Устройство для улучшения коммутации коллекторной электрической машины постоянного тока Советский патент 1983 года по МПК H02K13/14 

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности, к коллекторным электрическим машинам с регулируемой частотой вращения при питании их от источников постоянного или пульсирующего напряжений,

В электрических машинах постоянного тока с широким диапазоном регулирования частоты вращения в переходных режимах при изменении магнитного потока в станине и дополнительных полюсах возникают вихревые токи, которые препятствуют нарастанию магнитного потока дополнительных полюсов, что вызывает отставание магнитного подтока дополнительных полюсов от тока яксэря.Это приводит к расстройке коммутации и появлению искрения.

Известно устройство для улучшения коммутации электрических машин постоянного тока, работающихс переменной нагрузкой, содержащее размещенные на сердечниках добавочных полюсов вспомогательные обмотки, усилитель для питания вспомогательных обмоток и элементы для управления усилителем tlj.

Недостатком является то, чтб форсировка возбуждения дополнительных полюсов в переходных режимах осуществляется с помощью вспомогательной обмотки, питаемой от тиристорного-усилителя постоя 1ного тока, Для достижения поставленной цели в этом устройстве требуется источник питания, кроме того, в установившихся режимах устройство не воздействует на коммутацию,

Известна также машина постоянного тока, содержащая дополнительный полюс с обмоткой, форсировочную Обмотку, размещенную на сердечнике дополнительного полюса и подключенную согласно-параллельно обмотке дополнительного полюса f2.

Однако при толчке нагрузки по форсировочной обмотке, обладающей значительно меньшим, чем обмотка дополнительного полюса, индуктивным сопротивлением, потечёт пиковый ток, что вызовет резкое возрастание магнитног;о потока дополнительных полюсов, В результате повышает.ся коммутационная надежность машины только в режимах толчкообразных нагрузок.

Известна также электрическая машина постоянного тока с шихтованной станиной З,

Недостатком указанной машины является то, что шихтовка станины приводит к уменьшению вихревых токов, что уменьшает угол рассогласования коммутирующего потока и тока якоря в переходных режимах. Однако с увеличением-частоты вращения, ослаблением поля, зона безыскровой работы смещается в область отпитки и настроить дополнительные полюса изменением воздушного зазора и числа витков обмотки на безыскровую коммутацию во всем диапазоне регулирования частоты вращения в известных машинах не удается. Если дополнительные полюса настроены на середину зоны безыскровой работы для нижнего предела, то.на верхнем пределе диапазона регулирования частоты вращения коммутация будет неудовлетворительной, и наоборот, если дополнительные полюса настроить на середину безыскровой зоны для верхнего предела, то коммутация будет нeyдoвJ Ieтвopитeльнoй на нижнем пределе диапазона регулирования частоты вращения.

Наиболее близким к предлагаемому является устройство для улучшения коммутации, содержащее управляемый усилитель, выходной блок которого представляет регулируемое активное сопротивление, подключенное к обмотке дополнительных полюсов, и датчик добавочного тока коммутации. Устройство осуществляет автоматическую настройку дополнительных полюсов на середину безыскровой зоны при изменении режима работы или параметров коммутируемой секции. Настройка дополнительных полюсов осуществляется путем отпитки и функции добавочного тока коммутации Г4 J

Недостаток заключается в том, что с изменением режима работы или йараметров коммутируемог о контура машины изменяется величина добавочного тока коммутации, на вход усилителя поступает сигнал, уровень которого зависит от величины и направления добавочного тока коммутации, что приводит к изменению активного сопротивления выходного блока управляемого усилителя, шунтирукндего обмотку дополнительных полюсов. Изменяется величина тока, протекающего по обмотке дополнительных полюсов, и регулирование происходит до тех пор, пока коммутация не станет прямолинейной, что соответствует настройке на середину безь1скровой зоны,

Однако.шунтирование дополнительных полюсов регулируемым активным сопротивлением приводит в переходных режимах к ухудшению коммутации из-за рассогласования скоростей изменения тока дополнительных полюсов и тока якоря, и большим потерям мощности в регулируемся активном сопротивлении выходного блока управляемого усилителя, которое должно быть рассчитано на.ток, равный 5-10% от номинального тока якоря.

Цель изобретейия - повышение точности настройки коммутации в переходных режимах и уменьшение габаритов .

