SU765946A1 - Power-diode electric motor - Google Patents

Power-diode electric motor Download PDF

Info

Publication number
SU765946A1
SU765946A1 SU772481219A SU2481219A SU765946A1 SU 765946 A1 SU765946 A1 SU 765946A1 SU 772481219 A SU772481219 A SU 772481219A SU 2481219 A SU2481219 A SU 2481219A SU 765946 A1 SU765946 A1 SU 765946A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
winding
rotor
core
electric motor
magnetic
Prior art date
Application number
SU772481219A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Николаевич Баранов
Original Assignee
Московское Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Высшее Техническое Училище Им.Н.Э.Баумана
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 Московское Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Высшее Техническое Училище Им.Н.Э.Баумана filed Critical Московское Ордена Ленина И Ордена Трудового Красного Знамени Высшее Техническое Училище Им.Н.Э.Баумана
Priority to SU772481219A priority Critical patent/SU765946A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU765946A1 publication Critical patent/SU765946A1/en

Links

Description

Изобретение относится к области электротехники, к электродвигателям с бесконтактной коммутацией.The invention relates to the field of electrical engineering, to electric motors with contactless switching.

Известны вентильные электродвигатели репульсионного типа, первичная обмотка которых расположена на роторе и питается от источника 5 однофазного переменного тока через кольца и щетки, а вторичная обмотка (обмотка якоря) помещена ,в пазах статора. Токи в обмотке якоря коммутируется с помощью управляемых вентилей. [1]. 10 Known electric motors of the repulsion type, the primary winding of which is located on the rotor and is powered by a single-phase alternating current source 5 through rings and brushes, and the secondary winding (armature winding) is placed in the grooves of the stator. The currents in the armature winding are switched using controlled valves. [1]. 10

Их недостаток — низкие энергетические показатели и большой момент инерции.Their disadvantage is low energy indicators and a large moment of inertia.

Известны также конструкции, в которых первичной обмоткой, подключенной к однофазному . источнику питания, является обмотка якоря, 15 а вторичная короткозамкнутая обмотка расположена на роторе. В частном случае статор такого двигателя может содержать внешний и внутренний магнитопроводы, а короткозамкнутый ротор может быть выполнен в виде помещенного между ними тонкостенного электроприводного цилиндра с отверстиями, например, прямоугольной формы, вокруг которых замы2 каются наведенные полем статора переменные токи. Такая конструкция позволяет обеспечить малый момент инерции ротора и высокое быстродействие [2].Also known are designs in which a primary winding connected to a single phase. the power source is the armature winding, 15 and the secondary short-circuited winding is located on the rotor. In the particular case, the stator of such an engine can contain external and internal magnetic circuits, and the squirrel-cage rotor can be made in the form of a thin-walled electric drive cylinder placed between them with holes, for example, of a rectangular shape, around which alternating currents induced by the stator field are closed. This design allows you to provide a small moment of inertia of the rotor and high speed [2].

Однако репульсионный электродвигатель, обеспечивая возбуждение короткозамкнутой обмотки ротора пульсирующим магнитным полем статора, не позволяет (в отличие, например, от двигателя постоянного тока) использовать пространственный сдвиг между магнитными осями обмоток статора и ротора, равный половине полюсного деления, при котором обеспечивается, при прочих равных условиях, максимальное значение электромагнитного момента, что ухудшает его энергетические и весо-габаритные показатели. Механическая характеристика репульсионного электродвигателя имеет гиперболический характер, тогда как для исполнительных двигателей в системе автоматизированного электропривода чаще требуется, чтобы она была достаточно жесткой. Реверс репульсионного электродвигателя известных конструкций обеспечивается только за счет пространственного сдвига оси магнитного поля статора относительно оси магнитного поля ротора, что существенно усложняет конструкцию датчика углового положения ротора и систему управления.However, the repulsive electric motor, providing excitation of the short-circuited rotor winding with a pulsating magnetic field of the stator, does not allow (unlike, for example, a DC motor) to use the spatial shift between the magnetic axes of the stator and rotor windings, equal to half the polar division, which ensures, all other things being equal conditions, the maximum value of the electromagnetic moment, which worsens its energy and weight and dimensions. The mechanical characteristic of a repulsive electric motor is hyperbolic, while for executive motors in an automated electric drive system, it is often required that it be sufficiently rigid. The reverse of the repulsive electric motor of known structures is provided only due to a spatial shift of the axis of the stator magnetic field relative to the axis of the magnetic field of the rotor, which significantly complicates the design of the rotor angular position sensor and the control system.

Целью изобретения является улучшение энергетических и регулировочных характеристик электродвигателя репульсионного типа.The aim of the invention is to improve the energy and regulatory characteristics of the motor of the repulsion type.

Это достигается тем, что цилиндрическая рабочая поверхность ротора, выполненного в виде тонкостенного стакана, разделена продольными щелями с расстоянием между нйми, равным двум полюсным делениям электродвигателя. а между указанными щелями в поверх-, ности ротора имеются отверстия Т-образной формы, с расстоянием между осями симметрии этих отверстий, равным двум полюсным делениям, и с расстоянием между осью симметрии отверстия и ближайшими к нему продольными щелями, равными полюсному делению. На статоре, кроме внешнего и внутреннего магнитопроводов с обмоткой якоря, закреплены аксиальные магнитопроводы с обмоткой возбуждения, охватывающие ротор со стороны широкой части Т-образных отверстий, например, в виде внешнего и внутреннего по отношению к ротору ферромагнитных пакетов, замкнутых П-образными 25 магнитопроводами с помещенными на них катушечными обмотками возбуждения,соединенными между собой последовательно и согласно и подключенными к источнику однофазного переменного тока.This is achieved by the fact that the cylindrical working surface of the rotor, made in the form of a thin-walled cup, is divided by longitudinal slots with a distance between them equal to two pole divisions of the electric motor. and between the indicated slots in the surface of the rotor there are holes of a T-shape, with a distance between the symmetry axes of these holes equal to two pole divisions, and with a distance between the symmetry axis of the hole and the longitudinal slots closest to it equal to pole division. On the stator, in addition to the external and internal magnetic circuits with an armature winding, axial magnetic circuits with an excitation winding are fixed, covering the rotor from the side of a wide part of T-shaped holes, for example, in the form of external and internal to the rotor ferromagnetic packets closed by U-shaped 25 magnetic circuits with excitation coils placed on them, interconnected in series and in accordance with and connected to a single-phase alternating current source.

Таким образом, предлагаемый электродвигатель по принципу действия близок к репульсионному, но отличается от него тем, что возбуждение ротора осуществляется не магнитным потоком обмотки якоря, а аксиальным потоком, создаваемым независимой обмоткой возбуждения. В результате использования такой конструкции удается получить достаточно Жесткие механические характеристики электродвигателя и улучшить его энергетические показатели. Последнее достигается за счет использования режима работы, при котором оси магнитных полей, созданных обмоткой якоря и токами в короткозамкнутых контурах ротора, сдвинуты на угол, равный половине полюсного деления η 45 электродвигателя. При этом для реверса доста'· точно опрокидывания на 480 эл.град’фазы токов в секциях обмотки якоря или опрокидывания фазы тока в обмотке возбуждения. Диапазон регулирования скорости возрастает за счет возможности управления величиной тока 50 в обмотке возбуждения в дополнение к управлению токами в секциях обмоткой якоря. Малый момент инерции ротора позволяет создать электродвигатель с высоким быстродействием.Thus, the proposed motor according to the principle of operation is close to repulsive, but differs from it in that the rotor is excited not by the magnetic flux of the armature winding, but by the axial flux created by the independent excitation winding. As a result of using this design, it is possible to obtain sufficiently rigid mechanical characteristics of the electric motor and improve its energy performance. The latter is achieved through the use of an operating mode in which the axes of the magnetic fields created by the armature winding and currents in the short-circuited rotor circuits are shifted by an angle equal to half the pole division η 45 of the electric motor. At the same time, for reversing, it is possible to precisely reverse the current phases in 480 electric degrees in the armature winding sections or to reverse the current phase in the field winding. The speed control range increases due to the ability to control the magnitude of the current 50 in the field winding in addition to controlling the currents in sections of the armature winding. The small moment of inertia of the rotor allows you to create an electric motor with high speed.

