RU2234793C1 - Method for attaining torque on contactless inductor-type valve motors - Google Patents

Method for attaining torque on contactless inductor-type valve motors Download PDF

Info

Publication number
RU2234793C1
RU2234793C1 RU2002131489/09A RU2002131489A RU2234793C1 RU 2234793 C1 RU2234793 C1 RU 2234793C1 RU 2002131489/09 A RU2002131489/09 A RU 2002131489/09A RU 2002131489 A RU2002131489 A RU 2002131489A RU 2234793 C1 RU2234793 C1 RU 2234793C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase windings
excitation
torque
machines
current
Prior art date
Application number
RU2002131489/09A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2002131489A (en
Inventor
ненко А.В. Демь (RU)
А.В. Демьяненко
И.А. Жердев (RU)
И.А. Жердев
А.М. Русаков (RU)
А.М. Русаков
Original Assignee
Демьяненко Александр Васильевич
Жердев Игорь Александрович
Русаков Анатолий Михайлович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Демьяненко Александр Васильевич, Жердев Игорь Александрович, Русаков Анатолий Михайлович filed Critical Демьяненко Александр Васильевич
Priority to RU2002131489/09A priority Critical patent/RU2234793C1/en
Publication of RU2002131489A publication Critical patent/RU2002131489A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2234793C1 publication Critical patent/RU2234793C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

FIELD: electrical machines; traction drives of vehicles, load-lifting machines, machine tools, oil-extraction and compressor pumps.
SUBSTANCE: proposed method involves following procedures. Inverter is supplied with dc voltage from power supply and phase windings are connected through the latter to respective circuits thereby affording ac current through phase windings, dc current being fed from this power supply. Field winding is connected to supply voltage circuit in series with semiconductor switch and to phase windings so that instant value of field current is proportional to sum of absolute values of phase currents.
EFFECT: provision for attaining valve motor characteristics equivalent to those of series-wound commutator machines.
1 cl, 22 dwg

Description

Изобретение относится к электрическим машинам и используется в приводах, применяемых в различных областях человеческой деятельности для преобразования электрической энергии в механическую. Максимальный эффект может быть достигнут при использовании заявляемого способа в тяговых электроприводах транспортных средств, грузоподъемных машинах, в станочном приводе, в приводах насосов для качания нефти из скважин, а также в приводах насосов компрессоров.The invention relates to electric machines and is used in drives used in various fields of human activity to convert electrical energy into mechanical energy. The maximum effect can be achieved by using the proposed method in traction electric drives of vehicles, lifting machines, in a machine drive, in drives of pumps for pumping oil from wells, as well as in drives of compressor pumps.

Заявляемый способ получения вращающего момента для бесконтактных индукторных вентильных двигателей позволит получить выходные характеристики этих электрических машин, эквивалентные характеристикам коллекторной машины постоянного тока последовательного возбуждения.The inventive method of obtaining torque for contactless induction valve motors will allow to obtain the output characteristics of these electric machines, equivalent to the characteristics of a collector DC machine of sequential excitation.

Электрические машины являются устройствами преобразования электрической энергии в механическую. В основе электрической машины лежит принцип взаимодействия одного магнитного потока, создаваемого за счет естественных или искусственных магнитов, с другим, также создаваемым естественными или искусственными магнитами. Преобразование электрической энергии, расходуемой на создание магнитного потока, в механическую, снимаемую с вала электродвигателя в виде вращающего момента, можно описать выражением, представляющим собой векторное произведение двух магнитных потоковElectric machines are devices for converting electrical energy into mechanical energy. An electric machine is based on the principle of interaction of one magnetic flux created by natural or artificial magnets with another, also created by natural or artificial magnets. The conversion of electrical energy spent on the creation of magnetic flux into mechanical, removed from the shaft of the electric motor in the form of torque, can be described by the expression, which is a vector product of two magnetic fluxes

Figure 00000002
Figure 00000002

где М - вращающий момент на валу электродвигателя;where M is the torque on the motor shaft;

Фя - магнитный поток якоря;F I - the magnetic flux of the anchor;

Фв - магнитный поток возбуждения;Фв - magnetic flux of excitation;

k - коэффициент пропорциональности, учитывающий конструктивные особенности.k is the coefficient of proportionality, taking into account design features.

Магнитный поток, создаваемый фазными обмотками, называется магнитным потоком якоря, а магнитный поток, создаваемый постоянными магнитами или обмотками возбуждения, называется магнитным потоком возбуждения.The magnetic flux generated by the phase windings is called the magnetic flux of the armature, and the magnetic flux generated by the permanent magnets or field windings is called the magnetic flux of the excitation.

Величина снимаемого вращающего момента будет зависеть как от величин магнитных потоков, так и угла между ними. Поэтому для получения больших вращающих моментов при заданных габаритах необходимо применение специальных магнитных материалов, специальных конструкций ротора или сравнительно больших токов, протекающих через обмотки электрической машины. Выполнение этих двух условий всегда связано с усложнением конструкции привода. Повысить величину вращающего момента можно также за счет приближения угла между магнитными потоками якоря и возбуждения к 90° за счет применения коллекторного узла в машинах постоянного тока или датчиков положения ротора [2, с.72-75] в бесконтактных машинах переменного тока.The magnitude of the torque taken will depend on both the magnitude of the magnetic fluxes and the angle between them. Therefore, to obtain large torques for given dimensions, it is necessary to use special magnetic materials, special rotor designs, or relatively large currents flowing through the windings of an electric machine. The fulfillment of these two conditions is always associated with the complexity of the design of the drive. Torque can also be increased by approaching the angle between the magnetic fluxes of the armature and excitation to 90 ° due to the use of the collector assembly in DC machines or rotor position sensors [2, pp. 72-75] in non-contact AC machines.

