Нереверсивная электрическая машина постоянного тока с вентильно-механическим коммутатором

 

Использование: для улучшения коммутации в электрических машинах. Сущность изобретения: машина содержит механический коллектор с проводящими и изолирующими пластинами, контактирующие с ними две разнополярные группы щеток, схему управления , в каждой группе щеток один из контактов смещен по дорожке рабочей поверхности коллектора относительно второго контакта, а в качестве коммутирующего устройства использован управляемый полупроводниковый элемент, например транзистор или запираемый тиристор. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 02 К 13/14

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДETEJlbCTBY

4 о

О

С» Ed (21) 4750421/07 (22) 17,10,89 (46) 30,01.93. Бюл. N 4 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электромашиностроения (72) В.А,Ломакин (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 441631, кл. Н 02 К 13/14, 1974.

Авторское свидетельство СССР № 1492422, кл. Н 02 К 13/14, 1989. (54) НЕРЕВЕРСИВНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ

МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА С ВЕНТИЛЬНО-МЕХАНИЧЕСКИМ KQMMYTATOPOM

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к электрическим машинам постоянного тока с дополHèòåëьными устройствами для улучшения коммутации.

Известна электрическая машина с вентил ьно-механическим коммутатором (BM К), содержащая механический коллектор и контактирующие с ним группы щеток, подключенные к источнику питания через управляемые полупроводниковые элементы. В машине коммутация осуществляется без дополнительных полюсов с помощью емкостных накопителей электрической энергии.

Недостатком такой машины является ее сложность.

Известна также электрическая машина постоянного тока с ВМК, содержащая механический коллектор с проводящими и изолирующими пластинами, контактирующие с

„„!ЖÄÄ 1791903 А1 (57) Использование: для улучшения коммутации в электрических машинах, Сущность изобретения: машина содержит механический коллектор с проводящими и изолирующими пластинами, контактирующие с ними две разнополярные группы щеток, схемууправления, в каждой группе щеток один из контактов смещен по дорожке рабочей поверхности коллектора относительно второго контакта, а в качестве коммутирующего устройства использован управляемый полупроводниковый элемент, например транзистор или запираемый тиристор, 3 ил, ними две разнополярные группы щеток, подключенные к питающей сети через коммутирующие устройства и состоящие каждая из двух контактов, шунтирующие якорную цепь диоды и схему управления.

По технической сущности и достигаемому результату наиболее близкой к изобретению, принятой за прототип, является машина, в которой применяемая совокупность коммутирующих элементов обеспечивает выполнение функций коммутатора и регулятора напряжения на якоре двигателя при любом направлении вращения. В то же время существует большая группа нереверсивных электроприводов, в которых те же функции можно выполнить с помощью меньшего числа коммутирующих элементов.

Цель изобретения состоит B упрощении электрической машины, работающей в нереверсивном режиме.

1791903

55

Эта цель достигается тем, что в каждой однополярной группе щеток набегающий контакт смещен по рабочей поверхности коллектора относительно сбегающего на расстояние, равное половине коллекторного деления, между набегающим контактом одной из групп щеток и клеммой питающей сети включен полностью управляемый полупроводниковый элемент, набегающий контакт группы щеток противоположной полярности соединен с соответствующей клеммой источника питания непосредственно, между сбегающими контактами разнополярных групп щеток и соответствующими клеммами питающей сети включены тиристоры.

В отличие от прототипа и других известных устройств предлагаемое устройство содержит всего один полностью управляемый полупроводниковый элемент вместо двух, обеспечивающий функции импульсного регулятора напряжения и коммутатора тока в секциях обмотки якоря. Включенные между сбегающими контактами и разнополярными шинами источника питания тиристоры выполняют функцию пу-, х устройств, которые обеспечивают кратковременное подключение источника питания к обмотке якоря, если перед пуском двигателя один из набегающих контактов находится на изолирующей пластине. В соответствии с указанным функциональным назначением пусковые тиристоры имеют значительно меньшую установленную мощность, чем коммутирующие устройства прототипа.

На фиг. 1 (в качестве примера) приведена принципиальная электрическая схема машины с ВМК (машина двухполюсная, обмотка волновая, содержит 9 укрупненных секций. Обмотка возбуждения не показана); на фиг. 2 приведена блок-схема одного из вариантов схемы управления двигателем с

ВМК; на фиг. 3 представлены диаграммы сигналов управления, которые поступают на коммутирующие устройства и диаграммы токов в этих устройствах, Машина содержит расположенную на якоре обмотку 1, подключенную к механическому коллектору 2 с проводящими 3 — 11 и изолирующими 12 — 20 пластинами, контактирующие с ними разнополярные группы щеток, состоящие из контактов 21 — 24, подключенных к питающей сети через коммутирующие устройства 25 — 27, шунтирующие якорную цепь диоды 28, 29 и схемы 30 управления. В схему управления входят: датчик положения 31, формирователи импульсов 32, 33, суммирующее устройство

34, блок задержки 35, усилитель импульсов отпирания 36, усилитель 37 импульсов запи5

45 рания и блок 38 пусковых импульсов, обеспечивающий включение тиристоров 26 и 27 в пусковых режимах работы машины. Датчик положения (ДП) дискретного типа, как в вентильном двигателе, вырабатывает две последовательности импульсов Б1, Б2, имеющие относительное смещение 180 электрических градусов. Число импульсов на один оборот вала двигателя в каждой последовательности равно числу проводящих пластин коллектора;

