Редукторная машина с полупроводниковым коммутатором

Редукторная машина с полупроводниковым коммутатором

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электро-, технике и может быть использовано в качестве электрической машины в управляемых электроприводах, где требуется обеспечение рекуперации энергии , например в качестве стартер-генератора для двигателей внутреннего сгорания транспортных устройств. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей путем обеспечения рекуперации энергии в сети, едукторная машина с полупроводниковым коммуIX X X ( И И , MJ jI J1 ff I (Л со со 4 СО О 55 , MJ jI J1 ff

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

ÄÄSUÄÄ 1334301 А1 (5)) 4 Н 02 К 29/06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2)) 3893533/24-07 (22) 05.05.85 (46) 30.08.87. Бюл. № 32 (71) Новосибирский электротехнический институт (72) А.Н.Панарин, В.В.Жуловян, Д.Л.Калужский, А.Н.Корогодский, Е.И.Кутузов, О.П.Русаков и М.В.Толстиков (53) 621.313.323(088 ° 8) (56) Патент США ¹ 3535604, кл. Н 02 К 29/06, 1975.

Патент Великобритании № 1322632, кл. Н 02 К 29/06, 1978. (54) РЕДУКТОРНАЯ МАШИНА С ПОЛУПРОВОДHHK0BbIM КОММУТАТОРОМ (57) Изобретение относится к электро-, технике и может быть использовано в качестве электрической машины в управляемых электроприводах, где требуется обеспечение рекуперации энергии, например в качестве стартер-генератора для двигателей внутреннего сгорания транспортных устройств; Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения рекуперации энергии в сети. Редукторная машина с полупроводниковым комму1 татором содержит статор 1 с полюсными выступами 2-13, которые имеют зубцы 14 на поверхности расточки, и зубчатый ротор 27, сосредоточенные ка,тушки уложены вокруг полюсных выступов и образуют группы, катушки одной группы намотаны вокруг выступов, под которыми сдвиг между зубцами ротора и статора одинаков. Концы групп соединены в нулевую точку, а начала подключены через управляемые ключи коммутатора 29 к источнику постоянного тока, число групп выбрано равным 2m, где m — нечетное число. Начала групп подключены через управляемые ключи коммутатора 29 к положительному полюсу источника, под полюсными выступами, относящимися к этим группам, сдвиг между зубцами статора и ротора различается на К/m зубцового деления, где К меняется от 1 до m-l, 334301 начала остальных присоединены через управляемые ключи к отрицательному полюсу источника. Между началами каждых двух групп включены диоды катодами к управляемому ключу, соединенному с положительным полюсом источника, а анодами — к управляющему ключу, соединенному с отрицательным полюсом источника, под полюсными выступами, которые соответствуют этим группам, сдвиг между зубцами ротора и статора отличен на половину зубцового деления ротора. К началам групп присоединены общие точки анодных и катодных групп 2ш — фазного вентильного моста, общая точка катодной группы моста подключена к положительному полюсу источника, а анодной — к отрицательному. В предложенной конструкции обеспечивается работа машины в генераторном режиме. 3 ил.

Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использовано в качестве электрической машины в управляемых электропроводах при необходимости обеспечения рекуперации энергии, например, в качестве стартергенератора для двигатепей внутреннего сгорания транспортных устройств.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем обеспечения рекуперации энергии в сеть.

На фиг.1 показана конструкция электрической машины, обмотка которой соединена с коммутатором; на фиг.2— принципиальная схема подключения обмотки двигателя к полупроводниковому коммутатору; на фиг.3 — временные диаграммы изменения токов в катушках в генераторном режиме (конструкция машины с коммутатором рассматривается на примере машины с числом катушечных групп 2m=6).

Машина содержит статор 1 с полисными выступами 2 — 13 на которых расположены зубцы 14, вокруг полюсных выступов уложены катушки 15 — 26, ротор 27 с зубцами 28, 2m начал обмотки машины подключены к коммутатору 29.

