CS266702B1 - Zapojení pro napájení střídavých motorů ze stejnosměrného zdroj - Google Patents

Abstract

Zapojení pro napájení střídavých elektromotorů, zejména vibračních, asynchronních a synchronních ze stejnosměrného zdroje, spočívající v tom, že ke svorkám vinutí budicích cívek střídavého motoru je připojen elektronický komutátor, jehož střed je připojen na jeden pól stejnosměrného zdroje napětí, jehož druhý pól je připojen na střed vinutí budicích cívek střídavého elektromotoru, zatímco paralelně k vinutí budicích cívek střídavého motoru je připojen kondenzátor. Výhodnost popsaného zapojení spočívá v podstatném zjednodušení použitelnosti střídavých motorů v zařízeních a systémech napájených ze stejnosměrných zdrojů. Další výhodou zapojení je několikanásobné zvýšení účinnosti proti systému střídač - - motor, obvyklé zvýšeni účinnosti v porovnání s typickým zapojením motoru na střídavý zdroj elektrické energie a možnost nekomplikovaného zavedení elektronického brzdění motoru.

Description

Vynález se týká zapojení pro napájení střídavých motorů ze stejnosměrného zdroje, zejména vibračních, asynchronních a synchronních motorů.

V příkladu uvedené typicky střídavé motory - vibrační motor, asynchronní motor, případně synchronní motor, jsou vzhledem k jednoduché konstrukci, vysoké spolehlivosti a malým nárokům na údržbu, ideálním pohonným systémem pro řadu spotřebních výrobků a technologických zařízení. Jako příklad použití vibračních motorů lze uvést např. holicí strojky, vzduchovací čerpadla, masážní strojky, stříkací pistole, vodní čerpadla a jiné. U asynchronních a synchronních motorů je využití mnohem širší a jako příklad lze jmenovat jen některé nejobvyklejší aplikace, např. sítové gramofony, magnetofony, ventilátory, čerpadla, pohonné jednotky různých zařízení, atd.

Společnou nevýhodou systémů, které využívají ke svému pohonu uvedené typy střídavých motorů, je jejich závislost na elektrorozvodné síti. Z hlediska principu funkce střídavých motorů lze tyto používat pouze při napájení střídavým proudem a pokud se vyskytne potřeba nouzově napájet tyto spotřebiče ze stejnosměrných zdrojů, např. z baterie, lze problém známým způsobem řešit jen ve spojení se speciálním střídačem generujícím technicky sinusový průběh napětí. Za jiných okolností vyhovující stabilizace napětí však v tomto případě plně nepostačuje, protože výkon a účinnost střídavých motorů závisí nejen na napětí, ale i na jeho kmitočtu a periodickém průběhu v čase. Řešení vhodného měniče s těmito požadavky zvyšuje složitost, váhu a objem nouzového napájecího systému, jenž v praxi bývá i několikrát hmotnější než je samotný střídavý motor, který je měničem napájen. Závažným nedostatkem známého řešení nouzového napájení střídavých motorů ze stejnosměrného zdroje je nízká účinnost systému střídač-motor, která v praxi obvykle nepřesahuje hodnotu 20 %. Příčinou tak nízké účinnosti střídavých motorů provozovaných v režimu nouzového napájení ze stejnosměrného zdroje ve známém zapojení jsou jednak reálné tepelné ztráty v transformátoru a spínacích prvcích měniče, jednak ovlivňuje nízkou účinnost vysoký podíl jalových ztrát souvisejících s charakterem zátěže - motoru, který se projevuje jako impedance s převažující induktivní složkou. Uvedené skutečnosti jsou překážkou širšího využití střídavých motorů v řadě aplikací, kde by jejich použití bylo velmi výhodné.

Výše uvedené nedostatky jsou v některých případech odstraněny zapojením pro napájení střídavých elektromotorů ze stejnosměrného zdroje podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že ke svorkám vinutí budicích cívek střídavého elektromotoru je připojen elektronický komutátor, jehož střed je připojen na jeden pól stejnosměrného zdroje napětí, jehož druhý pól je připojen na střed vinutí budicích cívek střídavého motoru, zatímco paralelně ke svorkám vinutí budicích cívek střídavého motoru je připojen kondenzátor.

Výhoda zapojení podle vynálezu spočívá v podstatném zjednodušení použitelnosti střídavých motorů v zařízeních, systémech a subsystémech, které musejí být napájeny ze stejnosměrných zdrojů. Zvláštním zjištěním u několika prakticky ověřených aplikací střídavých motorů menších výkonů, které byly zapojeny podle vynálezu, bylo zvětšení reálného výkonu motoru v porovnání se střídavě buzeným motorem téhož provedení, provozovaném při ekvivalentním příkonu. Souvisí to s efektivněji buzeným magnetickým polem motoru. Další předností zapojení podle vynálezu je snadné elektromagnetické brzdění asynchronního a synchronního motoru, které lze uskutečnit překlopením komutátoru do jednoho stabilního stavu, v němž teče stejnosměrný proud pouze jednou polovinou budicího vinutí.

