Электрическая машина постоянного тока с устройством формирования коммутирующего поля

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электрических машинах постоянного тока с дополнительными полюсами и компенсационной обмоткой. Для улучшения коммутации в любом режиме работы машины постоянного тока за счет настройки на оптимально ускоренную коммутацию и формирования упреждающих сигналов коэффициентов усиления устройство формирования коммутирующего поля снабжено блоком синхронизации и блоком расчета упреждения, входы которого соединены с выходами датчиков частоты вращения якоря, тока якоря и тока возбуждения главных полюсов, а также с выходами блока синхронизации, вход которого соединен с выходом датчика наличия тока возбуждения главных полюсов. Выходы блока расчета упреждения соединены с сигнальными входами усилителей, подающих питание на обмотки возбуждения дополнительных полюсов. 6 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электрических машинах постоянного тока с дополнительными полюсами и компенсационной обмоткой.

Известна электрическая машина постоянного тока с устройством формирования коммутирующего поля [1], содержащая главные полюсы, дополнительные полюсы, наконечники которых выполнены со скосом в тангенциальном направлении, а обмотки возбуждения дополнительных полюсов получают подпитку от усилителей, управляемых специальной системой управления, датчик скорости изменения тока якоря, датчики скорости изменения коммутирующего и главного потоков и датчик частоты вращения якоря.

Устройство формирования коммутирующего поля коллекторной машины [1] позволяет, увеличивая ток, протекающий по обмоткам возбуждения группы дополнительных полюсов одной полярности (сбегающий край наконечников которых имеет меньший воздушный зазор, а набегающий край - больший воздушный зазор), и уменьшая ток, протекающий по обмоткам возбуждения группы дополнительных полюсов другой полярности (сбегающий край наконечников которых имеет больший, а набегающий край - меньший воздушный зазор), компенсировать несимметрию реактивной ЭДС относительно середины коммутационной зоны, вызванной коммутационными вихревыми токами.

Известная машина [1] имеет следующий недостаток.

Обмотки возбуждения дополнительных полюсов названной коллекторной электрической машины с устройством формирования коммутирующего поля соединены последовательно с обмоткой якоря. При этом коммутирующая ЭДС пропорциональна току якоря и частоте вращения якоря и компенсирует реактивную ЭДС, тогда как в режимах, близких к холостому ходу (ток якоря незначителен), коммутирующая ЭДС и реактивная ЭДС незначительны и характер коммутации практически полностью определяется ЭДС, наводимой полем главных полюсов. Влияние поля главных полюсов на коммутацию оказывается столь значительным, что может возникнуть необходимость уже в процессе наладки готовой машины уменьшать зону коммутации при соответствующей корректировке воздушного зазора под дополнительными полюсами [2] . Сужение коммутационной зоны ухудшает технико-экономические показатели машины (уменьшается коэффициент полюсного перекрытия, следовательно, ухудшается использование окружности якоря, при тех же геометрических размерах мощность машины уменьшается). Кроме того, корректировка воздушного зазора под дополнительными полюсами без разборки машины возможна только в случае применения специальных технических решений [3,4].

Наиболее близким по технической сущности к заявляемой электрической машине постоянного тока с устройством формирования коммутирующего поля является выбранная в качестве прототипа электрическая машина постоянного тока с устройством формирования коммутирующего поля [5], содержащая главные полюсы, дополнительные полюсы, наконечники которых выполнены со скосом в тангенциальном направлении, с обмотками, подключенными к выходам усилителей, входы которых соединены с выходами блока расчета; датчик частоты вращения якоря, соединенный с первым входом блока расчета; датчик тока возбуждения, блок синхронизации и датчик наличия тока в цепи возбуждения главных полюсов, выход которого соединен со входом блока синхронизации, три выхода которого соединены со вторым, третьим и четвертым входами блока расчета, пятый и шестой входы которого соединены с выходами датчиков тока возбуждения главных полюсов и тока якоря.

Устройство формирования коммутирующего поля известной электрической машины [5] позволяет в любом режиме работы компенсировать ЭДС, e_г, наводимую в коммутационной зоне полем главных полюсов и реактивную ЭДС e_p путем создания коммутирующего поля нужной формы за счет подбора коэффициентов усиления q₁ и q₂ для усилителей, питающих обмотки возбуждения групп дополнительных полюсов, точечным способом наименьших квадратов, который обеспечивает оптимальную компенсацию (e_p+e_г) в зоне коммутации.