В настоящее время известны различные способы получения вращающего момента, реализованные в машинах постоянного тока с независимым, последовательным и смешанным возбуждением, а также в асинхронных электрических машинах с короткозамкнутым ротором, в синхронных бесконтактных машинах с постоянными магнитами [4, с.205], в сверхпроводниковой вентильной индукторной машине [1, патент RU 2178942 С1].Currently, various methods for producing torque are known, implemented in DC machines with independent, sequential and mixed excitation, as well as in asynchronous electric machines with a squirrel-cage rotor, in synchronous non-contact machines with permanent magnets [4, p.205], in superconducting valve induction machine [1, patent RU 2178942 C1].

В машинах постоянного тока с независимым возбуждением формирование магнитных потоков якоря и возбуждения осуществляется за счет независимого подключения якорной обмотки и обмотки возбуждения. При таком способе формирования магнитных потоков имеется возможность одновременного и независимого их изменения, что позволяет получить вращающий момент в достаточно широком диапазоне значений. Однако в этом случае требуются два независимых регулятора, что ведет к усложнению конструкции привода.In DC machines with independent excitation, the formation of magnetic fluxes of the armature and excitation is carried out by independently connecting the armature winding and the excitation winding. With this method of forming magnetic fluxes, it is possible to simultaneously and independently change them, which makes it possible to obtain a torque in a fairly wide range of values. However, in this case, two independent controllers are required, which leads to a complication of the drive design.

Аналогичный способ получения вращающего момента применяется в коллекторных машинах постоянного тока последовательного возбуждения, где магнитный поток якоря создается якорной обмоткой, а магнитный поток возбуждения обмоткой возбуждения, подключаемой через коллекторный узел, путем последовательного включения этой обмотки с якорной так, что один из выводов якорной обмотки всегда соединяется с началом или концом обмотки возбуждения. К особым достоинствам машин этого класса относится то, что имеется возможность получить высокие значения вращающих моментов и угловых скоростей за счет изменения величин магнитного потока возбуждения. При этом упрощается управление машиной по магнитному потоку возбуждения, поскольку отсутствует необходимость введения дополнительного регулятора.A similar method of obtaining torque is used in sequential excitation DC collector machines, where the magnetic flux of the armature is created by the anchor winding, and the magnetic flux of the excitation by the excitation winding connected through the collector assembly by sequentially connecting this winding with the anchor so that one of the terminals of the anchor winding is always connected to the beginning or end of the field winding. The special advantages of machines of this class include the fact that it is possible to obtain high values of torques and angular velocities due to changes in the magnitude of the magnetic flux of excitation. This simplifies the control of the machine by the magnetic flux of the excitation, since there is no need to introduce an additional controller.

Однако реализовать данный способ получения вращающего момента для бесконтактных индукторных вентильных машин путем последовательного соединения якорной обмотки и обмотки возбуждения нельзя, так как они, во-первых, являются машинами переменного тока, а направление тока в обмотке возбуждения не должно изменяться, и, во-вторых, магнитный поток якоря в машинах постоянного тока создается обмоткой, размещенной на роторе, причем наличие коллекторного узла оказывается обязательным в отличие от индукторных, в которых магнитный поток якоря создается фазными обмотками, всегда размещенными на статоре.However, it is impossible to implement this method of obtaining torque for contactless induction valve machines by connecting the armature winding and the field winding in series, since, first, they are AC machines, and the direction of the current in the field winding should not change, and, secondly , the magnetic flux of the armature in DC machines is created by a winding placed on the rotor, and the presence of a collector assembly is mandatory in contrast to the inductor, in which the magnetic flux of the armature aetsya phase windings are always placed on the stator.

Принципиальные конструктивные различия электрических машин этих классов позволяют сделать вывод, что заявляемый способ получения вращающего момента является новым и авторам неизвестно применение где-либо предлагаемого способа получения вращающего момента для электрических машин с фазными обмотками. Предлагаемый способ получения вращающего момента позволит получить выходные характеристики бесконтактных индукторных вентильных машин, подобные характеристикам коллекторных машин постоянного тока с последовательным возбуждением, но наличие регулятора и полупроводникового коммутатора позволяет расширить возможности машин этого класса.Fundamental structural differences of electric machines of these classes allow us to conclude that the claimed method of producing torque is new and the authors are not aware of the application of the anywhere proposed method of producing torque for electric machines with phase windings. The proposed method of obtaining torque will allow to obtain the output characteristics of contactless induction valve machines, similar to the characteristics of DC collector machines with sequential excitation, but the presence of a regulator and a semiconductor switch can expand the capabilities of machines of this class.

Наиболее близкими аналогами с точки зрения конструктивного исполнения, где может быть реализован разработанный авторами способ получения вращающего момента, являются различные типы бесконтактных вентильных двигателей, в которых магнитный поток якоря создается за счет пропускания электрического тока через фазные обмотки: асинхронные электрические машины с короткозамкнутым ротором [4, с.272-274], синхронные бесконтактные машины с постоянными магнитами [4, с.205], сверхпроводниковая вентильная индукторная машина [1, патент RU 2178942 С1].The closest analogs from the point of view of design, where the method of obtaining torque developed by the authors can be implemented, are various types of non-contact valve motors in which the armature magnetic flux is created by passing electric current through phase windings: asynchronous electric machines with a squirrel-cage rotor [4 , p.272-274], synchronous contactless machines with permanent magnets [4, p.205], a superconducting valve inductor machine [1, patent RU 2178942 C1].

