RU2439769C1 - Мехатронная система с четырехфазным вентильно-индукторным двигателем - Google Patents
Мехатронная система с четырехфазным вентильно-индукторным двигателем Download PDFInfo
- Publication number
- RU2439769C1 RU2439769C1 RU2010137463/07A RU2010137463A RU2439769C1 RU 2439769 C1 RU2439769 C1 RU 2439769C1 RU 2010137463/07 A RU2010137463/07 A RU 2010137463/07A RU 2010137463 A RU2010137463 A RU 2010137463A RU 2439769 C1 RU2439769 C1 RU 2439769C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- poles
- rotor
- angular width
- equal
- phase
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
- Inverter Devices (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники и предназначено для использования в различных мехатронных системах. В результате использования изобретения по сравнению с известными техническими решениями достигается технический результат, состоящий в уменьшении пульсации момента индукторного двигателя, а также снижение его стоимости за счет уменьшения числа силовых полупроводниковых приборов инвертора, входящего в конструкцию данного двигателя. Указанный технический результат достигается тем, что магнитопровод четырехфазного вентильно-индукторного двигателя имеет специальную конфигурацию, согласно которой угловая ширина полюсов статора равна угловой ширине межполюсного расстояния полюсов статора, угловая ширина полюсов ротора равна угловой ширине межполюсного расстояния ротора, поверхность межполюсной впадины полюсов ротора имеет форму скошенного полуцилиндра, радиус которого равен половине линейного межполюсного расстояния полюсов ротора, радиальный угол скоса полюсов ротора равен разности угловой ширины полюсов ротора и угловой ширины полюсов статора, обмотки фаз соединены в «звезду», схема управления позволяет за счет обратной связи по току и частотно-токовому способу регулирования тока формировать токи фаз, протекающие в одном направлении, содержащие нулевую и первую гармоники и регулируемые по амплитуде при помощи инвертора, состоящего из двух полумостовых схем. 6 ил.
Description
Предлагаемое изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в электроприводах различных механизмов и исполнительных устройствах автоматических систем.
Известны мехатронные системы, содержащие вентильно-индукторные двигатели, с четырьмя фазами и явнополюсными безобмоточными роторами и статорами с сосредоточенными обмотками. Каждая фаза этих двигателей коммутируется напряжением при помощи полумостовой схемы, содержащей два транзистора и два диода (Кузнецов В.А., Кузьмичев В.А. Вентильно-индукторные двигатели. - М.: Издательство МЭИ, 2003. - С.10-21).
Недостатками этих мехатронных систем являются высокий уровень пульсаций момента, большое число и стоимость полупроводниковых приборов инвертора, коммутирующего обмотки фаз. Инвертор, коммутирующий обмотки фаз четырехфазного вентильно-индукторного двигателя, содержит восемь силовых транзисторов и восемь силовых диодов.
Целями предлагаемого изобретения является уменьшение неравномерности момента и уменьшение числа силовых полупроводниковых приборов и стоимости инвертора.
Поставленные цели достигаются тем, что мехатронная система, содержащая известный четырехфазный вентильно-индукторный двигатель со статором с числом прямоугольных полюсов, кратным четырем, и ротором с числом полюсов, меньшим числа полюсов статора на величину этой кратности (например, и так далее), угловая ширина полюсов статора равна угловой ширине межполюсного расстояния статора, а угловая ширина полюсов ротора равна угловой ширине межполюсного расстояния ротора ( где - угловая ширина полюсов статора; - угловая ширина межполюсного расстояния статора; - угловая ширина полюсов ротора, где - угловая ширина межполюсного расстояния ротора). Поверхность межполюсной впадины полюсов ротора имеет форму скошенного полуцилиндра, радиус которого равен половине линейного межполюсного расстояния полюсов ротора где - радиус полуцилиндра, - линейное межполюсное расстояние полюсов ротора), радиальный угол скоса полюсов ротора равен разности угловой ширины полюсов ротора и угловой ширины полюсов статора (, где ар - радиальный угол скоса полюсов ротора). В этом случае индуктивности фаз описываются как гармонические функции, в состав которых входит нулевая и первая гармоники