Известная машина [5] имеет следующий недостаток.

При расчете коэффициентов усиления q₁ и q₂ используется модель реактивной ЭДС базового режима при прямолинейном законе изменения тока в коммутируемой секции, которая необходима для получения реактивной ЭДС произвольного режима с учетом текущих значений тока якоря 1, частоты вращения якоря Ω и тока возбуждения главных полюсов i. Нелинейность изменения реактивной ЭДС в зависимости от частоты вращения якоря [6,7] реализуется на сложном функциональном преобразователе.

Целью изобретения является улучшение коммутации в любом режиме работы машины постоянного тока за счет настройки на оптимально ускоренную коммутацию и формирования посредством метода экстраполяции упреждающих значений коэффициентов усиления на основе предыдущей информации о параметрах режима, адекватных произведениям относительных величин тока якоря и частоты вращения якоря, частоты вращения якоря и потока возбуждения главных полюсов.

Указанная цель достигается тем, что электрическая машина постоянного тока с устройством формирования коммутирующего поля, содержащая главные полюсы, дополнительные полюсы, наконечники которых выполнены со скосом в тангенциальном направлении, с обмотками, подключенными к выходам усилителей; датчик частоты вращения якоря; датчик тока якоря; датчик тока возбуждения; датчик наличия тока в цепи возбуждения главных полюсов, снабжена блоком синхронизации и блоком расчета упреждения, первый, второй и третий входы которого соединены с выходами датчика тока главных полюсов, датчика частоты вращения якоря, датчик тока якоря; шестой, седьмой, восьмой входы блока расчета управляющих сигналов с учетом упреждения соединены с тремя выходами блока синхронизации, выходы блока расчета управляющих сигналов с учетом упреждения соединены с сигнальными входами усилителей, подающих питание на обмотки возбуждения дополнительных полюсов, а блок синхронизации дополнительно снабжен двумя выходами, соединенными с четвертым и пятым входами блока расчета управляющих сигналов с учетом упреждения.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемая электрическая машина постоянного тока с устройством формирования коммутирующего поля отличается наличием нового блока расчета управляющих сигналов с учетом упреждения, заменившего блок расчета прототипа, и наличием двух дополнительных выходов блока синхронизации, что позволяет обеспечить выдачу сигналов, разрешающих фиксацию данных о параметрах режима машины постоянного тока в четырех циклах работы регулятора и хранение упреждаемых параметров режима работы машины.

Таким образом, заявляемая электрическая машина с устройством формирования коммутирующего поля соответствует критерию изобретения "новизна".

Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях, следовательно, обеспечивают заявляемому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 показана схема подключения машины к управляющим элементам; на фиг. 2 - базовые кривые реактивной ЭДС (1), соответствующие оптимально ускоренной коммутации, ЭДС, наводимой полем главных полюсов (2), ЭДС, наводимой под каждым дополнительным полюсом одной (3) и другой (4) полярности, результирующая коммутирующая ЭДС (5); на фиг. 3 - блок-схема блока расчета упреждения; на фиг. 4 - цикл работы устройства формирования коммутирующего поля предлагаемой машины; на фиг. 5 - блок-схема блока экстраполяции на примере блока экстраполяции одного из параметров режима; на фиг. 6 - графики реактивной ЭДС (1), ЭДС, наводимой полем главных полюсов (2), коммутирующей (3) и нескомпенсированной (4) ЭДС для номинального режима предлагаемой машины.

Устройство формирования коммутирующего поля предлагаемой электрической машины постоянного тока (фиг. 1) содержит датчик 1 тока якоря 2, датчик 3 частоты вращения якоря, датчик 4 тока возбуждения главных полюсов, выходы которых подключены к первому, второму и третьему входам блока 5 расчета упреждения. Кроме того, устройство содержит датчик 6 наличия тока в цепи возбуждения главных полюсов, выход которого соединен со входом блока 7 синхронизации, пять выходов которого соединены с четвертым, пятым, шестым, седьмым и восьмым входами блока 5 расчета упреждения, выходы которого соединены с сигнальными входами линейных тиристорных усилителей 8 и 9, подающих питание на независимые обмотки возбуждения дополнительных полюсов 10 и 11.