Катушки 15 — 26 образуют 6 катушечные группы 30 — 35, концы которых объединены в изолированную нулевую точку

36, а начала соединены с управляемы5 ми, ключами 37 — 42 и с общими точками катодной 43 (диоды 44 — 49) и анодной 50 (диоды 51 — 56) групп, образующих 2m-фазный вентильный мост

57. Общая точка 58 катодной группы

10 соединена с положительным полюсом источника 59 постоянного тока, общая точка 60 анодной группы — с отрицательным полюсом источника. Между началами групп ЗО и 33, 32 и 35, 34 и

5 31 включены диоды 61 — 63, связанные катодами с управляемым ключом сое) диненным с положительным полюсом источника, а анодами — с управляемым ключом, соединенным с отрицательным

2 1полюсом источника.

Число групп 30 — 35 равно 2ш (где

m — нечетное число). Начала m групп

30, 32 и 34 принадлежат полюсным выступам 2-13, у которых сдвиг зубцов 14

25 по отношению к зубцам 28 ротора 27 равен К/m полюсного деления ротора.

Начала остальных m групп 31, 33 и 35 принадлежат полюсным выступам 2 — 13, у которых сдвиг между зубцами 14 и

1334301

l8 статора 1 и ротора 27 отличается на К/m зубцового деления ротора. Одновременно группы образуют пары 30 и 33, 32 и 35, 34 и 31, для полюсных выступов 2 — 13 которых сдвиг между зубцами 14 и 28 статора I и ротора 27 равен половине зубцового деления ротора 27.

Редукторная машина с коммутатором 10 работает следующим образом.

Особенностью работы машины является то, что ток в катушечных группах обмотки не меняет своего направления. !5

В двигательном режиме одновременно открываются два или более ключей, соединенных с группами, принадлежа— щими полюсным выступам, зубцы которых имеют минимальный сдвиг — 1/m 20 зубцового деления (например, ключи

37 — 39, группы 30 — 32, катушки ,15 — 17, 21 — 23, полюсные выступы

2 — 4, 8 — 10). Ротор 27 стремится занять положение, соответствующее минимуму магнитной энергии. При коммутации фаз закрывается один ключ, например 37, и,соответственно, открывается ключ 40. При этом открывается диод 51 и ток в группе 30 проте- З0 кает встречно ЭДС источника питания, замыкаясь через открытый ключ 39, катушки 17 и 23 и нулевую точку. Благодаря этому процесс спадания тока в отключаемой группе происходит форсированно и нет необходимости в разрядных сопротивлениях. В результате обеспечивается протекание тока в тех группах, под полюсными выступами которых создается положительный вра- 40 щающий момент, а под остальными полюсными выступами, под которыми момент, действовал бы в обратную сторону, МДС не создается, так как в соответствующих катушках ток не протека- 45 ет. Таким образом, диоды 45, 47, 49, 51, 53 и 55 защищают управляемые ключи от перенапряжений и одновременно обеспечивают форсированное спадание тока в отключаемых группах катушек. 50

В генераторном режиме машина работает следующим образом.

Индуктивные сопротивления катушек являются переменными, причем сопротивления катушек, под полюсными выступами которых разность сдвига зубцов ротора и статора равна l/2 зубцового деления ротора, меняются в противофазе. Через катушки протекают однополярные токи (фиг. 3), основная доля в гармоническом составе которых приходится на постоянную составляющую, создающую МДС возбуждения и первую гармонику. Если напряжение на выходе генератора оказывается меньше заданного на выбранную величину, открывается пара ключей, например 37 и

40, между которыми присоединен диод

61, в другой момент времени может быть включена другая пара 39 и 42 (диод 62) либо 41 и 38 (диод 63). По катушкам 15, 21, 18 и 24 групп 30 и 33 через открытые ключи начинает протекать ток. После закрытия ключей постоянная составляющая тока замыкается через диод 61 (соответственно, диоды 62 и 63). Так как индуктивное сопротивление последовательно включенных групп 30 и 33 постоянно при любом положении ротора, то ток в це" пи: катушечные группы 30 и 33 — диод

61 изменяется по апериодическому закону и по указанным контурам протекает ток возбуждения (фиг.3) который регулируется с помощью периодического открывания ключей 37 и 40 (соответственно 39, 42 и 4!, 38).

При вращении ротора в катушках обмотки наводится ЭДС холостого хода, обусловленная переменным характером индуктивности

Э м aI.„„

Š— I

K Bt dt

Для указанных вьппе пар групп катудЬк шек величина — — одинакова, но имеет

d t противоположный знак, а поскольку знак тока I, относительно начал катушек для них противоположный, величина

Е, и знак относительно нулевой точки для каждой из групп пары одинаковы.