В асинхронной электрической машине с короткозамкнутым ротором [4, с.272-274] за счет подключения фазных обмоток к сети переменного тока создается вращающийся магнитный поток якоря, который во взаимодействии с магнитным потоком возбуждения, создаваемым наведенными в “беличьей клетке” ротора токами, приводит к получению вращающего момента на валу электродвигателя. При этом за счет фазового сдвига при образовании магнитного потока возбуждения, который в называют скольжением [5, с.390], возможно изменение угла между магнитным потоком якоря и магнитным потоком возбуждения, что позволяет получить требуемые механические характеристики.In an asynchronous electric machine with a squirrel-cage rotor [4, p.272-274] by connecting the phase windings to an alternating current network, a rotating magnetic flux of the armature is created, which, in interaction with the magnetic flux of excitation created by the currents induced in the “squirrel cage” of the rotor, leads to obtain torque on the motor shaft. In this case, due to the phase shift during the formation of the magnetic flux of excitation, which is called slip [5, p. 390], it is possible to change the angle between the magnetic flux of the armature and the magnetic flux of excitation, which allows to obtain the required mechanical characteristics.

В синхронной бесконтактной машине с постоянными магнитами [4, с.205] (фиг.1) получение вращающего момента на валу электродвигателя 1 осуществляется за счет взаимодействия магнитного потока якоря, создаваемого фазными обмотками А, В, С путем их согласованного подключения к питающему напряжению

Figure 00000003
полупроводникового коммутатора 2, с магнитным потоком возбуждения, создаваемым постоянными магнитами (N-S), размещенными на роторе 7 двигателя 1. Вращение магнитного потока, создаваемого фазными обмотками, обеспечивается за счет специальных способов их коммутации устройствами 3, 4, 5 по сигналам от датчиков положения ротора, поступающим на контакты 3к и 4к устройства согласования 6 в виде управляющего напряжения Uупp.In a synchronous contactless machine with permanent magnets [4, p.205] (Fig. 1), the torque on the shaft of the electric motor 1 is obtained due to the interaction of the armature magnetic flux created by the phase windings A, B, C through their coordinated connection to the supply voltage
Figure 00000003
a semiconductor switch 2, with a magnetic flux generated by permanent magnets (NS) placed on the rotor 7 of the motor 1. The rotation of the magnetic flux generated by the phase windings is provided by special methods of switching them with devices 3, 4, 5 by signals from the rotor position sensors coming to the contacts 3k and 4k matching device 6 in the form of a control voltage U CPR .

Для управления магнитным потоком якоря фиг.2 применяют различные микросхемы 2, позволяющие получить требуемые значения вращающего момента электродвигателя 1 с постоянными магнитами N-S на роторе [3, с.189] и, соответственно, расширить область применения машин этого класса.To control the magnetic flux of the armature of FIG. 2, various microcircuits 2 are used, which make it possible to obtain the required values of the torque of the electric motor 1 with permanent magnets N-S on the rotor [3, p. 189] and, accordingly, expand the scope of applications of machines of this class.

В сверхпроводниковой вентильной индукторной машине [1, с.8] получение вращающего момента осуществляется за счет создания многофазной обмоткой магнитного потока якоря и формирования комбинированным способом магнитного потока возбуждения за счет размещения на роторе электродвигателя постоянного магнита и на статоре - катушки возбуждения. Согласное или встречное включение с встроенным магнитом (“вмороженным” магнитным потоком) независимой обмотки возбуждения позволяет изменять величину магнитного потока возбуждения, чем достигается изменение величины вращающего момента. При таком способе получения вращающего момента обмотка возбуждения подключается отдельно и независимо от фазных обмоток [1, с.8].In a superconducting valve induction machine [1, p. 8], torque is obtained by creating a multiphase winding of the magnetic flux of the armature and forming a combined magnetic flux of the excitation due to the placement of a permanent magnet on the rotor of the electric motor and an excitation coil on the stator. A consonant or counter inclusion with a built-in magnet (“frozen in” magnetic flux) of an independent field coil allows you to change the magnitude of the magnetic field flux, thereby achieving a change in torque. With this method of obtaining torque, the field winding is connected separately and independently of phase windings [1, p. 8].

Магнитный поток якоря в бесконтактном индукторном вентильном двигателе 1 (на фиг.3) создается за счет поочередного подключения фазных обмоток А, В, С через полупроводниковый коммутатор 5, который формирует токи в фазных обмотках двигателя по выбранному закону. При этом силовые элементы 6 полупроводникового коммутатора 5 работают в ключевом режиме, а шунтирующие диоды 7 предназначены для замыкания токов от ЭДС самоиндукции при отключении того или иного силового элемента. Получение вращающего момента осуществляется за счет взаимодействия двух магнитных потоков: магнитного потока якоря, который создается за счет протекания тока по фазным обмоткам А, В, С, подключенным к соответствующим элементам специального инвертора 5, и магнитного потока возбуждения, создаваемого независимой обмоткой возбуждения ОВ, подключенной через регулятор 4 к источнику питающего напряжения

Figure 00000004
.The magnetic flux of the armature in a non-contact induction valve motor 1 (Fig. 3) is created by alternately connecting the phase windings A, B, C through a semiconductor switch 5, which generates currents in the phase windings of the motor according to the selected law. In this case, the power elements 6 of the semiconductor switch 5 operate in a key mode, and the shunt diodes 7 are designed to close currents from the self-induction EMF when a particular power element is disconnected. The torque is obtained due to the interaction of two magnetic fluxes: the magnetic flux of the armature, which is created due to the current flowing through the phase windings A, B, C connected to the corresponding elements of a special inverter 5, and the magnetic flux of excitation created by an independent excitation winding of the OB connected through regulator 4 to the supply voltage
Figure 00000004
.