Задачей устройства формирования коммутирующего поля предлагаемой машины постоянного тока является обеспечение коэффициентов усиления q₁ и q₂ для усилителей 8 и 9 такой величины, чтобы коммутирующие ЭДС e_k(ωt) = q₁·e^*_k1(ωt)+q₂·e^*_k2(ωt) как можно лучше компенсировала суммарную ЭДС [e_p(ωt)+e_г(ωt)] для режима, соответствующего упреждающим сигналам параметров упреждаемого режима R1 и R2, рассчитываемых методом экстраполяции величин Φ^*_тΩ^*_т и Ω^*_тI^*_т соответственно по их значениям в предыдущих циклах работы устройства. Здесь Ι^*_т,Ф^*_т и Ω^*_т - текущие значения тока якоря, потока главных полюсов и скорости вращения якоря в относительных единицах; e^*_k1(ωt) и e^*_k2(ωt) - базовые ЭДС, наводимые под каждым дополнительным полюсом каждой полярности при q₁=q₂=0,5, в алгебраической сумме составляющие коммутирующие ЭДС e^*_k(ωt), амплитуда которой равна амплитуде базовой реактивной ЭДС e^*_p(ωt) при оптимально ускоренной коммутации (фиг. 2). За базовый принят режим работы машины постоянного тока на номинальной скорости Ω_н, при номинальном токе якоря I_н и номинальном токе возбуждения главных полюсов i_н. Этому режиму соответствует ЭДС e^*_г(ωt) (фиг. 2), наводимая полем главных полюсов в коммутационной зоне в номинальном режиме работы, Т - период коммутации; e_p(ωt) и e_г(ωt) - реактивная ЭДС и ЭДС, наводимая полем главных полюсов в упреждаемом режиме работы, ω = p·Ω (p - число пар полюсов).

Методика расчета коэффициентов усиления для усилителей предлагаемой машины аналогична соответствующей методике расчета прототипа, но в устройстве формирования коммутирующего поля предлагаемой машины расчет производится на основе иной информации. Если у прототипа параметры режима задаются сигналами, поступающими непосредственно с датчиков, то в предлагаемой машине устройство сначала производит расчет упреждающих значений параметров режима, адекватных произведениям этих сигналов: R1 соответствует Φ^*Ω^*, R2 - Ω^*I^* прототипа, где Ф^*, I^* и Ω^* - относительные значения потока главных полюсов, тока якоря и частота вращения якоря прототипа. А после этого методом экстраполяции производится расчет соответствующих упреждаемому режиму значений коэффициентов q₁ и q₂.

Иными словами, нужно рассчитывать такие q₁ и q₂, чтобы ЭДС e_k(ωt) = q₁·e^*_k1(ωt)+q₂·e^*_k2(ωt) компенсировала суммарную ЭДС [e_p(ωt)+e_г(ωt)]. Поставленная задача решается путем точечного квадратичного аппроксимирования [10] заданной функции f(ωt) = e_p(ωt)+e_г(ωt)] полиномом Q = q₁·e^*_k1(ωt)+q₂·e^*_k2(ωt), где e_г(ωt) = e^*_г(ωt)·R1, e_p(ωt) = e^*_p(ωt)·R2 - ЭДС, наводимая полем главных полюсов в зоне коммутации, и реактивная ЭДС для упреждаемого режима с параметрами R1 и R2.

По точечному методу наименьших квадратов за меру отклонения полинома Q(ωt) от функции f(ωt) принимают величину равную сумме квадратов отклонений полинома Q(ωt) от функции f(ωt) на заданной системе точек. Очевидно, задача сводится к минимизации S методом подбора q₁ и q₂, удовлетворяющих этому условию, для чего найдем частные производные dS/dq₁ и dS/dq₂. Приравнивая эти частные производные нулю, получим систему уравнений с двумя неизвестными q₁ и q₂: Здесь значения функций e^*_k1(ωt), e^*_k2(ωt), f(ωt) для j-й точки из системы, состоящих из n точек, равномерно распределенных по ширине коммутационной зоны.

