Urządzenie zabezpieczające przed rozmagnesowaniem trwałych
advertisement
TOLSKA OPIS PATENTOWY •ZECZPOSPOLITA PATENTU TYMCZASOWEGO 79474 LUDOWA Patent tymczasowy dodatkowy KI. 21d!, 17 do patentu Zgłoszono: 30.11.1973 (P. 166961) Pierwszeństwo: 05.12.1972 Włochy MKP H02k 23/22 URZA.D PATENTOWY PRL Zgłoszenie ogłoszono: 01.11.1974 Opis patentowy opublikowano: 25.07.1975 Twórca wynalazku: — Uprawniony z patentu tymczasowego:Texas Instruments Incorporated, Dallas (Stany Zjednoczone Ameryki) Urządzenie zabezpieczające przed rozmagnesowaniem trwałych magnesów wzbudzających w silnikach prądu stałego Przedmiotem wynalazku jest urządzenie zabezpieczające przed rozmagnesowaniem trwałych magnesów wzbudzających w silnikach prądu stałego, zwłaszcza urządzenie zabezpieczające przed rozmagnesowaniem trwa¬ łych magnesów wytwarzających pole statora w silnikach prądu stałego, które może mieć miejsce przy przepły¬ wie nadmiarowego prądu w obwodzie wirnika. Znanym jest, źe pole magnetyczne wytwarzane przez wirnik lub twornik silnika prądu stałego posiada składowe rozmagnesowujące przeciwnie skierowane niż składowe pola magnetycznego wytwarzane przez wymie¬ nione magnesy trwałe, które w normalnych warunkach pracy silnika nie powodują rozmagnesowania magnesów trwałych. Celem wynalazku jest zapobiegnięcie wystąpieniu zjawiska rozmagnesowania magnesów trwałych poprzez wprowadzenie szeregowo z obwodem wirnika pomocniczych uzwojeń wzbudzających zaprojektowanych tak, że stają się one źródłem pola magnetycznego o składowych skierowanych przeciwnie niż składowe rozmagnesowu¬ jące wytwarzane przez wirnik w'przypadku przeciążeń prądowych, w ten sposób zapobiegając szkodliwemu zjawisku rozmagnesowania przy przepływie przez uzwojenie wirnika nadmiarowego prądu. Magnesy trwałe są szczególnie narażone na rozmagnesowanie, gdy silnik jest zasilany wyprostowanym napięciem przemiennym, a wartość prądu płynącego przez uzwojenie wirnika jest regulowana poprzez regulację fazy, realizowaną przy wykorzystaniu tyrystora w celu regulacji prędkości obrotów silnika w szerokim zakresie, na przykład w stosunku 1 :15. Silnik prądu stałego jest zwykle zaprojektowany tak, źe przy maksymalnej prędkości obrotów silnika, dla chwilowej wartości wyprostowanego napięcia bliskiej wartości maksymalnej, wytwarzana jest siła przeciw- -elektromotoryczna, a konstrukcja wirnika jest tak dobrana, że reprezentuje on sobą w takich warunkach impedancję absorbującą prąd konieczny do wytworzenia żądanej wartości sprzężenia napędowego. W przypadku, gdy silnik obraca się z niewielką prędkością w wyniku przy blokowania sygnału napięcia przemiennego zasilają¬ cego układ sterujący prędkością wirnika, wykorzystujący tyrystor (na przykład dla 1/15 maksymalnej wartości prędkości, wartość siły przeciw-elektromotorycznej równa się 1/15 jej wartości dla prędkości maksymalnej) 79 474 2 i przy jednoczesnym doprowadzeniu wyprostowanego napięcia przemiennego do uzwojenia wirnika w wyniku, na przykład niewłaściwej pracy elementu półprzewodnikowego poprzez uzwojenia wirnika popłynie o nadmiernie dużej wartości prąd, powodujący wytworzenie pola rozmagnesowującego magnesy trwałe silnika, w wyniku działania którego może zajść lokalne bądź całkowite rozmagnesowanie magnesów trwałych, pociągając za sobą uszkodzenie silnika, który nie jest już w stanie osiągnąć uprzednio posiadanych wartości parametrów. Według wynalazku na magnesy trwałe silnika wytwarzające pole wzbudzające nawinięte jest uzwojenie zasilane prądem wirnika, które jest nawinięte w taki sposób, że pole magnetyczne wytwarzane przez wymienione uzwojenia dodaje się do pola statycznego wytwarznego przez magnesy trwałe w przypadku wystąpienia nadmia¬ rowych prądów wirnika. Brak tego pomocniczego pola mógłby być powodem częściowego lub całkowitego rozmagnesowania trwałych magnesów silnika. Pomocnicze uzwojenia statora są tak zaprojektowane, że dla maksymalnych prądów wirnika wynikowe pole magnetyczne jest zawsze mniejsze niż pole będące w stanie powodować częściowe lub całkowite rozmagnesowanie magnesów trwałych. Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedsta¬ wia typową konstrukcję silnika prądu stałego ze wzbudzeniem magnesem trwałym, fig. 2 i 2a — urządzenie zabezpieczające według wynalazku, fig. 3 i 3a — inne rozwiązanie urządzenia według wynalazku, przeznaczonego dla silników pracujących dla obu kierunków obrotów. Na fig. 1 literami A, B oraz C, D oznaczono, zgodnie z kierunkiem obrotu wirnika, te części magnesów trwałych, które są szczególnie narażone na rozmagnesowanie w przypadku silnych sprzężeń lub zatrzymywaniu wirnika, oraz orientacją pola wirnika. Na fig. 2 przedstawiono schematycznie obwód elektryczny urządzenia zabezpieczającego według pierwsze¬ go rozwiązania konstrukcyjnego wynalazku. Napięcie przemienne przyłożone do zacisków a, b zostaje wyprosto¬ wane w układzie mostowym Graetz'a, który stanowią diody Dl, D2 i tyrystory S CR1, S CR2 sterowane przez, elektroniczny układ sterujący. Wyprostowane napięcie na wyjściu układu Graetz'a podawane jest na szeregowo połączone uzwojenia SI, S2 równocześnie połączone szeregowo z uzwojeniami wirnika RW. W przypadku wystąpienia z jakiejkolwiek przyczyny prądów o zbyt dużej wartości w obwodzie wirnika, prąd nadmiarowy płynący przez uzwojenie wirnika przepływa również przez uzwojenia S1, S2 zapewniające wzmocnienie statycznego pola magnetycznego, wytwarzanego przez magnesy trwałe MM, MS co zapobiega wystą¬ pieniu zjawiska rozmagnesowania magnesów. W silniku prądu stałego o przedstawionej konstrukcji, zmiana kierunku obrotów wirnika realizowana jest poprzez zmianę polaryzacji napięcia podawanego na szczotki kolektora wirnika bez konieczności zmiany kierunku prądu pomiędzy pomocniczym uzwojeniami statora S1, S2. Powoduje to konieczność zainstalowania czterech przewodów elektrycznych na wyjściu silnika oraz urządzenia przełączającego, podającego napięcie o odpowiedniej polaryzacji na uzwojenia statora i wirnika. Na fig. 3 i 3a przedstawiono inne rozwiązanie urządzenia zabezpieczającego przed rozmagnesowaniem, według wynalazku, zmodyfikowane w taki sposób, że nie jest wymagane instalowanie czterech przewodów na wejściu silnika. W oparciu o przedstawione rysunki zostanie omówiony przypadek dwóch par magnesów trwałych N iS podzielonych odpowiednio na dwa magnesy N1, N2 o biegunowości północnej oraz dwa magnesy S1 S2 o biegunowości południowej. W celu uproszczenia opisu omawiane będą zjawiska jedynie w odniesieniu do magnesu N podzielonego na dwa magnesy NI, N2, bowiem sytuacja jest analogiczna dla drugiego magnesu S. Uzwojenie SS zasilane prądem wirnika jest podzielone na dwa uzwojenia SS1 i SS2 nawinięte w przeciw¬ nych kierunkach. Prąd o danej polaryzacji płynący przez pełne uzwojenie SS wytwarza strumień pola magnetycz¬ nego, który dodaje się do lub odjemuje się od strumienia pola wytwarzanego przez magnesy trwałe NI lub N2. Sumowanie lub odejmowanie się strumieni pola w magnesach trwałych N1 lub N2 zależy od kierunku przepływu prądu, biegunowości uzwojeń jest tka dobrana, że sumowanie się strumieni wystąpi jedynie