где: LA, LB, LC, LD - индуктивности фаз; Lmax - максимальное значение индуктивности фаз; Lmin - минимальное значение индуктивности фаз; θ - угловое положение ротора в электрических градусах, где φ - угловое положение ротора в механических градусах). Фазные обмотки соединены в звезду. Двигатель управляется токами, протекающими в одном направлении, содержащими нулевую и первую гармоники, причем первые гармоники смежных фаз сдвинуты на угол 90 электрических градусов
где: iA, iB, iC, iD - текущие значения токов фаз, токи формируются с помощью частотно-токового управления (Бродовский В.Н., Иванов Е.С.Приводы с частотно - токовым управлением. Под. ред. В.Н.Бродовского. М.: «Энергия», 1974) инвертором, содержащим две полумостовые схемы, число полупроводниковых приборов которого в два раза меньше, чем у прототипа. Это становится возможным благодаря тому, что iA+iB+iC+iD=2Imax. Форма и амплитудное значение токов фаз задается периодическим датчиком положения ротора и устройством управления, формирующим токи фаз, содержащими нулевую и первую гармоники. В результате этого крутящий момент одной фазы а крутящий момент четырехфазного вентильно-индукторного двигателя
По сравнению с наиболее близкими аналогичными техническими решениями предлагаемые устройства имеют следующие новые признаки:
1. Угловая ширина полюсов статора равна угловой ширине межполюсного расстояния статора. Угловая ширина полюсов ротора равна угловой ширине межполюсного расстояния, поверхность межполюсной впадины полюсов ротора имеет форму скошенного полуцилиндра, радиус которого равен половине линейного межполюсного расстояния полюсов ротора, радиальный угол скоса полюсов ротора равен разности угловой ширины ротора и угловой ширины статора, а обмотки соединены в звезду.
2. Двигатель управляется токами, протекающими в одном направлении, содержащими нулевую и первую гармоники, причем первые гармоники смежных фаз сдвинуты на угол 90 электрических градусов.
3. Число полупроводниковых приборов инвертора в два раза меньше, чем у прототипа.
Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию «новизна».
Предлагаемое изобретение было реализовано и испытано в ОАО «НИПТИЭМ». При испытаниях предлагаемого изобретения установлено, что пульсации момента составляют 2%, число транзисторов инвертора равно четырем, число диодов инвертора равно четырем. Общее число полупроводниковых приборов инвертора, состоящего из двух полумостовых схем, равно восьми.
Следовательно, заявляемое техническое решение соответствует требованию «положительный эффект».
По отличительным признакам проведен поиск известных технических решений в области электротехники, автоматики и электропривода мехатронной системы, содержащей четырехфазный вентильно-индукторный двигатель со статором с числом прямоугольных полюсов, кратным четырем, и ротором с числом полюсов, меньшим числа полюсов статора на величину этой кратности, с угловой шириной полюсов статора, равной угловой ширине межполюсного расстояния статора, с угловой шириной полюсов ротора, равной угловой ширине межполюсного расстояния ротора и поверхностью межполюсной впадины полюсов ротора, имеющей форму скошенного полуцилиндра, радиус которого равен половине линейного межполюсного расстояния полюсов ротора, радиальный угол скоса полюсов ротора равен половине разности угловой ширины полюсов ротора и угловой ширины полюсов статора, с индуктивностями фаз, описывающимися как гармонические функции, в состав которых входит нулевая и первая гармоники, а фазные обмотки соединены в звезду, и управляемый токами, протекающими в одном направлении, содержащими нулевую и первую гармоники, причем первые гармоники смежных фаз сдвинуты на угол 90 электрических градусов, с токами, формирующимися с помощью частотно-токового управления инвертором, содержащим две полумостовые схемы, число полупроводниковых приборов которого в два раза меньше, чем у прототипа, с суммой текущих значений токов фаз, равной двум амплитудным значениям тока, а форма и амплитудное значение токов фаз задается периодическим датчиком положения ротора и специальным устройством, не обнаружено.
Таким образом, указанные признаки обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие требованию «существенные отличия».
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1 показан четырехфазный вентильно-индукторный двигатель с восьмью полюсами статора, на которых размещены восемь сосредоточенных обмоток и симметричный ротор с шестью полюсами.
На фиг.1 обозначено: 1 - статор; 2 - обмотка; 3 - ротор; R - радиус полуцилиндра, образующего межполюсную поверхность ротора; l - линейное расстояние между полюсами ротора; А, В, С, D, - полюса статора с обмотками соответствующих фаз.