При таком способе получения вращающего момента возможны два варианта изменения его величины. В первом случае, путем управления величиной магнитного потока якоря за счет изменения токов, протекающих по фазным обмоткам, и во втором случае, за счет изменения магнитного потока возбуждения, осуществляемого изменением величины тока в обмотке возбуждения, подключенной к независимому источнику питания. Такой способ получения вращающего момента обеспечивает требуемые значения вращающего момента для определенного диапазона мощностей, но при этом необходим независимый источник питания, к которому должна быть подключена обмотка возбуждения.With this method of obtaining torque, two options for changing its magnitude are possible. In the first case, by controlling the magnitude of the magnetic flux of the armature by changing the currents flowing through the phase windings, and in the second case, by changing the magnetic flux of the excitation, carried out by changing the magnitude of the current in the field winding connected to an independent power source. This method of obtaining torque provides the required torque values for a certain power range, but an independent power source is needed, to which the field winding must be connected.

При таком подключении обмотки возбуждения токи в фазных обмотках формируются через коммутирующее устройство, а обмотка возбуждения запитывается от постороннего источника через отдельный регулятор, как, например, в устройстве, описанном в [1, с.8].With such a connection of the field winding, the currents in the phase windings are formed through a switching device, and the field winding is fed from an external source through a separate controller, such as, for example, in the device described in [1, p. 8].

Недостатком этого способа является то, что регулятор для управления токами в обмотке возбуждения должен быть достаточно мощным и на нем будет происходить существенное выделение энергии, при этом общая стоимость привода возрастает.The disadvantage of this method is that the controller for controlling the currents in the field winding must be powerful enough and there will be a significant release of energy, while the total cost of the drive increases.

Наиболее близким по своей сути является способ получения вращающего момента, реализованный в устройстве [1, патент RU 2178942 С1, Сверхпроводниковая вентильная индукторная машина], описанный выше и в [2, с.16-18], и взятый за прототип, который включает себя:The closest in essence is the method of producing torque, implemented in the device [1, patent RU 2178942 C1, Superconducting valve inductor machine], described above and in [2, p.16-18], and taken as a prototype, which includes :

1) подачу постоянного напряжения на полупроводниковый коммутатор и через него подключение фазных обмоток по своим цепям, получение в фазных обмотках переменного тока и создание магнитного потока якоря;1) supplying direct voltage to the semiconductor switch and through it connecting the phase windings through their circuits, obtaining alternating current in the phase windings and creating an armature magnetic flux;

2) независимое подключение обмотки возбуждения к питающему напряжению постоянного тока и создание магнитного потока возбуждения;2) independent connection of the field winding to the supply DC voltage and the creation of a magnetic field flux;

3) взаимодействие магнитных потоков якоря и возбуждения;3) the interaction of magnetic fluxes of the armature and excitation;

4) получение вращающего момента на валу электродвигателя.4) obtaining torque on the motor shaft.

Целью изобретения является получение выходных характеристик бесконтактных индукторных вентильных электрических двигателей, подобных выходным характеристикам коллекторных машин постоянного тока последовательного или смешанного возбуждения, путем последовательного с фазными обмотками подключения обмотки возбуждения, что позволит расширить область применения электрических машин данного класса.The aim of the invention is to obtain the output characteristics of non-contact induction valve electric motors, similar to the output characteristics of DC collector machines of series or mixed excitation, by connecting the field winding in series with phase windings, which will expand the scope of application of electric machines of this class.

Цель достигается за счет применения нового способа получения вращающего момента, который заключается в следующей последовательности операций:The goal is achieved through the application of a new method of obtaining torque, which consists in the following sequence of operations:

1) подачу постоянного напряжения на полупроводниковый коммутатор и через него подключение фазных обмоток по своим цепям, обеспечивая получение в фазных обмотках переменного тока для создания магнитного потока якоря;1) the supply of constant voltage to the semiconductor switch and through it the connection of the phase windings through their circuits, ensuring that the phase windings receive alternating current to create an armature magnetic flux;

2) подключение обмотки возбуждения последовательно с фазными обмотками для подачи на нее постоянного напряжения таким образом, чтобы через нее протекал постоянный ток, мгновенное значение которого пропорционально сумме абсолютных величин фазных токов для различных способов соединения фазных обмоток, и создание магнитного потока возбуждения;2) connecting the field winding in series with the phase windings to supply a constant voltage to it so that a direct current flows through it, the instantaneous value of which is proportional to the sum of the absolute values of the phase currents for various methods of connecting the phase windings, and creating a magnetic field flux;

3) взаимодействие магнитных потоков якоря и возбуждения;3) the interaction of magnetic fluxes of the armature and excitation;

4) получение вращающего момента на валу электродвигателя.4) obtaining torque on the motor shaft.

