Электрическая машина постоянного тока с вентильно- механическим коммутатором

 

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к электрическим машинам постоянного тока с вентильномеханической коммутацией. Целью изобретения является упрощение конструкции. Электрическая машина содержит механический коллектор 2 с проводящими 3-10 и изолирующими 11-18 пластинами, контактирующие с ними разнополярные щетки 19-22, подключенные к питающей сети через коммутирующие устройства, число которых равно 2N. Имеются шунтирующие якорную цепь диоды 27-28 и схема 29 управления и коммутирующие устройства 23-26, связывающие однополярные щетки с одной из токоведущих шин источника питания, в виде неполностью управляемых полупроводниковых элементов, например оптронных тиристоров 30,31. Коммутирующие устройства включены между щетками противоположной полярности и другой токоведущей шиной источника, выполнены в виде полностью управляемых полупроводниковых элементов 32,33, например силовых транзисторов. Число шунтирующих диодов равно N при четном числе проводящих пластин коллектора и 2N при нечетном. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (50 4 Н 02 К 13/14

I !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЭОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ fHHT СССР (21) 4253428/24-07 (22) 29.05.87 (46) 07.07.89. Вюл. М 25 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электромашиностроения (72) Н.И.Лебедев, В.А.Ломакин, Е.М.Луткин и Я.И.Явдошак (53) 621.313.29 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 441631, кл. Н 02 К 13/14, 1973.

Авторское свидетельство СССР

В 736275, кл. Н 02 К 13/14, 1980. (54) ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ПОСТОЯННОГО

TOKA С BEHTKlbHO-МЕХАНИЧЕСКИМ KOMMYTATOPOM (57) Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к электрическим машинам постоянного тока с вентильно-механической коммутацией. Целью изобретения является упрощение конструкции, Электрическая машина содержит механический колво н92422 А 1

2 лектор 2 с проводящими 3-!0 и изолирующими 11-18 пластинами, контактирующие с ними разнополярные щетки 19-22, подключенные к питающей сети через коммутирующие устройства, число которых равно 2п. Имеются шунтирующие якорную цепь диоды 27-28 и схема 29 управления и коммутирующие устройства 23-26, связывающие однополярные щетки с одной из токоведущих шин источника питания, в виде неполностью управляемых полупроводниковых элементов, например, оптронных тиристоров.

Коммутирующие устройства включены между щетками противоположной полярности и другой токоведущей шиной источника, выполнены в виде полностью управляемых полупроводниковых элементов, например силовых транзисторов.

Число шунтирующих диодов равно и при четном числе проводящих пластин коллектора и 2 и при нечетном.

1 з.п. ф-лы, 6 ил.

149"422

15

40

3 . 1

1 E . И11h <, Н I.l(Т НО <. T33 К ? I j К Т

k1B Ill» ll зл< II <>(1 (? я н И <1Г (i т(? h ;1 с jlC? II(?. 1 И Ив

Tc!Ik,kII:Ik1» ус<рай I 13Bìil дпя уду пцения

К(?ИЛ<У Til»»», Ц дь;1<абр<-теи»я — уира(цение <дектрическс и Iiiашины.

Па ф»г.1 приведена »ринц?гпиадьная

?дектрическая сх<ма;<яшины с. веHтидьна-механич« кии коммутаторам (ВМК); ki;l

6!1ок-схема системы у»равпения для преддаг;1еиаи иаш»»ы; на фиг ° 4 пр»нц»пиа:Ik kiilя I(hтрическая схема

<ет111?ех(1(?113

vk(p vIIkIcH kIbIkI3 сс кц»11л<и; на фиг . 5 циа1 раии11 с» I" 11;l!1(? 13 уп1? авл ения и таков в эдементах коммутатора иашинь<; на фиг.6 — блок-схсиа варианта системы у»равнения машины с ВМК.