На фиг.2 показаны развертки поверхностей полюсов четырехфазного вентильно-индукторного двигателя.
На фиг.3 показаны диаграммы индуктивностей фаз и диаграммы производных индуктивностей фаз по углу поворота ротора четырехфазного вентильно-индукторного двигателя.
На фиг.3 обозначено: LA, LB, LC, LD - индуктивности фаз; , , , - производные индуктивностей фаз по углу поворота ротора.
На фиг.4 показаны диаграммы токов фаз четырехфазного вентильно-индукторного двигателя.
На фиг.4 обозначено: iA, iB, ic, iD - текущие значения токов соответствующих фаз.
На фиг.5 показаны диаграммы моментов фаз и суммарного крутящего момента четырехфазного вентильно-индукторного двигателя.
На фиг.5 обозначено: MA, MB, MC, MD - моменты соответствующих фаз; M - суммарный крутящий момент четырехфазного вентильно-индукторного двигателя.
На фиг.6 показана блок-схема регулирования текущих значений токов фаз четырехфазного вентильно-индукторного двигателя.
На фиг.6 обозначено:
I3 - амплитудное значение заданного вектора тока; ДП - периодический трехфазный датчик положения с высокой разрешающей способностью; БУ1-БУ4 - блоки умножения; iA, iB, ic, iD - сигналы, пропорциональные текущим значениям токов задания; БС1-БС4 - блоки сравнения токов задания и токов обратной связи; К1-К4 - компараторы с гистерезисом; VT1-VT6 - транзисторы; VD1-VD6 - диоды; А, В, С, D - обмотки соответствующих фаз двигателя; ДТ1-ДТ4 - датчики тока; С1 - конденсатор источника напряжения; U - источник напряжения.
Использование предлагаемой мехатронной системы в различных промышленных устройствах позволит улучшить технические характеристики оборудования.
Claims (1)
- Мехатронная система, содержащая четырехфазный вентильно-индукторный двигатель, статор которого имеет число прямоугольных полюсов, кратное четырем, и ротор с числом полюсов, меньшим числа полюсов статора на величину этой кратности, датчик положения ротора, схему управления и инвертор, отличающаяся тем, что угловая ширина полюсов статора равна угловой ширине межполюсного расстояния полюсов статора, угловая ширина полюсов ротора равна угловой ширине межполюсного расстояния ротора, поверхность межполюсной впадины полюсов ротора имеет форму скошенного полуцилиндра, радиус которого равен половине линейного межполюсного расстояния полюсов ротора, радиальный угол скоса полюсов ротора равен разности угловой ширины полюсов ротора и угловой ширины полюсов статора, обмотки соединены в звезду и питаются токами, синхронизированными с угловым положением ротора, протекающими в одном направлении, содержащими нулевую и первую гармоники, причем первые гармоники токов смежных фаз сдвинуты на угол 90 электрических градусов, а их мгновенные значения формируются при помощи датчика положения ротора и инвертора, содержащего четыре транзистора и четыре диода.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010137463/07A RU2439769C1 (ru) | 2010-09-09 | 2010-09-09 | Мехатронная система с четырехфазным вентильно-индукторным двигателем |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010137463/07A RU2439769C1 (ru) | 2010-09-09 | 2010-09-09 | Мехатронная система с четырехфазным вентильно-индукторным двигателем |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2439769C1 true RU2439769C1 (ru) | 2012-01-10 |
Family
ID=45784332
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010137463/07A RU2439769C1 (ru) | 2010-09-09 | 2010-09-09 | Мехатронная система с четырехфазным вентильно-индукторным двигателем |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2439769C1 (ru) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2540104C1 (ru) * | 2013-07-10 | 2015-02-10 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Проектно-Конструкторский и Технологический Институт Электромашиностроения" | Шестифазный высокоскоростной вентильно-индукторный двигатель с концентрическими обмотками, управляемый трехфазным током синусоидальной формы |
RU2540957C1 (ru) * | 2013-07-10 | 2015-02-10 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Проектно-Конструкторский и Технологический Институт Электромашиностроения" | Шестифазный вентильно-индукторный двигатель с концентрическими обмотками, управляемый трехфазным током синусоидальной формы |