dla tego z dwóch magnesów trwałych, który jest narażony na działanie rozmagnesowującego pola wytwarzanego przez wirnik. Drugi magnes przyjmie również rozmagnesowujący strumień pola, będzie on jednakże skompensowany polem magnetycznym pochodzącym z drugiej strony wirnika. Wraz ze zmianą polaryzacji sytuacja ulega odwróceniu; magnes który znajdował się we wzmocnionym strumieniu pola zostanie wprowadzony w rozmagnesowujący strumień pola skompensowany polem wytwarzanym po drugiej stronie wirnika, natomiast magnes znajdujący się uprzednio w osłabionym strumieniu pola zostanie wprowadzony we wzmacniający strumień pola które przeciwstawia sifrozmagnesowującemu wpływowi wirnika Należy zwrócić uwagę, że dodatkowe uzwojenia, według wynalazku, nie są uzwojeniami tego samego typu co konwencjonalne, połączone szeregowo pomocnicze uzwojenia spotykane czasami w silnikach prądu stałego, wzbudzanych w sposób odmienny niż przez magnesy trwałe. Uzwojenia, według wynalazku, posiadają niewielką 79 474 3 ilość amperozwojów tak obliczonych, aby uzwojenia te wytwarzały żądany strumień pola jedynie w warunkach przeciążenia powodujących wystąpienie wyżej opisanych szkodliwych efektów. Podczas normalnej pracy silnika, składowa pola magnetycznego wytwarzanego przez uzwojenia pomocnicze jest praktycznie do usunięcia. Należy również zauważyć, że w drugim rozwiązaniu według wynalazku, wymaga się podłączenia na wyjściu silnika jedynie dwóch przewodów elektrycznych, a zmiana kierunku obrotu silnika jest realizowana po prostu poprzez zmianę polaryzacji napięcia zasilającego. Wynalazek został powyżej opisany w oparciu o dwa wybrane zalecane rozwiązania, jednakże jest rzeczą zrozumiałą, że możliwe są rozwiązania podobne i modyfikacje w ramach zakresu obejmującego istotę wynalazku. Zastrzeżenia patentowe 1. Urządzenie zabezpieczające przed rozmagnesowaniem trwałych magnesów wzbudzających w silnikach prądu stałego, znamienne tym, że zawiera elementy i pomocnicze uzwojenie wzbudzające (S1,S2) umieszczone tak, by wytwarzać co najmniej na części nabiegunników statora stałe pole magnetyczne przeciwdziałające rozmagnesowującemu polu magnetycznemu wytwarzanemu przez wirnik; przy czym wymienione uzwojenie pomocnicze (S1,S2) jest połączone szeregowo z obwodem wirnika (EW) silnika. 2. Urządzenie zabezpieczające przed rozmagnesowaniem trwałych magnesów wzbudzających w silnikach prądu stałego, znamienne tym, że biegunowe nabiegunnikj statora połączone z magnesami trwałymi są podzielo¬ ne na dwie symetryczni części (N1, N2, S1, S2), na każdej z których jest nawinięte pomocnicze uzwojenie wzbudzające (SS1,SS2) tak, by przeciwdziałać rozmagnesowującemu polu magnetycznemu wytwarzanemu przez wirnik (RW), wymienione uzwojenia wzbudzające (SS1, SS2) są umieszczone tak, by wytwarzać pola magnetycz-' ne o przeciwnej biegunowości na każdym nabiegunniku; przy czym każda z części biegunowych nabiegunników wytwarza pole przeciwnie skierowane niż rozmagnesowujące pole magnetyczne wytwarzane przez wirnik (RW) niezależnie od kierunku obrotu wirnika; wymienione uzwojenia pomocnicze (SS1,SS2) jest połączone szeregowo z obwodem wirnika (RW) silnika. 3. Urządzenie zabezpieczające według zastrz. 1 lub 2 znamienne tym, że wymienione pomocnicze uzwoje¬ nia wzbudzające są zaprojektowane tak, by mieć wpływ jedynie przy prądach nadmiarowych wirnika na tyle dużych, że mogą zniszczyć trwałe magnesy. 79 474 KI. 21d\ 17 MKP H02k 23/22 &a.i. fUcr.2. + o- ■si 52 Ńcr. ™T' Za. )m J&ar.Ja* Prac. Poligraf. UP PRL. Zam. 2884/75. Nakład 120+18. Cena 10 zł.
