±2, где Z2 - число полюсов ротора; Z1 - число полюсов статора, поэтому ротор вентильно-индукторного двигателя вращается с частотой меньшей, чем частота первой гармоники токов фаз , где Ω - частота вращения ротора; ω - частота первой гармоники токов фаз.

Основными недостатками этих двигателей являются повышенный уровень шумов, вибраций и высокие пульсации момента [Шабаев В.А. Анализ источников шума вентильно-индукторного двигателя // Электротехника. 2005, №5, с.62].

Вторым недостатком вентильно-индукторных двигателей является то, что при коммутации фаз токи фаз протекают только в одном направлении, поэтому для коммутации каждой фазы необходимо применение полумостовых схем [Кузнецов В.А., Кузьмичев В.А. Вентильно-индукторные двигатели. - М., Издательство МЭИ, 2003, с.10, 15, 17]. Применение полумостовых схем для коммутации фаз увеличивает суммарную установочную мощность и цену полупроводниковых приборов инвертора [Питание машин с регулируемой реактивностью. G. Glaize. H. Foch. L'alimentation des machines a'reluctance variable. Machines a'Reluctance Variable, 30 septembre 1985, Франция.]. Токи фаз вентильно-индукторного двигателя, протекающие только в одном направлении, являются в общем случае несинусоидальными и при разложении в ряд Фурье имеют в своем составе нулевую, первую и высшие гармоники. Нулевая гармоника токов фаз по своей сути является током возбуждения.

Известны синхронно-реактивные двигатели с акисиальным возбуждением (A.M.Григорович, Б.А.Метелкин, Я.Б.Тубис и В.А.Шабаев. Авторское свидетельство СССР №1737644 А1, Электрическая машина, кл. H02K 19/20, 1980).

Основными недостатками этого технического решения является высокая мощность, потребляемая обмотками возбуждения, обуславливаемая тем, что магнитные потоки возбуждения замыкаются через два зазора и через магнитопровод статора и ротора в поперечном направлении (против шихтовки), то есть магнитное сопротивление потокам возбуждения достаточно велико. Это вызывает необходимость увеличения напряженности магнитного поля за счет увеличения числа витков и тока обмоток возбуждения, что в свою очередь приводит к дополнительному нагреву и увеличению массы и размеров двигателя. Кроме того, эта конструкция сложна и нетехнологична.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является низкооборотный высокомоментный вентильный индукторный реактивный двигатель для автоматизированных электроприводов, содержащий статор с числом полюсов, кратным шести, и ротор с числом полюсов, меньшим числа полюсов статора на величину этой кратности (например, и так далее, где Z1 - число полюсов статора; Z2 - число полюсов ротора), фазные обмотки которого соединены в треугольник, питающийся от трехфазного мостового инвертора через включенные в каждую обмотку по одному диоду и управляемый трехфазным прямоугольным линейным напряжением различной полярности, причем периоды прямоугольных линейных напряжений составляют 120 электрических градусов, периоды, когда напряжения равны нулю, составляют 60 электрических градусов и при трехфазным прямоугольном линейном напряжении различной полярности сдвинуты относительно друг друга на 120 электрических градусов [Плах Г.К., Лозитский О.Е., Луговец В.А., Протасов Д.А., Мустафаев P.P. Низкооборотный высокомоментный вентильно-индукторный реактивный двигатель для автоматизированных электроприводов. / Пятая международная (четырнадцатая всероссийская) конференция по автоматизированному электроприводу. АЭП-2007, Санкт-Петербург, 18-21 сентября 2007].

Недостатками этого технического решения являются большая неравномерность момента (в описании прототипа пульсации момента составляют 16%) и наличие в схеме управления замкнутого контура, состоящего из двух последовательно включенных диодов и двух обмоток фаз полюсов, сдвинутых на 180 электрических градусов, вследствие чего электродвижущая сила этих обмоток при уменьшении тока уравновешивается омическим сопротивлением обмоток и падением напряжения на диодах в прямом направлении, что обуславливает низкую скорость уменьшения тока при коммутации фаз и наличие наряду с двигательными тормозных моментов, которые уменьшают вращающий момент двигателя, увеличивают энергетические потери, что особенно сильно сказывается при высоких частотах вращения. Кроме того, форма тока каждой фазы близка к форме тока, называемой «детектированной синусоидой», ток такой формы при разложении в ряд Фурье наряду с нулевой гармоникой содержит много высших гармоник, что вызывает шумы и вибрации.

Целями предлагаемого изобретения является уменьшение уровня шумов и вибраций и пульсаций момента.

Поставленные цели достигаются тем, что в известных шестифазных синхронно-реактивных двигателях, содержащих явнополюсные симметричные статор и ротор с Z2=(Z1±2)p, где p - число пар полюсов статора, p=2,4,8……, каждый полюс статора оснащен двумя сосредоточенными обмотками, одна из которых является фазной обмоткой, а другая играет роль обмотки возбуждения, причем фазные обмотки фазы А соединены последовательно с фазными обмотками фазы D, фазные обмотки фазы В соединены последовательно с фазными обмотками фазы Е, фазные обмотки фазы С соединены последовательно с фазными обмотками фазы F, эти попарно соединенные обмотки соединены в «звезду» и с выходами трехфазного мостового инвертора, а обмотки возбуждения каждого из полюсов соединены последовательно и подключены к выходам однофазного полумостового инвертора, при этом фазные обмотки питаются токами синусоидальной формы, сдвинутыми относительно друг друга на угол 60 электрических градусов, а обмотки возбуждения питаются постоянным током, причем величина постоянного тока равна амплитуде трехфазных токов, которые формируются за счет датчиков токов фаз, датчика тока обмоток возбуждения, датчика положения тока ротора при помощи релейно-токового способа управления, и симметричный явнополюсный ротор со скошенными полюсами, причем угловая ширина полюса ротора для вентильно-индукторного двигателя с Z1=12 и Z2=10 равна угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равна 18°, а угол скоса ротора по оси равен 6°, угловая ширина полюса статора равна 12°, угловая ширина межполюсного расстояния статора равна 18°.

По сравнению с наиболее близким аналогичным техническим решением предлагаемое устройство имеет следующие новые признаки:

- каждый полюс статора оснащен двумя сосредоточенными обмотками, одна из которых является фазной обмоткой, а другая играет роль обмотки возбуждения, причем фазные обмотки фазы А соединены последовательно с фазными обмотками фазы D, фазные обмотки фазы В соединены последовательно с фазными обмотками фазы Е, фазные обмотки фазы С соединены последовательно с фазными обмотками фазы F;

- эти попарно соединенные обмотки соединены в «звезду» и с выходами трехфазного мостового инвертора, а обмотки возбуждения каждого из полюсов соединены последовательно и подключены к выходам однофазного мостового инвертора, при этом фазные обмотки питаются токами синусоидальной формы, сдвинутыми относительно друг друга на угол 60 электрических градусов, а обмотки возбуждения питаются постоянным током;

- величина постоянного тока равна амплитуде трехфазных токов, которые формируются за счет датчиков токов фаз, датчика тока обмоток возбуждения, датчика положения тока ротора при помощи токового способа управления;

- двигатель содержит явнополюсный ротор со скошенными полюсами, причем угловая ширина полюса ротора для вентильно-индукторного двигателя с Z1=12 и Z2=10 равна угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равна 18°, а угол скоса по оси ротора равен 6°, угловая ширина полюса статора равна 12°, угловая ширина межполюсного расстояния статора равна 18°.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует требованию «новизна».

При реализации предлагаемого изобретения уменьшаются шумы и вибрации вентильно-индукторного двигателя и уменьшаются пульсации момента за счет отсутствия высших гармоник токов основных обмоток и обмоток возбуждения и за счет уменьшения числа и амплитуды высших гармоник производных индуктивностей фаз по углу поворота ротора.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует требованию «положительный эффект».