На фиг. 1 представлен предлагаемый электродвигатель, продольный разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - развертка цилиндрической рабочей поверхности ротораIn FIG. 1 shows the proposed electric motor, a longitudinal section; in FIG. 2, section AA in FIG. 1; in FIG. 3 - scan of the cylindrical working surface of the rotor

765946 4 на плоскость с указанием направлений силовых линий магнитных полей обмотки возбуждения и обмотки якоря, а также направлений токов, наведенных магнитным полем обмотки возбуждения в короткозамкнутых контурах ротора; на фиг. 4 — схема коммутатора электродвигателя с питанием от сети постоянного тока; на фиг. 5 - графики электромагнитных процессов электродвигателя как функции времени в случае применения схемы коммутатора на фиг. 4; на фиг. 6 - вариант схемы коммутатора с питанием от сети однофазного перемгнного тока·765946 4 to a plane indicating the directions of the lines of force of the magnetic fields of the field winding and the armature winding, as well as the directions of the currents induced by the magnetic field of the field winding in the short-circuited rotor circuits; in FIG. 4 is a diagram of an electric motor switch powered by a direct current network; in FIG. 5 is a graph of electromagnetic processes of an electric motor as a function of time in the case of applying the switch circuit of FIG. 4; in FIG. 6 - version of the switch circuit powered by a single-phase alternating current network ·

Активная часть статора электродвигателя состоит из цилиндрических магнитопроводов внешнего статора 1 с уложенной в его пазы обмоткой якоря 2 и внутреннего статора З.На статоре закреплены также ферромагнитные цилиндричес; кие пакеты 4 и 5, замкнутые П-образными магнитопроводами 6 с помещенными на них катушечными обмотками возбуждения 7, соединёнными между собой последовательно и согласно и подключенными к источнику однофазного переменного тока. Внутренний и внешний цилиндрические пакеты 4 и 5 цолжны иметь хотя бы один поперечный разрез с тем, чтобы кольцевые пластины этих пакетов не могли представлять собой короткозамкнутых контуров, сцепляющихся с аксиальными магнитными потоками П-образных магнитопроводов 6. Цилиндрические пакеты 4 и 5 (см. фиг. 2) имеют по два поперечных разреза и выполнены таким образом в виде двух полуколец. С этой же целью магнитопроводы 4, 5 и 6 крепятся на статоре с помощью втулок 8 и 9, изготовленных из какого-либо изоляционного материала, например пластмассы. Внутренняя втулка 9, а также пакет внутреннего статора 3 крепятся на цилиндрическом выступе подшипникового щита.The active part of the stator of the electric motor consists of cylindrical magnetic cores of the external stator 1 with the winding of the armature 2 and the internal stator Z laid in its grooves. Ferromagnetic cylindrical devices are also fixed on the stator ; packages 4 and 5, closed by U-shaped magnetic circuits 6 with excitation coils 7 placed on them, connected together in series and in accordance with and connected to a single-phase alternating current source. The inner and outer cylindrical packages 4 and 5 should have at least one transverse section so that the ring plates of these packages cannot be short-circuited circuits, coupled to the axial magnetic fluxes of U-shaped magnetic circuits 6. Cylindrical packages 4 and 5 (see Fig. .2) have two transverse sections and are thus made in the form of two half rings. For the same purpose, the magnetic cores 4, 5 and 6 are mounted on the stator using bushings 8 and 9 made of some kind of insulating material, such as plastic. The inner sleeve 9, as well as the package of the inner stator 3 are mounted on the cylindrical protrusion of the bearing shield.

Ротор 10 электродвигателя выполнен в виде тонкостенного электропроводного стакана с цилиндрической рабочей поверхностью, закрепленного на валу, свободно вращающемся внутри цилиндрического выступа.The rotor 10 of the electric motor is made in the form of a thin-walled conductive cup with a cylindrical working surface, mounted on a shaft that rotates freely inside the cylindrical protrusion.

Более подробно конструкция ротора 10 представлена на фиг. 3, где его цилиндрическая рабочая поверхность изображена в развертке на плоскость. Эта поверхность разделена продольными щелями 11 с расстоянием между ними, равным 2т, где т — полюсное деление обмотки якоря электродвигателя. Между щелями в поверхности ротора выполнены Т-образные отверстия 12, причем расстояние между осями симметрии этих отверстий равно двум полюсным делениям, а расстояние между осью симметрии Т-образного отверстия и ближайшими к нему продольными щелями равно полюсному делению. Со стороны широкой части Т-образных отверстий поверхность ротора охватывается снаружи и изнутри магнитопроводами 4 и 5 и пронизывается аксиальным магнитным потоком, созданным катушечными обмотками возбуждения 7, помешенными на П-образных магнитопроводах 6. На фиг. 3 показано мгновенное направление $ силовых линий этого потока внутри широкой части Т-образных отверстий. Аксиальный переменный поток индуктирует в короткозамкнутых контурах ротора ЭДС и токи, мгновенное направление которых показано на фиг. 3 пунктиром со стрелками. Остальная часть рабочей поверхности ротора находится в зоне действия радиального магнитного потока, созданного об[моткой якоря и замыкающегося по магнитопроводам внешнего 1 и внутреннего 3 статоров. Мгновенное направление силовых линий этого · потока показано на фиг. 3 внутри кружков.In more detail, the design of the rotor 10 is shown in FIG. 3, where its cylindrical working surface is depicted in a flat scan. This surface is divided by longitudinal slots 11 with a distance between them equal to 2m, where m is the pole division of the motor armature winding. T-shaped holes 12 are made between the slots in the rotor surface, and the distance between the symmetry axes of these holes is equal to two pole divisions, and the distance between the symmetry axis of the T-shaped hole and the longitudinal slots closest to it is equal to pole division. From the side of the wide part of the T-shaped openings, the surface of the rotor is covered externally and internally by the magnetic circuits 4 and 5 and is pierced by the axial magnetic flux created by the coil windings 7 placed on the U-shaped magnetic circuits 6. In FIG. Figure 3 shows the instantaneous direction $ of the lines of force of this flow inside a wide part of T-shaped holes. The axial variable flux induces EMF and currents in the short-circuited circuits of the rotor, the instantaneous direction of which is shown in FIG. 3 dotted with arrows. The rest of the working surface of the rotor is located in the zone of action of the radial magnetic flux created by the winding of the armature and closing along the magnetic circuits of the external 1 and internal 3 stators. The instantaneous direction of the lines of force of this flow is shown in FIG. 3 inside the circles.

В схеме (см. фиг. 4) одного из возможных вариантов коммутатора электродвигателя с питанием от источника постоянного тока в качестве управляемых вентилей применены транзисторы. В случае применения этой схемы каждая секция обмотки якоря должна быть намотана двойным · проводом и должна состоять из двух одинаковых полусекций, например 13 и 14. Одноименные зажимы обмоток (например, начала) отмечены точками. Обмотки последовательно с ними соединенными транзисторами (например, 15 и 16) непосредственно подключены к клеммам источника питания. В общей точке каждые две полусекции соединены своими разноименными зажимами. На фиг. 4 показана трехсекционная схема обмотки якоря.In the circuit (see Fig. 4) of one of the possible options for switching an electric motor powered by a direct current source, transistors are used as controlled gates. In the case of applying this scheme, each section of the armature winding should be wound with a double wire and should consist of two identical half sections, for example 13 and 14. The same clamps of the windings (for example, the beginning) are marked with dots. The windings connected in series with transistors (for example, 15 and 16) are directly connected to the terminals of the power source. At a common point, every two half sections are connected by their opposite clamps. In FIG. 4 shows a three-section diagram of the armature winding.

В фиксированный момент времени последовательность импульсов 17 подается, например, на базу транзистора 15, а последовательность 18 — на базу транзистора 16. Аналогично управляются транзисторы остальных секций. Позицией 19 обозначены напряжение одной из выходных обмоток датчика углового положения ротора, на.пример, трансформаторного типа. Число таких выходных обмоток датчика равно числу секций обмотки якоря. Управляющее напряжение 20 формируется по сигналам датчика углового положения. Изменение полярности напряжения 20 соответствует моменту Ц опрокидывания фазы напряжения 19 выходной обмотки датчика. Позицией 21 обозначена последовательность импульсов тока в одной из двух полусекций (например, 13) секции якоря. Позицией 22 обозначена последовательность импульсов тока во второй полусекции 14 данной секции якоря, а позицией 23 — переменный ток в обмотке возбуждения, образованный последовательным соединением катушечных обмоток 7, синхронизированный с частотой следования импульсов уп- 55 равления 17 и 18, а следовательно, и с частотой следования импульсов тока 21 и 22 в пси дусекциях обмотки якоря.At a fixed point in time, the pulse train 17 is supplied, for example, to the base of the transistor 15, and the sequence 18 to the base of the transistor 16. The transistors of the remaining sections are similarly controlled. 19 denotes the voltage of one of the output windings of the rotor angular position sensor, for example, a transformer type. The number of such output windings of the sensor is equal to the number of sections of the armature winding. The control voltage 20 is generated by the signals of the angle sensor. The change in the polarity of the voltage 20 corresponds to the moment Ts of the overturning phase of the voltage 19 of the output winding of the sensor. Position 21 denotes a sequence of current pulses in one of two half-sections (for example, 13) of the armature section. Position 22 denotes a sequence of current pulses in the second half section 14 of this section of the armature, and position 23 denotes an alternating current in the field winding formed by the series connection of the coil windings 7, synchronized with the pulse repetition rate of control pulses 55 of 17 and 18, and therefore with the frequency following current pulses 21 and 22 in psi sections of the armature winding.

В схеме коммутатора электродвигателя с питанием от сети однофазного переменного тока (см. фиг. 6) полусекция 13 включена в диагональ мостовой схемы, образованной управляемыми вентилями (тиристорами) 24, 25, 26 и 27. Полусекция 14 включена в диагональ аналогичной мостовой схемы, образованной тиристорами 26, 27, 28 и 29. причем тиристоры 26 и 27 являются общими для двух мостовых схем.t Аналогично включены полусекции •остальных секций обмотки якоря. Такая схема коммутатора исключает возникновение режимов короткого замыкания источника питания.In the circuit diagram of the electric motor switch powered by a single-phase alternating current network (see Fig. 6), half section 13 is included in the diagonal of the bridge circuit formed by controlled gates (thyristors) 24, 25, 26, and 27. Half section 14 is included in the diagonal of a similar bridge circuit formed thyristors 26, 27, 28 and 29. moreover, thyristors 26 and 27 are common for two bridge circuits. t The half-sections of the remaining sections of the armature winding are included in the same way. This switch circuit eliminates the occurrence of short circuit power supply.

