УСТРОЙСТВО ПУСКА И РЕВЕРСА БЕСКОНТАКТНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
DEVICE FOR START AND REVERSE OF NON-CONTACT AC ELECTRIC MOTORS

-9
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электрических машинах с бесконтактной коммутацией якорной обмотки. Известна схема устройства [1] автоматического управления пуском бесконтактных электродвигателей, которая имеет основную обмотку и вспомогательную с фазосдвигающим конденсатором и симистором, подключающим источник питания при пуске и периодически отключающим при синхронной работе. Недостатком известного устройства является существенное ухудшение качества выделенных противоЭДС при эксплуатации электродвигателей с широким диапазоном изменения температуры окружающей среды и других предельно жестких условиях воздействия, так как трансформаторный блок выделения противоЭДС ротора выполнен на основе взаимокомпенсации между первичными обмотками фазного напряжения и фазных токов, последние из которых меняются в прямой зависимости от температуры окружающей среды и других предельно жестких условий окружающей среды, что существенно влияет на качество выделенного противоЭДС ротора; на протяжении многих лет (с 1960 по 1997 гг.) возглавляемое мною подразделение разрабатывало устройства управления бесконтактными электродвигателями постоянного тока с индуктивными датчиками положения ротора (ДПР); подразделение сопровождало производство, испытание и эксплуатацию опытных и штатных образцов в составе наземных и космических объектов: в противовес коллекторным, бесконтактные электродвигатели с индуктивным ДПР имели значительно более высокое, стабильное сопротивление изоляции, устойчиво работали в качестве приводов насосов в средах жидких газов: азота, кислорода, водорода и топлива космического объекта «Буран»; в наземных условиях: в вакууме 10 мм рт. ст. при температуре плюс 150°С, в открытом космосе в составе объекта «Луноход» и других объектах.
А
А
А
А
А
Цель изобретения - сохранить устойчивую работу бесконтактных электродвигателей переменного тока в предельно жестких условиях эксплуатации; обеспечить их реверс с числом проводов сочленения, равным числу выводных концов от фаз электродвигателей; расширить область применения синхронных электродвигателей в бытовой, промышленной и военной технике. Поставленная цель достигается тем, что устройство пуска и реверса бесконтактного электродвигателя, содержащего «А» - основную и «В» - вспомогательную обмотку с фазосдвигающим конденсатором «С» и симистор «С», включающий и периодически отключающий напряжение «U~» питающего фазы электродвигателя; трансформатор выделения противоЭДС ротора фазы «А» [2, 3], где первичные полуобмотки трансформатора подключены, в противофазе -бифилярно через токоограничивающие резисторы и симисторы «С» и «С'» к источнику питания «U~»; при этом вновь введенный слаботочный симистор «С'» переключается синфазно с силовым симистором «С»; это позволяет сохранять высокое качество выделенного противоЭДС при эксплуатации электродвигателей в широком диапазоне изменения параметров окружающей среды и других предельных факторах воздействия. В результате выделенное противоЭДС ротора совместно с функциональным блоком - управляемым низкочастотным мультивибратором выполняют функции датчика положения ротора в оптимальном угловом режиме в диапазоне частот от пуска до синхронной работы. Направление вращения ротора достигается благодаря подключению источника питания постоянного тока к функциональным блокам одной из фаз: низкочастотному управляемому мультивибратору, логическому сумматору и импульсному трансформатору. Это позволяет использовать электродвигатели с постоянным магнитом на роторе, гистерезисным слоем, «асинхронных» с беличьей клеткой малого сопротивления, электромагнитным возбуждением, синхронных реактивных и т.п. В отличие от коллекторных электродвигателей, использовать беззубцовую обмотку статора с ротором из постоянного магнита, т.е. варьировать синхронной частотой вращения ротора там, где имеются индивидуальные генераторы переменного тока 50 Гц, 500 Гц, 1000 Гц и выше. Например, на самолетах, кораблях, подводных лодках, танках, автомобилях, на ж.д. транспорте, атомной энергетике и т.п. Использовать не только в качестве силовых приводов, но и для запуска и синхронной работы гиродвигателей нового поколения и т.п.
0
А
B
0
A
0
B
B
Устройство пуска и реверса (фиг. 1) содержит: блок 1 напряжения постоянного тока, питающего логические функциональные блоки; блок 2, формирующий импульсы Q и , синфазные каждому полупериоду питающего напряжения «U~»; управляемые мультивибраторы 3 и 3', например минимальной частоты [4 и 5], необходимые для первоначального трогания ротора; блоки 5 и 5' выделения противоЭДС ротора Е,  и E, , каждый полупериод которых через входы мультивибраторов 3 и 3' воздействует на рост частоты вращения ротора от пуска до синхронной работы с непрерывным контролем оптимального углового рассогласования между векторами намагничивающей силы ротора и статора благодаря программному переключению логических сумматоров 4 или 4' между выходными импульсами одноименного сдвига блоков 2 и 3 или 3': т.е. Q & Q и  &  или при реверсе Q & Q и  & Q.
А
A
A
0
A
А
А
Устройство работает следующим образом (фиг. 1). При подключении напряжения питания «U~» на выходе блока 1 возникает напряжение постоянного тока, которое подается на инверторы блока 2, мультивибратор 3, логический сумматор 4 и на среднюю точку импульсного трансформатора ИТ, который переключает симисторы C и C' с частотой мультивибратора 3, выходные импульсы которого логически суммированы блоком 4 с полупериодами одноименного сдвига блока 2, т.е. Q & Q и  & . В результате на первичных полуобмотках импульсного трансформатора ИТ возникают серии положительных полупериодов и серии отрицательных и ротор начинает вращаться с частотой мультивибратора 3, затем возникает напряжение противоЭДС, полупериоды Е и , которые через входы поведут мультивибратор 3 вперед на повышение частоты в функции углового положения ротора вплоть до синхронной работы, т.е. при совпадении с частотой полупериодов напряжения «U~».
В
B
B
А
А
А
B
B
В
Аналогично взаимодействуют и работают вновь введенные функциональные блоки 3', 4', 5', импульсный трансформатор ИТ и симисторы C и С', т.е. при переключении напряжения питания постоянного тока из положения «Вперед» в положение «Назад», т.к. при отключении питания блоков 3, 4 и импульсного трансформатора ИТ симисторы С и С' переходят в закрытое состояние; в результате прекращается подача напряжения питания «U~» на блок 5 и основную фазу А, которая, питаясь через фазосдвигающий конденсатор С, становится вспомогательной относительно фазы В, т.к. она и блок 5' питаются от сети переменного тока «U~» с помощью симисторов C и С', которые переключаются импульсным трансформатором ИТ в соответствии с результирующими импульсами логического сумматора блока 4' от пуска до синхронной работы электродвигателя в обратном направлении вращения ротора.
Источники информации
1. AC RU 2461117 C1, Н02К 1/44. «Пусковое устройство бесконтактных электродвигателей переменного тока», Россия, 10.09.2012 Бюл. №25.
2. RU 2013120712 А, Н02К 29/12. «Вентильный электродвигатель», Россия, 20.11.2014. Бюл. №32.
3. RU 2014110587 А, Н02К 29/12. «Вентильный электродвигатель», Россия 27.09.2015. Бюл. №27.
4. AC SU №447814, Н03К 3/29. «Многофазный мультивибратор», 25.10.1974. Бюл. №39.
5. Шило В.Л. «Популярные микросхемы КМОП». Справочник. М., изд-во «Ягуар», 1993, стр. 59-63. «ФАП и мультивибратор».