Устройство для улучшения коммутации коллекторных электрических машин Советский патент 1986 года по МПК H02K13/14 

I

Изобретение относится к электромашиностроению, а именно к средствам улучшения коммутации коллекторных электрических машин путем автоматической настройки дополнительных полюсов на середину области безыскровой работы, и может быть использовано при разработке систем автоматического управления процессом коммутации, обеспечивающих оптимальные условия протекания коммутационных процессов.

Цель изобретения - повышение точности автоматической настройки коммутации на середину области безыскровой работы коллекторной электрической машины в условиях изменения скорости ее вращения и нагрузки, а также расширение фуйк- циональных возможностей.

На фиг,1 показаны кривые изменения выходной величины, соответствующие характеру изменения тока коммутируемой секции при различном характере коммутации; на фиг.2 - блок-схема устройства для улучшения коммутации коллекторных электрических машин; на фиг.З - схема первого блока преобразования временных интервалов.

Кривая 1 на фиг.1 соответствует характеру изменения выходной величины при прямолинейной коммутации, кривая 2 - при ускоренной коммутации, кривая 3 - при замедленной.

Устройство для улучшения коммутации содержит электрическую машину 4 с дополнительными полюсами, вал которой механически связан с датчиком 5 угла поворота вала машины, датчик 6 выходной величины, выполненный в виде вспомогательной секции, уложенной рядом с основной секцией обмотки якоря 4 машины при встречно-последовательном соединении основной и вспомогательной секций, нуль-орган 7, первый блок 8 формирования импульсов, первый управляемый ключ 9, первый блок 10 преобразования временных интервалов, узел 11 сравнения, второй блок 12 преобразования временных итервалов, второй управляемый ключ 13, блок 14 формирования импульсо переключения, элемент памяти 15, второй блок 1 б формирования импульсов, управляемый преобразова- тель 17, выход которого подключен

2512332

к основной или вспомогательной обмотке дополнительных полюсов электрической машины 4.

Устройство работает следующим

5 образом.

На выходе, датчика 5 угла поворота вала машины формируются импульсы, соответствующие моментам начала и окончания текущего периода

fO коммутации (Т на фиг,1). Эти импульсы поступают на вход второго блока 16 формирования импульсов, на выходе которого формируется прямоугольный импульс, длительность кото15 рого равна длительности первого

временного интервала (равна длительности текущего периода коммутации Т ц на фиг.1). Импульс с выхода блока 16 поступает на управляющий вход

20 второго управляемого ключа 13 и эа- мыкает его время, равное длительности периода коммутации Т,. При этом на вход второго блока 12 преобразования временных интервалов поступает

5

постоянное напряжение + Ug. Блок

5

0

12 с коэффициентом К, преобразует длительность первого временного интервала (Т на фиг.1) ; в первую промежуточную величину Uf, . Ука0 занная величина формируется на выходе второго блока 12 преобразования временных интервалов к концу текущего периода коммутации. Импульс, соответствующий моменту начала текущего периода коммутации, поступает также на вход первого блока 8 формирования импульсов. На другой вход этого же блока поступает сформированный нуль-органом 7 импульс, соответствующий моменту изменения полярности выходной величины. При этом на выходе первого блока 8 формирования импульсов формируется прямоугольный импульс, длительность которого равна длительности второго временного интервала о . (Например, при прямолинейной коммутации с 0,5 Т на фиг. 1 . ) . С выхода блока 8 прямоугольный импульс дли- те,льностью (Г поступает на управляющий вход первого управляемого ключа 9 и вызывает его .замыкание, при этом вход первого блока 10 преобразования временных интервалов подключается на время к источнику

5 постоянного напряжения U. Блок 10 преобразует с коэффициентом преобразования Kj второй временной интервал i во вторую промежуточную величи5

