Результат интеллектуальной деятельности: Способ запуска вентильно-индукторного электродвигателя

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления запуском вентильно-индукторного электродвигателя.

Известен способ запуска вентильно-индукторного двигателя, заключающийся в том, что заданное значение частоты вращения двигателя сравнивают с реальным значением частоты вращения, вычисленным с использованием сигнала датчика положения ротора двигателя, при этом стабилизацию частоты вращения двигателя регулируют по величине рассогласовании заданной и действительной частот вращения ротора, а с помощью внешних счетчиков-таймеров формируют импульсы разрешения формирования тока (см. патент US №4707650, кл. G05B 19/40, опубл. 17.11.1987).

Однако данный способ требует применения датчиков тока для каждой фазной обмотки двигателя и регулятора тока и при этом требуется выполнение сложных вычислений при осуществлении стабилизации частоты вращения двигателя и регулировании угла ротора.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является способ управления индукторным двигателем, заключающийся в том, что формируют токи в фазных обмотках двигателя путем подачи на обмотку импульсов напряжения, причем интервалы времени, определяющие моменты начала и окончания подачи напряжения, задаются как функции частоты вращения двигателя табличным способом (см. патент US №4616165, кл. H02P 1/42, 07.10.1986).

Однако данный способ управления индукторным двигателем позволяет его использовать только для управления индукторным двигателем при настройке на один или несколько режимов работы, причем мощность двигателя не принимается во внимание, что сужает область использования данного способа управления, в частности при запуске двигателя.

Технической проблемой является устранение указанных выше недостатков управления работой вентильно-индукторного электродвигателя.

Технический результат заключается в том, что достигается возможность уменьшить величину пусковых токов, что позволяет повысить надежность и долговечность силового полупроводникового блока управления и увеличить срок службы электродвигателя за счет исключения большой ударной нагрузки на ротор электродвигателя при одновременном обеспечении повышенной надежности включения и выключения электродвигателя при снижении средней величины коммутируемых токов в эксплуатации.

Указанная техническая проблема решается, а технический результат достигается за счет того, что способ запуска вентильно-индукторного электродвигателя мощностью от 100 до 350 Вт на постоянное напряжение 24 В включает подачу импульсов постоянного тока, причем в шихтованном статоре с обмотками, подключенными к плате, на которой расположена система управления и инвертор, располагают шихтованный ротор, а запуск электродвигателя производят путем подачи на обмотки статора нескольких серий последовательно увеличивающихся по длительности и величине импульсов постоянного тока, при этом вначале подают серию импульсов постоянного тока q₁ длительностью времени t₁, равной

t₁=(60/N_nom)*z₁,

где N_nom - паспортная частота вращения ротора,

z₁ - коэффициент пропорциональности,

и величиной импульса тока через заданную фазу статора электродвигателя, равной

I₁=k₁*I_nom,

где I_nom - номинальный ток электродвигателя, равный частному от деления мощности электродвигателя на напряжение, указанных в паспорте данных на электродвигатель,

k₁ - коэффициент пропорциональности,

затем при достижении частоты вращения N₁=y₁*N_nom формируют вторую серию импульсов постоянного тока q₂ с длительностью t₂ и величиной импульса тока, равной I₂=k₂*I_nom, после чего при достижении частоты вращения ротора электродвигателя, равной N₂=y₂*N_nom, формируют третью серию импульсов постоянного тока q₃ с длительностью t₃ и величиной импульса тока, равной I₃=k₃*I_nom, и после достижения ротором электродвигателя частоты вращения N₃=y₃*N_nom производят подачу постоянного тока величиной, равной I_nom, при этом проводят прерывание процесса запуска в любой момент при поступлении сигнала от датчика положения ротора о физическом вращении ротора и достижении указанной выше частоты вращения ротора, причем

при мощности двигателя от 100 до 150 Вт величина коэффициентов пропорциональности равна:

k₁, y₁, z₁ - от 0,1 до 0,15,

k₂, y₂, z₂ - от 0,2 до 0,35,

k₃, y₃, z₃ - от 0,4 до 0,5,

при мощности двигателя от 150 до 250 Вт величина коэффициентов пропорциональности равна:

k₁, y₁, z₁ - от 0,2 до 0,25,

k₂, y₂, z₂ - от 0,3 до 0,45,

k₃, y₃, z₃ - от 0,6 до 0,7,

при мощности двигателя от 250 до 350 Вт величина коэффициентов пропорциональности равна:

k₁, y₁, z₁ - от 0,3 до 0,35,

k₂, y₂, z₂ - от 0,4 до 0,65,

k₃, y₃, z₃ - от 0,8 до 1,0.