По каждому отличительному признаку проведен поиск известных технических решений в области электротехники, электропривода и электродвигателей.

Шестифазных вентильно-индукторных двигателей с 12 полюсами статора и 10 полюсами ротора, содержащих явнополюсный ротор со скошенными полюсами, с угловой шириной полюса ротора, равной угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равной 18°, с углом скоса полюса ротора по оси, равным 6°, угловой шириной полюса статора, равной 12°, угловой шириной межполюсного расстояния статора, равной 18°, с каждым полюсом статора, оснащенным двумя сосредоточенными обмотками, одна из которых является фазной обмоткой, а другая играет роль обмотки возбуждения, с фазными обмотками фазы А, соединенными последовательно с фазными обмотками фазы D, фазными обмотками фазы В, соединенными последовательно с фазными обмотками фазы Е, фазными обмотками фазы С, соединенными последовательно с фазными обмотками фазы F, с тремя концами этих попарно последовательно соединенных обмоток, соединенными в «звезду», и с остальными тремя концами, соединенными с выходами трехфазного мостового инвертора, и питающимися токами синусоидальной формы, сдвинутыми относительно друг друга на угол 60 электрических градусов, с обмотками возбуждения каждого из полюсов, соединенными последовательно, подключенными к выходам однофазного полумостового инвертора, питающимися постоянным током, с величиной, равной амплитуде трехфазных токов, которые формируются за счет датчиков токов фаз, датчика тока обмоток возбуждения, датчика положения тока ротора при помощи релейно-токового способа управления, в известных технических решениях не обнаружено.

Таким образом, указанные признаки обеспечивают заявленному техническому решению соответствие требованию «существенные отличия»

Сущность предполагаемого изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 приведен шестифазный вентильно-индукторный двигатель с минимальными шумами, вибрациями и пульсациями момента, с 12 полюсами статора и 10 полюсами ротора, содержащего явнополюсный ротор со скошенными полюсами и обмотками возбуждения на полюсах статора. На фиг.1 обозначено: 1 - статор; 2 - обмотка возбуждения; 3 - фазная обмотка; 4 - ротор; 5 - вал; A-F - полюса статора, оснащенные обмотками соответствующих фаз; 1-12 - номера полюсов статора; 1-10 - номера полюсов ротора.

На фиг.2 приведены развертки поверхностей полюсов ротора и статора шестифазного вентильно-индукторного двигателя с минимальными шумами, вибрациями и пульсациями момента, с 10 полюсами ротора и 12 полюсами статора, содержащего явнополюсный ротор со скошенными полюсами в положении ротора относительно статора, соответствующем фиг.1. На фиг.2 обозначено: I - развертки поверхностей полюсов ротора; II - развертки поверхностей полюсов статора; A-F - полюса статора, оснащенные обмотками соответствующих фаз; 1-12 - номера полюсов статора; 1-10 - номера полюсов ротора.

На фиг.3 приведены схемы фазных обмоток и обмоток возбуждения шестифазного вентильно-индукторного двигателя с минимальными шумами, вибрациями и пульсациями момента, с 10 полюсами ротора и 12 полюсами статора. На фиг.3 обозначено: I - схема обмоток возбуждения; II - схема фазных обмоток; 1-12 - номера полюсов статора в соответствии с фиг.1; Нов - начало обмотки возбуждения; Ков - конец обмотки возбуждения; А, В, С - обмотки полюсов статора, в которых протекает трехфазный переменный ток; -А, -В, -С - обмотки полюсов статора, в которых протекает трехфазный переменный ток, сдвинутый относительно обмоток А, В, С на 180 электрических градусов за счет противоположного включения начал и концов этих обмоток.

На фиг.4 приведены диаграммы работы шестифазного вентильно-индукторного двигателя с минимальными шумами, вибрациями и пульсациями момента с 12 полюсами статора и 10 полюсами ротора, содержащего явнополюсный ротор со скошенными полюсами, рассчитанные в относительных единицах с помощью программы MathCad. На фиг.4 обозначено: t:=0…360 - угол поворота ротора относительно статора в электрических градусах; - производная индуктивности фазы А по углу поворота ротора, имеющая синусоидальную форму за счет конфигурации полюсов ротора и статора, показанных на фиг.1 и 2; - суммарный ток фазной обмотки и обмотки возбуждения полюсов фазы A; 0,5(IA(t))2 - половина квадрата суммы токов фазной обмотки и обмотки возбуждения фазы A; MA(t):=dLA(t)0,5(IA(t))2 - крутящий момент на валу двигателя, создаваемый фазой А; МА+МС+МЕ - суммарный вращающий момент на валу двигателя, создаваемый фазами А, С, Е; MB+MD+MF - суммарный вращающий момент на валу двигателя, создаваемый фазами В, D, F; MA+MC+ME+MB+MD+MF - суммарный вращающий момент на валу двигателя, создаваемый всеми шестью фазами.

На фиг.5 приведена структурная схема регулятора момента шестифазного вентильно-индукторного двигателя с минимальными шумами, вибрациями и пульсациями момента. На фиг.5 обозначено: R - резистор, задающий амплитуду и направление вращения вектора заданного тока; +U, -U - напряжения питания резистора, задающего амплитуду и направление вращения вектора заданного тока; Iз - заданный вектор тока; БИП - блок изменения полярности; -1 - коэффициент передачи блока изменения полярности; ПА, ПВ, ПС - переключатели полярностей тока задания соответствующих фаз; ЦАПА, ЦАПВ, ЦАПС - цифроаналоговые преобразователи соответствующих фаз; ПЗУА, ПЗУВ, ПЗУС - постоянные запоминающие устройства соответствующих фаз; ДП - датчик положения ротора вентильно-индукторного двигателя; БСА, БСВ, БСС - блоки сравнения текущих значений заданных токов и токов обмоток соответствующих фаз; iA, iB, iC - текущие значения токов обмоток соответствующих фаз; K1-K8 - компараторы с гистерезисом; Б1, Б2, Б3 - блоки с коэффициентом передачи, равным -1, изменяющие полярность выходного напряжения компараторов K2, K4, K6; VT1-VT8 - силовые транзисторы; VD1- VD8 - силовые диоды; ДТ1-ДТ4 - датчики тока; Е -источник постоянного напряжения; С - конденсатор источника постоянного напряжения; LA-LF - индуктивности соответствующих фаз; Lов - индуктивность обмотки возбуждения; БСОВ - блок сравнения текущих значений заданного тока и тока обмотки возбуждения; iов - текущее значение тока обмотки возбуждения; БВМ - блок выделения модуля (линейный выпрямитель).

