Электрическая машина с вентильно-механическим коммутатором

 

Использование: электрические машины постоянного тока с вентильно-механической коммутацией. Сущность изобретения: для исключения дополнительных полюсов выводы переменного тока питающих машину мостовых схем объединены попарно и подключены к зажимам питающей сети, а на параметры машины наложены ограничения. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИЧ Е СКИХ

РЕСПУБЛИК (si>s Н 02 К 13/14

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 3

СО () (О

О (21) 4605046/07 (22) 14,11,88 (46) 07.01.93, Бюл, № 1 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электромашиностроения (72) В,А.Ломакин (56) Авторское свидетельство СССР № 498693, кл. Н 02 К 13/14, 1974.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1513570, Н 02 К 13/14, 1987.

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к машинам постоянного тока с дополнительными устройствами для улучшения коммутации, Известна электрическая машина с вентильно-механическим коммутатором (ВМК), содержащая механический коллектор, контактирующие с ним группы щеток, подключенные к зажимам источника питания через управляемые полупроводниковые вентили.

В этой машине коммутация осуществляется без дополнительных полюсов, с помощью емкостных накопителей электрической энергии.

Недостатком такой машины является ее сложность, Известна также электрическая машина с вентильно-механическим коммутатором, содержащая механический коллектор, контактирующие с ним разнополярные группы щеток, каждая из которых разделена на две подгруппы, подключенные к положительным и отрицательным выводам двух мостовых схем, и схему управления.,, ЫЛ„1786600 А1 (54) ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С ВЕНТИЛЬНО-МЕХАНИЧЕСКИМ КОММУТАТОР0М (57) Использование: электрические машины постоянного тока с вентильно-механической коммутацией. Сущность изобретения; для исключения дополнительных полюсов выводы переменного тока питающих машину мостовых схем объединены попарно и подключены к зажимам питающей сети, а на параметры машины наложены ограничения, 3 ил.

Данная машина является наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату. В ней вентильно-механическая коммутация осуществляется с помощью двух мостовых схем и дополнительных полюсов, получающих питание через трансформаторы тока и мостовой выпрямитель, При низких частотах вращения, когда

ЭДС, наводимая в коммутируемой секции магнитным потоком дополнительных полюсов, становится соизмеримой с падением напряжения под щетками, коммутация тока в секциях обеспечивается переменным напряжением питающей сети, аналогично вентильным машинам с циклоконверторами.

В то же время существует большая группа тихоходных многополюсных машин постоянного тока, мощностью от нескольких сотен до нескольких тысяч киловатт, в которых коммутация тока в секциях нг всем диапазоне изменения частот вращения машины, может обеспечиваться только за счет напряжения питающей сети. В такой

1786600 машине дополнительные полюса, а также вспомогательные элементы для их питания (трансформаторы тока и мостовой выпрямитель), становятся ненужными, и схема вентильно-механического коммутатора может быть значительно упрощена, Цель изобретения состоит в упрощении вентильно-механического коммутатора машины.

Цель" достигается тем, что одноименные зажимы мостов переменного тока объединены и подключены непосредственно к соответст4ую цим зажимам питающей сети, а параметры машийы удовлетворяют условию; 15

К2 d n„ Tc 50, где К вЂ” число проводящих пластин коллектора;

d — постоянный коэффициент, равный двум в машине с однодорожечным коллектором и равный единице в машине с двухили более дорожечным коллектором; п — максимальная частота вращения двигателя (об/мин);

Т, — период коммутации однополярных тиристоров мостовых схем.

Упрощение вентильно-механического коммутатора осуществляется благодаря от- 30 сутствию в машине дополнительных полюсов и элементов, обеспечивающих их питание. Но при этом параметры машины должны удовлетворять условию: 60/(Kz. п . d) >1,2 Т . Выражение 60/(Кг. n> d) 3-" соответствует времени механического контактирования однополярных групп щеток с коммутируемой секцией (обозначим его TM), в течение которого должна произойти хотя бы одна сетевая коммутация однополярных 40 тиристоров мостовых схем, обеспечивающая реверсирование тока в секции. Коэффициент 1,2 учитывает время реверсирования тока в секции (t ), а также уменьшение теоретического значения времени TM вследст- 45 вие биения коллектора и неточности изготовления его элементов.

