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

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к средствам улучшения коммутации коллекторных электрических машин при двухзонном регулировании в большом диапазоне частоты враш,ения - управлении по якорной цепи машины и по цепи обмотки возбуждения.

Известно устройство для улучшения коммутации коллекторных электрических машин, содержащее регулируемый источник питания, подключенный к основной или вспомогательной обмотке дополнительных полюсов, функциональные элементы, датчики ЭДС Холла, выполняющие функции различных устройств автоматики, датчик частоты вращения и другие элементы 1.

Недостатками этого устройства являются низкие статическая точность и быстродействие при управлении тока в основной или вспомогательной обмотке дополнительных полюсов. Низкая статическая точность управления тока объясняется дрейфом выходного напряжения датчиков ЭДС Холла, его источника питания, а также отсутствием замкнутого контура воздействий. .Низкое быстродействие вызывается тем, что отсутствие замкнутого контура воздействий не компенсирует инертности (постоянные времени) контура управления основной или вспомогательной обмотки дополнительных полюсов.

Известно также устройство для улучшения коммутации машин постоянного тока с обмотками дополнительных полюсов, содержащее управляемый усилитель, основную или вспомогательную обмотку дополнительных полюсов, датчики тока и напряжения. Регулирование потока дополнительных полюсов осуществляется в функции напряжения по сбегающим и набегающимкраям щетки с коррекцией по току якоря 2.Недостатками этого устройства является то, что плотность тока в щетках одинаковой полярности при коммутации будет различной и напряжение между набегающим и сбегающи.м краями какой-либо щетки в этом случае не в полной мере характеризует условия ко.адмутации. Наличие контактного датчика снижает надежность, стабильность, чувствительность работы устройства, так как при вращении якоря возможно сопротивление щетки, отрыв ее от коллектора и т. д.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является устройство для улучшения коммутации коллекторных электрических машин, содержащее управляемый усилитель, .подключенный к основной или вспомогательной обмотке дополнительных полюсов, на вход которого подается сигнал с бесконтактного датчика добавочного тока коммутации, выполненного в виде двух датчиков ЭДС Холла, включенных по компенсационной схеме, при этом один датчик установлен

в воздушном зазоре под центром jaEnui-i п().1юса, а второй - в воздушном зазоре магнитопровода, обмотка возбуждения ко торого включена последовательно с основной обмоткой главных полюсов 3.

Недостатками этого устройства, ограничивающими область его применения, являются низкие чувствительность, надежность и статическая точность управления током дополнительных полюсов. Низкая надежность устройства объясняется наличием дополнительного источника питания для двух датчиков ЭДС Холла. Ограниченная статическая точность управления тока дополнительных полюсов вызвана дрейфом выходного напряжения двух датчиков ЭДС Холла.

Цель изобретения - повыщение чувствительности, статической точности и надежности при одновременном улучшении стабильности настройки дополнительных полюсов на середине безыскровой зоны коммутации.

Эта цель достигается тем, что устройство для улучшения коммутации коллекторных электрических машин снабжено двумя магнитными диодами, изменяющими поток основной обмотки возбуждения в воздушном зазоре машины, выходы магнитных диодов соответственно -подключены на инвертирующий и неинвертирующий входы пропорционально-интегральнЪго регулятора через резисторы, а обмотка дополнительных полюсов соединена резистором с инвертирующим входом пропорционально-интегрального регулятора.

На чертеже представлена блок-схема устройства для одного направления результирующего потока в воздушном зазоре основного полюса и одного направления тока i возбуждения машины.

Устройство состоит из магнитодиодов I и 2. Магнитодиод 1 установлен в воздушном зазоре под центром главного полюса 3. Напряжение, снимаемое .с магнитодиода 1, пропорционально результирующему потоку в воздушном зазоре машины. Ток возбуждения i протекает по шине, которая проходит через магнитную систему 4 магнитодиода 2. Напряжение на выходе магнитодиода 2 пропорционально току возбуждения ig машины, а следовательно, и потоку Ф, создаваемому обмоткой 5 возбуждения. Магнитодиоды 1 и 2 включены встречно-параллельно и результирующее напряжение равно разности их напряжений. Магнитодиоды 1 и 2 получают питание от общего с регулятором 6 источника питания ЕПЦТ- Сигнал с магнитодиодов 1 и 2 поступает соответственно на неинвертирующий и инвертирующий входы регуляторов 6 через резисторы 7 и 8. Регулятор 6 выполнен с пропорционально-интегральной зависимостью выходного напряжения от входного, для чего выход его связан со входом резистора 9 и емкостью 10.