Электродвигатель работает следующим образом.The electric motor operates as follows.

' Созданный обмоткой возбуждения аксиальный переменный магнитный поток наводит в короткозамкнутых контурах ротора переменные ЭДС и токи, которые из-за наличия продольных щелей И могут замыкаться только по контурам, указанным на фиг. 3, т.е. вокруг Т-образных отверстий 12. В зоне действия переменного магнитного потока обмотки якоря в пределах каждого полюсного деления т, ограниченного продольной щелью и узкой частью Т-образного отверстия, направления индуктированных токов в каждый момент вермени одинаковы, а в пределах двух соседних полюсных делений — противоположны. Таким образом, индуктированные токи в зоне действия потока обмотки якоря образуют переменно-полюсную систему, причем число полюсных делений, на которые разбивается поверхность ротора в этой зоне, вдвое больше числа Т-образных отверстий. На фиг. 3 представлена четырехполюсная конструкция электродвигателя с двумя Т-образными отверстиями. Секции обмотки якоря в этом случае выполнены d шагом, равным четверти окружности. Протекающие по обмоткам якоря токи создают переменные магнитные потоки, которые в каждый момент времени имеют одинаковое направление в пределах каждого полюсного деления и противоположные направления — в пределах двух соседних полюсных делений, что и обеспечивает создание крутящего момента электродвигателя. Возникающие здесь электродинамические силы по своей природе близки к репульсионным. Магнитные поля, созданные токами ротора и токами в секциях обмотки якоря, пространственно смещены относительно друг друга на половину полюсного деления.The axial alternating magnetic flux created by the field winding induces alternating EMFs and currents in the short-circuited rotor circuits, which, due to the presence of longitudinal slots I, can only be closed along the circuits indicated in FIG. 3, i.e. around the T-shaped holes 12. In the area of the variable magnetic flux of the armature winding within each pole division m, limited by the longitudinal slit and the narrow part of the T-shaped hole, the directions of the induced currents at the same moment are identical, and within two adjacent pole divisions - opposite. Thus, the induced currents in the area of the armature winding flow form an alternating-pole system, and the number of pole divisions into which the rotor surface is divided in this zone is twice the number of T-shaped openings. In FIG. 3 shows a four-pole design of an electric motor with two T-shaped holes. The sections of the armature winding in this case are made in d steps equal to a quarter of the circle. The currents flowing through the armature windings create alternating magnetic fluxes, which at each moment of time have the same direction within each pole division and opposite directions within two adjacent pole divisions, which ensures the creation of electric motor torque. The electrodynamic forces arising here are close in nature to repulsive ones. The magnetic fields created by the rotor currents and currents in the sections of the armature winding are spatially offset relative to each other by half of the pole division.

Для нормальной работы электродвигателя необходимо, чтобы взаимная пространственная ориентация указанных магнитных полей в процессе вращения ротора не менялась, что и обеспечивается коммутатором электродвигателя, управляемым датчиком углового положения ротора. Таким образом, переменное магнитное поле, создаваемое обмоткой возбуждения, является неподвижным в пространстве и пульсирующим с достаточно высокой частотой, но магнитное поле, созданное индуктированными в роторе переменными токами, вращается вместе с ротором и одновременно пульсирует с частотой питания обмотки возбуждения. Переменный магнитный поток, создаваемый этими токами в зоне широкой части Т-образных отверстий 12, замыкается по кольцевым магнитопроводам 4 и 5 и далее по П-образным аксиальным элементам 6, сцепляясь с обмоткой возбуждения. По отношению к обмотке возбуждения он является размагничивающим, как в обычном трансформаторе. Переменно-полюсный магнитный поток, созданный токами ротора в зоне действия об- 15 мотки якоря, является радиальным и замыкает)· ся по магнитопроводам внешнего 1и и внутреннего 3 статора, сцепляясь с обмоткой якоря 2. По отношению к обмотке статора он является потоком возбуждения. В процессе вращения ро- jo тора магнитный поток наводит в обмотке ЭДС вращения, что и позволяет считать обмотку 2 обмоткой якоря электродвигателя. В короткозамкнутых контурах ротора ЭДС вращения не наводится, так как магнитный поток обмотки якоря 25 относительно ротора неподвижен, потому что вращается в пространстве со скоростью потора, пульсируя одновременно с частотой питания обмотки возбуждения (а, следовательно, и с частотой токов в роторе). 30 For normal operation of the electric motor, it is necessary that the mutual spatial orientation of the indicated magnetic fields does not change during the rotation of the rotor, which is ensured by the electric motor commutator controlled by the rotor angular position sensor. Thus, the alternating magnetic field created by the excitation winding is stationary in space and pulsating with a sufficiently high frequency, but the magnetic field created by the alternating currents induced in the rotor rotates with the rotor and simultaneously pulsates with the excitation winding frequency. The alternating magnetic flux created by these currents in the area of the wide part of the T-shaped holes 12 is closed along the ring magnetic circuits 4 and 5 and then along the U-shaped axial elements 6, interlocking with the excitation winding. With respect to the field winding, it is demagnetizing, as in a conventional transformer. The alternating-pole magnetic flux created by the rotor currents in the zone of operation of the armature winding is radial and closes) along the magnetic circuits of the external 1 and 3 internal stator, interlocking with the armature winding 2. In relation to the stator winding, it is an excitation flux. During rotation of the rotor, the magnetic flux induces a rotation EMF in the winding, which allows us to consider winding 2 as the winding of the motor armature. In the short-circuited circuits of the rotor, the EMF of rotation is not induced, since the magnetic flux of the armature of the armature 25 relative to the rotor is stationary, because it rotates in space at the speed of the rotor, pulsating simultaneously with the frequency of the excitation winding (and, therefore, with the frequency of the currents in the rotor). thirty

Коммутация токов в секциях обмотки якоря с частотой вращения, осуществляемая по сигналам датчика углового положения ротора, состоит в данном случае в циклическом опрокидывании фазы магнитного потока каждой секции 35 якоря на 180 эл.град. при пересечении активными проводниками секции линии геометрической нейтрали, т.е. при переходе из зоны влияния одного полюса возбуждения в зону влияния соседнего полюса. 40Switching currents in sections of the armature winding with rotation speed, carried out according to the signals of the sensor of the angular position of the rotor, consists in this case in the cyclical overturning of the phase of the magnetic flux of each section 35 of the armature by 180 el. when active conductors cross a section of a line of geometric neutral, i.e. upon transition from the zone of influence of one pole of excitation to the zone of influence of the neighboring pole. 40

При использовании коммутатора, представленного на фиг. 4f этот процесс осуществляется следующим образом. Так как импульсы управления 17 и 18 подаются на базы транзисторов, например 15 и 16, со сдвигом во времени, по 45 обмоткам полусекций 13 и 14 протекают последовательности импульсов' тока 21 и 22, также сдвинутые во времени. Суммарный магнитный поток двух полусекций является переменным и синхронизированным с переменным током 23 5θ в обмотке возбуждения, фаза которого в процессе работы двигателя неизменна. В момент времени (ц на фиг. 5), когда управляющее напряжение 20, формируемое по сигналам датчика углового положения ротора (например, 55 с помощью фазочувствительного выпрямителя), меняет свою полярность, происходит переключение последовательностей импульсов управления 17 и 18 с одного транзистора данной сек ции на другой, что приводит к опрокидыванию фазы суммарного магнитного потока, создаваемого токами двух полусекций дайной секции якоря.When using the switch of FIG. 4 f this process is carried out as follows. Since the control pulses 17 and 18 are fed to transistor bases, for example 15 and 16, with a time shift, sequences of current pulses 21 and 22, also shifted in time, flow through 45 windings of half sections 13 and 14. The total magnetic flux of the two half sections is alternating and synchronized with an alternating current 23 5 θ in the field winding, the phase of which is unchanged during the operation of the motor. At the time point (c in Fig. 5), when the control voltage 20 generated by the signals of the rotor angular position sensor (for example, 55 using a phase-sensitive rectifier) changes its polarity, the sequences of control pulses 17 and 18 are switched from one transistor for this sec tion to another, which leads to the overturning of the phase of the total magnetic flux created by the currents of two half sections of the bottom section of the anchor.