После раскрытия скобок и перенесения свободных членов в правые части уравнение (1) преобразуется к виду:
Таким образом, расчет коэффициентов усиления сводится к решению системы уравнений вида:

где


- постоянные величины для данной машины, а

и

коэффициенты, зависящие от режима работы
Главный определитель системы (3)
D = ^|A_|B ^B|_A| = A²-B²
также является постоянной величиной для данной машины, а вспомогательные определители


это коэффициенты, зависящие от режима ее работы. Коэффициенты q₁ и q₂ рассчитываются по формулам:
q₁=D₁/D, q₂-D₂/D.

Блок 5 упреждения и расчета (фиг. 3) включает в себя блоки деления 12, 13 и 14, первые входы которых соединены с выходами датчиков 4, 3 и 1 соответственно, а на вторые входы поступают сигналы, соответствующие номинальным значениям тока возбуждения главных полюсов i_н, частоты вращения якоря Ω_н и тока якоря I_н соответственно.

С выхода блока 12 деления сигнал, соответствующий текущему значению тока возбуждения главных полюсов в относительных единицах i^*_т, поступает на вход функционального преобразователя 15, реализующий кривую намагничивания в относительных единицах, выход которого соединен с первым входом блока умножения 16, второй вход которого соединен с выходом блока 13, генерирующим сигнал, соответствующий текущему значению частоты вращения якоря в относительных единицах Ω^*_т.
С выхода блока 16 умножения сигнал, соответствующий произведению Ω^*_тΦ^*_т, поступает на вход блока 17 экстраполяции, второй вход которого соединен с первым выходом блока 7 синхронизации. Φ^*_т - текущее значение потока главных полюсов в относительных единицах.

С выхода блока 14 сигнал, соответствующий текущему значению тока якоря в относительных единицах I^*_т, поступает на первый вход блока 18 умножения, второй вход которого соединен с выходом блока 13, а с выхода блока 18 сигнал, соответствующий произведению Ω^*_тI^*_т, поступает на первый вход блока 19 экстраполяции, второй вход которого соединен с первым выходом блока 7 синхронизации.

Выходы блоков 17 и 19 экстраполяции соединены с первым и вторым входами блока 20 хранения параметров упреждаемого режима, третий вход которого подключен ко второму выходу блока 7 синхронизации.

Первый выход блока 20 соединен с первым входом блока 21 умножения, на второй вход которого поступает сигнал, соответствующий базовой ЭДС e^*_гj, с первого выхода блока 22 задания базового режима. Второй выход блока 20 соединен с первым входом блока 23 умножения, на второй вход которого поступает сигнал, соответствующий базовой ЭДС e^*_рj, со второго выхода блока 22 задания базового режима.

Выходы блоков 21 и 23 соединены с первым и вторым входами сумматора 24, с выхода которого сигнал, соответствующий сумме (e^*_pj+e^*_гj), поступает на первые входы блоков умножения 25 и 26, на вторые входы которых поступают сигналы, соответствующие e^*_k1j и e^*_k2j, с третьего и четвертого выхода блока 22 задания базового режима.

Здесь e^*_pj, e^*_гj, e^*_k1j, e^*_k2j, e_pj и e_гj/- значения функций для j-й точки из системы, состоящей из n равномерно распределенных по ширине коммутационной зоны точек.

С выходов блоков 25 и 26 умножения сигналы, соответствующие произведениям (e_pj+e_гj)·e^*_k1j и (e_pj+e_гj)·e^*_k2j, поступают на интеграторы 27 и 28, которые накапливают суммы, рассчитанные по (6) и (7). На вторые входы интеграторов 27 и 28 поступает сигнал с третьего выхода блока 7 синхронизации. Выходы интеграторов 27 и 28 соединены соответственно с первым и вторым входами блока 29 хранения коэффициентов C₁ и C₂, третий вход которого соединен с четвертым выходом блока 7 синхронизации, первый выход - с первыми входами блоков умножения 30 и 31, а второй выход с первыми входами блоков умножения 32 и 33. На вторые входы блоков умножения 30 и 32 поступает сигнал, соответствующий коэффициенту A (4); на вторые входы блоков умножения 31 и 33 поступает сигнал, соответствующий коэффициенту B (5). Выход блока умножения 30 соединен с первым входом сумматора 34, на второй вход которого поступает сигнал с выхода блока умножения 33, а выход соединен с первым входом блока 35 деления, на второй вход которого поступает сигнал, соответствующий коэффициенту D (8).