Поэтому под действием этих ЭДС происходит одновременное открывание диодов катодной либо анодной группы моста 57.

На фиг.3 приведены временные диаграммы токов в катушках. При повьппении частоты вращения выше некоторой величины, определяемой параметрами машины, величиной тока возбуждения и противоЭДС источника, ток во внешней цепи, замыкающийся через источник и параллельно включенную нагрузку, становится непрерывным. Для момента (фиг.3) выпрямленный ток протекает от нулевой точки обмотки машины через параллельно включенные катушки

15, 21, 18 и 24, групп 30 и 33, вен1334301 тили 44 и 47, встречноЭДС источника

59,вентили 52, 53, 55, 56 и параллельно подключенные катушки 16, 22;

17, 23; 19, 25 и 20, 26 группы 31, 6

32, 34„35. Таким образом, происходит генерирование энергии в сеть. Диоцы

2ш-фазного вентильного моста предназначены для выпрямления переменной части тока I> (фиг.3) в катушках в постоянный в цепи источника постоянного тока. Диоды 61 — 63 создают контур протекания тока возбуждения.

Если ш выбрать четным, то катушки, у которых индуктивное сопротив- 15 ление меняется в противофазе, оказываются подключенными через управляемые ключи к одному полюсу источника и соединять их через диод нельзя, так как для одного из ключей обе 20 группы окажутся включенными параллельно. Если же включить диод для замыкания тока возбуждения между группами, индуктивные сопротивления которых находятся не в противофазе, в >б контуре тока возбуждения возникает разностная ЭДС, обусловленная сдвигом по фазе между ЭДС групп. Под действием этой ЭДС возможен пробой диода контура возбуждения либо управляе- 30 мых ключей в момент их коммутации из-за возникновения перенапряжений, Кроме того, в катушке уменьшается эквивалентная ЗДС вращения из-за встречного действия разностной ЭДС, что ухудшает энергетические показатели генераторного режима. Дополнитель- но в двигательном режиме, так как фазовый сцвиг между токами в катушках, образующих контур возбуждения в 40 генераторном режиме, отличен от

180 эл.град, может возникнуть короткое замыкание источника по пути: диод катодной группы моста вЂ,циод контура возбуждения — диод анодной груп- 4 пы моста, Таким образом, применение вентильчого моста для выпрямления переменной составляющей тока якоря, диодов дпя замыкания контура протекания постоян- 60 ной составляющей тока и выбор нечетного числа катушечных групп обеспечивают работу индукторной машины с коммутатором в генераторном режиме.

Формула и з о б р е т е н и я

Редукторная машина с полупроводниковым коммутатором, содержащая зубчатый ротор, статор с полюсными выступами, на которых выполнены зубцы, на полюсных выступах размещены сосредоточенные катушки, объединенные в группы, каждая группа размещена на выступах, зубцы которых сдвинуты относительно зубцов ротора на одинаковый угол, концы групп соединены в общую точку, а начала подключены через управляемые ключи коммутатора к источнику постоянного тока, о т л и— ч а ю щ а я с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения рекуперации энергии в сеть, число групп выполнено равным 2ш, где ш — нечетное число, начала ш групп подключены через управляемые ключи коммутатора к положительному полюсу источника, под полюсными выступами, принадлежащими этим группам, сдвиг между зубцами статора и ротора выполнен равным К/m зубцового деления ротора, где K=1 2,m-l; начала т остальных групп подключены через управляемые ключи к отрицательному полюсу источника, между началами каждых двух групп включены диоды катодами к управляемому ключу, соединенному с положительным полюсом источника, а анодами — к управляемому ключу, соединенному с о грицательным полюсом источника, под полюсными выступами, которые соответствуют этим группам, сдвиг между зубцами статора и ротора выполнен равным половине зубцового деления ротора, к началам групп присоединены общие точки анодных и катодных групп 2m-фазного вентильного моста, общая точка катодной .группы моста подключена к положительному полюсу источника, а анодной- к QTpHUG тельному.

133430l

4J

Составитель В.Трегубов

Редактор Д .Пчолинская Техред М.Ходанич корректор 1. Пилипенко

Заказ 3975/53 Тираж 659 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие,г.Ужгород,ул.Проектная,4