Электрическая машина постоянного тока

 

Использование: коллекторные электрические машины. Сущность изобретения: устройство содержит коллектор с чередующимися проводящими 1 и изолирующими 2 пластинами и контактирующие с ними разнополярные группы щеток, каждая из которых состоит из основной щетки 3 и вспомогательной щетки 4, располагаемой со стороны сбегающего края основной и изолированно от нее. Основная щетка 3 группы положительной полярности непосредственно подключена к положительному зажиму 6 источника электропитания. Между выводами основной 3 и вспомогательной 4 щеток подключен нелинейный резистивный элемент 9, а параллельно ему - первичная обмотка 10 импульсного трансформатора 11, выход которого через выпрямитель 13 связан с зажимами 6 и 8 источника электропитания постоянного тока. В случае универсального источника питания между ним и выпрямителем помещается коммутатор полярности мостового бестрансформаторного типа. 2 ил.

Изобретение относится к коллекторным электрическим машинам постоянного тока и универсального питания, имеющим дополнительные устройства для улучшения коммутации.

Известна электрическая машина постоянного тока малой мощности, содержащая устройство для улучшения коммутации с составными щетками, вспомогательная часть которых соединена с главной через мостовой выпрямитель, на выходе которого включен транзисторный блокинг-генератор, играющий роль ключевого замыкателя [1] .

Известна электрическая машина постоянного тока, содержащая индуктор, якорь, коллектор с чередующимися проводящими и изолирующими пластинами и контактирующие с ними разнополярные группы щеток, каждая из которых состоит из основной щетки, соединенной с источником питания непосредственно, и вспомогательной, соединенной с источником через нелинейный резистивный элемент и расположенной со стороны сбегающего края основной щетки изолированно от нее [2] .

Данное техническое решение характеризуется низкими энергетическими показателями и увеличенными размерами коммутирующего устройства.

Целью изобретения является улучшение коммутации.

Цель достигается тем, что электрическая машина постоянного тока, содержащая индуктор, якорь, коллектор с чередующимися проводящими и изолирующими пластинами и контактирующие с ними разнополярные группы щеток, каждая из которых состоит из основной щетки, соединенной с источником питания непосредственно, и вспомогательной, соединенной с источником через нелинейный резистивный элемент и расположенной со стороны сбегающего края основной щетки изолированно от нее, снабжена блоком выпрямления-согласования, причем вход блока подключен параллельно нелинейному резистивному элементу, а выход - к источнику питания.

Блок выпрямления-согласования состоит из импульсного трансформатора, выход которого подключен к выпрямителю.

Кроме того, к выходу выпрямителя подключен дополнительно мостовой полупроводниковый коммутатор полярности, выход которого соединен с источником питания.

На фиг. 1 приведена схема электрической машины с устройством улучшения коммутации, содержащим блок выпрямления-согласования; на фиг. 2 - то же с дополнительным подключением коммутатора полярности.

Машина постоянного тока содержит коллектор с чередующимися проводящими 1 и изолирующими 2 пластинами и контактирующие с ними разнополярные группы щеток, каждая из которых состоит из основной щетки 3 и вспомогательной щетки 4, которая располагается со стороны сбегающего края основной щетки 3 и изолирована от нее. К проводящим пластинам 1 подключены выводы секции 5 замкнутой обмотки якоря машины. Основная щетка 3 непосредственно подключена выводами к положительному зажиму 6 источника питания, а основная щетка 7 отрицательной полярности - соответственно к отрицательному зажиму 8. Между выводами основной 3 и вспомогательной 4 щеток подключен нелинейный резистивный элемент 9, а параллельно ему - первичная обмотка 10 импульсного повышающего трансформатора напряжения 11, вторичная обмотка 12 которого через выпрямитель 13 подключена к зажимам 6 и 8 источника питания.

На фиг. 1 выпрямитель 13 изображен в виде мостовой однофазной схемы выпрямления, но также может быть использована двухполупериодная схема выпрямления со средней точкой вторичной обмотки трансформатора. Часть схемы, относящаяся к отрицательной группе щеток, имеет аналогичную структуру.

На схеме, представленной на фиг. 2, выпрямители 13 и 14, соединенные своими выходами параллельно, подключены к зажимам 6 и 8 универсального источника питания через мостовой полупроводниковый коммутатор полярности 15, вентили которого включаются и выключаются по сигналам управления схемы 16.