Регулятор момента шестифазного вентильно-индукторного двигателя с обмоткой возбуждения работает следующим образом. Резистором R задается амплитуда и полярность вектора тока Iз, БИП изменяет полярность Iз на противоположную. Сигналы различной полярности, пропорциональные Iз, подаются на входы переключателей соответствующих фаз ПА, ПВ, ПС, на управляющие входы которых подаются сигналы с выходов постоянных запоминающих устройств соответствующих фаз ПЗУА, ПЗУВ, ПЗУС, соединенных с датчиком положения ротора. Сигналы с ПА, ПВ, ПС и ПЗУА, ПЗУВ, ПЗУС подаются на входы цифроаналоговых преобразователей соответствующих фаз ЦАПА, ЦАПВ, ЦАПС, на выходах которых формируется трехфазное синусоидальное напряжение, амплитуда которого пропорциональна Iз, частота - частоте вращения ротора, а при изменении полярности Iз при помощи резистора R происходит сдвиг токов фаз на 180 электрических градусов. Заданные токи фаз сравниваются при помощи блоков сравнения текущих значений заданных токов и токов обмоток соответствующих фаз БСА, БСВ, БСС, причем сигналы, пропорциональные токам фаз, поступают с трех датчиков токов ДТ1-ДТ3, а сигналы, пропорциональные заданным токам фаз, поступают с выходов трех цифроаналоговых преобразователей ЦАПА, ЦАПВ, ЦАПС, а их разность поступает на входы компараторов с гистерезисом K1-K6, которые совместно с блоками, имеющими коэффициент передачи, равный -1, - Б1, Б2, Б3 и трехфазным инвертором, выполненным на транзисторах VT1-VT6 и на диодах VD1-VD6, формируют трехфазные токи, средняя величина которых имеет синусоидальную форму и амплитуду, пропорциональную Iз. Заданное резистором R напряжение, пропорциональное Iз, подается на вход блока выделения модуля БВМ, с выхода которого напряжение, имеющее только положительную полярность, подается на входы блока сравнения текущих значений заданного тока и тока обмотки возбуждения БСОВ, на второй вход которого подается напряжение, пропорциональное току в обмотке возбуждения, с выхода датчика тока. С выхода БСОВ сигнал подается на компараторы K7 и K8, которые управляют полумостовым инвертором на транзисторах VT7 и VT8 и на диодах VD7 и VD8 и формируют постоянный ток в обмотке возбуждения, средняя величина которого пропорциональна Iз. Благодаря конфигурации вентильно-индукторного двигателя, показанной на фиг.1, и схеме включения обмоток, показанной на фиг.3, среднее значение полных токов обмоток каждого полюса равно сумме токов фазной обмотки и обмотки возбуждения in=Imax{1+sin[θ+(n-1)60°]}, где in - среднее значение полных токов обмоток n-го полюса статора; Imax - максимальное значение токов фазных обмоток; θ - угловое положение ротора в электрических градусах; n=1…12 - номер полюса статора. При этом крутящий момент, развиваемый полюсами 1 и 7, равен , где IA max - максимальное значение тока фазы А. Для того чтобы , необходимо применение конструкции полюсов ротора и статора, поверхности полюсов которых показаны на фиг.2. При этом . Результаты расчета вращающего момента от фазы А, проведенные при помощи прикладной программы MathCad для линейной модели предлагаемого двигателя, в относительных единицах (то есть при IA max=1 и показаны на фиг.4. Так как фазные токи и изменение индуктивностей обмоток фаз по углу поворота ротора, смежных полюсов сдвинуты на угол, равный 60 электрических градусов, то и вращающие моменты фаз смежных полюсов сдвинуты на угол, равный 60 электрических градусов, а суммарный момент от всех фаз постоянный, не зависит от углового положения ротора, как показано на фиг.4.

Таким образом, использование в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах автоматических систем шестифазных вентильно-индукторных двигателей с 12 полюсами статора и 10 полюсами ротора, содержащих явнополюсный ротор со скошенными полюсами, с угловой шириной полюса ротора, равной угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равной 18°, с углом скоса полюса ротора по оси, равным 6°, угловой шириной полюса статора, равной 12°, угловой шириной межполюсного расстояния статора, равной 18°, с каждым полюсом статора, оснащенным двумя сосредоточенными обмотками, одна из которых является фазной обмоткой, а другая играет роль обмотки возбуждения, с фазными обмотками фазы А, соединенными последовательно с фазными обмотками фазы D, фазными обмотками фазы В, соединенными последовательно с фазными обмотками фазы Е, фазными обмотками фазы С, соединенными последовательно с фазными обмотками фазы F, с тремя концами этих попарно последовательно соединенных обмоток, соединенными в «звезду», и с остальными тремя концами, соединенными с выходами трехфазного мостового инвертора и питающимися токами синусоидальной формы, сдвинутыми относительно друг друга на угол 60 электрических градусов, с обмотками возбуждения каждого из полюсов, соединенными последовательно, подключенными к выходам однофазного мостового инвертора, питающимися постоянным током, с величиной, равной амплитуде трехфазных токов, которые формируются за счет датчиков токов фаз, датчика тока обмоток возбуждения, датчика положения тока ротора при помощи токового способа управления, позволяет уменьшить пульсации момента, приводящие к пульсациям скорости при малых скоростях, и уменьшает уровень шумов и вибраций.

Использование предлагаемого технического решения в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах обеспечит повышение эффективности и качества работы этих устройств.

Шестифазный вентильно-индукторный двигатель, содержащий явнополюсный статор с 12 сосредоточенными обмотками и ротор с 10 прямыми полюсами без обмоток и без магнитов, управляемый при помощи системы, коммутирующей напряжение фаз, содержащей схему управления, силовой инвертор и датчик положения ротора, отличающийся тем, что двигатель оснащен ротором со скошенными полюсами, с угловой шириной полюса ротора, равной угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равной 18°, с углом скоса полюса ротора по оси, равным 6°, угловой шириной полюса статора, равной 12°, угловой шириной межполюсного расстояния статора, равной 18°, с каждым полюсом статора, оснащенным двумя сосредоточенными обмотками, одна из которых является фазной обмоткой, а другая играет роль обмотки возбуждения, с фазными обмотками фазы А, соединенными последовательно с фазными обмотками фазы D, фазными обмотками фазы В, соединенными последовательно с фазными обмотками фазы Е, фазными обмотками фазы С, соединенными последовательно с фазными обмотками фазы F, с тремя концами этих попарно последовательно соединенных обмоток, соединенными в «звезду», и с остальными тремя концами, соединенными с выходами трехфазного мостового инвертора и питающимися токами синусоидальной формы, сдвинутыми относительно друг друга на 60 электрических градусов, с обмотками возбуждения каждого из полюсов, соединенными последовательно, подключенными к выходам однофазного полумостового инвертора, питающимися постоянным током, с величиной, равной амплитуде трехфазных токов, которые формируются за счет датчиков токов фаз, датчика тока обмоток возбуждения, датчика положения тока ротора при помощи токового способа управления.

edrid.ru

шестифазный вентильно-индукторный двигатель с концентрическими обмотками, управляемый трехфазным током синусоидальной формы - патент РФ 2540957

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах автоматических систем. Технический результат заключается в уменьшении числа выводов двигателя, уменьшении массогабаритных показателей инвертора. В предлагаемом изобретении это достигается за счет соотношений угловых размеров полюсов ротора и статора и специальных обмоток. Шестифазный вентильно-индукторный двигатель содержит явнополюсный симметричный статор, имеющий 24 сосредоточенных полюса с обмотками, и ротор, имеющий 20 полюсов без обмоток. Угловая ширина полюсов статора равна 6 градусам. Угловая ширина межполюсного расстояния статора равна 9 градусов. Угловая ширина полюсов ротора равна угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равна 9 градусам. Статор двигателя оснащен концентрическими трехфазными обмотками, соединенными в «звезду» или в «треугольник». Обмотки каждой из трех фаз охватывают одновременно три полюса и один полюс статора, расположенный в середине трех полюсов. Число витков, охватывающих три полюса статора, относится к числу витков, охватывающих один полюс статора, примерно как 1/0,73. 6 ил.

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах автоматических систем.

Известны многофазные вентильно-индукториые двигатели с прямыми полюсами ротора и статора и сосредоточенными обмотками, расположенными на полюсах статора [Кузнецов В.А., Кузьмичев В.А. Вентильно-индукторные двигатели. - М., Издательство МЭИ, 2003., С.62].

Основным недостатком этих вентильно-индукторных двигателей является то, что при коммутации фаз токи фаз протекают только в одном направлении, поэтому для коммутации тока каждой фазы необходимо применение полумостовых схем [Кузнецов В.А., Кузьмичев В.А. Вентильно-индукторные двигатели. - М., Издательство МЭИ, 2003., С.10, 15, 17]. Применение полумостовых схем для коммутации токов фаз увеличивает суммарную мощность полупроводниковых приборов инвертора примерно в два раза по сравнению с традиционными мостовыми схемами, широко используемыми для управления трехфазными асинхронными и вентильными двигателями [Питание машин с регулируемой реактивностью. G. Glaize. Н. Foch. L'alimentation des machines a'reluctance variable. Machines a'Reluctance Variable, 30 septembre 1985, Франция].