Маши»а с(?держит рас<<алаженную на якоре волновую абиотh у 1, подк:гюченную к механическому двухдаражечнаиу колпек.гору 2 е проводящими 3-10 и

»за I»pующими 11 — 18 пластинами, контактирующие (н?ги» разнополярн1.1е группы щеток 19-22, подключенные к питающ(.и сети через коммутирующие устройства (тир»ст ?ры 23 и 24 и гранзистары 25 » 26), шунтирующие якорную цепь ди ды 27 и 28 и схему 29 управления, выходы которой соединены с у»м» входами 30-3 3 ключевых элемент(.в. Оснавныи элементом схемы 29 управц(»ия является датчик

34 положения ротора, выполненный па аналогии с д(зтчи ами вентип1.»blx двигатедей. Ега ас ?6< »»остью является то, чта он должен вырабатывать две поснедавате.11,»(3 ти импупьсоя, сдвинутые на 180 эд.град, 1»сда импульсов каждой из ката;?ых ран»о полови»е всех проводящих ll! I(le Tl»i коллектора.

В представде1<нам на фиг.З варианте датчик 34 состоит из вращающегося ротора 35, имеh!LEE г сигнальные сектора-зубць. 3k? — 39, 1?(1зделенные пазами, а также пепадв»жиых чувствительных элементов 40 » <1, расположенных на с Tаторе. Вя<х(?ды чувствительных эпеиента13 па:lhз<юч< ны к входам усилителей-фарм»рана?е:<е» 42 и 43, выходы каждсг(? из кс гарых Н<.посредственно

50 иди через блоки 44 и 45 регудируемой задержки (в случае регулируемой частоты вращения) падключен11 к управляющим входам 30-33 соответствующих коммутирующих устройств. При отсутствии блоков 44 и 45 регулируемой задержки ширина зубцов 36-39 должна быть и» Д I„„„„ уже ширины пазов, где (.з „„„, — максимальная частота вращения двигателя; Д с — время

:3адержки импульса управления. а временных диаграммах номера индексов токов и напряжений соотBeTcIBvk

При работе машины скользящие контакты перемещаются по поверхности коллектора слева направо. В исходном состоянии ток I якоря протекает через проводящий тиристо„- 23, контакт 19, проводящую пластину 4 коллектора, обмотку якоря по двум параллельным цепям, с током 1> в каждой, пластину 8, контакт 21, силовой транзистор 25. Па базу транзистора и на вход оптранного тиристора II(? даются со схемы 29 сигналы управления 11, 13, обеспечивающие поддержание указанных элементов в проводящем состоянии. В момент времени сигналы управления становятся равными нулю, транзистор 25 запирается, однако ток якоря продолжает протекать в прежнем направлении за счет ЭДС самоиндукции обмотки через шунтирующий диод 28 между скользящими контактами 19 и 21. Ток ранее проводящего тиристора 23 в момент времени ti становится равным нулю. II(? истечении выдержки времени Д t, которая обеспечивается схемой 29 управления, тиристар 23 восстанавливает свои запирающие свойства, а ток якорной цепи через диод 28 остается практически равным I . В момент времени t подаются атпирающие сигналы на тйристар 24 (U ) и транзистор 26 (Uù ) (,фиг.2).

При этом начинается коммутационный процесс, сопровождаемый реперсированием тока в секциях обмотки 1 якоря, связанных с пластинами 4, 5 и 8, 9.

Коммутация осуществляется под действием напряжения источника питаиия, которое полностью прикпадывается к двуи указанным секциям, включенным последовательно благодаря правадящеиу так диоду 28 и включенным коммутирующим устройствам 24 и 26. За вретельно ротора с угловым сдвигом, рав- 50 ным одной четвертой части угла, соО- ветствуюшего одно..(у эубцовому де l< нию. Вы сиды чувствите Iüíûõ элемеH тов 48 и ч9 пицключены к входам усилителей-формирователей 50 и 51. Все ус »(ители-формирователи связаны с бпоками ч-,ч5 и 52, 53 регулируемо:: э,адержки чер< з логические схемы и 54-57 и ИНИ 58-61.