' Аналогичные функции выполняет коммутатор на тиристорах с питанием от сети однофазного переменного тока (см. фиг. 6). В этом случае дожны быть сформированы две последовательности импульсов управления тиристорами, 10 синхронизированные с переменным напряжением питания и сдвинутые одна относительно другой -на половину периода. При подаче в один из полупериодов напряжения питания последовательности импульсов управления на тиристоры 24, 25, 26 и 27 ток замыкается по цепи: тиристор 24, полусекция 13, тиристор 27. В следующий полупериод полярность напряжения питания .на клеммах изменится, и при подаче второй последовательности импульсов управления на тиристоры 26, 27, 28 и 29 ток течет по цепи: тиристор 29, полусекция 14, тиристор 26. Поэтому польсирующие токи в полусекциях 13 и 14 имеют различное направление (если считать относительно одноименных зажимов обмоток, отмеченных точками). Магнитный поток, созданный суммарным действием токов в двух полусекциях, является переменным, пульсирующим с частотой питания. Если осуществить переключение последовательностей импульсов управления, т.е. в первый из указанных полупериодов подавать импульсы управления на тиристоры 26, 27, 28 и 29, а во второй - на тиристоры 24, 25, 26 и 27, произойдет опрокидывание фазы суммарного магнитного потока двух полусекций на 180 эл.град.'Similar functions are performed by a thyristor switch powered by a single-phase alternating current network (see Fig. 6). In this case, two sequences of thyristor control pulses must be formed, 10 synchronized with an alternating supply voltage and shifted one relative to the other by half the period. When a sequence of control pulses is applied to one of the half-cycles of the supply voltage to thyristors 24, 25, 26 and 27, the current closes through the circuit: thyristor 24, half-section 13, thyristor 27. In the next half-cycle, the polarity of the supply voltage. At the terminals will change, and when the second sequence is applied control pulses to thyristors 26, 27, 28 and 29, the current flows through the circuit: thyristor 29, half section 14, thyristor 26. Therefore, the polishing currents in half sections 13 and 14 have a different direction (if you count with respect to the same terminal windings marked with dots). The magnetic flux created by the total action of the currents in two half sections is variable, pulsating with the power frequency. If you switch the sequences of control pulses, i.e. in the first of the indicated half-periods, apply control pulses to the thyristors 26, 27, 28 and 29, and in the second - to the thyristors 24, 25, 26 and 27, the phase of the total magnetic flux of two half sections will overturn by 180 el.

Управление скоростью вращения ротора электродвигателя осуществляется с помощью широтноимпульсного регулирования токов в секциях обмотки. якоря за счет изменения ширины импульсов управления 17 и 18, подаваемых на базу транзисторов, коммутатора по схеме, представленной на фиг. 4, или за счет сдвига во времени последовательностей импульсов управления тиристорами коммутатора по схеме — на фиг. 6 относительно переменного напряжения питания. Этот способ управления скоростью может быть дополнен регулированием напряжения, подаваемого· на обмотку возбуждения. Сочетание двух способов позволяет существенно увеличить диапазон регулирования скорости.The speed control of the rotor of the electric motor is carried out using pulse-width regulation of currents in sections of the winding. anchors by changing the width of the control pulses 17 and 18 supplied to the base of the transistors of the switch according to the circuit shown in FIG. 4, or due to the time shift of the sequences of control pulses of the thyristors of the switch according to the scheme - in FIG. 6 regarding AC voltage. This speed control method can be supplemented by adjusting the voltage supplied to the field winding. The combination of two methods can significantly increase the range of speed control.

Реверс электродвигателя осуществляется одновременным опрокидыванием фазы магнитных потоков всех секций обмотки якоря при неизменной фазе напряжения на обмотке возбуждения или, наоборот, опрокидыванием фазы напряжения на обмотке возбуждения.The electric motor is reversed by simultaneously overturning the phase of the magnetic fluxes of all sections of the armature winding with a constant voltage phase on the field winding or, conversely, by overturning the voltage phase on the field winding.

Так как при работе электродвигателя ЭДС вращения наводятся только в обмотке якоря, а в короткозамкнутых контурах ротора они отсутствуют, в процессе вращения на ротор электромагнитным путем передается сравнительно небольшая часть мощности, потребляемой электродвигателем от сети. Это особенно важно в связи с тем, что немагнитный зазор в конструкциях с полым ротором получается достаточно большим. С другой стороны наличие увеличенного немагнитного зазора существенно уменьшает индуктивность секций обмотки якоря, что увеличивает надежность коммутации и позволяет использовать повышенную частоту питания.Since during the operation of the electric motor the emf of rotation is induced only in the armature winding, and they are absent in the short-circuited circuits of the rotor, during rotation, a relatively small part of the power consumed by the electric motor from the mains is transferred to the rotor by electromagnetic means. This is especially important due to the fact that the non-magnetic gap in structures with a hollow rotor is quite large. On the other hand, the presence of an increased non-magnetic gap significantly reduces the inductance of the armature winding sections, which increases the reliability of switching and allows the use of an increased power frequency.

Возможность независимого регулирования величины токов в секциях обмотки якоря и в обмотке возбуждения обеспечивает получение 15 достаточно жестких механических характеристик электродвигателя, а также использование пространственного сдвига, равного половине полюсного деления, между магнитными осями обмотки якоря и магнитными осями коротко- 20 замкнутых контуров ротора позволяет улучшить энергетические характеристики электродвигателя при сохранении высокого быстродействия.The ability to independently control the magnitude of the currents in the sections of the armature winding and in the field winding provides 15 sufficiently rigid mechanical characteristics of the electric motor, as well as the use of a spatial shift equal to half the pole division between the magnetic axes of the armature winding and the magnetic axes of short-20 closed rotor circuits, which makes it possible to improve the energy characteristics of the electric motor while maintaining high speed.

Рассмотренный принцип действия электродви- 25 гателя может быть реализован в ряде конструктивных вариантов. Обмотка якоря может быть помещена в пазах внутреннего статора или в пазах магнитопроводов внешнего и внутреннего статоров возможен, например, аналогичный электродвигатель с дисковым ротором, имеющий отверстия Т-образной формы, обмотка якоря которого помещена в пазах тороидальных магнитопроводов. Возможен также основанный на этом принципе действия линейный электродвигатель. В этом случае чертеж на фиг. 3 следует рассматривать как элемент направляющего полотна такого электродвигателя, которое охватывается с двух сторон системами магнитопроводов с обмоткой якоря и с обмоткой возбуждения.The principles of action elektrodvi- tor 25 can be implemented in a number of design options. The armature winding can be placed in the grooves of the internal stator or in the grooves of the magnetic circuits of the external and internal stators, for example, a similar electric motor with a disk rotor having T-shaped holes, the armature of which is placed in the grooves of the toroidal magnetic circuits. A linear motor based on this principle of operation is also possible. In this case, the drawing in FIG. 3 should be considered as an element of the guide web of such an electric motor, which is covered on both sides by magnetic circuit systems with an armature winding and with an excitation winding.

Технико- экономическая целесообразность применения предложенной конструкиии состоит в существенном улучшении регулировочных харак теристик, а также улучшении энергетических показателей вентильного электродвигателя репульсионного типа при сохранении высокого быстродействия.The technical and economic feasibility of applying the proposed design consists in a significant improvement in the control characteristics, as well as in improving the energy performance of a repulsive valve motor while maintaining high speed.

Claims (2)