Устройство, приведенное на фиг. 1, работает следующим образом. При перемещении коллектора относительно неподвижных щеточных групп в положительной группе происходит размыкание контакта основной щетки 3 с проводящей пластиной 1, которая продолжает контактировать со вспомогательной щеткой 4. При этом образуется путь для тока параллельной ветви обмотки якоря, являющейся в силу ее значительной индуктивности источником тока, а не напряжения, через вспомогательную щетку 4, нелинейный резистивный элемент 9, который пробивается практически мгновенно и его напряжение пробоя U_о прикладывается к коммутируемой секции 5, вызывая процесс ее коммутации. Величина вводимого в первый момент напряжения U_о не должна превосходить тот уровень, при котором может развиться дуговой процесс на сбегающем крае щетки. В первый момент ток параллельной ветви обмотки якоря в первичную обмотку 10 импульсного трансформатора 11 проникнуть не может из-за значительно более высокой инерционности трансформатора по сравнению с нелинейным резистивным элементом. Однако приложенное к первичной обмотке 10 напряжение U_о вызывает переходный процесс включения импульсного трансформатора 11, в результате чего начинают расти потребляемый ток трансформатора и напряжение на выходе выпрямителя 13. Как только напряжение на выходе выпрямителя 13 сравняется с напряжением источника питания машины, начнет расти ток выпрямителя, поступающий в источник. Одновременно будут расти вторичный и первичный токи импульсного трансформатора, а нелинейный резистивный элемент будет соответственно разрушаться. При полной разгрузке нелинейного элемента, когда ток через элемент упадет до нуля, закончится переходный процесс включения импульсного трансформатора. При этом напряжение на первичной обмотке трансформатора уменьшится до величины немного меньшей U_о, что обеспечивается правильно выбранным коэффициентом трансформации трансформатора. С момента завершения переходного процесса включения трансформатора трансформатор воспримет на себя весь ток параллельной ветви обмотки якоря, а коммутирующим напряжением становится напряжение первичной обмотки трансформатора. После завершения процесса коммутации схема автоматически отключается.

Схема, представленная на фиг. 2, работает аналогично, но благодаря подключению между выпрямителями 13 и 14 и зажимами 6 и 8 источника питания мостового полупроводникового коммутатора 15 достигается согласование полярности коммутационных импульсов, поступающих на зажимы источника питания. При использовании реверсируемого источника питания постоянного тока в зависимости от принятой полярности подключения во включенном состоянии находятся вентили той пары противоположных плеч мостовой схемы коммутатора, которая соответствует указанной полярности. Если же источник питания является источником переменного тока, то коммутатор полярности является бестрансформаторным инвертором, ведомым сетью переменного тока, и работает в циклическом ключевом режиме, изменяя каждые полпериода проводимость противоположных плеч мостовой схемы инвертора.

Благодаря применению импульсного трансформатора в блоках выпрямления-согласования осуществляется при коммутации секции возврат (рекуперация) индуктивной коммутационной энергии в источник питания, а отсутствие ее преобразования в тепло улучшит энергетические показатели устройства коммутации. (56) Авторское свидетельство СССР N 230949, кл. H 02 K 13/14, 1986.

Авторское свидетельство СССР N 1192048, кл. H 02 K 13/14, 1984.

Формула изобретения

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащая индуктор, якорь, коллектор с чередующимися проводящими и изолирующими пластинами и контактирующие с ними разнополярные группы щеток, каждая из которых состоит из основной щетки, соединенной с источником питания непосредственно и вспомогательной, соединенной с источником через нелинейный резистивный элемент и расположенной со стороны сбегающего края основной щетки изолированно от нее, отличающаяся тем, что, с целью улучшения коммутации, она снабжена блоком выпрямления-согласования, вход блока подключен параллельно нелинейному резистивному элементу, а выход - к источнику питания.

2. Машина по п. 1, отличающаяся тем, что блок выпрямления-согласования состоит из импульсного трансформатора, выход которого подключен к выпрямителю.

3. Машина по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что к выходу выпрямителя дополнительно подключен мостовой полупроводниковый коммутатор полярности, выход которого соединен с источником питания.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2