Устройство для улучшения коммутации коллекторных электрических машин Советский патент 1983 года по МПК H02K13/14 

Изобретение относится к электрическ КИМ машинам, в частности к средствам ynj- moHKH коммутации коллекторных .электрических машин с регулируемой в широких пределах частотой врашения. Известны устройства для улучшения коммутаций коллекторных электрических машин, содержащие регулируемый источник питания, подключенный к основно или вспомогательной обмотке дополнител ных полюсов, функциональные элементы, датчики ЭДС. Холла, вьшолняющие функции датчиков тока, потока или множительного устройства, датчик частоты вращения и другие элементы l , Датчики ЭДС Холла, по какой-бы схе ме не были включены, в конечном счете на выходе имеют сигнал, пропорциональг ный току якоря с коррекцией по скорооти вращения или с компенсацией по потоку добавочных полюсов. И в том и в другом случаях сигнал подаваемый на вход управляемого усилителя, не учитывает в полной мере характера коммутации (замедленная или ускоренная). Хотя только сигнал, пропорциональный д бавочному току коммутации, определяет точность и стабильность, настройки кок мугации на середину безыскровой зонь. Известно также устройство для улучшения коммутации машин постоянного тока с. обмотками добавочных полюсов, содержащее управляемый усилитель, основную или вспо1йогательную обмотки добавочных ПОЛЮСОВ; датчик тока и датчик напряжения (д . Регулирование потока добавочных полюсов осуществляется в функции напряжения под сбегающим и набегающим края щетки с коррекцией по току яко- ря и происходит до тех пор, йока не будет получено значение, благоприятное с точки зрения коммутации. В многополюсных машинах с волноврй обмоткой якоря коммутируемая секция замыкается накоротко двумя щетками и соединяющей их шиной. В одной щетке добавочньгй ток. коммутации совпадает с током параллельной ветви, а в другой направлен встречно. .Плотность тока в щетках одинаковой полярности различна и напряжение между небегающим и сбегающим краями како -либо щетки в этом случае не в полной мё.ре характеризует условия коммутации. Наличие .контактного датчика- снижает надежность и стабильность работы yoTvройства, так как при вращении, якоря возможно опрокидывание щетки, отрьиз ее от коллектора и т,д. Повысить точность, надежность и стабильность работы такого устройства можно, применяя бесконтактный датчик, на выходе которо1X3 сигнал пропорционален добавочному току коммутации. Наиболее близким к изобретению является устройство для улучшения коммутации коллекторных электрических машин, содержащее управляемый усил№тель,,подключеш1Ый к обмотке добавочных полюсов, на вход которого подается сигнал с бесконтактного датчика добавочного тока коммутации, вьшолненного в виде двух датчиков тока, при этом один датчик установлен в воздушном зазоре под центром главного полюса а второй - в воздушном зазоре магни топровода, обмотка возбуждения которого включена последовательно с основной обмоткой .главных полюсов 3j . Недостатками этого, устройства я&ляются низкая статическая точность управления током дополнительных пол осов. Целью изобретения является повышение статической точности и улучшение стабильности настро Ьси дополнительных полюсов на середину безыскровой зоны коммутации. Нель достигается тем, что в устройств.ве для улучшения коммутации коллекторных, электрических машин, содержащее управляемый усилитель, подключенный к обмотке дополнительного полюса, элементы управления усилнргелем, вьшолненные в виде датчиков тока, и регулятор, соединенный с усилителем, два входа регулятора соединены через резисторы с датчиками тока, а третий вход подключен через резистор к обмотке дополнительного полюса. За счет включения в схему устройства регулятора с пропорционально-йнтеграпьным законом изменения выходного напряжения при управлении током дополнительных полюсов возникает форсировка в переходных процессах, способствующая повышению быстродействия. Настройка же регулятора с пропорционально-интегральным законом изменения выходного напряжения на постоянную времени дополнительных полюсов (наибольшая поотояиная времени контура регулирования регулятор и управляемый усилитель с обмоткой) обеспечивает компенсацию этой постоянной времени, а следовательно, повышение быстродействия при настройке полюсов на серещшу безыскровой зоны коммутации. За счет рключеиия в схему указанного perynsrropa управление током допопнитепьных полюсов осуществляется без перерегулирования, а регулирование тока дополнительных полюсов при изменении частоты вращения электрической машины в широких пределах отрабатывается с большой точностью, В свою очередь, это положительно отражается на качестве и стабильности процесса коммутации. За счет использования регулятора в совокупности с охватом его вместе с управляемым усилителем отрицательной об ратной связью по напряжению допол нительных полюсов повышается статическая точность при одновременном улучшении стабильности настройки допол нительных полюсов на середину безыскровой зоны коммутации, На чертеже представлена блок-схема предлагаемого усчройства. Устройство состоит из управляемого усилителя 1, подключенного, например, к основной обмотке 2 добавочных полюсов 3, В качестве управляемого усилителя может быть применен полупровод никовый, магнитный или тиристорный ус литель. Для получения сигнала, пропорционального добавочному току коммутации, применены два датчика тока, вьшо№ нённые в виде двух датчиков ЭДС Холла Датчик Холла 4 установлен под центром главного полюса 5 и его выходная ЭДС пропорциональна результирующему потоку в воздушном зазоре машины. Датчик Холла 6 установлен в воздушном зазоре йагнигопровоаа 7 с обмоткой 8, соеайненной последовательно с об.