Изобретение относитс  к области электротехники , к электродвигател м с бесконтактной ком мутацией. Известны вентильные электродвигатели репуль сионного типа, первична  обмотка которых расположена на роторе и питаетс  от источника однофазного переменного тока через кольца и щетки, а вторична  обмотка (обмотка  кор ) помещена ,в пазах статора. Токи в обмотке  кор  коммутиру отс  с помощью управл емых вентилей. . Их недостаток - низкие энергетические показатели и большой момент инерш1и. Известны также конструкции, в которых пер вичной обмоткой, подключённой к однофазному источнику питани ,  вл етс  обмотка  кор , а вторична  короткозамкнута  обмотка расположена на роторе. В частном случае статор такого двигател  может содержать внешний и внутренний магнитопроводы, а короткозамкнутый ротрр может быть выполнен в виде помещенного между ними тонкостенного электропри водного цилиндра с отверсти ми, например, пр моугольной формы, вокруг которых замыкаютс  наведенные полем статора переменные токи. Така  конструкци  позвол ет обеспечить малый момент инерции ротора и высокое бьютродействие 2. Однако репульсионный электродвигатель, обеспечива  возбу))дение короткозамкнутой обмотки ротора пульсирующим магнитным полем статора, не позвол ет (в отличие, например , от двигател  посто нного тока) использовать пространственный сдвиг между магнитными ос ми обмоток статора и ротора, равный половине полюсного делени , при котором обеспечиваетс , при прочих равных услови х, максимальное значение электромагнитного момента, что ухудшает его энергетические и весо-габаритные показатели. Механическа  характеристика репульсионного электродвигател  имеет гиперболический характер, тогда как дл  исполнительных двигателей в системе автоматизированиого электропривода чаще 1ре6уетс , чтобы она была достаточно жесткой. Реверс репульсионного электродвигател  известных конструкций обеспечиваетс  только за счет пространственного сдвига оси магнитного пол  статора относительно оси магнитного пол  ротора, что существенно усложн ет конструкЕщю датчика углового положени  ротора и систему управлени . Целью изобретени   вл етс  улучшение энергетических и регулировочных характеристик электродвигател  репульсионного типа. Это достигаетс  тем, что цилиндрическа  рабоча  поверхность ротора, вынолненного в виде тонкостенного стакана, разделена продольными щел ми с рассто нием между ними, равным двум полюсным делени м электродвигател , а между указанным щел ми в поверх-, нести ротора имеютс  отверсти  Т-образной формы, с рассто нием между ос ми симметрии этих отверстий, равным двум полюсным делени м , и с рассто нием между осью симметрии отверсти  и ближайшими к нему продольными щел ми, равными полюсному делению. На статоре , : кроме внешнего и внутреннего магнитопроводов с обмоткой  кор , закреплены аксиальные магнитопроводы с обмоткой возбуждени охватывающие ротор со стороны широкой части Т-образных отверстий, например, в виде внешнего и внутреннего по отношению к ротору фе ромагнитных пакетов, замкнутых П-образными магнитопроводами с помещенными на них катушечными обмотками возбуждени ,соединенны ми между собой последовательно и согласно и подключенными к источнику однофазного пере менного тока. Таким образом, предлагаемый электродвигатель по принщ1пу действи  близок к репульсио ному, о отличаетс  от него тем, что возбужде ние ротора осуществл етс  не Магаитным потоком обмотки  кор , а аксиальным потоком, создаваемым независимой обмоткой возбуждени . В результате использовани  такой конструкции удаетс  получить достаточио Хесткие механические характеристики электродвигател  и улучшить его энергетические показатели. Последнее достигаетс  за счет использовани  режима работы, при котором оси магнитных полей , созданных обмоткой  кор  и токами в короткрзамкнутых контурах ротора, сдвинуты на , равный половине полюсного делени  электродвигател . При этом дл  реверса достаточно опрокидывани  на 480 эл.град;фазы токов в секци х обмотки  кор  или опроквдывани  фазы тока в обмотке возбуждени . Диапазон регулировани  скорости возрастает за счет возможности управлени  ве.гтичиной тока в обмотке возбуждени  в дополнение к управлению токами в секци х обмоткой  кор . Малый момент инерции ротора позвол ет создать электродвигатель с высоким быстродействием. На фиг. I представлен предлагаемый электродвигатель , продольны-й разрез; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1; на фш-. 3 - развертка цилиндрической рабочей поверхности ротора на плоскость с указанием направлении силовых линий магнитных полей обмотки возбуждени  и обмотки  кор , а также направлений токов, наведенных магнитным полем обмотки возбуждени  в короткозамкнутых контурах ротора; на фиг. 4 - схема коммутатора электродвигател  с питанием от сети посто нного тока; на фиг. 5 - графики электромагнитных процессов электродвигател  как функции времени в случае применени  схемы коммутатора на фиг. 4; на фиг. 6 - вариант схемы коммутатора с питанием от сети однофазного пере енного тока. Активна  часть статора электродвигател  состоит из цилиндрических магнитопроводов внешнего статора 1 с уложенной в его пазы обмоткой  кор  2 и внутреннего статора З.На статоре закреплены также ферромагнитные цилиндрические пакеты 4 и 5, замкнутые П-образными магнитопроводами 6 с помешенными на них катушечными обмотками возбуждени  7, соединёнными между собой последовательно и согласно и подключенными к источнику однофазного переменного тока. Внутренний и внешний цилиндрические пакеты 4 и 5 ;1олжны иметь хот  бы один поперечный разрез с тем, чтобы кольцевые пластины этих пакетов не могли представл ть собой короткозамкнутых контуров, сцепл ющихс  с аксиальными магнитными потоками П-образных мап{итопроводов 6. Цилиндрические пакеты 4 и 5 (см. фиг. 2) имеют по два поперечных разреза и выполнены таким образом в виде двух полуколец. С этой же целью магнитопроводы 4, 5 и 6 креп тс  на статоре с помощью втулок 8 и 9, изготовленных из какого-либо изол ционного материала, например пластмассы. Внутрею    втулка 9, а также пакет внутреннего статора 3 креп тс  на цилиндрическом выступе подшидникового щита. Ротор 10 электродвигател  выполнен в виде тонкостенного электропроводного стакана с цилиндрической рабочей поверхностью, закрепленного на валу, свободно вращающемс  внутри цилиндрического выступа. Более подробно конструкци  ротора 10 представлена на фиг. 3, где его цилиндрическа  рабоча  поверхность изображена в развертке на плоскость. Эга поверхность разделена продо.пьными щел ми 11с рассто нием между ними, равным 2т, где г - полюсное деление обмотки  кор  электродвигател . Между щел ми в поверхности ротора вьшолнены Т-образные отверсти  12, причем рассто ние между ос ми симметрии этих отверстий равно двум полюсным делени м, а рассто ние между осью симметрии Т-образного отверсти  иближайшими к нему продольными щел ми равно полюсному делению. Со стороны широкой части Т-образных отверстий поверхность ротора охватываетс  снаружи 57659 и изнутри машитопроводами 4 и 5 и пронизываетс  аксиальным магнитным потоком, созданным кa yuкчнымк обмотками возбуждени  7, помешенными на П-образных магнитопроводах 6. На фиг. 3 показано мгновенное направление силовых линий этого нотока внутри широкой части Т-образных отверстий. Аксиальный переменный поток индуктирует в короткозамкнутых контурах ротора ЭДС и токи, мгновенное направление которых показано на фиг. 3 пунктиром со стрелками. Остальна  часть рабочей noBepxjfocTH ротора находитс  в зоне действи  радиального магнитного потока, созданного об (МОТКОЙ  кор  и замыкающегос  по магнитопроводам внешнего 1 и внутреннего 3 статоров. , Мгновенное направление силовых линий этого потока показано на фиг. 3 внутри кружков. В схеме (см. фиг. 4) одного из возможных вариантов коммутатора электродвигател  с питанием от источника посто нного тока в качестве . управл емых венталей применены транзисторы. В случае применени  этой схемы кажда  секци  обмотки  кор  должна быть намотана двойным проводом и должна состо ть из двух одинаковых полусекций, например 13 и 14. Одноименные зажимы обмоток (например, начала) отмечены точками. Обмотки последовательно с ними соединенными транзисторами (например, 15 и 16) непосредственно подключены к клеммам источника питани . В общей точке каждые . две полусекции соединены своими разноименными зажималта. На фиг. 4 показана трехсекционна  схема обмотки  кор . В фиксированный момент времени последовательность импульсов 17 подаетс , например, на базу трагоистора 15, а последовательность 18 - на базу транзистора 16. Аналогично управл ютс  транзисторы остальных секций. Позицией 19 обозначены напр жение одной из выходных обмоток датчика углового положени  ротора, на .пример, трансформаторного типа. Число таких выходных обмоток датчика равно числу секций обмотки  кор . Управл ющее напр жение 20 формирует с  по сигналам датчика углового положени . Изменение пол рности напр жени  20 соответствует моменту t, опрокидывани  фазы напр жени  19 выходной обмотки датчика. Позицией 21 обозначена последовательность импульсов тока в одной из двух полусекций (например , 13) секции  кор . Позицией 22 обозначе нa последовательность импульсов тока во второй полусекции 14 данной секции  кор , а позицией 23 - переменный ток в обмотке возбуждени , образованный последовательным со- . единением катушечных обмоток 7, синхронизированньж с частотой следовани  импульсов управлени  17 и 18, а следовательно, и с частотой следовани  импульсов тока 21 и 22 в /1усекци х обмотки  кор . 66 В схеме коммутатора электродвигател  с питанием от сети однофазного переменного тока (см. фиг. 6) полусекци  13 включена в диагональ мостовой схемы, образованной управл емыми вентил ми (тиристорами) 24, 25, 26 и 27. 1Толусекш{  14 включена в диагональ аналогичной мостовой схемы, образовашюй тиристорами 26, 27, 28 и 29. причем тиристоры 26 и 27  влдютс  общими дл  двух мостовых схем.е Аналогично включены полусекщ И . остальных секций обмотки  кор . Така  схема коммутатора исключает возникновение режимов короткого замыкани  источника питани . . Электродвигатель работает следующим образом . Созданный обмоткой возбуждени  аксиальный переменный магнип ый поток наводит в короткозамкнутых контурах ротора переменные ЭДС и токи, которые из-за наличи  продольных щелей 11 могут замыкатьс  только по контурам, указанным на фиг. 3, т.е. вокруг Т-образных отверстий 12. В зоне действи  переменного магнитного потока обмотки  кор  в пределах каждого полюсного делени  г, ограниченного продольной щелью и узкой частью Т-образного отверсти , направлени  индуктированных токов в каждый момент вермени одинаковы, а в пределах двух соседних полюсных делений - противоположны . Таким образом, индуктированные токи в зоне действи  потока обмотки  кор  образуют переменно-полюсную систему, причем число полюсных делений, на которые разбиваетс  поверхность ротора в этой зоне, вдвое больше чжла Т-образных отверстий. На фиг. 3 представлена четырехполюсна  конструкци  электродвигател  с двум  Ъобразными отверсти ми, Секции обмотки  кор  в этом случае выполнены d щагом, равным четверти окружности. Протекающие по обмотеам  кор  токи создают переменные магнитные потоки, которые в каждый момент времени имеют одинаковое направление в пределах каждого полюсного делши  и противоположные направлени  - в пределах двух соседних полюсных делений, что и обеспечивает создание крут щего момента электродвигател . Возникающие здесь электродинамические силы по своей природе близки к репульсионным. Магнитные пол , созданные токами ротора и токами в секци х обмотки  кор , пространственно смещены относительно друг друга на половину полюсного делени . Дл  нормальной работы электродвигател  необходимо, чтобы взаимна  пространственна  ориентаци  указанных магнитных полей в процессе вращени  ротора не мен лась, что и обеспечиваетс  коммутатором электродвигател , управл емым датчиком углового положени  ротора . Таким образом, переменное магнитное поле, . создаваемое обмоткой возбуждени ,  вл етс  776 неподвижным в пространстве и пульсирующим с nocTaTOMFio высокой частотой, но магнитаое поле, созданное индуктированными в роторе переменными токами, вращаетс  вместе с ротором и одновременно пульсирует с частотой питани  обмотки возбуждени . Переменный магнитный поток, создаваемый этими токами в зоне широкой части Т-образных отверстий 12, замыкаетс  по кольцевым магнитопроводам 4 и 5 и далее по П-образным аксиальным элементам 6, сцепл  сь с обмоткой возбуждени . По отношению к обмотке возбуждени  он  вл етс  размагничивающим, как в обычном трансфор маторе. Переменн«-полюсный магнитный поток, созданный токами ротора в зоне действи  обмотки  кор ,  вл етс  радиальным и замыкает с  по матнитопроводам внешнего и и внутреннего 3 статора, сцепл  сь с обмоткой  кор  2. По отношению к обмотке статора он  вл етс  потоком возбуждени . В процессе вращени  ротора магнитный поток наводит в обмотке ЭДС вращени , что и позвол ет считать обмотку 2 обмоткой  кор  электродвигател . В короткозамкнутых контурах ротора ЭДС вращени  не наводит с , так как магнитный поток обмотки  кор  относительно ротора неподвижен, потому что вращаетс  в пространстве со скоростью потора, пульсиру  одновременно с частотой питани  обмотки возбуждени  (а, следовательно, и с частотой токов в роторе). Коммутаци  токов в секци х обмотки  кор  с частотой вращени , осуществл ема  по сиг налам датчика углового положени  ротора, состоит в данном случае в циклическом опрокиды вании фазы магнитного потока каждой секции  кор  на 180 эл.град. при пересечении активными проводниками секции линии геометрической нейтрали, т.е. при переходе из зоны влични  одного полюса возбуждени  в зону вли ни  соседнего полюса. При использовании коммутатора, представлен ного на фиг. 4, этот процесс осуществл етс  следующим образом. Так как импульсы управлени  17 и 18 подаютс  на базы транзисторов, например 15 и 16, со сдвигом во времени, по обмоткам полусекдий 13 и 14 протекают после довательности импульсов тока 21 и 22, также сдвинутые во времени. Суммарный магнитный поток двух полусекций  вл етс  переменным и синхронизированным с переме1шым током 23 в обмотке возбуждени , фаза которого в процессе работы двигател  неизменна. В момент времени (tj на фиг. 5), когда управл ющее напр жение 20, формируемое по сигналам датчика углового положени  ротора (например, с помощью фазочувствительного выпр мител ) мен ет свою пол рность, происходит переклю .