ПУСКОВОЕ УСТРОЙСТВО БЕСКОНТАКТНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
STARTER DEVICE FOR AC CONTACTLESS ELECTRIC MOTOR

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электрических машинах с бесконтактной коммутацией якорной обмотки.
Известны схемы устройств [1, 2, 3 и 4] автоматического управления пуском асинхронных электродвигателей, которые имеют основную обмотку и вспомогательную с фазосдвигающим конденсатором и симистором, подключающим источник питания при пуске и отключающим при «синхронной» работе.
Недостатками известных устройств являются провалы пускового момента до минимального значения, обусловленного вычитанием в противофазе питающего напряжения с противоЭДС электродвигателя в момент кратного совпадения их частот в диапазоне от пуска до «синхронной» работы. Это приводит к ограничению применения асинхронных электродвигателей при нагрузке на валу типа «сухого» трения, которая приводит к снижению КПД, cosφ и к недоиспользованию активных частей в номинальном режиме работы. Устройства также исключают применение синхронных электродвигателей с возбуждением ротора от постоянного магнита, гистерезисным слоем, электромагнитным возбуждением и т.п.
Цель изобретения - повышение КПД, cosφ, снижение массогабаритных показателей электродвигателей и расширение области применения синхронных электродвигателей в бытовой и промышленной технике.
Поставленная цель достигается тем, что пусковое устройство бесконтактного электродвигателя, содержащего «А» - основную и «В» - вспомогательную обмотку с фазосдвигающим конденсатором «С» и симистор «Т», включающий и отключающий напряжение «U~» питающего обмотки двигателя; трансформатор выделения результирующего напряжения противоЭДС ротора [5], где токовые обмотки каждой фазы и обмотка напряжения включены параллельно-встречно относительно питающих фазы напряжений, и относительно результирующего провивоЭДС ротора - последовательно-согласно. В результате выделенное противоЭДС ротора совместно с введенным функциональным блоком-триггером выполняют функции датчика положения ротора в оптимальном угловом режиме в диапазоне частот от пуска до синхронной работы. Это позволяет использовать электродвигатели с постоянным магнитом на роторе, гистерезисным слоем, электромагнитным возбуждением и т.п., а также использовать беззубцовую обмотку статора. Подтверждением тому сравнительно близкие основные электромеханические характеристики серий коллекторных электродвигателей с зубцовым и беззубцовым якорем, где магнитный поток пронизывает воздушный зазор в два с лишним раза больше, чем с зубцовым якорем.
Пусковое устройство фиг.1 содержит блок 1 напряжения постоянного тока, питающего логические функциональные блоки; ограничитель 2 амплитуд полупериодов питающего напряжения «U~»; генератор 3 минимальной частоты, необходимый для первоначального запуска триггера 4 через стробирующий - счетный вход, чем обеспечивается начальное трогание ротора; блок 5 выделения результирующего противоЭДС ротора, каждый полупериод которого через асинхронные входы триггера 4 воздействуют 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 симистора «Т» в функции логического сумматора 6, слаботочные тиристоры которого выполняют функцию «И» между выходными импульсами одноименного сдвига блоков 2 и 4, т.е.  и .
0
min
На фиг.2 отображены эпюры напряжений на выходах функциональных блоков: U~ эпюры напряжения питания; Q и  - эпюры импульсов на выходах формирователя 2; F - эпюры импульсов с выхода генератора минимальной частоты 3; которые подаются на стробирующий вход триггера 4, на асинхронные выходы которого соответственно подаются полупериоды противоЭДС, снимаемые с выходной обмотки трансформатора блока 5 - выделения противоЭДС ротора;  и  - это эпюры импульсов с выходов триггера 4 в режиме частот разгона и синхронной работы электродвигателя;  и  - результирующие эпюры положительных и отрицательных импульсов на выходах блока 6; U~ на вых «Т» - результирующие эпюры напряжения на выходе симистора «Т» в виде поочередных переключений серий положительных и отрицательных импульсов при разгоне и поочередном переключении импульсов при синхронной работе.
0
Устройство работает следующим образом (фиг.1 и 2): при подключении напряжения питания U~ на выходе блока 1 возникает напряжение постоянного тока, которое подается на среднюю точку выходной обмотки трансформатора блока 2, генератор 3 и триггер 4, который начинает работать в счетном режиме от генератора 3 и поочередно включать слаботочные тиристоры с частотой , на аноды которых с выходной обмотки блока 2 подаются полупериоды Q и . В результате симистор «Т» поочередно включает серии положительных полупериодов и серии отрицательных и ротор начинает вращаться с частотой , затем возникает напряжение противоЭДС, полупериоды которого через асинхронные входы поведут триггер 4 вперед на повышение частоты в функции углового положения ротора вплоть до синхронной работы, т.е. при совпадении с частотой полупериодов напряжения питания U~. Откуда следует еще одно преимущество применения синхронных электродвигателей в противовес асинхронных и универсальных коллекторных в том, что без нагрузки на валу электродвигатель работает в синхронном режиме с минимальным потреблением из сети по причине фазного рассогласования между полупериодами сети и противоЭДС. Этот режим позволит уменьшить сопротивление обмотки статора и повысить КПД и нагрузочную способность электродвигателя.
Источники информации
1. Патент №3819995 Н02Р 1/44 «Пусковые переключатели с временным управлением», США, 1974 г., 25 июня, том 932, №4.
2. Патент №3916274 Н02Р 1/44 «Полупроводниковая схема управления пуском электродвигателя», США, 1975 г., 28 октября, том 939, №4.
3. Патент №478278, 4 Н02Р 1/42 «Схема пуска электродвигателя с дешевым компаратором гистерезиса», США, 1988 г., 11 января, том 1086, №1.
4. Патент №3882364 Н02Р 1/44 «Система управления асинхронным электродвигателем», США, 1975 г., 6 мая, том 934, №1.
5. А.с. SU №1617554 A1, H02K 29/12 «Электропривод», Россия, 30.12.90 г. Бюллетень №48.