При работе машины скользящие контакты перемещаются по рабочей поверхности коллектора слева направо (фиг. 1). В положении скользящих контактов, изображенном на фиг, 1, фиг. 3 и соответствующем моменту времени с ток якоря 1я протекает от скользящего контакта 21, через пластину

3, обмотку якоря, пластину 8, контакт 24, через обратный диод 28, Тиристоры 25-27 отключены. В момент времени t< в канале Б1 датчика положения вырабатывается импульс управления, который, проходя через блоки 32.,34,36, преобразуется в отпирающий импульс Uo, обеспечивающий включение запираемого тиристора 25. После открывания этого тиристора напряжение источника питания прикладывается к секции обмотки якоря, связанной с пластинами

3,4, в которой начинается коммутационный процесс. Считая, что скользящий контакт 23, находясь на изолирующей пластине 12 в момент времени t<, начинает контактировать с проводящей пластиной 4, ток вентиля

25 !гв протекает по контуру: плюс источника питания — 25 — 23 — 4 — секция — 3 — 21 — 28 — минус источника, По истечении времени т< ток диода 28 з уменьшается до нуля, ток вентиля

25 становится равным току якоря (ized = l ). В секции, связанной с пластинами 3, 4, заканчивается процесс реверсирования тока, а ток якоря протекает по контуру; плюс источника — 25 — 23 — 4 — обмотка — 8-24 — минус источника.

В момент времени г, когда скользящие контакты переместятся по коллектору на половину ширины проводящей пластины или по истечении времени задержки t< = y T, обеспечиваемой блоком 35, на выходе усилителя импульсов запирания 37 появляется сигнал 0з отрицательной полярности (на фиг. 3 он имеет положительную полярность), обеспечивающий выключение тиристора 25 (ized = О), При этом ток якоря за счет

ЭДС самоиндукции обмотки продолжает протекать в прежнем направлении через шунтирующий диод 29 между скользящими контактами 22, 23 (м = Iя,)

В момент времени тз, когда скользящий контакт 24 в обесточенном состоянии, нахо1791903 дясь на изолирующей плаастине 17, начинает контактировать с пластиной 9, в канале

Б2 датчика положения вырабатывается импульс управления, который, проходя через блоки 33, 34, 36, сигналом Uo включает тиристор 25. При этом начинается коммутационный процесс в секции, связанный с пластинами 8, 9 и ток якоря протекает по контуру: плюс источника — 25 — 29 — 22 — 8 — секция — 9 — 24 — минус источника питания, По истечении времени t< ток шунтирующего диода 29 уменьшается до нуля цд = О), ток вентиля 25 достигает значения тока якоря (I25 = Is), в секции, связанной с пластинами

8, 9, заканчивается процесс реверсирования тока, а ток якоря протекает так: плюс источника — 25-23 — 4 — обмотка — 9-24 — минус источника, B момент времени t4, когда скользящий контакт 23 переместится на половину изолирующей пластины 13, или по истечении времени задержки ти =у Т, на выходе усилителя импульсов 37 появляется сигнал 0з на выключателе 25 (izg = О). При этом ток якоря за счет ЭДС самоиндукции обмотки продолжает протекать в прежнем направлении через диод 28 между контактами 21, 24 и пластинами 4, 9 (гв = Is).

В момент, когда скользящий контакт

23, находясь на изолирующей пластине 13, вступает в контактирование с проводящей пластиной 5, включается вентиль 25 и начинается коммутационный процесс, аналогичный моменту времени t< Далее процессы повторя ются.

Для регулирования частоты вращения машины с помощью блока задержки 35, регулируя время задержки t>, можно изменять коэффициент заполнения импульсного цикла:

y = .lт, (1) а, следовательно, и среднее напряжение на

5 якоре двигателя, т.е, Uo= p Un. (2)

Специфическим отличием предлагаемого устройства от прототипа является то, что оно применимо только в нереверсивных

10 электроприводах, Формула изобретения

Нереверсивная электрическая машина постоянного тока с вентильно- механическим коммутатором со свободным выбегом, 15 содержащая механический коллектор с проводящими и изолирующими пластинами, контактирующие с ним две разнополярные группы щеток, состоящие из двух контактов, схему управления, шунтирующие якорную

20 цепь диоды, включенные между набегающими и сбегающими контактами разнополярных групп щеток, полностью управляемый полупроводниковый элемент, соединяющий клемму питающей сети с набегающим

25 контактом одной из групп щеток, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью упрощения, она содержит тиристоры, включенные между сбегающими контактами разнополярных групп щеток и соответствующими клеммами

30 питающей сети, набегающий контакт группы щеток полярности, противоположной полярности группы, соединенной с полностью управляемым элементом, соединен с соответствующей клеммой источника питания, а в

35 каждой однополярной группе щеток набегающий контакт смещен по рабочей поверхности коллектора относительно сбегающего на расстояние, равное половине коллекторного деления.

1791903 ля -г

Составитель В. Ломакин

Техред М,Моргентал Корректор А, Мотыль

Редактор

Заказ 156 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 бб

Р/

1 !

3/

L! (!