чение послед,овательн остей импульсов управлени  17 и 18 с одного транзистора данной секции на другой, что приводит к опрокидыванию фазы суммарного магнитного потока, создаваемого токами двух полусекций данной секции  кор . Аналогичные функции выполн ет коммутатор на тиристорах с питанием от сети однофазного переменного тока (см. фиг. 6). В этом случае дожны быть сформированы две последовательности импульсов управле1ш  тиристорами, синхронизированные с переменным напр жением питани  и сдвинутые одна относительно другой па половину периода. При подаче в один из полупериодов напр жени  питани  последовательности импульсов управлени  на тиристоры 24, 25, 26 и 27 ток замыкаетс  по цепи: тиристор 24, полусекци  13, тиристор 27. В следующий полупериод пол рность напр жени  питани  на клеммах изменитс , и при подаче второй последовательности импульсов управлени  на тиристоры 26, 27, 28 и 29 ток течет по цепи: тиристор 29, полусекци  14, тиристор 26. Поэтому польсирующие токи в полусекци х 13 и 14 имеют различное направление (если считать относите.пьно одноименных зажимов обмоток, отмеченных точками). Магнитный поток, созданный суммарным действием токов в двух полусекци х,  вл етс  переменным, пульсирующим с частотой питани . Если осуществить переключение последовательностей импульсов управлени , т.е. в первый из указанных поЛупериодов подавать импульсы управлени  на тиристоры 26, 27, 28 и 29, а во второй - на тиристоры 24, 25, 26 и 27, произойдет опрокидывание фазы суммарного магнитного потока двух полусекций на 180 эл.град. Управление скоростью вращени  ротора электродвигател  осуществл етс  с помощью широтноимпульсного регулировани  токов в секци х обмотки.  кор  за счет изменени  цшрины импульсов управлени  17 и 18, подаваемых на базу транзисторов, коммутатора по схеме, представленной на фиг. 4, или за счет сдвига во времени последовательностей импульсов управлени  тиристорами коммутатора по схеме - на фиг. 6 относительно переменного напр жени  гштани . Этот способ управлени  скоростью может быть дополнен регулированием напр жени , подаваемого на обмотку возбуждени . Сочетание двух способов позвол ет существенно увеличить диапазон регулировани  скорости. Реверс электродвигател  осуществл етс  одновременным опрокидыванием фазы магнитных потоков всех секций обмотки  кор  при неизменной фазе напр жени  иа обмотке возбуждени  или, наоборот, опрокидыванием фазы напр жени  на обмотке возбуждени . Так как  ри работе электродвигател  ЭДС вращени  извод тс  только в обмотке  кор , а в короткозамкнутых контурах ротора они отсутствуют, в процессе вращени  на ротор электромапштным путем передаетс  сравнительно небольша  часть мощности, потребл емой электродвигателем от сети. Это особенно важно в св зи с тем, что немагнитный зазор в конструкци х с полым ротором получаетс  достаточно большим. С другой стороны наличие увеличенного немагнилюго зазора существенно уменьшает индуктивность секций обмотки  кор , что увеличивает надежность коммзтащш и позвол ет использовать повыщенную частоту питани . Возможность независимого регулировани  величины токов в секци х обмотки  кор  и в обмотке возбуждени  обеспечивает получение достаточно жестких механических характеристик электродвигател , а также использование пространственного сдвига, равного половине полюсного делени , между магаитными ос ми обмотки  кор  и магнитными ос ми короткозамк1Гутых контуров ротора позвол ет улучшить энергетические характеристики электродвигател  при сохранении высокого быстродействи . Рассмотренный принцип действи  электродвигател  может быть реализован в р де конструк тивных вариантов. Обмотка  кор  может быть помещена в пазах внутреннего статора или в пазах магнитопроводов внешнего и внутреннего статоров возможен, например, аналогичный элек родвигатель с дисковым ротором, имеющий отверс ти  Т-образной формы, обмотка  кор  которого помещена в пазах тороидальных магнито проводов. Возможен также основанный на этом принципе действи  линейный электродвигатель. В этом случае чертеж на фиг. 3 следует рассмат ривать как элемент направл ющего полотна такого электродвигател , которое охватываетс  с двух сторон системами магнитопроводов с обмоткой  кор  и с обмоткой возбуждени . Технике- экономическа  целесообразность при менени  иредложе1шой конструкиии состоит в существенном улучшении регулировочных харак теристик, а также улучшении энергетических показателей вентильного электродвигател  репульсионного типа при сохранении высокого быстродействи . Формула изобретени  Вентильный электродвигатель, содержащий .знутрен1тй и внешний 1щлиндрйческие магнитопроводь статора с помешенной в пазах, по крайней мере, одного из них многофазной обмоткой  кор , соединенной с выходом коммутатора , и ротор, выполненный в виде тонкостенного электроприволного стакана с отверсти ми и цилиндрической рабочей поверхностью, о тличающийс  тем, что, с целью улучшени  энергетических и регулировочных характеристик электродвигател , двигатель снабжен закрепленными на статоре аксиальными магнитопроводами с обмоткой возбуждени , подклю-. ченной к источнику однофазного переменного тока, охватывающими ротор со стороны широкой части Т-образных отвестий, выполненными, например, в виде внешнего и внутреннего по отношению к ротору ферромагнитных пакетов, замкнутых П-образными магнитопров одами с помещенными на них катушечными обмотками возбуждени , соединенными между собой последовательно и согласно, на цилиндрической рабочей поверхности ротора выполнены продольные щели с рассто нием между ними, равным двум полюсным делени м элетродвигател , а между указанными щел ми в поверхности ротора выполнены отверсти  Т-образной формы , рассто ни  между ос ми симметрии этих отверстий равны двум полюсным делени м, а рассто ние между осью симметрии каждого отверсти  и ближайшими к нему продольными щел ми, равно полюсному делению электродвигател . Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 421094, кл. Н 02 К 29/04, 1961. The invention relates to the field of electrical engineering, to electric motors with contactless commutation.  Known repulsor-type valve electric motors are known, the primary winding of which is located on the rotor and powered from a single-phase AC source through rings and brushes, and the secondary winding (core winding) is placed in the stator slots.  The currents in the winding of the switch comm switch with controlled valves.  .  Their disadvantage is low energy performance and a large moment of implementation.  Constructions are also known in which the primary winding connected to a single-phase power source is the core winding, and the secondary short-circuited winding is located on the rotor.  In the particular case, the stator of such an engine may contain external and internal magnetic cores, and a short-circuited rotor can be made in the form of a thin-walled electric water cylinder with openings, for example, rectangular, between which alternating currents induced by the stator field are located.  Such a design allows for a small rotor inertia and a high beat action 2.  However, the repulsive electric motor, providing excitation)) the short-circuited rotor winding with the pulsating magnetic field of the stator, does not allow (unlike, for example, a direct current motor) to use a spatial shift between the magnetic axes of the stator and rotor windings equal to half the pole division, with all other things being equal, the maximum value of the electromagnetic moment is ensured, which worsens its energy and weight-dimensional parameters.  The mechanical characteristic of a repulsion motor is hyperbolic in nature, whereas for executive motors in an automation drive system, it is often necessary to make it sufficiently rigid.  The reverse of the repulsive electric motor of known structures is provided only due to the spatial shift of the stator magnetic field axis relative to the rotor magnetic field axis, which greatly complicates the design of the rotor angle sensor and control system.  The aim of the invention is to improve the energy and control characteristics of a repulsion type motor.  This is achieved by the fact that the cylindrical working surface of the rotor, made in the form of a thin-walled glass, is divided by longitudinal gaps with a distance between them equal to two pole divisions of the electric motor, and between these gaps there are T-shaped holes in the rotor , with the distance between the axes of symmetry of these holes, equal to two pole divisions, and with the distance between the axis of symmetry of the hole and the longitudinal slots nearest to it, equal to pole division.  On the stator: in addition to the external and internal magnetic cores with the core winding, axial magnetic cores with an excitation winding covering the rotor from the wide part of T-shaped openings are fixed, for example, in the form of ferromagnetic packages external and internal to the rotor closed by U-shaped magnetic circuits with coil windings of excitation placed on them, connected between themselves in series and in accordance with and connected to the source of single-phase alternating current.  Thus, the proposed electric motor is close in principle to a repulsive effect, but differs from it in that the rotor is excited not by the Magitel core winding flow, but by the axial flow produced by the independent field winding.  As a result of the use of such a construction, it is possible to obtain sufficiently rigid mechanical characteristics of the electric motor and to improve its energy performance.  The latter is achieved by using the mode of operation in which the axes of the magnetic fields created by the winding of the core and currents in the short-circuited rotor circuits are shifted by half the pole division of the electric motor.  At the same time for reversing enough tilting at 480 e. degrees of phase currents in the sections of the winding of the core or reverse phase of the current in the field windings.  The speed control range is increased due to the possibility of control. The current in the field winding is in addition to controlling the currents in the sections by winding the core.  The low moment of inertia of the rotor allows you to create an electric motor with high speed.  FIG.  I presents the proposed electric motor, a longitudinal section; in fig.  2, section A-A in FIG.  one; on fsh-  3 - scanning the cylindrical working surface of the rotor onto a plane indicating the direction of the force lines of the magnetic fields of the excitation winding and the core winding, as well as the directions of currents induced by the magnetic field of the excitation winding in the short-circuited rotor contours; in fig.  4 is a diagram of an electric motor commutator powered by a direct current network; in fig.  5 shows plots of electromagnetic processes of an electric motor as a function of time in the case of using the switch circuit in FIG.  four; in fig.  6 shows a variant of a switch with a single-phase AC power supply.  The active part of the stator of an electric motor consists of cylindrical magnetic cores of the external stator 1 with the core 2 winding laid in its grooves and the internal stator Z. Ferromagnetic cylindrical packages 4 and 5, closed by U-shaped magnetic cores 6 with coil windings of excitation 7 placed on them and connected to each other in series and in accordance with and connected to a single-phase alternating current source, are also fixed on the stator.  The inner and outer cylindrical packages 4 and 5; 1 should have at least one cross section so that the ring plates of these packages could not be short-circuited loops interlocking with the axial magnetic fluxes of the U-shaped pipelines 6.  Cylinder bags 4 and 5 (see  FIG.  2) they have two transverse cuts each and are thus made in the form of two semirings.  For the same purpose, the magnetic cores 4, 5 and 6 are attached to the stator by means of bushings 8 and 9 made of some insulating material, for example plastic.  Inside the sleeve 9, as well as the package of the inner stator 3 is mounted on the cylindrical protrusion of the under-shield.  The rotor 10 of the electric motor is made in the form of a thin-walled electrically conductive glass with a cylindrical working surface mounted on a shaft freely rotating inside a cylindrical protrusion.  The design of the rotor 10 is shown in more detail in FIG.  3, where its cylindrical work surface is scanned onto a plane.  Ego surface divided by. 11 m across the gap between them, equal to 2m, where r is the pole division of the winding of the electric motor core.  T-shaped holes 12 are made between the slots in the rotor surface, the distance between the axes of symmetry of these holes is equal to two pole divisions, and the distance between the axis of symmetry of the T-shaped hole and the nearest longitudinal slots closest to it.  From the wide part of the T-shaped openings, the rotor surface is covered outside 57659 and from the inside of the mashit piping 4 and 5 and penetrated by the axial magnetic flux created by the y-shaped excitation windings 7 mounted on the U-shaped magnetic cores 6.  FIG.  3 shows the instantaneous direction of the lines of force of this current inside the wide part of the T-shaped holes.  An axial alternating flow induces in short-circuited rotor circuits EMF and currents, the instantaneous direction of which is shown in FIG.  3 dotted line with arrows.  The rest of the working noBepxjfocTH rotor is located in the zone of action of the radial magnetic flux created by the (WRING core and closing along the magnetic cores of the outer 1 and inner 3 of the stators.  The instantaneous direction of the lines of force of this stream is shown in FIG.  3 inside the circles.  