Вторым недостатком этого технического решения является то, что силовые транзисторные модули, которые применяются для инверторов на полумостовых схемах, имеют более высокую цену по сравнению с силовыми транзисторными модулями, применяемыми в традиционных мостовых схемах инверторов, за счет большего на один числа выводов. Кроме того, для реализации инверторов на полумостовых схемах необходимы два типа модулей (модуль, в котором коллектор транзистора соединен с анодом диода, и модуль, в котором коллектор транзистора соединен с катодом диода), что увеличивает номенклатуру комплектующих изделий.

Третьим недостатком этих вентильно-индукторных двигателей, по сравнению с трехфазными асинхронными и вентильными двигателями, имеющими три вывода, является большое число выводов (так у трехфазного вентильно-индукторного двигателя число выводов - шесть, у четырехфазного - восемь, у шестифазного - двенадцать).

Четвертым недостатком этого технического решения является то, что при монтаже инверторов на полумостовых схемах для вентильно-индукторных двигателей увеличиваются затраты на монтажные работы по сравнению с затратами на монтаж трехфазных мостовых инверторов, применяемых для управления трехфазными асинхронными и вентильными двигателями.

Пятым недостатком этого технического решения является то, что каждый полюс статора этих двигателей оснащен сосредоточенной обмоткой, занимающей половину паза. В результате чего полный ток каждого полюса определяется числом витков, допустимой плотностью тока, коэффициентом заполнения и площадью паза. В двигателях с распределенными обмотками полный ток полюса определяется в том числе и числом обмоток, охватывающих данный полюс, что позволяет уменьшить площадь пазов и габариты двигателя или увеличить сечение проводников обмоток при том же полном токе полюсов статора и уменьшить омические потери.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является низкооборотный высокомоментный вентильный индукторный реактивный двигатель для автоматизированных электроприводов, содержащий статор с числом полюсов, кратным шести, и ротор с числом полюсов, меньшим числа полюсов статора на величину этой кратности (например, и так далее, где Z1 - число полюсов статора; Z2 - число полюсов ротора), фазные обмотки которого соединены в треугольник, питающийся от трехфазного мостового инвертора через включенные в каждую обмотку по одному диоды и управляемый трехфазным прямоугольным линейным напряжением различной полярности, причем периоды прямоугольных линейных напряжений составляют 120 электрических градусов, периоды, когда напряжения равны нулю, составляют 60 электрических градусов и при трехфазном прямоугольном линейном напряжении различной полярности сдвинуты относительно друг друга на 120 электрических градусов [Плах Г.К., Лозитский О.Е., Луговец В.А., Протасов Д.А., Мустафаев P.P. Низкооборотный высокомоментный вентильный индукторный реактивный двигатель для автоматизированных электроприводов./ Пятая международная (четырнадцатая всероссийская) конференция по автоматизированному электроприводу. АЭП-2007, Санкт-Петербург, 18-21 сентября 2007].

Недостатком этого технического решения является необходимость применения наряду с мостовым инвертором шести дополнительных силовых диодов, что увеличивает цену инвертора, уменьшает коэффициент полезного действия за счет потерь в шести дополнительных силовых диодах и приводит к необходимости увеличения габаритных размеров инвертора за счет увеличения числа силовых элементов и площади радиатора охлаждения.

Целями предлагаемого изобретения является уменьшение числа выводов вентильно-индукторного двигателя, уменьшение массогабаритных показателей инвертора, увеличение коэффициента полезного действия вентильно-индукторного двигателя и инвертора и упрощение инвертора.

Поставленные цели достигаются тем, что в известных шестифазных вентильно-индукторных двигателях, содержащих явнополюсные симметричные статор и ротор, со статором, имеющим 24 сосредоточенных полюса с обмотками, и ротором, имеющим 20 полюсов без обмоток, угловая ширина полюсов статора равна 6 градусам, угловая ширина межполюсного расстояния статора равна 9 градусам, угловая ширина полюсов ротора равна угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равна 9 градусам, причем обмотки одной фазы охватывают одновременно три полюса и один полюс статора, расположенный в середине трех полюсов, охваченных одной обмоткой. Суммарный полный ток этих двух обмоток равен 1,73 в относительных единицах за счет того, что число витков обмоток, охватывающих три полюса, относится к числу витков обмоток, охватывающих один полюс, как 1/0,73. Четные полюса статора охвачены обмотками разных фаз, токи в которых сдвинуты на 30 электрических градусов за счет сдвига токов фаз на 120 электрических градусов и за счет чередующегося изменения начала и конца обмоток, дающего дополнительный сдвиг фаз 180 электрических градусов. При этом полный ток нечетных полюсов становится равным IABmax =IAmaxsin120°-IBmaxsin60°=1,73Iф max, где IABmax - максимальное значение полных токов нечетных полюсов; IAmax - максимальное значение тока фазы А; IBmax - максимальное значение тока фазы В; Iфmax - максимальное значение фазных токов. То есть максимальные полные токи обмоток четных и нечетных полюсов равны, сдвинуты по фазе на 30 электрических градусов и представляют собой шестифазную систему полных токов. Обмотки фаз могут быть соединены в «звезду» или в «треугольник» и имеют три вывода. При вращении ротора индуктивность каждого полюса не изменяется при изменении положения ротора на три градуса при максимальном и минимальном значении индуктивности полюса, в этих случаях производная индуктивности по углу поворота ротора равна нулю. Поэтому , где М - момент, развиваемый полным током полюсов статора; i2 - квадрат текущих значении полных токов полюсов статора; - производная индуктивности полюсов статора по углу поворота ротора в электрических градусах. В других случаях момент каждого полюса может принимать отрицательные и положительные значения. Однако если максимальные и минимальные значения полных токов полюсов приходятся на максимальные значения производной индуктивности полюсов по углу поворота ротора, то средний вращающий момент двигателя превышает средний тормозной момент в раз.

По сравнению с наиболее близким аналогичным техническим решением предлагаемое устройство имеет следующие новые признаки:

1) шестифазный вентильно-индукторный двигатель, содержащий явнополюсный симметричный статор и ротор, со статором, имеющим 24 сосредоточенных полюса с обмотками, и ротором, имеющим 20 полюсов без обмоток, с угловой шириной полюсов статора, равной 6 градусам, угловой шириной межполюсного расстояния статора, равной 9 градусов, угловой шириной полюсов ротора, равной угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равной 9 градусам;

2) обмотки каждой из трех фаз охватывают одновременно три полюса и один полюс статора, расположенный в середине трех полюсов, причем число витков обмоток, охватывающих три полюса статора, относится к числу витков, охватывающих один полюс статора, примерно как 1/0,73;

3) фазы двигателя питаются трехфазным током, имеющим сдвиг фаз 120 электрических градусов, который формируется при помощи стандартного трехфазного мостового инвертора и управляется с помощью частотно токового способа управления;

4) число выводов двигателя при соединении в «звезду» и в «треугольник» равно трем.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует требованию «новизна».

При реализации предлагаемого изобретения уменьшается число выводов двигателя, упрощается монтаж силового инвертора, уменьшается число и цена полупроводниковых приборов инвертора и увеличивается коэффициент полезного действия двигателя и инвертора.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует требованию «положительный эффект».

По каждому отличительному признаку проведен поиск известных технических решений в области электротехники, электропривода и электродвигателей.

