Способ улучшения процесса коммутации коллекторных электрических машин Советский патент 1986 года по МПК H02K13/14 

1 1

Изобретение относится к электромашиностроению, конкретно к способам улучшения процесса коммутации коллекторных электрических машин путем настройки дополнительных полюсов на середину области безыскровой работы, и может быть использовано при разработке автоматических устройств, обеспечивающих оптимальные условия протекания коммутационных процессов.

Цель изобретения - повышение точности и помехозащищенности при автоматической настройке процесса коммутации на середину области безыскровой работы коллекторной электричес кой машины при изменении частоты ее вращения и нагрузки.,

На фиг, 1 показано изменение выходной величины для различных условий коммутации; на фиг. 2 и 3 - линейные участки пилообразных кривых соответствующие прямолинейной оптимальной коммутации (т.е. соответствующие прямолинейному оптимальному характеру изменения тока коммутиру-- емой секции) при различных нагрузках (токе якоря); на фиг. 3 - то же, при различных значениях частоты вращения машины; на фиг. 4 - блок-схема устройства, реализующего способ.

Согласно известному и предлагаемому способам ток коммутируемой секции с помощьк) датчика преобразуется в выходк.ую величину. В случае прямолинейной коммутации ток коммутируемой секции, а следовательно, и пропорциональная ему выходная величина UBbix(t) (фиг.)) в течение периода коммутации Т (фиг. 1) изменяется по линейному закону. Для последовательных периодов коммутации график изменения выходной величины в функции времени t имеет вид пилообразной кривой иBbix (t) (фиг. 1). При замедленной и ускоренной коммутации выходная величина изменяется соответственно по кривым Ujj,,,,(t) и Uj,(,(t) (фиг. 1). с помощью блока формирования периодических сигналов вырабатывается пилообразный сигнал,соответствующий изменению выходной величины при прямолинейной коммутации. Параметры пилообразного сигнала (амплитуда и длительность линейного участка) задаются постоянными и выбираются так, чтобы при определенном токе якоря (и пропорциональном ему токе коммутируемой секции) и определенной

496572

частЪте вращения машины амплитуда пилообразного сигнала бьша равна выходной величине и„,,„ в начале периорЬ1л О

да коммутации, а длительность линей5 ного участка совпадала с длительностью периода коммутации Т. При указанных условиях и прямолинейном действительном процессе коммутации машины значение выходной величины

) совпадает с пилообразной кривой Uji(t) (фиг. .1), сигнал рассогласования равен нулю, и машина работает в оптимальном режиме. При отклонении процесса коммутации от прямо- 5 линейного (кривая Ugi,n4(t) или

Ugbixa t) фиг. 1) появляется сигнал рассогласования, и ток дополнительных полюсов Изменяется так, чтобы свести это рассогласование к нуле20 вому значению, т.е. приблизить процесс коммутации к оптимальному прямолинейному. Однако эффективное управление процессом коммутации согласно известному способу возможно толь25 ко .при неизменных значениях тока

якоря и частоты вращения машины. При изменении, например увеличении тока якоря, а следовательно, и выходной величины ((t), фиг. 2), и неиз30 менных параметрах пилообразной кривой (Un(t), фиг. 2) появляется сиг- нал рассогласования и происходит изменение тока дополнительных полюсов, Хотя действительный процесс коммута35 ции остается прямолинейным. Аналогично при изменении частоты вращения машины, а следовательно, и периода коммутации (например, при снижении частоты вращения период коммутации

40 возрастает до значения Т, фиг, 3), кривая изменения выходной величины ( (t), фиг. 3) отличается от пилообразного сигнала U:j,(t) с постоянными параметрами, что также приво45 дит к появлению сигнала рассогласо- вания и изменению тока дополнитель- . ных полюсов, т.е. к ошибочному управлению процессом.

Таким образом, известный способ 50 не обеспечивает эффективного и точного управления процессом коммутации в условиях, когда изменяются ток якоря и частота вращения машины.

Согласно предлагаемому способу 55 в отличие от известного пилообразный сигнал, соответствующий оптимальной прямолинейной коммутации, , формируют с учетом текущего значения

К2

тепьнрсть линейно изменяющегося -участка пилообразной кривой увеличивается до значения 1, а сама кривая и„ Ct) совпадает с кривой изменения выходной величины ) при прямолинейной коммутации. Благодаря этому обеспечивается высокая точность настройки процесса коммутации на середину области безыскровой работы машины при изменении тока якоря и скорости вращения.

Кроме того, сигнал рассогласова- - ния, в функции которого изменяют ток дополнительных полюсов, формируют пу

тока якоря (и пропорциональных ему значений тока коммутируемой секции и выходной величины) и с учетом текущего значения скорости вращения мащины.

Дпя этого с помощью датчика угл поворота вала мащины формируют импульсы, соответствующие моментам на;чала и окончания процесса коммутации, преобразуют временной интервал между .двумя последовательными импулсами в промежуточную величину, запоминают ее, и на текущем периоде коммутации длительность линейно изменяющегося участка пилообразного сигнала с помощью промежуточной величины устанавливают равной длительности предществовавщего периода коммутации. Вследствие инерционнос- ти машины длительности последовательных периодов коммутации отличаются весьма незначительно и, таким образом, удается сформировать линейно изменяющийся участок пилообразной кривой, совпадающий по длительно сти с действительным периодом ком- мут ацйи. Кроме тото, амплитуду пилообразного сигнала формируют равной значению выходной величины в начале текущего периода коммутации. В результате при прямолинейной коммутации параметры и характер изменения

во времени пилообразного сигнала при значении тока якоря и ско- .