Выход блока умножения 31 соединен с первым входом сумматора 36, на второй вход которого поступает сигнал с выхода блока умножения 32, а выход соединен с первым входом блока деления 37, на второй вход которого поступает сигнал, соответствующий коэффициенту D (8).

Выходы блоков деления 35 и 37 подключены соответственно к первому и второму входам блока 38 хранения коэффициентов усиления q₁ и q₂, на третий вход которого поступает сигнал с пятого выхода блока 7 синхронизации. Первый выход блока 38 соединен с сигнальным входом линейного тиристорного усилителя 8 (фиг. 1); второй выход блока 38 соединен с сигнальным входом линейного тиристорного усилителя 9 (фиг. 1).

Блоки экстраполяции 17 и 19 производят расчет параметров R1 и R2 на основе информации четырех предыдущих циклов. Методика главного расчета излагается на примере экстраполяции параметра R1.

Расчет упреждающего сигнала R1 производится путем вычисления многочлена в форме Ньютона [10] на основе информации об относительных значениях этого параметра R₀, R₁, R₂ и R₃, поступающей с блока умножения 16 в четырех предыдущих циклах работы устройства формирования коммутирующего поля предлагаемой машины:
R₁ = K₀ + K₁ (t-t₀) + K₂(t-t₁)(t-t₀) + K₃(t-t₂)(t-t₁)(t-t₀)
где
t₀, t₁, t₂, t₃ - время начала предыдущих циклов работы устройства; t - время упреждения, рассчитываемое как t = t₃ +T_у,
где
T_у = t₁-t₀= t₂-t₁=t₃-t₂ - период цикла работы устройства формирования коммутирующего поля предлагаемой машины, величина которого определяется временем экстраполяции параметров упреждаемого режима T_э, временем Т_ц расчета коэффициентов усиления q₁ и q₂ и инерционностью силовой цепи возбуждения дополнительных полюсов T_ДП (фиг. 4).

K₀, K₁, K₂ и K₃ - коэффициенты многочлена Ньютона, рассчитываемые по разностной схеме. При расчете используются следующие зависимости:
а) разделенные разности 1 порядка:



б) разделенные разности 2 порядка:


в) разделенная разность 3 порядка:

Коэффициенты многочлена Ньютона рассчитываются следующим образом:
K₀=R₀;
K₁=[R₀R₁];
K₂=[R₀R₁R₂];
K₃=[R₀R₁R₂R₃],
а сам многочлен имеет вид:
R1 = K₀+ K₁·4T_y+ K₂·12T²_y+ K₃·24T³_y
Для упреждающего значения параметра R2 зависимости (14)-(24) аналогичны.

Блоки 17 и 19 экстраполяции имеют одинаковую структуру, показанную на фиг. 5 для блока 17.

Выход блока 12 (фиг. 3) соединен со входом блока 39 хранения четырех текущих значений R₀, R₁, R₂, R₃ относительной величины параметра режима R1 получаемых в четырех предыдущих циклах работы устройства; ко второму входу блока 39 подключен первый выход блока 7 синхронизации.

Первый и второй выходы блока 39 соединены с первым и вторым входами сумматора 30, с выхода которого сигнал, соответствующий разности (R₁-R₀), поступает на первый вход блока деления 41, на второй вход которого подается постоянный сигнал, соответствующий величине T_у.

Второй и третий выходы блока 39 соединены с первым и вторым входами сумматора 42, с выхода которого сигнал, соответствующий разности (R₂-R₁), поступает на первый вход блока деления 43, на второй вход которого подается постоянный сигнал, соответствующий Т_у.

Третий и четвертый выходы блока 39 соединены с первым и вторым входами сумматора 44, с выхода которого сигнал, соответствующий разности (R₃-R₂), поступает на первый вход блока деления 45, на второй вход которого подается постоянный сигнал, соответствующий Т_у.