Шестифазных вентильно-индукторных двигателей, содержащих явнополюсные симметричные статор и ротор, со статором, имеющим 24 сосредоточенных полюсов с обмотками, и ротором, имеющим 20 полюсов без обмоток, с угловой шириной полюсов статора, равной 6 градусов, угловой шириной межполюсного расстояния статора, равной 9 градусам, угловой шириной полюсов ротора, равной угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равной 9 градусам, обмотки каждой из трех фаз которого охватывают одновременно три полюса статора и один полюс статора, расположенный между тремя полюсами, причем число витков обмоток, охватывающих три полюса статора, относится к числу витков, охватывающих один полюс статора, примерно как 1/0,73, с числом выводов двигателя, при соединении в «звезду» и в «треугольник», равным трем, с фазами двигателя, питающимися трехфазным током, имеющим сдвиг фаз 120 электрических градусов, который формируется при помощи стандартного трехфазного мостового инвертора, который управляется с помощью частотно-токового способа управления, в известных технических решениях не обнаружено.

Таким образом, указанные признаки обеспечивают заявленному техническому решению соответствие требованию «существенные отличия».

Возможны варианты вентильно-индукторных двигателей с соотношением полюсов , или

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 приведен шестифазный вентильно-индукторный двигатель с концентрическими обмотками, управляемый трехфазным током синусоидальной формы с 24 полюсами статора и 20 полюсами ротора. На фиг.1 обозначено: 1-24 - полюса статора; 1-20 - полюса ротора; iA, iB, iC - токи соответствующих фаз.

На фиг.2 приведены схемы обмоток шестифазыого вентильно-индукторного двигателя с концентрическими обмотками, управляемого трехфазным током синусоидальной формы с 24 полюсами статора и 20 полюсами ротора, управляемого трехфазным током синусоидальной формы. На фиг.2 обозначено: 1-24 - номера полюсов статора; нА, нВ, нС - начала обмоток соответствующих фаз; кА, кВ, кС - концы обмоток соответствующих фаз.

На фиг.3 приведены развертки поверхностей полюсов статора и ротора шестифазного вентильно-индукторного двигателя с концентрическими обмотками, управляемого трехфазным током синусоидальной формы с 20 полюсами ротора и 24 полюсами статора. На фиг.3 обозначено: 1-24 - номера полюсов статора, на которых размещены обмотки, в соответствии с фиг.2; 1-20 - номера полюсов ротора; 6° - угловая ширина полюсов статора; 9° - угловая ширина полюсов ротора и межполюсного расстояния ротора и статора.

На фиг.4 приведены диаграммы работы шестифазного вентильно-индукторного двигателя с концентрическими обмотками, управляемого трехфазным током синусоидальной формы. На фиг.4,а приведены диаграммы трехфазного тока. На фиг.4,а обозначено: iA, iB, iC - токи соответствующих фаз; -iA, -iB -iC - токи соответствующих фаз, сдвинутые на 180 электрических градусов; Imax - амплитудные значения токов; =0 360 - угол поворота ротора относительно статора в электрических градусах. На фиг.4,б приведены диаграммы полных токов полюсов статора. На фиг 4,в приведены диаграммы модуля и квадрата полного тока полюсов статора 2, 8, 12, 20. На фиг.4,в приведена таблица значений модуля и квадрата полного тока полюсов статора 2, 8, 12, 20 в относительных единицах.

На фиг.5 приведены диаграммы индуктивности, производной индуктивности и моментов шестифазного вентильно-индукторного двигателя с концентрическими обмотками, управляемого трехфазным током синусоидальной формы. На фиг.5,а приведены диаграммы индуктивностей, производных индуктивностей по углу поворота ротора и момента полюсов 2, 8, 14, 20 статора. На фиг.5,а обозначено: L 2, 8, 14, 20 - индуктивности соответствующих полюсов; - производная индуктивности соответствующих полюсов по углу поворота ротора; М 2, 8, 14, 20 - момент соответствующих полюсов. На фиг.5,б приведены диаграммы моментов соответствующих полюсов статора и суммарный момент двигателя в относительных единицах.

На фиг.6 приведена структурная схема регулятора момента шестифазного вентильно-индукторного двигателя с 24 полюсами статора и 20 полюсами ротора, управляемого трехфазным током синусоидальной формы. На фиг.6 обозначено: R - резистор, задающий амплитуду и направление вращения вектора заданного тока; +U, -U - напряжения питания резистора, задающего амплитуду и направление вращения вектора заданного тока; Iз - заданный вектор тока; БИП - блок изменения полярности; -1 - коэффициент передачи блока изменения полярности; ПА, ПВ, ПС - переключатели полярностей тока задания соответствующих фаз; ЦАПА, ЦАПВ, ЦАПС - цифроаналоговые преобразователи соответствующих фаз; ПЗУА, ПЗУВ, ПЗУС - постоянные запоминающие устройства соответствующих фаз; ДП - датчик положения ротора вентильно-индукторного двигателя; БСА, БСВ, БСС, - блоки сравнения текущих значений заданных токов и токов обмоток соответствующих фаз; iA, iB , iС - текущие значения токов обмоток соответствующих фаз; К1-К6 - компараторы с гистерезисом; Б1, Б2, Б3 - блоки с коэффициентом передачи, равным -1, изменяющие полярность выходного напряжения компараторов К2, К4, К6; VT1-VT6 - силовые транзисторы; VD1-VD6 - силовые диоды; ДТ1-ДТ3 - датчики тока; Е - источник постоянного напряжения; С - конденсатор источника постоянного напряжения; ВИД - вентильно-индукторный двигатель; А, В, С - фазы инвертора; БСОВ - блок сравнения текущих значений трехфазного заданного тока и тока обмоток.

Регулятор момента шестифазного вентильно-индукторного двигателя с 24 полюсами статора и 20 полюсами ротора, управляемого трехфазным током синусоидальной формы, работает следующим образом: резистором R задается амплитуда и полярность вектора тока Iз, БИЛ изменяет полярность Iз на противоположную. Сигналы различной полярности, пропорциональные Iз, подаются на входы переключателей соответствующих фаз ПА, ПВ, ПС, на управляющие входы которых подаются сигналы с выходов постоянных запоминающих устройств соответствующих фаз ПЗУА, ПЗУВ, ПЗУС, соединенных с датчиком положения ротора. Сигналы с ПА, ПВ, ПС и ПЗУА, ПЗУВ, ПЗУС подаются на входы цифроаналоговых преобразователей соответствующих фаз ЦАПА, ЦАПВ, ЦАПС, на выходах которых формируется трехфазное синусоидальное напряжение, амплитуда которого пропорциональна Iз, частота - пропорциональна частоте вращения ротора, при изменении полярности Iз, при помощи резистора R происходит сдвиг токов фаз на 180 электрических градусов. Заданные токи фаз сравниваются при помощи блоков сравнения текущих значений заданных токов и токов обмоток соответствующих фаз БСА, БСВ, БСС, причем сигналы, пропорциональные токам фаз, поступают с трех датчиков токов ДТ1-ДТ3, а сигналы, пропорциональные заданным токам, поступают с выходов трех цифроаналоговых преобразователей ЦАПА, ЦАПВ, ЦАПС, а их разность поступает на входы компараторов с гистерезисом К1-К6, которые совместно с блоками, имеющими коэффициент передачи, равный -1, - Б1, Б2, Б3 и трехфазным инвертором, выполненным на транзисторах VT1-VT6 и на диодах VD1-VD6, формируют трехфазные токи, имеющие синусоидальную форму и амплитуду, пропорциональную Iз .