рости вращения машины совпадают с параметрами и характером изменения выходной величины.. Так, например, при возрастании тока якоря и выходной величины амплитуда пилообразного сигнала увеличивается до значения ивыхо (фиг. 2) и пилообразный сигнал U|,(t) .совпадает с кривой изменения . выходной величины U (t)(t) . При изменений периода коммутации, например,.- до значения Т, (фиг. 3) дли

10

20

25

2Д9 б57

тем интегрирования в течение периода коммутации разности между выходной величиной и величиной пилообразного сигнала , т.е. определяют -интег- 5 ральное за период коммутации значение отклонения выходной величины от пилообразного сигнала, соответствующего прямолинейной оптимальной коммутации. Благодаря этому обеспечивается фильтрация высокочастотных помех, наложенных на выходную величину, т.е. высокая помехозащищенность при управлении процессом коммутации. Устройство, реализующее предлага- J5 емый способ, содержит электрическую . машину 1, датчик 2 тока коммутируемой секции, импульсный датчик 3 угла поворота вала машины, блок 4 формирования промежуточной величины, блок 5 формирования пилообразного сигнала, блок 6 формирования сигнала рассогласования, управляемый преобразователь 7. .

Датчик 2 преобразует ток коммутируемой секции в выходную величину, которая поступает на. первьй вход блока 5 формирования пилообразного сигнала и первый вход блока 6 формирования сигнала рассогласования. . . 3Q Импульсы, соответствующие моментам начала и окончания периодов коммутации, с датчика 3 угла поворота вала машины, вал которого механически соединен с валом машины, поступают на вход блока 4 формирования промежуточной величины. На выходе этого блока, соединенного с вторым, входом блока.5 формирования пилообразного сигнала, вырабатывается напряжение, величина которого пропорциональна длительности периода коммутации. На выходе блока 5 формирования пилообраз- ного сигнала формируется пилообразный сигнал с амплитудой, равной значению выходной величины в начале периода коммутации, и длительностью, равной.длительности периода коммута- , ции. Сигнал с выхода блока 5 посту- - пает на второй вход блока 6 формиро- . вания сигнала рассогласования, вы- 50 ходной сигнал которого формируется путем интегрирования в течени е периода коммутации разности выходной величины и пилообразного сигнала и по- ступает через управляемый преобразователь 7 на дополнительные полюса машины 1. Блоки формирования промежуточной величины, сигнала рассогласования и пилообразного сигнала могут

35

40

45

55

быть реализованы на операционных усилителях по известным схемам.

- Таким-образом, (Применение предлагаемого способа улучшения процес- . са коммутации коллекторных электрических машин путем изменения тока дополнительных полюсов позволяет повысить -точность автоматической настройки коммутации на середину области безыскровой работы машины особенно в условиях, когда частота вращения и. ток як.оря изменяются в широком диапазоне, а также обеспечить помехозащищенность устройств, реализующих предлагаемьй способ.

Достигнутая статическая точность автоматической настройки коммутации на середину области безыскровой работы (величина смещения средней ли- НИИ области от оси абсцисс) позволяет при удовлетворительных показателях качества переходных процессов получить значение диапазона регулирования частоты вращения ослаблением поля 10:1, снизить степень искрения в переходных режимах при изменении тока якоря с 2,5 до 1,5 баллов, увеличить полезную мощность машины с 42 до 50 кВт по сравнению с известно машиной постоянного тока 2П250М.

Ф о р м у л. а изобретения

Способ улучшения процесса коммута ции коллекторных электрических машин путем автоматической настройки коммута11ии на середину области безыскро вой работы, включающий преобразование текущего значения тока коммути- руемой секции в выходную величину, создание с помощью блока периодических сигналов пилообразного сигнала, соответствующего изменению тока коммутируемой секции при прямолинейной оптимальной коммутации, формирование сигнала рассогласования и изменение в его функции тока дополнительных полюсов, отличаю- щ и ,й с я тем, что, с целью повьщ1е- ния помехозащищенности и точности настройки на середину области безыскровой работы машины при изменении частоты ее аращения и нагрузки, с помощью датчика угла поворота вала машины создают импульсы, соответствующие моментам начала и окончания периодов коммутации, формируют и за- поминают промежуточную величину, пропорциональную длительности периода коммутации, и с помощью ее на текущем периоде коммутации устанавливают длительность линейно изменяющегося участка пилообразного сигнала равной длительности предшествовавшего периода коммутации, при этом амплитуду пилообразного сигнала устанавливают равной значению выходной величины в начале текущего периода коммутации а сигнал рассогласования получают путем интегрирования разности, выход- ной величины и пилообразного сигнала в течение периода коммутации.

Выл

(риг. 2

Изобретение относится к электромашиностроению. Цель изобретения - повьшение точности и помехозащищенности настройки коммутации на середину области безыскровой коммутации. Способ включает преобразование текущего значения тока коммутируемой секции в выходную величину, создание пилообразного сигнала, соответствуюг- щего изменению тока коммутируемой секции при прямолинейной коммутации.. Создают импульсы, соответствующие моментам начала и окончания периодов коммутации, формируют и заполняют промежуточную величину, пропорциональную длительности периода коммутации, и с помощью нее на текзтцем периоде коммутации устанавливают длительность предшествующего периода коммутации. При этом амплитуду пилообразного сигнала устанавливают р.ав- ной значению выходной величины в начале текущего периода коммутации, а i сигнал рассогласования получают путем интегрирования разности выходной величины и пилообразного сигнала в течение периода коммутации. Способ позволяет учитывать текущие значения тока якоря и скорости вращения. 3 ил. (Л

,(,lt)

/

Сриг.З

Редактор А,Сабо

Составитель С.Шутова

Техред Л.Олейник KoppeKtop О,Луговая

Заказ 4337/57 Тираж 631Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, , Раушская наб., д. 4/5

:Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

фиг. 4