RU2559810C1 (ru) * | 2014-04-16 | 2015-08-10 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Проектно-Конструкторский и Технологический Институт Электромашиностроения" | Низкоскоростной вентильно-индукторный двигатель с концентрическими обмотками, управляемый двухфазным током синусоидальной формы |
RU2559814C1 (ru) * | 2014-04-15 | 2015-08-10 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Проектно-Конструкторский и Технологический Институт Электромашиностроения" | Вентильно-индукторный двигатель с концентрическими обмотками, управляемый двухфазным током синусоидальной формы |
-
2010
- 2010-09-09 RU RU2010137463/07A patent/RU2439769C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
КУЗНЕЦОВ В.А., КУЗЬМИЧЕВ В.А. Вентильно-индукторные двигатели. - М.: Издательство МЭИ, 2003, с.10-21. * |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2540104C1 (ru) * | 2013-07-10 | 2015-02-10 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Проектно-Конструкторский и Технологический Институт Электромашиностроения" | Шестифазный высокоскоростной вентильно-индукторный двигатель с концентрическими обмотками, управляемый трехфазным током синусоидальной формы |
RU2540957C1 (ru) * | 2013-07-10 | 2015-02-10 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Проектно-Конструкторский и Технологический Институт Электромашиностроения" | Шестифазный вентильно-индукторный двигатель с концентрическими обмотками, управляемый трехфазным током синусоидальной формы |
RU2559814C1 (ru) * | 2014-04-15 | 2015-08-10 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Проектно-Конструкторский и Технологический Институт Электромашиностроения" | Вентильно-индукторный двигатель с концентрическими обмотками, управляемый двухфазным током синусоидальной формы |
RU2559810C1 (ru) * | 2014-04-16 | 2015-08-10 | Открытое Акционерное Общество "Научно-Исследовательский Проектно-Конструкторский и Технологический Институт Электромашиностроения" | Низкоскоростной вентильно-индукторный двигатель с концентрическими обмотками, управляемый двухфазным током синусоидальной формы |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20130334937A1 (en) | Rotary electric machine driving system | |
WO2012110879A2 (en) | Rotary electric machine driving system | |
CN106533310B (zh) | 一种直流偏置正弦电流电机控制器 | |
RU2439769C1 (ru) | Мехатронная система с четырехфазным вентильно-индукторным двигателем | |
Park et al. | Design and implementation of BLDC motor with integrated drive circuit | |
CN107070156B (zh) | 一种电动车无刷直流电机 | |
Liu et al. | Winding configurations and performance investigations of 12-stator pole variable flux reluctance machines | |
Ishak et al. | Comparative study of permanent magnet brushless motors with all teeth and alternative teeth windings | |
RU2390086C1 (ru) | Бесконтактная редукторная электрическая машина с комбинированным возбуждением | |
RU2426211C1 (ru) | Мехатронная система с шестифазным вентильно-индукторным двигателем | |
Kakihata et al. | Design of surface permanent magnet-type vernier motor | |
Hu et al. | 180-degree commutation system of permanent magnet brushless DC motor drive based on speed and current control | |
RU2540957C1 (ru) | Шестифазный вентильно-индукторный двигатель с концентрическими обмотками, управляемый трехфазным током синусоидальной формы | |
Kataoka et al. | Design of surface permanent magnet-type vernier motor using Halbach array magnet | |
Niguchi et al. | Magnetizing directions of the permanent magnets of the magnetic-geared motor | |
Srivastava et al. | Pm Enhanced Sensing Of Internal Emf Variation-A Tool To Study PMBLDC/AC Motors | |
KR20090090996A (ko) | 동기식 전기 장치 | |
RU2414793C1 (ru) | Бесконтактная модульная магнитоэлектрическая машина | |
RU2477917C1 (ru) | Редукторная электрическая машина с полюсным зубчатым индуктором | |
RU2437200C1 (ru) | Бесконтактная редукторная машина с аксиальным возбуждением | |
WO2016032364A1 (ru) | Электрическая машина | |
RU2540104C1 (ru) | Шестифазный высокоскоростной вентильно-индукторный двигатель с концентрическими обмотками, управляемый трехфазным током синусоидальной формы | |
CN108712045B (zh) | 一种同步开关磁阻电机 | |
RU2559811C1 (ru) | Высокоскоростной вентильно-индукторный двигатель с концентрическими обмотками, управляемый двухфазным током синусоидальной формы | |
Chen | Electromagnetic design of switched reluctance generator |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190910 |