Таким образом, использование в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах автоматических систем шестифазных вентильно-индукторных двигателей, имеющих 24 полюса статора с обмотками и 20 полюсов ротора без обмоток, с угловой шириной полюсов статора, равной 6 градусам, угловой шириной межполюсного расстояния статора, равной 9 градусам, угловой шириной полюсов ротора, равной угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равной 9 градусам, обмотки каждой из трех фаз которого охватывают одновременно три и один полюс статора, причем число витков обмоток, охватывающих три полюса статора, относится к числу витков, охватывающих один полюс статора, примерно как 1/073, а фазы двигателя питаются трехфазным током, имеющим сдвиг фаз 120 электрических градусов, который формируется при помощи стандартного трехфазного мостового инвертора, который управляется с помощью частотно-токового способа управления, позволяет уменьшить число выводов двигателя, увеличить коэффициент полезного действия двигателя и инвертора и управлять токами фаз при помощи стандартного трехфазного инвертора.

Использование предлагаемого технического решения в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах обеспечит повышение эффективности и качества работы этих устройств.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Шестифазный вентильно-индукторный двигатель, содержащий явнополюсный симметричный статор и ротор, со статором, имеющим 24 сосредоточенных полюса с обмотками, и ротором, имеющим 20 полюсов без обмоток, с угловой шириной полюсов статора, равной 6 градусам, угловой шириной межполюсного расстояния статора, равной 9 градусов, угловой шириной полюсов ротора, равной угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равной 9 градусам, отличающийся тем, что статор двигателя оснащен концентрическими трехфазными обмотками, соединенными в «звезду» или в «треугольник», обмотки каждой из трех фаз охватывают одновременно три полюса и один полюс статора, расположенный в середине трех полюсов, причем число витков, охватывающих три полюса статора, относится к числу витков, охватывающих один полюс статора, примерно как 1/0,73.

www.freepatent.ru

ШЕСТИФАЗНЫЙ ВЕНТИЛЬНО-ИНДУКТОРНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, УПРАВЛЯЕМЫЙ ТРЕХФАЗНЫМ ТОКОМ СИНУСОИДАЛЬНОЙ ФОРМЫ

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах автоматических систем.

Известны многофазные вентильно-индукторные двигатели с прямыми полюсами ротора и статора и сосредоточенными обмотками, расположенными на полюсах статора [Кузнецов В.А., Кузьмичев В.А. Вентильно-индукторные двигатели. - М., Издательство МЭИ, 2003., с.62.].

Основным недостатком этих вентильно-индукторных двигателей является то, что при коммутации фаз токи фаз протекают только в одном направлении, поэтому для коммутации каждой фазы необходимо применение полумостовых схем [Кузнецов В.А., Кузьмичев В.А. Вентильно-индукторные двигатели. - М., Издательство МЭИ, 2003., с.10, 15, 17.]. Применение полумостовых схем для коммутации фаз увеличивает суммарную мощность и цену полупроводниковых приборов инвертора примерно в два раза по сравнению с традиционными мостовыми схемами, широко используемыми для управления асинхронными и вентильными двигателями [Питание машин с регулируемой реактивностью. G. Glaize. H. Foch. L′alimentation des machines a′reluctance variable. Machines a′Reluctance Variable, 30 septembre 1985, Франция.].

Вторым недостатком этого технического решения является то, что силовые транзисторные модули, которые применяются для инверторов на полумостовых схемах, имеют более высокую цену по сравнению с силовыми транзисторными модулями, применяемыми в традиционных мостовых схемах инверторов, за счет большего на один числа выводов. Кроме того, для реализации инверторов на полумостовых схемах необходимы два типа модулей (модуль, в котором коллектор транзистора соединен с анодом диода, и модуль, в котором коллектор транзистора соединен с катодом диода), что увеличивает номенклатуру комплектующих изделий.

Третьим недостатком этих вентильно-индукторных двигателей, по сравнению с асинхронными и вентильными двигателями, имеющими три вывода, является большое число выводов (так у трехфазного вентильно-индукторного двигателя число выводов - шесть, у четырехфазного - восемь, у шестифазного - двенадцать).

Четвертым недостатком этого технического решения является то, что при монтаже инверторов на полумостовых схемах для вентильно-индукторных двигателей увеличиваются затраты на монтажные работы по сравнению с затратами на монтаж мостовых инверторов, применяемых для управления асинхронными и вентильными двигателями.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является низкооборотный высокомоментный вентильный индукторный реактивный двигатель для автоматизированных электроприводов, содержащий статор с числом полюсов кратным шести и ротор с числом полюсов, меньшим числа полюсов статора на величину этой кратности (например, , , и так далее, где Z1 - число полюсов статора; Z2 - число полюсов ротора), фазные обмотки которого соединены в треугольник, питающийся от трехфазного мостового инвертора через включенные в каждую обмотку по одному диоду и управляемый трехфазным прямоугольным линейным напряжением различной полярности, причем периоды прямоугольных линейных напряжений составляют 120 электрических градусов, периоды, когда напряжения равны нулю, составляют 60 электрических градусов, и при трехфазном прямоугольном линейном напряжении различной полярности сдвинуты относительно друг друга на 120 электрических градусов [Плах Г.К., Лозитский О.Е., Луговец В.А., Протасов Д.А., Мустафаев P.P. Низкооборотный высокомоментный вентильный индукторный реактивный двигатель для автоматизированных электроприводов. / Пятая международная (четырнадцатая всероссийская) конференция по автоматизированному электроприводу. АЭП-2007, Санкт-Петербург, 18-21 сентября 2007].

Недостатком этого технического решения является наличие в схеме управления замкнутого контура, состоящего из двух последовательно включенных диодов и двух обмоток фаз полюсов, сдвинутых на 180 электрических градусов, вследствие чего электродвижущая сила этих обмоток при уменьшении тока уравновешивается омическим сопротивлением обмоток и падением напряжения на диодах в прямом направлении, что обуславливает низкую скорость уменьшения тока при коммутации фаз и наличие, наряду с двигательными, тормозных моментов, которые уменьшают крутящий момент двигателя, увеличивают энергетические потери, что особенно сильно сказывается при высоких частотах вращения.

Вторым недостатком этого технического решения является необходимость применения наряду с мостовым инвертором шести дополнительных силовых диодов, что увеличивает цену инвертора, уменьшает коэффициент полезного действия за счет потерь в шести дополнительных силовых диодах и приводит к необходимости увеличения габаритных размеров за счет увеличения числа силовых элементов и площади радиатора охлаждения.

Целями предлагаемого изобретения являются уменьшение числа выводов вентильно-индукторного двигателя, уменьшение массогабаритных показателей, упрощение и увеличение коэффициента полезного действия инвертора.

Поставленные цели достигаются тем, что в известных шестифазных синхронно-реактивных двигателях, содержащих явнополюсные симметричные статор и ротор со статором, имеющим 12 сосредоточенных полюсов с обмотками, и ротором, имеющим 10 полюсов без обмоток, в предлагаемом изобретении угловая ширина полюсов статора равна 12 градусов, угловая ширина межполюсного расстояния статора равна 18 градусов, угловая ширина полюсов ротора равна угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равна 18 градусам, причем обмотки противоположных полюсов с нечетными номерами питаются токами синусоидальной формы, сдвинутыми относительно друг друга на 60 электрических градусов, а обмотки полюсов с четными номерами оснащены двумя сосредоточенными обмотками, полный ток которых имеет синусоидальную форму и одинаковую амплитуду с токами обмоток нечетных полюсов, но сдвинут относительно них на 30 электрических градусов, причем обмотки нечетных противоположных полюсов соединены последовательно и соединены с четырьмя обмотками смежных полюсов, их начала соединены с выходами трехфазного мостового инвертора, управляемого релейно-токовым способом управления, а концы соединены между собой, образуя соединение в «звезду», соотношение числа витков обмоток нечетных полюсов и обмоток четных полюсов примерно равно .