Мй К С . (I <1!1((. < I ° (» С ММУ ТИ(У I<

;гв .". то : )H. II< ямлгc lск l < бмитки Як< " ря и обратного нарастаюгцего тока

74 HJ!H 176, h как >74 =1 76), коти рый протекае", от источника г(<(тания

II

В т(ог.ент времени t завершается киммутациот(ный гтроце<. с, скользящие

I«»IxaI<ты 19 и 21 и JÄIlIoc гью Обестичент(и перемегцаются на изолирующие г. паст(т,(г < без ис крег(ия . В ((риводящ м состоянии иста(атся 71!å! I<. H гы 24 и 26, а ток якоря (:ро гел з т гто контуру из э;1- II .и гов 24-20-5 — обмотка якоря

9-. 2-"6. В этом состоят<((т(машина ис . ается до l ?; тир, (тика c(

Та " КЯК lip I Ii< (<. Т((ОМ (Ис/(с (<<1!1-" пектирпых пластин коммутационные виизм: кнос;и вентильнсй коммутации

"с.з1 астают, то применять ее целесоибратнс, машинах средней и боль <:((мощности с чис!I >л пар по.;(югoB г>, На фиг.4 в качестве примера г <-=;lэа((а (еть.рехпипк сная машина (р = 2) . 11ринципи IJ.hпа» схема лга фиг.4 содержит те же элементы, что

1<а ф<тг, 1, дог ввг;лис т, JIHI

Н<> числу провс.дящих в.(вс THH коллектора, устанивлены еще два чувстви «льных зтг мев(: 48 и 49. Все чувстгительные элементы 40, 48 и 49 дат(ика пол<жент(я установттены относи10

15 эп

Зст

45! р < ра бо те машины "h. îJ . ü÷ ÷ùl(å кон1;:к гы перемещал;г< я по и ве1?хнс ст;. к Олле к l .Iðà сле ва направо. В исходном

-.ест янин т< к ксря 1р протекает

<е, э проводящи тиристор 23, ко..такт

19, п1.оводящую пластину 3 коллектора, обмотку якоря, пластину 7, контакт 22, силовой транзистор 26. На базу транзистора 26 и на вход оптронного тиристора 23 подаются с блоков

44 и 52 схемы управления отпираютцие импульсы, соответствующие сигналу управления 0 4 на выходе схемы 54 совпадения. В момент времени t сигнал управления 044 становится равным нулю, транзисо11 26 запирается, однако ток якоря продолжает протекать в прежнем направлении за счет ЭДС самоиндукции обмотки через шунтируктш диод 46 между скользящими конт . тами 19 и 22, Токи ранее проводяш(тх гементов i и д в момент вре7 J менн t, становятся равными нулю, а ток шут(тирук(щего диода i4 < =I<, !!о истечении выдержки времени (с, которая обеспечивается схемой 29 управ !еННН, тиристор 23 восстанавливает сво т запирающие свойства, а ток якорнсй цепи через диод 46 остается практически равт(ым Т4.

Б момент времени t7 на выходе логической схемы И 55 появляется сигнал управления U

59, 60 и 52, 45 обеспечивает включе<(ие тиристора 24 и транзистора 26.

1)ри этом начинается коммутационный процесс, сопровождаемый реверсироваHHev тока в секции обмотки якоря, связанной с пластинами 3 и 4. Коммутация осуществляется под действием напряжения источника питания, которое прикладывается к указанной секции благодаря проводящему ток якоря диоду 46 и включенным коммутирующим устройствам 24 и 26. За время коммутации с„ токи коммутирующих устройств 1 4 и 17 нарастаю-, а ток шунтирующего диода 46 уменьшается.

Результирующий ток диода 46 в период коммутации определяется разностью двух токов: прямого тока обмотки якоря и обратного нарастаюц<его тока — протекающего от ис.точника питания по следующему контуру: 24-204 — секция — 3-19-46-26.