Сущность изобретения заключается в следующем. При получении вращающего момента на валу двигателя применяют различные способы создания магнитных потоков якоря, которые можно разделить на группы. К первой группе относятся способы с пассивной паузой, характеризующиеся тем, что во время паузы между управляющими импульсами фазная обмотка машины отключается от источника питания посредством запирания силовых ключей коммутатора. При этом возможны два варианта [2, с.16-18].The invention consists in the following. When receiving torque on the motor shaft, various methods are used to create magnetic fluxes of the armature, which can be divided into groups. The first group includes methods with a passive pause, characterized in that during a pause between control pulses the phase winding of the machine is disconnected from the power source by locking the power switches of the switch. In this case, two options are possible [2, p.16-18].

Сущность первого из них поясняется фиг.4. При подаче импульса, формируемого с учетом сигналов датчика положения ротора, на управляющие цепи коммутатора 2 отпираются силовые транзисторы, соответствующие данному положению ротора. Положим, что на участке перекрытия открыты транзисторы Т2, Т4, Т6. При этом ток от положительной шины источника питания протекает через коллекторную цепь транзистора Т2, все три секции обмотки и коллекторные цепи транзисторов Т4 и Т6 к отрицательной шине. В паузе между управляющими импульсами все ключи коммутатора запираются. Ток от ЭДС самоиндукции продолжает протекать по обмотке и замыкается через шунтирующие диоды Д1 Д3 и Д5 на источник питания, причем напряжение источника оказывается приложенным встречно с ЭДС самоиндукции, что способствует быстрейшему спаду тока в паузе. Встречное включение напряжения источника и ЭДС самоиндукции в паузе между управляющими импульсами вносит специфику в электромагнитные процессы и оказывает существенное влияние на вид механических и регулировочных характеристик двигателя. При этом поток возбуждения создается независимой обмоткой возбуждения ОВ, которая подключается через регулятор 4 к независимому источнику питания с напряжением

Figure 00000005
.The essence of the first of them is illustrated in figure 4. When a pulse is generated, taking into account the signals of the rotor position sensor, power transistors corresponding to a given rotor position are unlocked to the control circuits of the switch 2. Suppose that transistors T 2 , T 4 , T 6 are open on the overlapping section. In this case, the current from the positive bus of the power source flows through the collector circuit of the transistor T 2 , all three sections of the winding and the collector circuit of the transistors T 4 and T 6 to the negative bus. In a pause between control pulses, all the switch keys are locked. The current from the self-induction EMF continues to flow through the winding and closes through the shunt diodes D 1 D 3 and D 5 to the power source, and the voltage of the source is applied counter to the self-induction EMF, which contributes to the fastest current decay in the pause. The on-off switching of the source voltage and EMF of self-induction in the pause between the control pulses introduces specificity in electromagnetic processes and has a significant impact on the type of mechanical and adjustment characteristics of the motor. In this case, the excitation flow is created by an independent excitation winding ОВ, which is connected via a regulator 4 to an independent power source with voltage
Figure 00000005
.

Во втором варианте фиг.5, с пассивной паузой, в паузе между управляющими импульсами запирается лишь одна группа силовых ключей коммутатора, например анодная. Транзисторы же второй группы остаются в том состоянии, в котором они находились в течение предшествующего импульса, т.е. управляются лишь с учетом сигналов датчика положения ротора. Поскольку транзисторы катодной и анодной групп включены последовательно с секциями якорной обмотки двигателя, то в паузе эта обмотка оказывается отключенной от источника питания. Однако ток от ЭДС самоиндукции протекает уже по иному пути, чем в первом варианте, что также оказывает влияние на механические и регулировочные характеристики двигателя.In the second embodiment of FIG. 5, with a passive pause, in the pause between control pulses, only one group of power switches of the switch is locked, for example, the anode one. The transistors of the second group remain in the state in which they were during the previous pulse, i.e. are controlled only by taking into account the signals of the rotor position sensor. Since the transistors of the cathode and anode groups are connected in series with sections of the armature winding of the motor, in a pause this winding is disconnected from the power source. However, the current from the self-induction EMF flows already in a different way than in the first embodiment, which also affects the mechanical and adjustment characteristics of the motor.

К другой группе способов создания магнитных потоков якоря относятся способы с динамическим торможением в паузе. Возможна различная реализация динамического торможения. Для торможения двигателя по схеме, приведенной на фиг.3, достаточно переключателем 3 отключить его от источника питания и замкнуть входные шины коммутатора 5 на токоограничивающее сопротивление 2. Силовые транзисторные ключи 6 при этом должны быть заперты. Ток, проходящий через токоограничивающее сопротивление 2, создает момент динамического торможения, а мостовой полупроводниковый коммутатор 5 позволяет осуществлять динамическое торможение в паузе без применения дополнительных элементов в силовой части за счет организации особых алгоритмов управления.Another group of methods for creating magnetic fluxes of an anchor include methods with dynamic braking in a pause. Different implementations of dynamic braking are possible. To decelerate the engine according to the circuit shown in Fig. 3, it is enough to disconnect it from the power source with switch 3 and close the input buses of the switch 5 to the current-limiting resistance 2. In this case, the power transistor switches 6 must be locked. The current passing through the current-limiting resistance 2 creates a moment of dynamic braking, and the bridge semiconductor switch 5 allows dynamic braking in a pause without the use of additional elements in the power unit due to the organization of special control algorithms.