С выхода блока деления 41 сигнал, соответствующий разделенной разности первого порядка (14), поступает на первый вход сумматора 46, на второй вход которого с выхода блока деления 43 поступает сигнал, соответствующий разделенной разности порядка (15). Выход сумматора 46 соединен с первым входом блока деления 47, на второй вход которого подается постоянный сигнал, соответствующий константе 2Т_у, а на выходе формируется сигнал, соответствующий разделенной разности второго порядка (17).

С выхода блока деления 43 сигнал, соответствующий разделенной разности первого порядка (15), поступает на первый вход сумматора 48, на второй вход которого с выхода блока деления 45 поступает сигнал, соответствующий разделенной разности первого порядка (16). Выход сумматора 48 соединен с первым входом блока деления 50, на второй вход которого подается постоянный сигнал, соответствующий константе 2Т_у, а на выходе формируется сигнал, соответствующий разделенной разности второго порядка (18).

Выходы блоков деления 47 и 49 соединены с первым и вторым входами сумматора 50, выход которого подключен к первому входу блока деления 51, на второй вход которого подается постоянный сигнал, соответствующий константе 3Т_у, а на выходе формируется сигнал, соответствующий разделенной разности третьего порядка (19).

Таким образом, на первом выходе блока 39 и на выходах блоков 41, 47 и 51 формируются сигналы, соответствующие коэффициентам многочлена Ньютона (20), (21) и (23).

Блоки 52-57 реализуют формулу (24) расчета экстраполированного значения упреждающего сигнала параметра R1. Выход блока деления 41 соединен с первым входом блока умножения 52, на второй вход которого поступает постоянный сигнал, соответствующий константе 4Т_у, а выход соединен с первым входом сумматора 53, на второй вход которого поступает сигнал с первого блока 39, а выход соединен с первым входом сумматора 54.

Выход блока деления 47 соединен с первым входом блока умножения 55, на второй вход которого подается постоянный сигнал, соответствующий константе 12T²_y, а выход соединен с первым входом сумматора 56.

Выход блока деления 51 соединен с первым входом блока умножения 57, на второй вход которого подается постоянный сигнал, соответствующий константе 24T³_y, а выход соединен со вторым входом сумматора 56, выход которого подключен ко второму входу сумматора 54.

С выхода сумматора 54 сигнал, соответствующий экстраполированному упреждающему значению относительной величины параметра R1 (24), поступает на первый вход блока 20 хранения параметров упреждаемого режима (фиг. 3).

Предлагаемая электрическая машина постоянного тока с устройством формирования коммутирующего поля работает следующим образом. При наличии тока в цепи обмотки возбуждения главных полюсов блок 7 синхронизации выдает управляющие сигналы в соответствии с временной диаграммой фиг. 4. По импульсу последовательности ϕ₁, получаемой на первом выходе блока 7, относительные значения Φ^*_тΩ^*_т и Ω^*_тI^*_т фиксируются в блоках 17 и 19 до поступления следующего импульса этой последовательности, т.е. на весь цикл Т_у работы устройства. По этому же импульсу последовательности ϕ₁ обнуляются интеграторы 27 и 28, а в блоках экстраполяции 17 и 19 рассчитываются упреждающие значения параметров режима R1 и R2.

По импульсу последовательности ϕ₂ они фиксируются в блоке 20 хранения параметров режима.

С приходом j-го импульса последовательности ϕ₃ на вход блока 22, на соответствующих выходах этого блока появляются сигналы, соответствующие e^*_pj, e^*_гj, e^*_k1j и e^*_k2j. Блок 21 производит коррекцию ЭДС, наводимой полем главных полюсов по потоку возбуждения главных полюсов и частоте вращения якоря (параметр R1). Блок 23 корректирует реактивную ЭДС по частоте вращения и току якоря (параметр R2). На выходе сумматора 24 получается алгебраическая сумма (e_рj+e_гj), на выходе блока умножения 25 - произведение (e_pj+e_гj)·e^*_k1j, на выходе блока умножения 26 - произведение (e_pj+e_гj)·e^*_k2j. На выходе интегратора 27 формируется сигнал, соответствующий сумме на выходе интегратора 28 формируется сигнал, соответствующий сумме Если j < n, то накопление сумм на интеграторах 27 и 28 продолжается. Если j = n, то на выходах интеграторов 27 и 28 будут иметь место сигналы, соответствующие коэффициентам C₁ (6) и C₂ (7), которые по импульсу последовательности ϕ₄ будут зафиксированы в блоке 29 хранения коэффициентов C₁ и C₂ до следующего импульса этой последовательности и поступят в выходную часть блока упреждения и расчета (блоки 30-38). На блоках 30-38 реализуется вычисление коэффициентов D₁, D₂, q₁ и q₂. Сигнал на выходе сумматора 34 соответствует коэффициенту D₁; сигнал на выходе сумматора 36 - коэффициенту D₂; сигнал на выходе блока деления 35 - коэффициенту q₂; сигнал на выходе блока 37 - коэффициенту q₂. Цикл расчетов новых q₁ и q₂ завершен. По импульсу последовательности ϕ₅ значения q₁ и q₂ фиксируются в блоке 38 и поступают с его выходов на сигнальные входы линейных тиристорных усилителей 8 и 9.

