БЕСКОНТАКТНЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ

Предполагаемое решение относится к области электрических машин, а именно к бесконтактным вентильным двигателям с электромагнитным возбуждением.
Известна конструкция вентильного электродвигателя с электромагнитным возбуждением [1], в которой ток от статического возбудителя подается в расположенную на роторе обмотку возбуждения через скользящий контакт (контактные кольца, токопроводящие щетки). Такие двигатели, ввиду того, что работа скользящего контакта сопровождается искрением, не могут использоваться во взрывоопасных средах; осложнено их использование также в средах агрессивных и запыленных из-за быстрого износа деталей скользящего контакта.
Проблема подачи тока возбуждения в ротор двигателя без использования скользящего контакта может быть решена установкой на валу двигателя дополнительной электрической машины выполняющей функции возбудителя. В этом случае ток в ротор возбудителя и, соответственно в обмотку возбуждения вентильного двигателя (основной электрической машины) попадает индукционным путем. Наиболее удачным типом возбудителя следовало бы считать обращенную синхронную машину, неподвижная часть которой (полюса и обмотка возбуждения) была бы закреплена на статоре основной машины, а вращающаяся часть (железо магнитопровода, m-фазная обмотка и выпрямительный мост) располагались бы на валу его ротора. При вращении ротора в расположенной на роторе якорной обмотке возбудителя магнитный поток, созданный постоянным током его статорной обмотки, наводил бы m-фазную электродвижущую силу (ЭДС), под воздействием которой в якорной обмотке возбудителя возникал бы m-фазный переменный ток, который после преобразования его выпрямительным мостом подавался бы в обмотку возбуждения основной машины.
Недостатком такого двигателя является невозможность индуцирования ЭДС в якорной обмотке возбудителя при неподвижном роторе (режим пуска основной машины) и, соответственно, невозможность осуществления пуска основной машины.
Наиболее близким по конструктивным признакам к предлагаемому изобретению является бесконтактный вентильный электродвигатель с асинхронным возбудителем [2]. Здесь в статоре дополнительной электрической машины (возбудителя) расположена m-фазная обмотка, в которую подается m-фазный переменный ток. Вращающаяся часть возбудителя (железо магнитопровода, m-фазная обмотка и выпрямительный мост) располагаются на валу ротора основной машины. Возникающее под воздействием m-фазного тока статора возбудителя вращающееся магнитное поле индуцирует в обмотке ротора возбудителя m-фазную ЭДС и, соответственно, m-фазный переменный ток, который после преобразования его выпрямительным мостом подается в обмотку возбуждения основной машины. Индуцирование ЭДС в роторе такого возбудителя происходит как при вращающемся роторе, так и при неподвижном.
Недостатками двигателя этой конструкции являются большие потери и соответственно, большой нагрев в обмотке ротора возбудителя, а также технические неудобства регулирования режимов вентильного двигателя посредством управления асинхронным возбудителем.
Предложение решает задачу обеспечения высоких регулировочных характеристик вентильного двигателя в рабочем режиме в сочетании с хорошими параметрами его пуска, а также ведет к снижению электрических потерь в обмотках возбудителя и улучшению их температурного режима.
Поставленная задача достигается тем, что в известном бесконтактном вентильном электродвигателе с возбудителем, содержащим неподвижную часть с обмоткой и подвижную часть с обмоткой и выпрямительным мостом новым является то, что обмотка неподвижной части возбудителя выполнена переключаемой: при соединении частей обмотки для подачи m-фазного переменного тока для асинхронного возбуждения, а при соединении для подачи постоянного тока для синхронного возбуждения.
Выполнение возбудителя асинхронно-синхронным, а именно асинхронного режима при пуске вентильного двигателя обеспечивает хорошие пусковые показатели вентильного двигателя, а синхронного режима - хорошие регулировочные характеристики вентильного двигателя в рабочем режиме.
Предлагаемое решение иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 представлен бесконтактный вентильный электродвигатель, на фиг.2 -электрическая схема соединений обмоток статора возбудителя, на фиг.3 - схема переключения обмоток статора возбудителя.
Бесконтактный вентильный электродвигатель содержит основную машину 1 (фиг.1) со статором 2 с обмоткой 3, ротором 4 с обмоткой 5, дополнительную машину - возбудитель 6, со статором 7 с обмоткой 8 (неподвижная часть), ротором 9 с обмоткой 10 (подвижная часть), выпрямительный мост 11 и блок электронной коммутации 12. Позиции 13 и 14 (фиг.2) - подвод соответственно переменного и постоянного тока в обмотку 8 статора возбудителя 6. Позиция 15 и позиции 16, 17 (фиг.3) -ключи подвода соответственно переменного и постоянного тока в обмотку 8 статора возбудителя.
В обмотку 8 статора 7 возбудителя 6 через подвод переменного тока 13 подается m-фазный переменный ток, создающий вращающееся магнитное поле, индуцирующее m-фазную ЭДС в обмотке 10 ротора 9 возбудителя 6. Ключи: 15 - включен, 16 - выключен, 17 - выключен.
Возникающий под воздействием ЭДС m-фазный ток преобразовывается выпрямительным мостом 11 в постоянный ток, направляемый далее в обмотку возбуждения 5 неподвижного основного двигателя 1 (этап асинхронного возбуждения).
По мере разгона и достижения основной машиной 1 определенной частоты вращения переменный ток, питающий обмотку статора возбудителя, отключается, и через подвод постоянного тока 14 в соответствующие точки обмотки 8 статора возбудителя подается постоянный ток, создающий неподвижное в пространстве поле возбудителя, индуцирующее m-фазную ЭДС в обмотке ротора возбудителя. Ключи: 16 - включен, 17 - включен, 15 - выключен.
Возникающий под воздействием ЭДС m-фазный ток преобразовывается выпрямительным мостом 11 в постоянный ток, направляемый далее в обмотку возбуждения 5 вращающейся основной машины 1 (этап синхронного возбуждения).
Заявляемая конструкция бесщеточного вентильного двигателя с электромагнитным возбуждением, как и известная конструкция-аналог, обеспечивает возбуждение двигателя при неподвижном роторе, что позволяет осуществлять полноценный пуск двигателя из неподвижного положения. При этом, дальнейшее переключение возбудителя в режим синхронного возбуждения решает задачу обеспечения высоких регулировочный характеристик вентильного двигателя.
Эти обстоятельства обуславливают сочетание высоких регулировочный характеристик вентильного двигателя с хорошими его пусковыми показателями.
Источники известности:
1. А.И.Вольдек. Электрические машины., 1974, стр.235, «Энергия» ленинградское отделение.
2. Электротяжмаш-Привод, Каталог продукции. Генераторы, электродвигатели, тяговое оборудование., стр.38, Лысьва, 2009 г.