моткЬй вообуждения 9, уложенной на главных полю сах 5. Выходная ЗДС датчика Холла 6, пропорциональна магнитному псугоку, создаваемому обмоткой возбуждения 9 в воздушном зазоре под главным полюсом 5. Токовые цепи обоих датчиков пи таются от независимого источника питания, Холловские цепи датчиков включе ны по компенсационной схеме и выходная ЭДС равна разности выходных ЭДС обоих датчиков. Такое включение датчик ков Холла обеспечивает работу устройст ва при регулщювании частоты вращения ослаблением поля. Между усилителем 1 и датчиками тока 4 и 6 включен регу. лятор 12, который за счет охвата его цепочкой, состоящей из конденсатора lO И резистора И имеет йропорциональноийтетрапьную завттсимость выходного напряжения. В качестве регулятора быть приме 1ен, например, операционный усилитель. Алгебраическая сумма сигналов, пропорциональная добавс ному току коммутации, вьщеляется на резисторах 13 и 14, входящих во входную цепь регулятора 12, Управляемый усилитель 1 и регулятор 12 охвачены отрицательной связью по напряжению обкготки 2 дополнительных полюсов, реализуемой подачей этого напряжения нерез резистор 15 на вход регулятора Управляемый усилитель 1 настраивается таким образом, что при отсутс-рВИИ сигнала на его входе он обеспечивает начальный ток, соответствуюишй настройке дополнительных полюсов на середину зоны безыскровой работы,, При прямолинейной коммутации, когда поток коммутационной реакции якоря ф отсутствует, сигнал на входе управляемого усилителя 1 равен нулю и по о&мотке 2 добавочных полюсов 3, присоединенной к выходу усилителя 1 протекает только ток якоря, В случае ускоре1шой коммутации поток коммутационной реакции якоря Фд , как видно на чертеже, где направления токов показаны для ускоренной коммутации дввй гателя постоянного тока при вращении против часовой стрелки, направлен вст речно основному магнитному потоку Ф . Результирующий поток под центром ного полюса 5 уменьшается и на входе усилителя 1 появляется разностная ЭДС определенной полярности. Усилитель 1 отрабатывает этот сигнал и в обмотке 2 протекает ток отпитки, -что приводит к уменьшению намагничивающей сипы добавочных полюсов. Автоматическое уменьшение намагничивающей силы добавочных полюсрв 3 происходит до тех пор пока .коммутация не становится прямолинейной, что соответствует настройке на середину безыскровой зоны. Если коммутация становится замедлен ной при том же направлении вращения, то изменяется направление потока Фдц , изменяется полярность сигнала на входе усилителя 1 и, соответственно, напряжение тока на выходе усилителя 1, что приводит к увеличенюо нa aгничивaкjщeй силы добавочных полюсов 3, И также, как в предыдущем , автоматическая , настройка кo r fyтaции на серед1шу безыскровой зоны. Введение интегральной составляющей в закон управления регулятора сводит ошибку в регулировании токов в щетках одноименной полярности в статическом режиме к нулевому значению. Придание регулятору пропорцйонально-нлтеграль ных свойств и охват его вместе с управ ляемым усилителем обратной связью по напряжению дополнительных полюсов приводит к существенному снижению резул1 тирующей постоянной времени всего контура (а, следовательно, к повышению быстродействия), что объясняется фор С1фованным изменением выходного- нап426ряжения регулятора и компенсацией запаздывания, вносимого управляемым усилителем и дополнительными полюсами. Повышение быстродействия и стат ческой точности настройки дополнительных полюсов на середину безыскровой зоны коммутации осуществляется за счет включения регулятора с пропорционально-интегральным законом изменени г выходного напряжения между датчиками тока и управляемым усилителем.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ КОМЛ УТАПИИ КОЛЛЕКТОРНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН, содержащее управляемый усилитель, подключенный к обмотке дополнительного полюса, элементы управления усилителем, вьтолненные в виле датчиков тока, и регулятор с пропорционально-интегральным законом нения выходного напряжения, соединенный с управляемым усилителем, о т л и ч а е е с fl тем, что, с целью повышения статической точности и улучшения стабильности настройки дополнительных полюсов на середину безыскровой зоны коммутации, два .входа регулятора через резисторы соединены с датчиком тока, i а третий вход подключен через резистор к обмотке дополнтггельного полюса. (Л о 1C 00 01 4 ic