Na připojeném obr. 1 je blokově znázorněno zapojení střídavých motorů pro napájení ze stejnosměrného zdroje dle vynálezu. Na obr. 2 je uveden obvyklejší konkrétní příklad zapojení motoru dle vynálezu, na obr. 3 je uveden méně obvyklý příklad možného zapojení motoru pro stejnosměrné napájení. Ke svorkám budicího vinutí střídavého motoru 1_ je na obr. 1 připojen elektronický komutátor 2, jehož střed je připojen na jeden pól stejnosměrného zdroje 2 napětí, jehož druhý pól je připojen na střed vinutí budicích cívek střídavého motoru 1^, zatímco paralelně ke svorkám budicích cívek střídavého motoru je připojen kondenzátor £.

CS 266 702 Bl 3

Podle obr. 2 je první svorka A napájecího zdroje připojena ke středu budicí cívky LA, 1B střídavého motoru, přičemž paralelně k vývodům těchto cívek je připojen jednak kondenzátor 4 a jednak kolektory spínacích tranzistorů 50, 60, jejichž spojené emitory jsou propojeny s druhou svorkou B napájecího zdroje. Kolektor prvního spínacího tranzistoru 50 je spojen přes první zpětnovazební odpor R1 s bázi druhého spínacího tranzistoru 60, jehož kolektor je spojen přes druhý zpětnovazební odpor R2 s bází prvního spínacího tranzistoru 5,0. V zapojení podle obr. 3 jsou nahrazeny zpětnovazební odpory RI a R2 vnějším zdrojem 2 řídicích impulsů, jehož vzájemně invertované výstupy jsou připojeny k bázím spínacích tranzistorů 50, 60.

Budicí cívky střídavého motoru 2 jsou tedy zapojeny jako indukčnost L oscilačního LC obvodu, jehož kapacitu C tvoří kondenzátor 2 zapojený paralelně k vinutí budicích cívek střídavého motoru. V některých případech, zejména u vibračního motoru, kde není kritický jinak potřebný sinusový průběh oscilací, nemusí být vytvořen kondenzátor 2 fyzickou součástkou, protože kapacitu oscilačního LC obvodu vytváří vlastní mezizávitová kapacita budicí cívky střídavého motoru 2·

Magnetické pole, které budí cívky střídavého motoru 2 í^e sdružené využito ke dvěma odlišným účelům. Energie pole se využívá ke vzniku tlumených elektromagnetických oscilací v paralelním LC obvodu a dále k vytváření pohybového momentu v kotvě střídavého motoru 2> přičemž elektromagnetické oscilace jsou v režimu netlumeného kmitání udržovány pomocí elektronického komutátoru 2, který u obr. 2 zprostředkovává ze stejnosměrného zdroje krytí energetických ztrát závislých na logaritmickém dekrementu útlumu zatíženého kmitavého obvodu. Střídavé magnetické pole mezi pólovými nástavci motoru 2 není přímou funkcí proudu tekoucího ze zdroje, jak je obvyklé při známém napájení střídavého motoru 2 ^ze zdroje střídavého proudu, ale je superpoziční funkcí proudu tekoucího v uzavřeném LC obvodu oscilátoru a proudu tekoucího do budicích cívek ze stejnosměrného zdroje.

Zapojení pracuje obdobným způsobem jak bylo vysvětleno u obr. 1, kde elektronický komutátor 2 je tvořen dvojicí spínacích tranzistorů 50, 60. Zpětnovazební odpory RI a R2 vytvářejí z komutátoru protitaktní oscilátor zavedením kladné zpětné vazby.

Vzhledem k omezené kapacitě záložních stejnosměrných zdrojů běžného provedení je v oblasti spotřební elektroniky vynález použitelný spíše u motorů menších výkonů, řádově do hodnot desítek VA. Možnost využití zapojení pro stejnosměrné napájení střídavých motorů středního výkonu by bylo z těchto důvodů spojeno s.některými technickými problémy. Pro tyto zvláštní případy využití zapojení dle vynálezu by bylo třeba aplikovat u střídavých motorů vyššího výkonu elektronické komutátory tyristorového typu.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   Zapojení pro napájení střídavých motorů ze stejnosměrného zdroje, zejména vibračních, asynchronních nebo synchronních elektromotorů, vyznačující se tím, že ke svorkám vinutí budicích cívek střídavého elektromotoru (1) je připojen elektronický komutátor (2), jehož střed je připojen na jeden pól stejnosměrného zdroje (3) napětí, jehož druhý pól je připojen na střed vinutí budicích cívek střídavého motoru (1), zatímco paralelně k vinutí budicích cívek střídavého motoru (1) je připojen kondenzátor (4).