In the scheme (see  FIG.  4) one of the possible variants of an electric motor switch with power from a direct current source in quality.  controlled ventals used transistors.  In the case of this scheme, each section of the winding of the core should be wound with a double wire and should consist of two identical half sections, for example 13 and 14.  The like clips of the windings (for example, the beginning) are marked by dots.  The windings in series with their connected transistors (for example, 15 and 16) are directly connected to the terminals of the power supply.  At a common point every.  two half-sections are joined by their opposite clamps.  FIG.  4 shows a three-section diagram of the winding box.  At a fixed point in time, the sequence of pulses 17 is applied, for example, to the base of the tragoistor 15, and the sequence 18 to the base of the transistor 16.  Similarly, transistors of the remaining sections are controlled.  Position 19 denotes the voltage of one of the output windings of the rotor angle position sensor, on. example, transformer type.  The number of such output windings of the sensor is equal to the number of sections of the winding of the core.  Control voltage 20 forms with on the signals of the angular position sensor.  The change in the polarity of the voltage 20 corresponds to the time t, the overturning of the phase voltage 19 of the output winding of the sensor.  Position 21 denotes a sequence of current pulses in one of two half-sections (for example, 13) of the core section.  Position 22 designates the sequence of current pulses in the second half section 14 of this core section, and position 23 denotes the alternating current in the field winding formed by successive co.  combining the coil windings 7, synchronized with the pulse following frequency of the control pulses 17 and 18, and, consequently, with the tracking frequency of the current pulses 21 and 22 in the 1 st sections of the winding.  66 In the switch circuit of a motor with single-phase AC power (see  FIG.  6) semi-section 13 is included in the diagonal of the bridge circuit formed by controllable gates (thyristors) 24, 25, 26 and 27.  1Toluseksh {14 is included in the diagonal of a similar bridge circuit, formed by 26, 27, 28 and 29 thyristors.  and thyristors 26 and 27 are common to two bridge circuits. e Similarly included half a decade.  the remaining sections of the winding box.  Such a switch circuit eliminates the occurrence of power source short circuits.  .  The motor works as follows.   The axial alternating magnetized flow created by the excitation winding induces in the short-circuited rotor circuits the alternating electromotive forces and currents, which, due to the presence of the longitudinal slits 11, can be closed only along the circuits indicated in FIG.  3, t. e.  around the T-shaped holes 12.  In the zone of action of the alternating magnetic flux of the winding of the core within each pole division r, limited by a longitudinal slit and a narrow part of the T-shaped hole, the directions of the induced currents at each moment of the valve are the same, and within two adjacent pole divisions are opposite.  Thus, the induced currents in the zone of action of the flow of the winding of the core form a variable-pole system, and the number of pole divisions into which the rotor surface in this zone is divided is twice the number of T-shaped holes.  FIG.  Figure 3 shows the quadripolar design of an electric motor with two b-shaped holes, the core winding sections in this case are made with d stud equal to a quarter of a circle.  The shortcaps flowing through the windings create alternating magnetic fluxes that at each moment of time have the same direction within each pole section and opposite directions within two adjacent pole divisions, which ensures the creation of the motor torque.  The electrodynamic forces arising here are by their nature close to repulsive ones.  The magnetic fields, created by the rotor currents and currents in the winding sections of the core, are spatially displaced by half of the pole division relative to each other.  For normal operation of the electric motor, it is necessary that the mutual spatial orientation of said magnetic fields during rotation of the rotor does not change, which is provided by the electric motor switch controlled by the rotor angle position sensor.  Thus, an alternating magnetic field,.  The excitation winding created is 776 stationary in space and high frequency pulsating with nocTaTOMFio, but the magnetic field created by alternating currents induced in the rotor rotates with the rotor and simultaneously pulsates with the frequency of the excitation winding.  The alternating magnetic flux created by these currents in the zone of the wide part of the T-shaped openings 12 is closed along the annular magnetic cores 4 and 5 and further along the U-shaped axial elements 6, which are connected to the field winding.  With respect to the excitation winding, it is demagnetizing, as in a conventional transformer.  The alternating ' -polar magnetic flux created by the rotor currents in the zone of action of the winding of the core is radial and closes with the outer and and inner 3 stator circuits interlocking the winding of the core 2.  In relation to the stator winding, it is an excitation flow.  In the process of rotor rotation, the magnetic flux induces a rotational emf in the winding, which allows winding 2 to be considered as the core winding of the electric motor.  In short-circuited rotor circuits, EMF does not rotate with, since the magnetic flux of the winding core relative to the rotor is stationary, because it rotates in space with the flow velocity, the pulsar simultaneously with the power frequency of the excitation winding (and, therefore, with the frequency of the currents in the rotor).  The switching of currents in the winding sections of the core with a frequency of rotation carried out by the signals of the rotor angle position sensor, in this case, consists in cyclically tilting the phase of the magnetic flux of each section of the rotor by 180 el. hail.  when the conductor crosses the section of the geometric line, t. e.  during the transition from the zone of one pole of excitation to the zone of influence of the adjacent pole.  When using the switch shown in FIG.  4, this process is carried out as follows.  Since the control pulses 17 and 18 are applied to the bases of transistors, for example, 15 and 16, with a shift in time, a sequence of current pulses 21 and 22, also shifted in time, flow through the windings of the semi-second 13 and 14.  The total magnetic flux of the two half-sections is variable and synchronized with alternating current 23 in the field winding, the phase of which is unchanged during engine operation.  At the point in time (tj in FIG.  5) when the control voltage 20, generated from the signals of the rotor angle sensor (for example, using a phase-sensitive rectifier) changes its polarity, is switched. The last, ovally, control pulses 17 and 18 from one transistor of this section to another, which leads to the reversal of the phase of the total magnetic flux created by the currents of two half-sections of this section of the core.  Similar functions are performed by a switch on thyristors with single-phase AC power supply (see  FIG.  6).  In this case, two sequences of thyristor controlled pulses must be formed, synchronized with a variable supply voltage and shifted one relative to the other in half the period.  When applying to one of the half periods of the voltage supply of a sequence of control pulses to thyristors 24, 25, 26 and 27, the current is closed along the circuit: thyristor 24, half section 13, thyristor 27.  In the next half-period, the polarity of the supply voltage at the terminals will change, and when the second sequence of control pulses is applied to the thyristors 26, 27, 28 and 29, the current flows through the circuit: thyristor 29, half section 14, thyristor 26.  Therefore, the polishing currents in the half sections 13 and 14 have a different direction (if you count, relate. clips of windings with the same name marked with dots).  The magnetic flux created by the cumulative effect of the currents in the two half-sections is variable, pulsing with the frequency of the supply.  If to carry out switching of sequences of control pulses, t. e.  in the first of the indicated L-periods, apply control pulses to the thyristors 26, 27, 28 and 29, and in the second - to the thyristors 24, 25, 26 and 27, the phase of the total magnetic flux of the two half-sections will tilt over 180 el. hail.  The rotational speed of the rotor of the electric motor is controlled by the pulse width adjustment of the currents in the winding sections.  the core due to the change in the pattern of control pulses 17 and 18 supplied to the base of the transistors of the switch according to the circuit shown in FIG.  4, or due to a shift in time of the switch thyristor control pulse sequences according to the scheme — in FIG.  6 relative to the variable voltage gshtani.  This speed control method can be supplemented by adjusting the voltage applied to the field winding.  The combination of the two methods allows to significantly increase the range of speed control.  The reverse of the electric motor is simultaneously tilting the phase of the magnetic fluxes of all sections of the core winding at a constant voltage phase and the excitation winding or, conversely, tilting the voltage phase on the excitation winding.  Since during operation of the electric motor, the emf of rotation is worn out only in the core winding, and they are absent in the short-circuited rotor circuits, during the rotation, a relatively small part of the power consumed by the electric motor from the network is transmitted to the rotor.  This is especially important because the non-magnetic gap in hollow-rotor structures is quite large.  On the other hand, the presence of an increased non-magnetic gap significantly reduces the inductance of the winding sections of the core, which increases the reliability of the joint and allows the use of higher frequency power.  The possibility of independent regulation of the magnitude of the currents in the core winding sections and in the excitation winding provides for obtaining sufficiently rigid mechanical characteristics of the electric motor, as well as using a spatial shift equal to half the pole division between the magnetic axes of the winding of the core and the magnetic axes of short-circuited rotor circuits, improves energy characteristics of the electric motor while maintaining high speed.  The considered principle of the electric motor can be implemented in a number of constructive options.  The core winding can be placed in the grooves of the internal stator or in the grooves of the external and internal stator magnetic cores, for example, a similar electromotor with a disk rotor having T-shaped holes, the core winding of which is placed in the slots of the toroidal magnetic wires.  A linear motor based on this principle is also possible.  In this case, the drawing in FIG.  3 should be considered as an element of the guide plate of such an electric motor, which is covered on both sides by magnetic core systems with a core winding and an excitation winding.  Technique — the economic feasibility of applying a low-complexity design consists in a significant improvement in the adjustment characteristics, as well as an improvement in the energy performance of a repulsion-type valve electric motor while maintaining high speed.  Claims Motor Valve Motor Containing. The inner and outer 1strype magnetic conductor of the stator with at least one of the multiphase winding of the core connected to the switch outlet, placed in the slots, and the rotor, made in the form of a thin-walled electri-volt glass with holes and a cylindrical working surface, characterized in that In order to improve the energy and regulation characteristics of the electric motor, the motor is equipped with axial magnetic conductors fixed to the stator with an excitation winding, connected to the motor.  single-phase alternating current source, covering the rotor from the wide part of T-shaped holes, made, for example, in the form of ferromagnetic packages external and internal to the rotor, closed by U-shaped magnetic conductors with coil windings placed on them connected between themselves consistently and according to, on the cylindrical working surface of the rotor there are longitudinal slots with a distance between them equal to two pole divisions of the electric motor, and between these slots in overhnosti rotor openings formed T-shaped, the distance between the axes of symmetry of the openings are equal to two pole dividing m, and the distance between the axis of symmetry of each opening and the nearest longitudinal slits, equal pole pitch of the motor.  Sources of information taken into account during the examination 1. USSR Author's Certificate No. 421094, cl.  H 02 K 29/04, 1961.   2.Патент ФРГ N 1257952, кл. 21 d 41, 1968.2. The patent of Germany N 1257952, cl. 21 d 41, 1968. ././ юYu й-fiy-fi Фие.2 fein:± r i X X X X X X X X X X X X X X ©I© П / ®|(E I ; ч :;--/ X X X X © I© 1© т ©I© j© I ©I©Phie.2 fein: ± r i X X X X X X X X X X X X X © I © P / ® | (E I; h:; - / X X X X © I © 1 © t © I © j © I © I © Фив.ЗThebes ФцвЛ /7 п гп n i rrni п и LfeLJT О гп гп nni-ni ni г LLT LT UFCVL / 7 p gp n i rrni p and LfeLJT O gp gp nni-ni ni g LLT LT U
SU772481219A 1977-05-04 1977-05-04 Power-diode electric motor SU765946A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU772481219A SU765946A1 (en) 1977-05-04 1977-05-04 Power-diode electric motor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU772481219A SU765946A1 (en) 1977-05-04 1977-05-04 Power-diode electric motor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU765946A1 true SU765946A1 (en) 1980-09-23