По сравнению с наиболее близким аналогичным техническим решением предлагаемое устройство имеет следующие новые признаки:

- шестифазный синхронно-реактивный двигатель, содержащий явнополюсный симметричный статор и ротор со статором, имеющим 12 сосредоточенных полюсов с обмотками, и ротором, имеющим 10 полюсов без обмоток, угловая ширина полюсов статора равна 12 градусов, угловая ширина межполюсного расстояния статора равна 18 градусов, угловая ширина полюсов ротора равна угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равна 18 градусам;

- обмотки противоположных полюсов с нечетными номерами питаются токами синусоидальной формы, сдвинутыми относительно друг друга на 60 электрических градусов, а полюса с четными номерами оснащены двумя сосредоточенными обмотками, полный ток которых имеет синусоидальную форму и одинаковую амплитуду с токами обмоток нечетных полюсов, но сдвинут относительно них на 30 электрических градусов, причем обмотки нечетных противоположных полюсов соединены последовательно и соединены с четырьмя обмотками смежных полюсов, а их начала соединены с выходами трехфазного мостового инвертора, управляемого релейно-токовым способом, а концы соединены между собой, образуя соединение в «звезду», соотношение числа витков обмоток нечетных полюсов и обмоток четных полюсов примерно равно .

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует требованию «новизна».

При реализации предлагаемого изобретения уменьшается число выводов двигателя, упрощается монтаж силового инвертора, уменьшается число и цена полупроводниковых приборов инвертора и увеличивается его коэффициент полезного действия.

Следовательно, заявленное техническое решение соответствует требованию «положительный эффект».

По каждому отличительному признаку проведен поиск известных технических решений в области электротехники, электропривода и электродвигателей.

Шестифазных вентильно-индукторных двигателей, содержащих явнополюсные симметричные статор и ротор со статором, имеющим 12 сосредоточенных полюсов с обмотками, и ротором, имеющим 10 полюсов без обмоток, с угловой шириной полюсов статора, равной 12 градусов, угловой шириной межполюсного расстояния статора, равной 18 градусов, угловой шириной полюсов ротора, равной угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равной 18 градусам, с обмотками противоположных полюсов с нечетными номерами, питающимися токами синусоидальной формы, сдвинутыми по фазе относительно друг друга на 60 электрических градусов, и полюсами с четными номерами, оснащенными двумя сосредоточенными обмотками, полный ток которых имеет синусоидальную форму и одинаковую амплитуду с токами обмоток нечетных полюсов, но сдвинут относительно них по фазе на 30 электрических градусов, с обмотками нечетных противоположных полюсов, соединенными последовательно и соединенными с четырьмя обмотками смежных полюсов, начала которых соединены с выходами трехфазного мостового инвертора, управляемого релейно-токовым способом, а концы соединены между собой, образуя соединение в «звезду», с соотношением числа витков обмоток нечетных полюсов и обмоток четных полюсов, примерно равным , в известных технических решениях не обнаружено.

Таким образом, указанные признаки обеспечивают заявленному техническому решению соответствие требованию «существенные отличия».

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 приведен шестифазный вентильно-индукторный двигатель с 12 полюсами статора и 10 полюсами ротора, управляемый трехфазным током синусоидальной формы. На фиг.1 обозначено: 1 - статор; 2 - обмотка полюса статора с нечетным номером; 3 - обмотки полюсов статора с четным номером; 4 - ротор; 5 - вал; 1-12 - номера полюсов статора; 1-10 - номера полюсов ротора; 18° - угловая ширина полюсов ротора и межполюсного расстояния ротора и статора; 12° - угловая ширина полюсов статора; iA, -iA, iB, -iB, iC, -iC - текущие значения токов обмоток соответствующих полюсов статора с нечетными номерами; iC-iA, iC-iB, iA-iB, iA-iC, iB-iC, iB-iA - текущие значения токов обмоток соответствующих полюсов статора с четными номерами.

На фиг.2 приведены схемы обмоток соответствующих фаз шестифазного вентильно-индукторного двигателя с 12 полюсами статора и 10 полюсами ротора, управляемого трехфазным током синусоидальной формы. На фиг.2 обозначено: 1-12 - номера полюсов статора.

На фиг.3 приведены схемы соединения обмоток шестифазного вентильно-индукторного двигателя с 10 полюсами ротора и 12 полюсами статора, управляемого трехфазным током синусоидальной формы. На фиг.3 обозначено: 1-12 - номера полюсов статора, на которых размещены соответствующие обмотки, в соответствии с фиг.1, A, B, C - выводы обмоток полюсов статора, подсоединенные к выходам трехфазного инвертора.

На фиг.4 приведены диаграммы работы нечетных полюсов шестифазного вентильно-индукторного двигателя с 12 полюсами статора и 10 полюсами ротора, управляемого трехфазным током синусоидальной формы, в относительных единицах. На фиг.4 обозначено: iA, iB, iC, -iA, -iB, -iC - текущие значения токов обмоток нечетных полюсов, (iA)2=(-iA)2, (iB)2=(-iB)2=(iB)2, (iC)2=(-iC)2 - текущие значения токов нечетных полюсов в квадрате; L1,7, L3,9, L5,11 - текущие значения индуктивностей нечетных полюсов; , , - текущие значения производных индуктивностей по углу поворота ротора нечетных полюсов; θ=0…360 - угол поворота ротора относительно статора в электрических градусах.

На фиг.5 приведены диаграммы работы четных полюсов шестифазного вентильно-индукторного двигателя с 12 полюсами статора и 10 полюсами ротора, управляемого трехфазным током синусоидальной формы, в относительных единицах. На фиг.4 обозначено: iC-iB, iA-iB, iA- iC, iB-iC, iB-iA, iC-iA - текущие значения токов обмоток нечетных полюсов, (iC-iB)2=(iB-iC)2, (iA-iB)2=(iB-iA)2, (iA-iC)2=(iC-iA)2 - текущие значения токов обмоток четных полюсов в квадрате; L2,8, L4,10, L6,12 - текущие значения индуктивностей четных полюсов; , , - текущие значения производных индуктивностей по углу поворота ротора четных полюсов; θ=0…360 - угол поворота ротора относительно статора в электрических градусах.

На фиг.6 приведена структурная схема регулятора момента шестифазного вентильно-индукторного двигателя с 12 полюсами статора и 10 полюсами ротора, управляемого трехфазным током синусоидальной формы. На фиг.6 обозначено: R - резистор, задающий амплитуду и направление вращения вектора заданного тока; +U, -U - напряжения питания резистора, задающего амплитуду и направление вращения вектора заданного тока; I3 - заданный вектор тока; БИЛ - блок изменения полярности; -1 - коэффициент передачи блока изменения полярности; ПА, ПВ, ПС - переключатели полярностей тока задания соответствующих фаз; ЦАПА, ЦАПВ, ЦАПС - цифроаналоговые преобразователи соответствующих фаз; ПЗУА, ПЗУВ, ПЗУС - постоянные запоминающие устройства соответствующих фаз; ДП - датчик положения ротора вентильно-индукторного двигателя; БСА, БСВ, БСС - блоки сравнения текущих значений заданных токов и токов обмоток соответствующих фаз; iA, iB, iC - текущие значения токов обмоток соответствующих фаз; К1-К6 -компараторы с гистерезисом; Б1, Б2, Б3 -блоки с коэффициентом передачи равным -1, изменяющие полярность выходного напряжения компараторов К2, К4, К6; VT1-VT6 - силовые транзисторы; VD1-VD6 - силовые диоды; ДТ1-ДТ3 - датчики тока; Е - источник постоянного напряжения; С - конденсатор источника постоянного напряжения; ВИД - вентильно-индукторный двигатель; А, В, С - фазы инвертора; БСОВ - блок сравнения текущих значений заданного тока и тока обмотки возбуждения; 11-12 номера полюсов статора с соответствующими обмотками.