В ходе проведенных исследований было выявлено, что конструктивные особенности выполнения вентильно-индукторного электродвигателя имеют существенное влияние на режим подачи электрической энергии на обмотки статора вентильно-индукторного электродвигателя.

Было выявлено, что при запуске вентильно-индукторных электродвигателей мощностью от 100 до 350 Вт на постоянное напряжение питания 24 В, которые могут быть использованы для нужд автомобильной промышленности и железнодорожного транспорта важное значение имеет величина мощности запускаемого в работу вентильно-индукторного электродвигателя.

На чертеже представлен продольный разрез вентильно-индукторного электродвигателя.

Основными элементами конструкции вентильно-индукторного электродвигателя являются шихтованный ротор 1, шихтованный статор 2 с обмотками 3 и плата 4, на которой расположены система управления и инвертор.

Способ запуска вентильно-индукторного электродвигателя мощностью от 100 до 350 Вт на постоянное напряжение 24 В включает подачу импульсов постоянного тока, причем в шихтованном статоре 2 с обмотками 3, подключенными к плате 4, на которой расположена система управления и инвертор, располагают шихтованный ротор 1, а запуск электродвигателя производят путем подачи на обмотки 3 статора 2 нескольких серий последовательно увеличивающихся по длительности и величине импульсов постоянного тока, при этом вначале подают серию импульсов постоянного тока q₁ длительностью времени t₁, равной

t₁=(60/N_nom)*z₁,

где N_nom - паспортная частота вращения ротора 1,

z₁ - коэффициент пропорциональности,

и величиной импульса тока через заданную фазу статора 2 электродвигателя, равной

I₁=k₁*I_nom,

где I_nom - номинальный ток электродвигателя, равный частному от деления мощности электродвигателя на напряжение, указанных в паспорте данных на электродвигатель,

k₁ - коэффициент пропорциональности,

затем при достижении частоты вращения N₁=y₁*N_nom формируют вторую серию импульсов постоянного тока q₂ с длительностью t₂ и величиной импульса тока, равной I₂=k₂*I_nom, после чего при достижении частоты вращения ротора 1 электродвигателя, равной N₂=y₂*N_nom, формируют третью серию импульсов постоянного тока q₃ с длительностью t₃ и величиной импульса тока, равной I₃=k₃*I_nom, и после достижения ротором 1 электродвигателя частоты вращения N₃=y₃*N_nom производят подачу постоянного тока величиной, равной I_nom, при этом проводят прерывание процесса запуска в любой момент при поступлении сигнала от датчика положения ротора (не показан на чертеже) о физическом вращении ротора 1 и достижении указанной выше частоты вращения ротора 1, причем

при мощности двигателя от 100 до 150 Вт величина коэффициентов пропорциональности равна:

k₁, y₁, z₁ - от 0,1 до 0,15,

k₂, y₂, z₂ - от 0,2 до 0,35,

k₃, y₃, z₃ - от 0,4 до 0,5,

при мощности двигателя от 150 до 250 Вт величина коэффициентов пропорциональности равна:

k₁, y₁, z₁ - от 0,2 до 0,25,

k₂, y₂, z₂ - от 0,3 до 0,45,

k₃, y₃, z₃ - от 0,6 до 0,7,

при мощности двигателя от 250 до 350 Вт величина коэффициентов пропорциональности равна:

k₁, y₁, z₁ - от 0,3 до 0,35,

k₂, y₂, z₂ - от 0,4 до 0,65,

k₃, y₃, z₃ - от 0,8 до 1,0.

В результате экспериментально установленных величин коэффициентов пропорциональности достигается:

- уменьшение величины пусковых токов, что позволяет повысить надежность и долговечность силового полупроводникового блока управления и увеличить срок службы электродвигателя за счет исключения большой ударной нагрузки на ротор электродвигателя;

- обеспечение повышения надежности устройства, обеспечивающего включение и выключение самого электродвигателя (например, выключатель или транзистор блока управления) за счет снижения средней величины коммутируемых токов в эксплуатации.