Family

ID=20707040

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU772481219A SU765946A1 (en) 1977-05-04 1977-05-04 Power-diode electric motor

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU765946A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2684898C1 (en) * 2018-04-02 2019-04-16 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (УрФУ) Anchor of multi-phase electric machine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2684898C1 (en) * 2018-04-02 2019-04-16 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" (УрФУ) Anchor of multi-phase electric machine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4883999A (en) Polyphase electronically commutated reluctance motor
CA2003025C (en) Polyphase electronically commutated reluctance motor
US5111095A (en) Polyphase switched reluctance motor
US20190356251A1 (en) Control system for an electric motor/generator
US4995159A (en) Method of making an electronically commutated reluctance motor
US6177746B1 (en) Low inductance electrical machine
US20150137647A1 (en) Brushless electric motor/generator
JP3826785B2 (en) Rotating electric machine
US4835431A (en) Transformer and synchronous machine with stationary field winding
SU765946A1 (en) Power-diode electric motor
US3767950A (en) Inductor machine
US4319176A (en) Synchronous machine drive apparatus
US7030531B2 (en) Controlled reluctance AC induction motor
JP2019134499A (en) Switch reluctance motor
WO2005050822A1 (en) Controlled reluctance ac induction motor
RU16574U1 (en) SYNCHRONOUS MOTOR
JPH10201285A (en) Brushless dc motor
JP4692707B2 (en) Electric motor
US682942A (en) Rotary transformer.
RU2091966C1 (en) Dc machine
SU445104A1 (en) Valve motor
SU1403267A1 (en) Thyratron motor
SU1681364A1 (en) No-contact polyphase electric machine
SU518843A2 (en) Valve motor
JP2023506694A (en) AC machine controlled via amplitude modulation