Указанная цель достигается тем, что устройство для улучшения коммутации коллекторной электрической машины постоянного тока, содержащей 5 основную обмотку дополнительных полюсов, управляемый усилитель и датчик добавочного тока коммутации, снабжено вспомогательной обмоткой, размещенной на дополнительном полю- Ю се и включенной встречно-параллель- . но основной обмотке дополнительных полюсов, а управляемый усилитель эключен последовательно в цепь вспомогательной обмотки.

На фиг. 1 показано расположение на дополнительном полюсе основной (Обмотки и вспомогательной обмотки,

На фиг, 2 показана блок-схема включения управляемого усилителя, jn Устройство содержит на дополнительном полюсе 1 основную обмотку 2 и вспомогательную обмотку 3, управляеый усилитель 4, выход которого пoдк пoчeн последовательно вспомога- -г тельной обмотке 3, включенной встречно-параллельно основной обмотке ополнительных полюсов 2, На вход усилителя 4 поступает сигнал с датчика 5 добавочного тока коммутации. Управляемый усилитель 4 настраивает- 0 ся таким образом, что при работе машины на середине зоны безыскровой коммутации, когда сигнал с датчика 5 добавочного тока равен нулю, усилитель 4 обеспечивает начальной 35 ток во вспомогательной обмотке 3,

соответствующий настройке коммутации на прямолинейную. При изменении характера коммутации изменяется сигнал с датчика 5 добавочного тока, дО оторый поступает на вход управляеого усилителя 4, и регулирование

тока дополнительных полюсов происодит до тех пор, пока не обеспечит-;, я их автоматическая настройка, д

соответствующая работе машины в середине безыскровой зоны.

Устройство работает следующим

образом,

Последовательно подключенные выходы управляемого усилителя 4 к вспо- 0 о ательной обмотке 3, включенной встречно-параллельно основной оботке дополнительных полюсов 2, позволяют более эффективно, чем при настройке без вспомогательной об- 55

мотки регулировать поток дополни- тельньрс полюсов, так как оптика дополнительных полюсов происходит не

только за счет уменьшения тока в основной обмотке на величину тока оптики, но и за счет уменьшения потока дополнительных полюсой на величину потока, создаваемого вспомогательной обмоткой и направленного встречно основному потоку дополнительных полюсов. Таким образом, требуемый ток оптики предлагаемой Мс1шины с вспомогателыюй обмоткой меньше требуемого тока оптики известной Мсциины без вспомогательной обмотки. Их соотношение определяется в виде

3.

отп

W.

в ..

,ОТП где W - число витков основной обмотки дополнительных полюсов Г

Wg - число витков вспомогательной обмотки дополнительных полюсов, При соответствующем выборе числа витков вспомогательной обмотки Wток оптики Jorne может составлять незначительную часть требуемого тока оптики Так при Wg 4W; ток оптики JpTn.в пять раз меньше тока оптики меди вспомогательной, обмотки при этом меньше объема меди основной обмотки дополнительных полюсов. Уменьшение величины тока отпитки приводит к уменьшению габаритов и повьшеиию надежности управляемого усилителя. Кроме того, за счет запасенной электромагнитной энергии во вспомогательной обмотке обеспечивается форсировка тока основной обмотки допол-нительных полюсов за счет устранения рассогласования скоростей изменения тока дополнительных полюсов а следовательно, и коммутирующего тока и тока якоря, что улучшает процесс коммутации в переходных режимах , с

Таким образом,в предлагаемой электЕ ической машине постоянного тока с автоматической настройкой коммутации 331 счет применения вспомогательной обмотки, размещенной на дополнительнее полюсе и включенн встречно-параллельно основной оЛлотке дополнительных полюсов/ обеспечивается точная настройка коммутации на середину зоны безыскровой работы машины, снижается степень искрения в переходных режимах при изменении тока якоря.

Vj-

г LD

фиг.2

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ КОММУТАЦИИ КОЛЛЕКТОРНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащее основную обмотку дополнительных полюсов, управляемый усилитель и датчик добавочного тока коммутации, отличают еес я тем, что, с целью повышения коммутационной устойчивости в переходных и снижения мощности, оно снабжено вспомогательной обмоткой, размещенной на дополнительном полюсе и включенной встречно-параллельно основной обмотке дополнительных полюсов, а управляемый усилитель включен последовательно в цепь вспомогательной обмотки. сд да ел to