Конец цикла Т_у работы устройства формирования коммутирующего поля предлагаемой машины определяется инерционностью обмоток возбуждения дополнительных полюсов (Т_ДП на фиг. 4).

Блок расчета упреждения вместе с блоком 7 синхронизации может быть реализован на базе управляющей вычислительной машины. При этом сигналы с датчиков поступают в управляющую вычислительную машину через аналого-цифровые преобразователи. Блок задания моделирования базового режима реализован в виде совокупности массивов чисел, размерностью n каждый, в памяти управляющей вычислительной машины. Там же хранятся коэффициенты i_н, Ω_н, I_н, A, B и D. Рассчитанные в управляющей вычислительной машине коды сигналов q₁ и q₂ подаются на цифро-аналоговые преобразователи. Соответствующие этим кодам аналоговые сигналы поступают на входы линейных тиристорных усилителей, подающих питание на независимые обмотки возбуждения дополнительных полюсов. При этом управляющая вычислительная машина работает только при наличии сигнала с датчика наличия тока в цепи возбуждения главных полюсов, который может быть реализован с оптронной парой.

Предлагаемая машина обеспечивает в номинальном режиме величину нескомпенсированной ЭДС в диапазоне от +1 В до -1,3 В (фиг. 6). При этом за счет упреждения компенсируется запаздывание, вносимое в тракт управления инерционностью обмотки возбуждения дополнительных полюсов.

В случае многополюсной машины тиристорные усилители, подающие питание на обмотки возбуждения дополнительных полюсов, подключаются параллельно каждой группе катушек дополнительных полюсов, соединенных последовательно друг с другом, аналогичной группе катушек дополнительных полюсов прототипа.

Формула изобретения

Электрическая машина постоянного тока с устройством формирования коммутирующего поля, содержащая главные полюсы, дополнительные полюсы, наконечники которых выполнены со скосом в тангенциальном направлении с обмотками, подключенными к выходам усилителей, подающих питание на независимые обмотки возбуждения дополнительных полюсов, датчик тока возбуждения главных полюсов, датчик частоты вращения якоря, датчик тока якоря, датчик наличия тока в цепи возбуждения главных полюсов, блок синхронизации, вход которого подключен к выходу датчика наличия тока в цепи возбуждения главных полюсов, а также блок расчета, первый, второй и третий входы которого соединены с выходами датчиков тока возбуждения главных полюсов, частоты вращения якоря и тока якоря, шестой, седьмой и восьмой входы блока расчета соединены с тремя выходами блока синхронизации, а выходы блока расчета соединены с сигнальными входами усилителей, отличающаяся тем, что блок расчета выполнен с возможностью реализации дополнительной функции вычисления упреждающих сигналов параметров упреждающего режима R1 и R2, рассчитываемых методом экстраполяции величин Ф^*_тΩ^*_т и Ω^*_тI^*_т соответственно, по их значениям в предыдущих циклах работы устройства, где I^*_т,Ф^*_т и Ω^*_т - текущие значения тока якоря, потока главных полюсов и частоты вращения якоря в относительных единицах, а блок синхронизации снабжен первым и вторым выходами, соединенными с введенными четвертым и пятым входами блока расчета, причем первый выход блока синхронизации служит для расчета упреждающих значений параметров упреждающего режима, а второй выход - для их фиксации в блоке расчета на весь текущий цикл работы устройства.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6