В качестве регулятора б может быть применен, например, операционный усилитель. Магнитодиоды 1 и 2 получают питание через резисторы 11 и 12 с делителя 13 напряжения. Регулятор 6 соединен с входом управляемого усилителя. 14. На дополнительном полюсе 15 находится обмотка дополните тьных полюсов 16. Управляемый усилитель 14 и регулятор 6 охвачены отрицательной связью по напряжению обмотки дополнительных полюсов 16, для чего выход 14 связан с входом 6 резистором 17. В качестве управляемого усилителя может быть использован, например, тиристорный преобразователь. Управляемый усилитель 14 настраивается таким образом, что при отсутствии сигнала на его входе он обеспечивает начальный ток к обмотке 16, соответствующий настройке дополнительных полюсов 15 на середину зоны безыскровой работы. Рабочие точки магнитодиодов 1 и 2 устанавливаются резисторами 11 и 12 так, чтобы при нулевых значениях потоков основного полюса и в воздушном зазоре они были полностью открыты. Тогда выходное напряжение, равное разности напряжений обоих магнитодиодов равно нулю. При прямолинейной коммутации когда поток коммутационной реакции якоря Фд отсутствует, сигнал на входе управляемого усилителя 14 равен нулю и по обмотке 16 дополнительных полюсов 15, присоединенной к выходу управляемого усилителя 14, протекает только ток якоря 1. В случае ускоренной коммутации поток коммутационной реакции якоря Ф, как видно из чертежа, где направления токов показаны для ускоренной коммутации двигателя постоянного тока при его вращении против часовой стрелки, направлен встречно основному магнитному потоку Фо. Результирующий nojOK под центром главного полюса 3 уменьшается и на входе усилителя 14 появляется разностная ЭДС определенной полярности. 5 iрав тяемый усилитель 14 отрабатывает эт т сигнал и в обмотке 1б протекает ток отпить: . что приводит к уменьшению намагничивай5 ш,ей силы дополнительных полюсов 16. Автоматическое уменьшение намагничивающей силы дополнительных полюсов 15 ппо исходит до. тех пор, пока коммута.шя io становится прямолинейной, что соотвс;ч .ч,}ет настройке на середине безыскрово; i м. Введение интегральной составлi:) ,1- : в закон управления регулятора б i: иг; ошибку в регулировании токов в одноименной полярности в статическом ре жиме к нулевому значению. Придание регулятору 6 пропорцнонально-интегральны.ч свойств и охват его вместе с управляемым усилителем 14 обратной связью по напряжению дополнительных полюсов 15 прши.д: к существенному снижению результи|) -on,., :i постоянной времени всего контур.), а х. ;.

0 довательно, к повыше нию бьмуолействия. что объясняется форсированным изменением выходного напряжения регулятора 6 и компенсацией запаздывания, вносимого управ ляемым усилителем 14 и дополнительными полюсами 15.

5

Выполняя настройку контура дополнительных полюсов на оптимум по модулю удается получить перерегулирование тока в дополнительных полюсах, не превыщающее значение 4,3%. При отклонении тока

,, дополнительных полюсов от установленного значения за счет связи выхода усилителя 14 с входом 6 увеличивается входное напряжение регулятора 6, что приводит к увеличению его выходного напряжения. В результате этого уменьшается угол запаздывания

r зажигания преобразователя, обеспечивается возрастание его выходного напряжения и восстановление значения тока дополнительных полюсов.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ КОММУТАЦИИ КОЛЛЕКТОРНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН, содержащее управляемый усилитель, подключенный к основной обмотке дополнительных полюсов, пропорционально-интегральный регулятор, выход которого соединен с входом управляемого усилителя, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности, статической точности и надежности при одновременном улучшении стабильности настройки дополнительных полюсов на середину безыскровой зоны коммутации, устройство снабжено двумя магнитными диодами, выходы которых соответственно подключены на инвертирующий и неинвертирующий вхог ды пропорционально-интегрального регулятора и через резисторы, а обмотка дополнительных полюсов соединена резистором i с инвертирующим входом пропорциональноинтегрального регулятора. (О ю со со со со