0

У Un KjT. Указанная величина формируется на выходе первого блока 10 преобразования временных интервалов к моменту окончания интервала Г До конца текущего периода коммутации TX значение U, остается неизменым. Первая и вторая промежуточные величины с выводов соответственно второго 12 и первого 10 блоков преобразования временных интервалов поступают на входы узла 11 сравнения, на вьпсоде которого после окончания текущего периода коммутации .формируется сигнал рассогласования UP Up, Этот сигнал переписывается в элемент памяти 15 Для организации переписи служит блок 14 формирования импульсов переключения. При поступлении на его вход с датчика 5 угла поворота вала машины импульса, соответствующего моменту окончания текущего периода коммутации, на выходе блока 14 формируются три кратковременных последовательных импульса. Первый импульс с первого выхода блока 14 формирования импульсов переключения поступает на обнуляющий вход элемента памяти 15 и вызывает стирание ранее записанной в элемент памяти 15 информации. Второй импульс с второго выхода блока 14 поступает на управляющий вход элемента памяти 15, при этом в элемент памяти 15 по информационному входу переписывается сигнал рассогласования с выхода узла 11 сравнения. Третий импульс с третьего выхода блока 14 поступает на обнуляющие входы первого 10 и второго 12 блоков преобразования временных интервалов и приводит их в исходное состояние. Запомненный сигнал рассогласования поступает через управляемый преобразователь 17 на основную или вспомогательную обмотку дополнительных полюсов электрической машины 4, благодаря чему обеспечивается управление процессом коммутации. Далее цикл работы устройства повторяется. .

С помощью предлагаемого устройства возможна настройка машины как на прямолинейную коммутацию, так и на ускоренную, когда такой характер коммутации является оптимальным. Желаемая настройка устанавливается выбором определенного соотно2512334

шения между коэ()фиииентами преобразования К, и Kg.

Для настройки на прямолинейную оптимальную коммутацию устанавли- 5 вают К, 0,5 К,. Если при такой настройке действительный процесс коммутации является прямолинейным, то второй временной интервал t, 0,5 Тц (кривая 1 на фиг.1). 10 Первая промежуточная величина на выходе блока 12 равна

п, KJ, 0,5 ,.

15 Вторая промежуточная величина на выходе блока 10

I

П2 - Кг-0 5 ,

20 Следовательно, в этом случае сигнал рассогласования

Uy Un, - Ч

О,

Если действительный процесс коммутации отклоняется от прямолинейного в сторону ускорения (кривая 2 на фиг.1), второй временной интервал становится меньше 0,5 Т.

При этом вторая промежуточная величина Uf, 2 t; становится мень- ще первой U 0,5 KjT,, и появляется сигнал рассогласования Uj Un,- Uft положительного знака. В результате с выхода элемента памяти 15 через управляемый преобразователь 17 на обмотку дополнительных полюсов поступает сигнал на уменьшение тока дополнительных полюсов. Если действительный процесс коммутации отклоняется от оптимального прямолинейного в сторону замедления (кривая 3 на фиг,1), второй временной интервал Т, становится больше 0,5 Т . В результате вторая промежуточная величина Un, z становится больше первой U,, 0,5 и появляется сигнал рассогласования Uy Un, -Un2 отрицательного знака, вызывающий увеличение тока дополнительных полюсов..

Для настройки на оптимальную ускоренную коммутацию коэффициент преобразования К устанавливают

меньше 0,5 К. Процесс настройки в этом случае протекает аналогично, но сигнал рассогласования равен нулю, если действительный процесс

5

коммутации протекает с заданной степенью ускорения; Например, при К rs 0,4 Kj сигнал рассогласования равен нулю, если длительность второго временного интервала равна Т, 2 0,4 Т. . Действительно, в этом случае ,,, К, 0,4 , а

К,

К2-0,4 Т, и Ug

Ur

п.

-и„ - О.