В зависимости от способа соединения фазных обмоток (в треугольник, в звезду, независимо), которые известны и описаны в [7, с.12. Рис.1-4. Классификационная таблица.], а также [6, с.146, рис.5.9 (где приведены схемы с несколькими триадами фазных обмоток)] и их количества, схема подключения последовательной обмотки возбуждения для создания магнитного потока возбуждения может иметь следующие виды.Depending on the method of connecting the phase windings (into a triangle, into a star, independently), which are known and described in [7, p.12. Figure 1-4. The classification table.], As well as [6, p.146, Fig.5.9 (where diagrams with several triads of phase windings are shown)] and their numbers, the connection circuit of a series excitation winding to create an excitation magnetic flux can have the following forms.

При соединении фазных обмоток в треугольник (фиг.6) заявляемый способ получения вращающего момента для бесконтактных индукторных вентильных двигателей реализуется за счет последовательного подключения обмотки возбуждения OB1 таким образом, что она подключается в цепь питающего напряжения

Figure 00000006
полупроводникового коммутатора 2, а общие точки шунтирующих диодов Д1-Д6 подключены до обмотки возбуждения OB1. При этом магнитный поток возбуждения создается током, который оказывается пропорциональным сумме абсолютных величин фазных токов, что дает возможность для создания магнитного потока возбуждения частично использовать токи от ЭДС самоиндукции и обеспечивает получение необходимой величины вращающего момента.When connecting the phase windings into a triangle (Fig.6), the inventive method of obtaining torque for contactless induction valve motors is implemented by connecting the field winding OB 1 in such a way that it is connected to the supply voltage circuit
Figure 00000006
semiconductor switch
2, and the common points of the shunt diodes D1-D6 are connected to the field winding OB 1 . In this case, the magnetic flux of the excitation is created by a current that is proportional to the sum of the absolute values of the phase currents, which makes it possible to partially use the currents from the self-induction EMF to create a magnetic flux of excitation and provides the necessary torque.

На фиг.6 и всех последующих фигурах элементы конструкции электрической машины, находящиеся внутри зон, ограниченных пунктирной линией с цифрой 1, размещены непосредственно в электрической машине и являются элементами ее конструкции. Также на фиг.6 и всех последующих фигурах элементы, находящиеся внутри зон, ограниченных пунктирной линией с цифрой 2, являются элементами полупроводникового коммутатора или инвертора.In Fig.6 and all subsequent figures, the structural elements of the electric machine, located inside the zones limited by the dashed line with the number 1, are placed directly in the electric machine and are elements of its construction. Also in FIG. 6 and all subsequent figures, elements located inside zones limited by a dotted line with the number 2 are elements of a semiconductor switch or inverter.

Аналогичным образом можно осуществить подключение обмотки возбуждения и для машины, в которой фазные обмотки соединены в звезду (фиг.7). Как описывалось выше, при наличии нескольких групп фазных обмоток, соединенных в треугольник, звезду или вообще фазных обмоток, подключенных независимо друг от друга, схема включения последовательной обмотки возбуждения фиг.8, 9, 10 имеет тот же вид. При этом ток, протекающий по фазным обмоткам, будет использоваться для создания магнитного потока возбуждения, т.е. пропорциональность между создаваемым магнитным потоком возбуждения и фазными токами будет для каждой схемы соединения фазных обмоток сохраняться. При применении этого способа получения вращающего момента при такой схеме подключения последовательной обмотки возбуждения упрощается конструкция электрической машины.Similarly, you can connect the field winding for a machine in which the phase windings are connected to a star (Fig.7). As described above, in the presence of several groups of phase windings connected in a triangle, a star or in general phase windings connected independently of each other, the connection circuit of the series field winding of Figs. 8, 9, 10 has the same form. In this case, the current flowing through the phase windings will be used to create a magnetic field flux, i.e. the proportionality between the generated magnetic flux of the excitation and phase currents will be maintained for each phase connection circuit of the phase windings. When applying this method of obtaining torque with this scheme of connecting a series field winding, the design of the electric machine is simplified.

В том случае, если имеется возможность обмотку возбуждения OB1 выполнить расщепленной на две ветви или состоящей из двух частей, то возможно включение каждой секции обмотки возбуждения OB1-1 и ОВ1-2 (фиг.11) к источнику постоянного питающего напряжения

Figure 00000007
так, что токи от ЭДС самоиндукции полностью будут проходить через обмотки OB1-1 или OB1-2.In the event that it is possible to carry out the field winding OB 1 split into two branches or consisting of two parts, it is possible to turn on each section of the field winding OB 1-1 and OB 1-2 (Fig. 11) to a constant voltage supply
Figure 00000007
so that the currents from the self-induction EMF will completely pass through the windings of OB 1-1 or OB 1-2 .

Аналогичным образом возможно подключение последовательной расщепленной обмотки возбуждения ОВ1-1 и OB1-2 (фиг.12) и при соединении фазных обмоток в звезду. При этом также мгновенное значение тока возбуждения пропорционально сумме абсолютных величин фазных токов.Similarly, it is possible to connect a serial split excitation winding OB 1-1 and OB 1-2 (Fig.12) and when connecting the phase windings to the star. Moreover, the instantaneous value of the excitation current is proportional to the sum of the absolute values of the phase currents.