В момент вРемени сз з((веРлаетсЯ коммутационный процесс, скользящий контакт 19 полностью обесточет(и

14с 2422 и е P е H< ЩЯ P т с Я H, l 113 о. 1 l I P У ю111",ю и л Я < . .T u ну 12 бе l искрения . Ток як«ря 11р >текает llo контуру из элементов 24-204 — обмотка якоря — 7-22-26, В этом состоянии машина o<.:I.aercH Hn v<.x rlnp, пока скользящие контакты 21 и 22, перемещаясь по коллектору в момент времени I:g не займут такое же положение на пластинах 8 и 16, какое 10 занимают контакть1 20 и 19 в момент г на пластинах 4 и 12 (фиг.4).

Далее начинается коммутацион1н<й процесс реверсирования тока в секции, связанной с пластинами 7 и 8, при котором эа время Ь<. проводящие элементы 24 и 2б отк11ючаются, я ток шунтирующего диода 27 становится равным току якоря I, В момент времени вновь включаются коммутирующие устройства 24 и 25 и напряжение источника питания прикладывается к коммутируемой секции бла1 одаря проводя" щему ток якоря шунтирующему диоду 27, В момент времени 16 коммутация за- 25 вершается и ток якоря протекает по контуру из элементов 24-20-4 — обмотка якоря — 8-21-25. Далее последовательность коммутационных процессов можно проследить Ilo диаграммам на фиг.5.

Таким образом, при нечетном числе проводящих пластин коллектора, благодаря некоторому усложнению схемы, коммутационные процессы протекают более форсированно, чем в схеме с четным числом проводящих пластин.

Это объясняется тем, что при нечетном числе пластин в период коммутации напряжение источника питания прикладывается к одной секции, а при четном числе пластин это напряжение подается на две включенные последовательно секции, находящиеся под разнополярными группами щеток.

Для регулирования частоты вращения машины вниз от номинальной величины можно предусмотреть в схеме

29 управления регулирование интервала <<, (<,(<:13 <.ли 1(ни< и l(о торо Гo / 1<. H ь шяется < p<.„(He< напряжени< ня якор<

МЯШИНЫ, Я C:f< Ä(

Ф о р м у л а и з о б р е т < H 11

1 . Электрическая м я ш и н а по с Го я ни о го тока с в е и тил ь н о -механическим коммутатором, содержащая д н у хд о р оже ч ный механический к олл е к то р .: и р о-водящими и и з ол и р ующими пл а с т и 1< я ми, к о н т я к ти р ующи е с ними пары од н о и ол я р ны х щеток, щетки одной пары у с т ан о вл е ны с возможностью к о и т ак т я с пл а с ти и ами разных дорожек к олл < к то р, соединенными с с о с е д н ими вы вод ями обмотки якоря, и с в я з я ны с одной и з то ко в ед ущи х ши н источника и и т я ни я через к омм у тир ующи е у с т р ойс т в я, ш унтии р укици е я к о р н ую цепь диоды и схему управления, отличающаяся т ем, ч т о, с целью у 11 роще н и я, коммут ир ующие устройства, с в я зыв п ющи е од по поля р ные щетки < одн о и и з то к о в ел ущих ш и н и с то ч ни к а пи т ан и я, в 1 1 полн е ны в ниде неполностью уп р я вл я емы х и ол у п р о в одн и к о вь1 х э л ем е н то в, н я 1 p име р о и т р о н ных ти ри с т о р о в „ к омм " т и р "; щи е устройства, подключенные и ежл у щетками противоположной п ол я р и о с ти и другой токоведущей шиной ист<. -IHI

2. Машина по п.1, о т л и ч я ю щ а я с я тем, что при выполнении машины с нечетным числом пластин ня каждой дорожке она снабжена,"(о11(и<ни тельными шунтирующими диодами н количестве, равном числу пар щ<ет< к, подключенными каждый между разн >11о лярными щетками с разных дороже», коллектора.

1492422

14".2422

Составитель А,Санталов

Техред Л.Сердюкова Корректор С.Шекмар

Редактор Н.Тупица

Заказ 3889/54

Тираж 646

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113()35, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101