Наряду с упрощением конструкции машины, отсутствие дополнительных полюсов повышает ее энергетические характеристй- 50 ки благодаря уменьшению потерь мощности в якорной цепи. Коммутационная способность машины остается достаточно высокой благодаря использованию вентильно-механической коммутации, реализу- 55 емой с помощью двух мостовых схем.

Последние, как и в прототипе, выполняют совмещенные функции управляемого выпрямителя и коммутатора, На фиг. 1 представлена принципиальная схема машины с ВМК, имеющей следующие параметры: 2p=4, КО=15; коллектор имеет одну рабочую дорожку (d=2); nM=300 мин; Tc=6,6. 10 с (для трехфазной мостовой

-з схемы). Обмотка якоря — волновая. Обмотка дополнительных полюсов и компенсационная в машине отсутствуют(обмотка возбуждения для упрощения на чертеже не показана); на фиг. 2 — блок-схема управления машиной; на фиг, 3 — диаграммы сигналов управления, напряжений и токов тиристоров мостовых схем.

Машина содержит обмотку якоря 1, подключенную к механическому коллектору 2, содержащему проводящие пластины 3 — 17 и такое же число изолирующих пластин, контактирующие с ними разнополярные группы щеток 18-21, подключенные к положительным и отрицательным выводам двух мостовых схем на тиристорах 22 — 33, а также схему управления 34, Тиристоры мостовых схем управляются от трехканальной системы импульсно-фазового управления (СИФУ), содержащей формирователи-усилители импульсов 35 — 37(ФУИ1-ФУИЗ) и вводные устройства 38 — 43(ВВУ1-ВВУ6), На входы ФУИ1-ФУИ3 подаются сигналы синхронизации Uzppz, управления Uy и сигнал

Up с блоков логики 44,45(БЛ1 — БЛ2), Переключение импульсов управления с комплекта тиристоров 22, 24, 26 на комплект 28, 30, 32 катодных групп мостовых схем и с комплекта тиристоров 23, 25, 27 на комплект 29, 31, 33 анодных групп обеспечивается ключевыми элементами 46, 47 (В1, В1) и 48, 49 (В2, В2) соответственно. Входы блоков логики связаны с датчиком положения 50(ДП).

Каждое вводное устройство ВВУ содержит по два импульсных трансформатора, вторичные обмотки которых подключаются к управляющим электродам тиристоров и на фиг. 2 обозначены номерами соответствующих вентилей мостовых схем. Первичные обмотки трансформаторов через транзисторные ключевые элементы 46 — 49 подключаются к источнику питания схемы управления. СИФУ выполняет свои обычные функции преобразования сигналов управления Uy в последовательность импульсов для включения тиристоров мостовых схем в режиме управляемого выпрямителя, Одновременно, благодаря связи с блоками логики по каналу Ор и ключевым элементам 46 — 49, СИФУ обеспечивает работу мостовых схем в режиме коммутатора, переключая импульсы управления между указанными выше комплектами тиристоров по сигналам датчика положения Од, Vqz.

1786600

20

45

Kz d пм Тс 50

Датчик положения дискретного типа, как в вентильном двигателе, вырабатывает две последовательности импульсов Од1 и

Од2, имеющие относительное смещение 90 электрических градусов. В каждой последовательности содержится Kz импульсов на один оборот вала двигателя. Диаграммы сигналов Од1, Од2, Up, В1, В1, В2, В2 представлены на фиг, 3. Длительность импульсов t< сигнала Up обеспечивает подготовку формирователей, входящих в состав ФУИ, к выдаче сигналов управления.