Для реализации заявляемого способа получения вращающего момента для бесконтактных индукторных вентильных двигателей при нескольких группах фазных обмоток, соединенных в звезду или треугольник, а также для независимого друг от друг соединения фазных обмоток, подключение последовательной расщепленной обмотки возбуждения OB1-1 и OB1-2 к источнику постоянного питающего напряжения

Figure 00000008
будет иметь вид, представленный на фиг.13, 14, 15. Последовательная обмотка возбуждения OB1, состоящая из двух секций (расщепленная) OB1-1 и OB1-2, включена в цепь постоянного питающего напряжения
Figure 00000009
последовательно с инвертором и фазными обмотками.To implement the inventive method of producing torque for contactless induction valve motors with several groups of phase windings connected in a star or delta, as well as for independently connecting phase windings, connecting a serial split field winding OB 1-1 and OB 1-2 to constant voltage source
Figure 00000008
will have the form shown in Fig.13, 14, 15. The series excitation winding OB 1 , consisting of two sections (split) OB 1-1 and OB 1-2 , is included in the constant voltage supply circuit
Figure 00000009
in series with the inverter and phase windings.

Для получения внешней характеристики двигателя, аналогичной характеристике двигателя постоянного тока смешанного возбуждения, или необходимости варьирования видом характеристики в разных режимах работы электрической машины возможно применение также независимой обмотки возбуждения ОВ2. Наличие независимой обмотки возбуждения позволяет в еще более широких пределах изменять магнитный поток возбуждения, что приводит к расширению диапазона регулирования вращающего момента при той же частоте вращения. В зависимости от вида последовательной обмотки возбуждения (цельная или расщепленная) для различных схем соединения фазных обмоток (в треугольник, в звезду, в несколько триад, независимое друг от друга подключение фазных обмоток) способ получения вращающего момента для бесконтактных индукторных вентильных двигателей может быть реализован за счет схем подключения, представленных на фиг.16, 17, 18, 19, 20, 21, 22. При этом дополнительный поток возбуждения создается независимой обмоткой возбуждения ОВ2, которая подключается через регулятор 3 к независимому источнику питания с напряжением

Figure 00000010
. Вместе с тем пропорциональность мгновенного значения тока возбуждения сумме абсолютных величин фазных токов сохраняется, изменяется лишь коэффициент пропорциональности.To obtain an external characteristic of the motor, similar to the characteristic of a DC motor of mixed excitation, or the need to vary the type of characteristic in different modes of operation of an electric machine, it is also possible to use an independent excitation winding ОВ 2 . The presence of an independent field winding allows even wider limits to change the magnetic field flux, which leads to the expansion of the range of regulation of torque at the same speed. Depending on the type of sequential field winding (solid or split) for various schemes of connecting phase windings (in a triangle, in a star, in several triads, independently connecting phase windings), a method of obtaining torque for non-contact induction valve motors can be implemented for account of the connection circuits shown in FIGS. 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22. In this case, an additional excitation flow is created by an independent excitation winding ОВ 2 , which is connected through the regulator 3 to voltage source
Figure 00000010
. At the same time, the proportionality of the instantaneous value of the excitation current to the sum of the absolute values of the phase currents is preserved, only the proportionality coefficient changes.

Заявляемый способ получения вращающего момента отличается от существующих тем, что подключение фазных обмоток и обмотки возбуждения осуществляется последовательно и одновременно.The inventive method of obtaining torque differs from the existing ones in that the connection of the phase windings and the field winding is carried out sequentially and simultaneously.

Реализация этого способа невозможна с использованием конструкций электрических машин определенного класса, не имеющих обмоток возбуждения, таких, например, как асинхронные машины переменного тока или бесконтактные машины переменного тока с постоянными магнитами.The implementation of this method is impossible using designs of electric machines of a certain class that do not have field windings, such as, for example, asynchronous AC machines or non-contact AC machines with permanent magnets.

Таким образом, заявляемый способ соответствует критерию изобретения "новизна".Thus, the claimed method meets the criteria of the invention of "novelty."

Необходимость применения этого способа получения вращающего момента может возникнуть при использовании бесконтактных индукторных вентильных электрических машин в качестве тяговых двигателей на транспорте, в грузоподъемных машинах, в станочном приводе и в приводах насосов для качания нефти из скважин, когда требуется достигнуть в электрических машинах переменного тока таких же выходных характеристик, как и в коллекторных машинах постоянного тока последовательного возбуждения.The need to use this method of obtaining torque can arise when using non-contact induction valve electric machines as traction motors in transport, in hoisting machines, in a machine drive and in pump drives for pumping oil from wells, when it is necessary to achieve the same in electric AC machines output characteristics, as in collector DC machines of sequential excitation.

Заявляемый способ получения вращающего момента позволяет улучшить выходные характеристики бесконтактных индукторных вентильных электрических машин и таким образом расширить сферу применения данного класса машин.The inventive method of producing torque allows to improve the output characteristics of contactless induction valve electric machines and thus expand the scope of this class of machines.

Источники информацииSources of information

1. Патент RU 2178942.1. Patent RU 2178942.

2. Авдолоткин Н.П., Гращенко В.Т., Лебедев Н.И., Овчинников И.Н., Стыцына А.К. Управляемые бесконтактные двигатели постоянного тока. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1984, 160 с.2. Avdolotkin N.P., Grashchenko V.T., Lebedev N.I., Ovchinnikov I.N., Stytsyna A.K. Controlled non-contact DC motors. L .: Energoatomizdat. Leningra. Department, 1984, 160 p.

3. Энциклопедия ремонта. Выпуск 12. Микросхемы для управления электродвигателями. М.: ДОДЭКА, 1999, 288 с.3. Encyclopedia of repair. Issue 12. Microcircuits for controlling electric motors. M .: DODEKA, 1999, 288 p.

