Нереверсивная электрическая машина с вентильно-механическим коммутатором

 

Использование: электрические машины с вентильно-механической коммутацией. Сущность изобретения: в систему управления машины введен блок коррекции, создающий эффект сдвига скользящих контактов по направлению вращения якоря, что позволяет компенсировать размагничивающую реакцию якоря и исключить компенсационную обмотку. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 Н 02 К 13/14

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4750428/07 (22) 17,10,89 (46) 30,01.93. Бюл. ¹ 4 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электромашиностроения (72) В.А,Ломакин и Е.М,Луткин (56) Авторское свидетельства СССР

¹ 498693, кл, Н 02 К 13/14, 1974.

Авторское свидетельство СССР

N 513570, кл, Н 02 К 13/14, 1988.

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, содержа,цая механический коллектор, контактирующие с ним разнополярные группы щеток, подключенные к зажимам источника питания через тиристорные ключевые элементы, коммутирующий блок, схему управ„„5UÄÄ 1791904 А1 (54) НЕРЕВЕРСИВНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ

МАШИНА С ВЕНТИЛЬНО-МЕХАНИЧЕСКИМ КОММУТАТОРОМ (57) Использование: электрические машины с вентильно-механической коммутацией.

Сущность изобретения: в систему управления машины введен блок коррекции, создающий эффект сдвига скользящих контактов по направлению вращения якоря, что позволяет компенсировать размагничивающую реакцию якоря и исключить компенсационную обмо1ку. 5 ил. ления, состоящую из системы импульснофазового управления, блока ключей, блока логики, датчика положения и тахогенератора.

Эта машина является наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату, В ней как и в большинстве коллекторных машин с напряженными условиями работы, применяется компенсационная обмотка, которая значительна повышает надежность их работы, но одновременно усложняет конструкцию и увеличивает сложность, B машинах без компенсационной обмотки, с насыщенной магнитной системой и установленными на нейтрали щетками, поперечная реакция якоря наряду с искажением основного магнитного поля оказывает на него заметное размагничивающее действие. При сдвиге щеток с нейтрали по направлению вращения двигателя наряду с поперечной возникает продольная намагничивающая составляющая реакции якоря. Однако сдвиг

C (й ! сС)

,О

jO ,>

1791904

Лt = р/и, щеток по направлению вращения якоря в реверсивных двигателях традиционной конструкции не допускается из коммутационных соображений. Кроме того, при изменении направления вращения двигателя продольная составляющая реакции якоря становится размагничивающей, что снижает устойчивость работы электропривода при ослабленном магнитном потоке. В машинах с ВМК, благодаря управляемости коммутацией c.. помощью тиристоров, при жестко установленных щетках по линии геометрической нейтрали имеется возможность обеспечить эффект их сдвига по направлению вращения якоря с помощью электронных средств. Тем самым обеспечиваются условия для создания машины с

В М К большой мощности без компенсационной обмотки, характеризующейся высокой коммутационной надежностью, перегрузочной способностью и устойчивостью работы при ослаблении магнитного потока.

Цель изобретения состоит в упрощении конструкции машины с ВМК, благодаря возможности создания ее без компенсационной обмотки при одновременном сохранении высоких коммутационных и перегрузочных характеристик.

Эта цель достигается тем, что в схему управления включен блок коррекции, состоящий из двух формирователей импульсов, операционного усилителя с инвертирующим и неинвертирующим входами, функционального преобразователя, конденсатора, ключа на двух транзисторах, инвертора, двух двухвходовых логических элементов

"И вЂ” Н Е", причем входы формирователей импульсов связаны с выходами датчика положения, выходы объединены и подключены к неи нвертирующему входу операционного усилителя, к которому также подключен через функциональный преобразователь выход тахогенератора, параллельно инвертирующему входу операционного усилителя подключен конденсатор, соединенный через резисторы с выходом тахогенератора, а также с выходом операционного усилителя через ключ, одновременно выход операционного усилителя соединен со входом инвертора, выход которого подключен к первым входам логических элементов И-НЕ, вторые входы которых соединены с выходами датчика положения, а выходы соединены с входами блока логики, Применение в схеме управления блока коррекции, включенного между выходами датчика положения и входом блока логики, позволяет подавать импульсы управления на включение тиристоров мостовых схем с некоторой задержкой по времени Л t отно10

55 сительно сигналов датчика положения. Исследования показали, что, если указанная задержка изменяется по закону то в двигателе создается эффект сдвига скользящих контактов по направлению вращения якоря () — некоторая нелинейная функция; n — частота вращения машины).