При работе машины скользящие контакты перемещаются по рабочей поверхности коллектора слева направо (фиг. 1). До момента времени t> (фиг. 3) благодаря замкнутому состоянию ключей 46, 48 в проводящем состоянии находятся тиристоры 26, 25. Ток якоря la протекает от фазы С, через тиристор 26 (ized, фиг. 3), анодную щетку 18, пластину коллектора 3, через параллельные ветви обмотки якоря, направление токов в которых для рассматриваемого момента времени обозначено на фиг. 1 сплошными стрелками, через коллекторную пластину 7, контакт 19, тиристор 25 к фазе В.

В момент времени t>, в соответствии с диаграммой фазных напряжений, в работу вступает тиристор 22, на который подается управляющий импульс Uzz со схемы управления. Происходит коммутация тока с фазы

С((26) на фазу А{122). Процессы коммутации тока в однополярных вентилях мостовых схем, которые в материалах заявки называются сетевой коммутацией, повторяются через одинаковые интервалы Т .

В момент времени, когда скользящий контакт 20 входит в контактирование с проводящей пластиной 11, выходной сигнал датчика положения 50 Од1 становится равным логической единице. Выходной сигнал логического устройства 44 Ор становится равным нулю на время т0, в течение которого происходит подготовка ФУИ1 к выдаче импульсов управления по каналам 22, 28

СИФУ (фиг. 2). По истечении времени т> в момент т2 на выходе В1 блока логики 44 появляется сигнал логической единицы, обеспечивающий замыкание ключа 47, В канале 28 вводного устройства ВВУ1 появляется управляющими импульс Uzs, поступающий на тиристор 28. Однако включение этого вентиля не происходит вследствие отсутствия потенциальных условий, необходимых для реверсирования тока в секции, связанной с пластинами коллектора 3, 11 и ток якоря продолжает протекать через тиристор 22, Сигнал на выходе датчика положения

Ua< имеет длительность Тм, в течение которой происходит механическое контактирование щеток 18, 20 с проводящими пластинами коллектора 3, 11. Аналогичную длительность имеют сигналы Uaz, а также паузы между сигналами Ua> и Uaz. В момент времени т4 начинается сетевая коммутация с фазы А на фазу В в катодных группах вентилей мостовых схем. Со схемы управления подается управляющий импульс Озо на включение тиристора 30. Коммутирующая

ЭДС, равная разности фазных напряжений

U<-U>, обеспечивает реверсирование тока в секции, связанной с пластинами 3, 11. По истечении времени t< тиристор 22 отключается (izz=0), à в тиристоре 30iao=la. Перемещение контакта 18 с проводящей пластины

3 на изолирующую происходит в обесточенном состоянии без искрения.

При дальнейшем перемещении контактов по коллектору, например в момент t7, аналогичные процессы осуществляются в секциях, связанных с катодными щетками

19, 21 и тиристорами 27, 29. Далее коммутационные процессы повторяются, Формула изобретения

Электрическая машина с вентильно-механическим коммутатором, содержащая механический коллектор, контактирующие с ним разнополярные группы щеток, каждая из которых разделена на две подгруппы, подключенные к положительным и отрицательным выводам двух мостовых схем и схему управления, о тл и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью упрощения, выводы переменного тока мостовых схем объединены попарно и подключены к зажимам питающей сети, а параметры машины удовлетворяют условию. где К2 — число проводящих пластин коллектора;

d — постоянный коэффициент, равный 2 в машине с однодорожечным коллектором и равный 1 в машине с двух или более дорожечным коллектором; пм — максимальная частота вращения двигателя, об/мин;

Т, — период коммутации однополярных тиристоров мостовых схем.

178бб00

1786600

///, /

/ /

/ /

///

;/ (1

I !

I

Составитель В.Ломакин

Редактор Т.Федотов Техред М.Моргентал Корректор O.Кравцова

Заказ 253 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

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