4. Юферов Ф.М. Электрические машины автоматических устройств. Учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1976, 416 с.4. Yuferov F.M. Electric machines of automatic devices. Textbook for high schools. M .: Higher school, 1976, 416 p.

5. Х.Э.Зейдель, В.В.Коген-Дален, В.В.Крымов, В.Г.Герасимов, Д.Н.Морозов и др. Электротехника для вузов. М.: Высшая школа, 1985, 480 с.5. H.E. Zeidel, V.V. Kogen-Dalen, V.V. Krymov, V. G. Gerasimov, D. N. Morozov and others. Electrical engineering for universities. M .: Higher School, 1985, 480 p.

6. Бут Д.А. Бесконтактные электрические машины. Учебное пособие для электромеханических и электроэнергетических спец. втузов.. М.: Высшая школа, 1985, 255 с.6. Booth D.A. Contactless electric machines. Textbook for electromechanical and electric power specials. technical colleges .. M .: Higher school, 1985, 255 p.

7. Овчинников И.Е., Лебедев Н.И. Бесконтактные двигатели постоянного тока. Л.: Наука, Ленинградское отделение, 1979, 270 с.7. Ovchinnikov I.E., Lebedev N.I. Contactless DC motors. L .: Science, Leningrad Branch, 1979, 270 p.

Claims (1)

Способ получения вращающего момента для бесконтактных индукторных вентильных электродвигателей, включающий подачу постоянного напряжения на инвертор от источника питания и через него подключение фазных обмоток по своим цепям, обеспечивая прохождение в фазных обмотках переменного тока, подачу постоянного тока в обмотку возбуждения и получение в результате взаимодействия магнитных потоков якоря и возбуждения вращающего момента на валу электродвигателя, отличающийся тем, что постоянный ток в обмотку возбуждения подают от указанного источника питания, при этом обмотку возбуждения подключают в цепь питающего напряжения последовательно с инвертором и фазными обмотками так, что мгновенное значение тока возбуждения пропорционально сумме абсолютных величин фазных токов.A method of obtaining torque for contactless induction valve electric motors, comprising supplying direct voltage to the inverter from the power source and connecting phase windings through its circuits, allowing passage of alternating current in the phase windings, supplying direct current to the excitation winding and obtaining magnetic fluxes as a result of the interaction armature and excitation of torque on the motor shaft, characterized in that the direct current in the field winding is supplied from the specified Power supply, the field winding is connected to the power supply circuit in series with the inverter and the phase windings, so that the instantaneous value of the excitation current proportional to the sum of the absolute values of the phase currents.
RU2002131489/09A 2002-11-25 2002-11-25 Method for attaining torque on contactless inductor-type valve motors RU2234793C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002131489/09A RU2234793C1 (en) 2002-11-25 2002-11-25 Method for attaining torque on contactless inductor-type valve motors

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2002131489/09A RU2234793C1 (en) 2002-11-25 2002-11-25 Method for attaining torque on contactless inductor-type valve motors

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2002131489A RU2002131489A (en) 2004-06-10
RU2234793C1 true RU2234793C1 (en) 2004-08-20

Family

ID=33413336

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2002131489/09A RU2234793C1 (en) 2002-11-25 2002-11-25 Method for attaining torque on contactless inductor-type valve motors

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2234793C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2521617C2 (en) * 2012-08-01 2014-07-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" Dynamic torque control method for engine flywheel

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2521617C2 (en) * 2012-08-01 2014-07-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственный центр "Полюс" Dynamic torque control method for engine flywheel

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101154022B1 (en) Electric Motor
US5488286A (en) Method and apparatus for starting a synchronous machine
US4039909A (en) Variable speed electronic motor and the like
US20090160391A1 (en) Hybrid permanent magnet motor
JPS6014600B2 (en) AC-DC power generation system
Apte et al. Simulation of a permanent magnet synchronous motor using Matlab-Simulink
US6005321A (en) Variable reluctance motor systems
Wadibhasme et al. Review of various methods in improvement in speed, power & efficiency of induction motor
US20180219500A1 (en) 2-phase brushless ac motor with embedded electronic control
RU2234793C1 (en) Method for attaining torque on contactless inductor-type valve motors
CZ283862B6 (en) Method and circuit arrangement for driving permanently excited electric single-phase ac machines
Preethishri et al. Switched Reluctance Motor (SRM) Development by using matlab-simulink
Kurian et al. Open loop control of switched reluctance motor using theta position sensing
WO2018207719A1 (en) Variable speed motor device
RU2279173C2 (en) Inductor engine (variants)
Zakeer et al. The Four Switch Three Phase Inverter Method used for Speed Control of Brushless DC Motor
RU2821722C1 (en) Asynchronous electric drive control device with phase rotor
RU2207700C2 (en) Method for controlling valve-type electric motor
RU2365025C1 (en) Rectifier motor
JPH0777507B2 (en) Motor device
RU2414791C1 (en) Modular electrical machine
RU2277291C1 (en) Power unit for field windings of valve-type electromagnet-excited contactless motors
Shibata et al. An exciterless and brushless type commutatorless motor fed from a transformer in parallel with a voltage source inverter
RU2674465C2 (en) Source of direct current, installed on synchronous step engine, with increased output power
RU2371831C1 (en) Induction motor drive with phase-wound rotor

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20121126