При работе с задержкой Ь t в двигателе с

BMK создаются намагничивающие ампервитки продольной реакции якоря F ao, которые компенсируют размагничивающие ампер-витки поперечной реакции якоря

Рp.g. Необходимость применения компенсационной обмотки отпадает. Более подробное обоснование физического смысла выражения (1) с учетом параметров блока коррекции и машины приводится ниже, На фиг, 1 представлена принципиальная схема машины с ВМК с числом проводящих пластин коллектора Кг = 22; на фиг. 2 изображена функциональная схема машины с блок-схемой управления; на фиг, 3— упрощенная схема блока коррекции; на фиг, 4 — принципиальная схема блока коррекции; на фиг. 5 — диаграмма сигналов управления и токов тиристоров мостовых схем.

Машина содержит обмотку якоря 1, подключенную к механическому коллектору 2, содержащему проводящие пластины 3 — 24 и такое же число изолирующих пластин, контактирующие с ними разнополярные группы щеток 25-28, подключенные к положительным и отрицательным выводам двух мостовых схем на тиристорах 29-40.

Машина содержит также трансформаторы тока 41, неуправляемый выпрямитель 42 для питания обмотки дополнительных полюсов

43. Схема управления 44 (фиг. 2) содержит систему импульсно-фазового управления (СИФУ) 45, на входы которой подаются сигналы синхронизации Осинх., управления Uy и сигнал переключения Up с блока логики (БЛ) 46, Переключение импульсов управления тиристорами 29 — 34 мостовой схемы на комплект тиристоров 35 — 40 обеспечивается блоком ключей (БКЛ) 47. Входы блока логики (БЛ) связаны с датчиком положения (ДП) 48 через блок коррекци (БКР) 49, на который также подается сигнал с техогенератора (ТГ)

50.

Блок коррекции (фиг, 3) состоит из двух формирователей импульсов 51,52, выходы которых подключаются к неинверсному Вхо ду операционного усилителя 53, куда также подается напряжение тахогенератора через функциональный преобразователь 54. Ин1791904 (3) п, (4) (5) U; =- Uz, вертирующий вход усилителя подключен к конденсатору 55, связанному через резисторы 56, 57 с выходом тахогенератора и с выходом операционного усилителя через ключевые транзисторы 58, 59, Одновременно выход усилителя через инвертор 60 подключен к входам двух логических элементов

И вЂ” НЕ 61,62.

При работе машины скользящие контакты перемещаются по рабочей поверхности коллектора слева направо (фиг. 2), До момента времени t> в проводящем состоянии находятся тиристоры 29, 34. Ток якоря

4 протекает от фазы А через тиристор 29, контакт 25, пластину 3, через параллельные ветви обмотки якоря, коллекторную пластину 14, контакт 28, тиристор 34 к фазе С.

Благодаря трансформаторам тока 41 и выпрямителю 42 через обмотку дополнительных полюсов 43 протекает постоянный ток, равный току якоря la В момент времени т1, когда скользящие контакты занимают положение, изображенное на фиг, 1, в канале Б1 датчика положения 48 появляется положительный импульс (фиг. 2, 5). Проходя через блок коррекции 44, обеспечивающий задержку по времени h t, тот же сигнал, но уже в момент времени t2 по каналу 0з поступает на вход блока логики 46. Далее в блоке логики по известным принципам сигнал Up становится равным нулю на время т, (фиг.

5), в течение которого происходит подготовка формирователей СИФУ к выдаче очередных импульсов управления. В момент времени тз на выходе блока логики 46 в канале В2 появляется разрешающий сигнал (фиг, 5), благодаря которому в блоке ключей

47 обеспечивается прохождение сигналов управления по каналам 35 — 40 (Оз5, 040 на фиг, 5). После включения тиристоров 35 и 40 в коммутирующих секциях, связанных с пластинами коллектора 3,4 и 14,15 под действием коммутирующей ЭДС от потока дополнительных полюсов прямой ток тиристоров 29 и 34 (l25, l28) уменьшается, и в тиристорах 35 и 40 нарастает. По истечении времени тк тиристоры 29, 34 выключаются, в коммутируемых секциях заканчивается реверсировэние токов, а полный ток якоря

1а протекает через тиристоры 35,40 и контакты 26,27. Перемещение контактов 25,28 с проводящих пластин на изолирующие происходит в обесточенном состоянии без искрения.