Регулятор момента шестифазного вентильно-индукторного двигателя с 12 полюсами статора и 10 полюсами ротора, управляемого трехфазным током синусоидальной формы, работает следующим образом: резистором R задается амплитуда и полярность вектора тока Iз, БИП изменяет полярность Iз на противоположную. Сигналы различной полярности, пропорциональные Iз, подаются на входы переключателей соответствующих фаз ПА, ПВ, ПС, на управляющие входы которых подаются сигналы с выходов постоянных запоминающих устройств соответствующих фаз ПЗУА, ПЗУВ, ПЗУС, соединенных с датчиком положения ротора. Сигналы с ПА, ПВ, ПС, и ПЗУА, ПЗУВ, ПЗУС подаются на входы цифроаналоговых преобразователей соответствующих фаз ЦАПА, ЦАПВ, ЦАПС, на выходах которых формируется трехфазное синусоидальное напряжение, амплитуда которого пропорциональна Iз, частота - пропорциональна частоте вращения ротора, при изменении полярности Iз при помощи резистора R происходит сдвиг токов фаз на 180 электрических градусов. Заданные токи фаз сравниваются при помощи блоков сравнения текущих значений заданных токов и токов обмоток соответствующих фаз БСА, БСВ, БСС, причем сигналы, пропорциональные токам фаз, поступают с трех датчиков токов ДТ1-ДТ3, а сигналы, пропорциональные заданным токам, поступают с выходов трех цифроаналоговых преобразователей ЦАПА, ЦАПВ, ЦАПС, а их разность поступает на входы компараторов с гистерезисом К1-К6, которые совместно с блоками, имеющими коэффициент передачи, равный -1 - Б1, Б2, Б3 и трехфазным инвертором, выполненном на транзисторах VT1-VT6 и на диодах VD1-VD6, формируют трехфазные токи, средняя величина которых имеет синусоидальную форму и амплитуду пропорциональную I3. Фазы токов трехфазного инвертора сдвинуты на 120°, так как момент, который развивает одна пара противоположных полюсов, равен , где М - момент, развиваемый одной парой противоположных полюсов; i2 - полное текущее значение тока в обмотках одной пары противоположных полюсов; - производная индуктивности обмоток одной пары противоположных полюсов по углу поворота ротора в электрических градусах, если i=Imaxsinθ, то , то есть квадрат текущего значения тока при разложении в ряд Фурье имеет в своем составе нулевую и первую гармоники, причем частота первой гармоники квадрата тока в два раза больше частоты тока, поэтому сдвиг фаз первой гармоники квадратов токов на выходе инвертора составляет 60 электрических градусов, поэтому обмотки шести нечетных полюсов, которые также сдвинуты геометрически на 60 градусов, питаются трехфазным током (в соответствии с фиг.4). Для того, чтобы фаза первой гармоники квадратов полных токов в обмотках смежных полюсов была сдвинута на 30 градусов, необходимо, чтобы фаза полного тока обмоток смежных полюсов была сдвинута на 60 градусов, это получается за счет того, что полюса с четными номерами оснащены двумя обмотками, по которым протекает ток двух фаз (в соответствии с фиг.1 - фиг.3). Например, полный ток второго полюса:

i2=iC-iA=Imax[sinθ+240°)-sinθ]=-Imax×2×0,866cos(θ+120°)=-1,732Imaxcos(θ+120°).

Для того чтобы максимальные значения полного тока обмоток четных и нечетных полюсов были одинаковы, необходимо, чтобы число витков каждой обмотки четных полюсов были , где wЧ - число витков каждой обмотки четных полюсов; wH - число витков каждой обмотки нечетных полюсов. Тогда: i2=iC-iA=Imaxcos(θ+120°), а квадрат полного тока второго полюса: то есть квадраты полных токов смежных полюсов были одинаковы по амплитуде, а фазы их первых гармоник сдвинуты на 30°, как и на 30° сдвинуты оси смежных полюсов статора.

Так как момент, развиваемый каждой парой противолежащих полюсов, равен , а для конфигурации ВИД, показанной на фиг.1, например, для полюсов 1 и 7 при 30°>θ>0°, момент в относительных единицах М1,7=0,25(1-cos2θ)[-0,5(1+cos6θ)], то при θ=0°, М1,7=0, так как (iA)2 =0, при θ=30°, М1,7=0, так как , при θ=15° максимальный тормозной момент М1,7≈-0,0084. При 60°>θ>30° M1,7=0, так как , при 120°>θ>60° момент двигательный, при θ=90° максимальный двигательный момент М1,7≈0,125. Отношение максимального тормозного момена к максимальному двигательному моменту . Аналогично работают и остальные пары полюсов статора.

Таким образом, использование в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах автоматических систем шестифазных вентильно-индукторных двигателей с 12 полюсами статора и 10 полюсами ротора, содержащих явнополюсные симметричные статор и ротор со статором, имеющим 12 сосредоточенных полюсов с обмотками, и ротором, имеющим 10 полюсов без обмоток, с угловой шириной полюсов статора, равной 12 градусов, угловой шириной межполюсного расстояния статора, равной 18 градусов, угловой шириной полюсов ротора, равной угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равной 18 градусам, с обмотками противоположных полюсов с нечетными номерами, питающимися токами синусоидальной формы, сдвинутыми относительно друг друга на 60 электрических градусов, а обмотками полюсов с четными номерами, оснащенными двумя сосредоточенными обмотками, суммарный ток которых имеет синусоидальную форму и одинаковую амплитуду с токами обмоток нечетных полюсов, но сдвинут относительно них на 30 электрических градусов, и обмотками нечетных противоположных полюсов, соединенными последовательно и соединенными с четырьмя полуобмотками смежных полюсов, с началами которых соединены выходы трехфазного мостового инвертора, управляемого релейно-токовым способом, с концами соединенными между собой, образующими соединение в «звезду», с соотношением числа витков обмоток нечетных полюсов и полуобмоток четных полюсов, примерно равным , позволяет уменьшить число выводов вентильно-индукторного двигателя, уменьшить массогабаритные показатели инвертора, упростить монтаж инвертора и увеличить коэффициент полезного действия инвертора.

Использование предлагаемого технического решения в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах обеспечит повышение эффективности и качества работы этих устройств.

Шестифазный вентильно-индукторный двигатель, управляемый трехфазным током синусоидальной формы, содержащий явнополюсный симметричный статор, имеющий 12 сосредоточенных полюсов с обмотками и ротором, имеющим 10 полюсов без обмоток, содержащий схему управления, силовой инвертор и датчик положения ротора, отличающийся тем, что угловая ширина полюсов статора равна 12 градусам, угловая ширина межполюсного расстояния статора равна 18 градусам, угловая ширина полюсов ротора равна угловой ширине межполюсного расстояния ротора и равна 18 градусам, с обмотками противоположных полюсов с нечетными номерами, питающимися токами синусоидальной формы, сдвинутыми по фазе относительно друг друга на 60 электрических градусов, и полюсами с четными номерами, оснащенными двумя сосредоточенными обмотками, полный ток которых имеет синусоидальную форму и одинаковую амплитуду с токами обмоток нечетных полюсов, но сдвинут относительно них по фазе на 30 электрических градусов, причем обмотки нечетных противоположных полюсов соединены последовательно и соединены с четырьмя обмотками смежных полюсов, а их начала соединены с выходами трехфазного мостового инвертора, управляемого релейно-токовым способом, а концы соединены между собой, образуя соединение в «звезду», с соотношением числа витков обмоток нечетных полюсов и обмоток четных полюсов примерно равным .

edrid.ru

---

Смотрите также

• 
  Двигатель y30dt
• 
  Двигатель ic390
• 
  Двигатель a630
• 
  Ckda двигатель
• 
  Регенерирующий двигатель
• 
  Двигатель 5тд
• 
  Рубиновый двигатель
• 
  Fx50S двигатель
• 
  4G54B двигатель
• Двигатель m57tu2d30
• 
  Двигатель fx50s