При дальнейшем перемещении контактов по коллектору в момент времени ts аналогичные процессы протекают в секциях, связанных с пластинами 4,5 и 15,16 в которых процесс коммутации заканчивается

55 включением тиристоров 29, 34 и протеканием тока якоря через контакты 25, 28, Далее процессы повторяются.

Блок коррекции, предназначенный для обеспечения временной задержки Л t =

=у /и, работает следующим образом. До момента времени т1 транзисторные ключи формирователей 51, 52 (фиг. 3, фиг. 4) находятся в открытом состоянии. Напряжение

Uz на неинвертирующем входе операционного усилителя 53 также, как и на его выходе

U>, имеет положительную полярность (фиг, 5). Ключевой транзистор 58 открыт, напряжение на конденсаторе 55 равно нулю, После появления на входе формирователя 51, в момент времени t<, положительного импульса Б1, транзисторный ключ запирается и отрицательный импульс напряжения через С1 и V3 подается на прямой вход 53. При этом на его выходе и соответственно на входе, благодаря положительной обратной связи, появляется отрицательный импульс напряжения Uzg (фиг. 5). Величина этого напряжения, с учетом сигнала, поступающего с функционального преобразователя 54, определяется так

U22 = (J 1 Uxr R j4 R, (Ri3 R5)) R /(R< 1 Кб (2 l где U;: — напряжение на выходе 53 отрицательной пслярности. Одновременно с переключением операционного усилителя транзистор 59 открывается, 58 — закрывается и начинается заряд конденсатора 55 напряжением тахогенератора, которое определяется так; где b> — коэффициент пропорциональности.

Напряжение на конденсаторе в течение времени Л с нарастает линейно, если

Лт<<т =(R11+ R72) Ск, и определяется следующей зависимостью:

Когда эта напряжение достигнет значения

022 на неинвертирующем входе 53, т.е. то напряжение на выходе U> и соответственно на входе 53 вновь изменяет полярность и становится равным Uz< (фиг.5). Импульсы напряжения U> с выхода 53 благодаря инвертору 60 и логическому элементу И вЂ” Н Е 61 преобразуются в сигналы 0з, которые далее поступают на вход блока логики 46. Из со1791904 вместного решения уравнений (2) — (5) можно ределить зависимость времени задержки

A t, которая создается блоком коррекции.

A t. = 022 r / О тг = 022 г /(b t и) = р/и (6) 5

Формула изобретения

Нереверсивная электрическая машина с вентильно-механическим коммутатором, 10 содержащая механический коллектор, контактирующие с ним разнополярные группы шеток, подключенные к зажимам источника питания через тиристорные ключевые элементы, коммутирующий блок, содержащий 15 трансформаторы тока, выпрямитель и добавочные полюса с обмотками, схему управления, состоящую из системы импульснофазового управления, блока ключей, блока логики, датчик положения с двумя выходами 20 и тахогенератор, отличающаяся тем, что, с целью упрощения, схема управления содержит блок коррекции, состоящий из двух формирователей импульсов, операционного усилителя с инвертирующим и неин- 25 вертирующим входами, функционального преобразователя, конденсатора, резистора, двух ключевых транзисторов, инвертора, двух двухвходовых логических элементов

И вЂ” НЕ, причем входы формирователей импульсов связаны с выходами датчика положения, выходы объединены и подключены к неин вертирующему входу операционного усилителя, к которому подключен через функциональный преобразователь выход тахогенератора, к инвертирующему входу операционного усилителя подключен первый выход конденсатора, соединенный через резистор с выходом тахогенератора второй вывод которого соединен с земляным выводом системы управления, и резистор, соединенный через первый ключевой транзистор с выходом тахогенератора, а через второй ключевой транзистор — с земляным выводом системы управления, выход операционного усилителя соединен с управляющим входом ключевых транзисторов и входом инвертора, выход которого подключен к первым входам логических элементов

И вЂ” НЕ, вторые входы которых соединены с выходами датчика положения, а выходы соединены с входами блока логики.

1791904

/ / /. / у ( 5

И/ 7 47

ИО7, 5-!! n

L — .Ф» а „щ

;ы ! j < >,Г//б/// 1 у б.

"((р.1 Г

1, -, — 7б () / ХГ, 2

Т/" а

1 " 1/ ./

/

Г

Ф Ф

/ J

-с

/ ! . t.

) 1

/ / 5-, 1791904

r 8

Фиг. 4

-и о -! 44 4 4! иг. 5

Составитель В. Ломакин

Техред > Чоргентал Корректор А. Мотыль

Редактор

Заказ 156 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного о; итета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 о

Й!! и, о

1 в

Г,