Блоки 10 и 12 преобразования временных интервалов выполнены на операционных усилителях, работающи в режиме интеграторов. Электрическ схема блока 10 преобразования временных интервалов приведена на фиг.З. Первая промежуточная величина, представляющая собой напряжени на выходе операционного усилителя СУ: с емкостноАгобратной связью, определяется вьфажением

Т

п. (t)

( Ы J RC

dt)

dt.

Учитывая, что напряжение U можно записать

const

- ( 5

Отсюда коэффициент преобразования блока 10, под которым понимается отношение выходного напряжения блока 10 Un, к длительности временного интервала замыкания управляемого ключа 9, определяется соотношением

- Ё -1 I

Изменение коэффициента преобразования К, для настройки устройства на оптимальную коммутацию осуществляется переменным резистором R (фиг.З). Ключ К, в схеме служит для обнуления блока 10 после окончания периода коммутации. На управляющий вход этого ключа поступает импульсный сигнал с третьего выхода блока 14 формирования импульсов переключения. Блок 12 преобразования временных интервалов вьтолнен по аналогичной блоку 10 схеме. Управляемые ключи могут быть реализованы, например на транзисторахj работающих в ключевом режиме, блоки 8 и 16 формирования импульсов реализованы на триггерах,.блок 14 формирования импульсов переключения выполнен в виде последо2512336

вательно включенных одновибраторов Нуль-орган 7-, узел 11 сравнения,элемент памяти 15 реализованы на опё р а- ционных усилителях по известным схе- 5 мам.

Таким образом, предлагаемое устройство для улучшения коммутации кол- лекторных электрических машин обеспе- чивает точную автоматическую настрой10 ку коммутации на середину области безыскровой работы машины в условиях изменения скорости ее вращения и нагрузки, а также расширяет функциональные возможности.

15 Достигнутая статическая точность автоматической настройки коммутации на середину области безыскровой работы машины (величина смещения средней линии области от оси абсцисс

20 позволяет при удовлетворительных показателях качества переходных процессов получить значение диапазона регулирования частоты вращения ослаблением поля 10:1, снизить сте25 пень искрения в переходных режимах при изменении тока якоря до 1,5 баллов, увеличить полезную мощность машины, снабженной устройством с 42 кВт до 50 кВт по сравнению с

30 известной машиной постоянного тока 2П250М.

Формула изобретения

1.. Устройство для улучшения ком-,

мутации коллекторных электрических машин, содержащее датчик выходной величины с нуль-органом, управляемый преобразователь, выход которого

предназначен для подключения к основной или вспомогательной обмоткам дополнительных полюсов электрической машины, управляемые ключи, входы которых соединены с источником постоянного тока, узел сравнения и элемент памяти, отличающееся тем, что, с целью повьш1ения точности автоматической настройки коммутации на середину области безыскровой работы электрической машины при изменении скорости ее вращения и нагрузки и расширения функциональных возможностей, устройство снабжено датчиком угла поворота вала машины, механически соединенным с валом электрической машины, первым и вторым блоками формирования импульсов, выходы которых подключень; к

управляющим входам соответственно первого и второго управляемых ключей, первым и вторым блоками преобразования временных интервалов, выходы которых соединены .через узел сравнения с первым входом элемента памяти, и блоком формирования импульсов переключения, первый и второй выходы которого подключены соответственно к обнуляющему и управляющему входам элемента памяти, а третий выход соединен с обнулягади ми входами первого и второго блоков преобразования временных интервалов при этом входы блока формирования импульсов переключения, второго блока формирования импульсов и вто2512338

рой вход первого блока формирования импульсов Лодключены к выходу датчика угла поворота вала машины, первый вход первого блока формирова5 иия импульсов соединен с выходом нуль-органа, а первые входы первого и второго блоков преобразования временных интервалов подключены к выходам соответственно первого и второго управляемых ключей, выход же элемента памяти соединен с дом управляемого преобразователя,

2. Устройство по , о т л и чающееся тем, что первый

15 блок преобразования временных интервалов выполнен с перестраиваемым коэффициентом преобразования. .

10

и&м

gia.t

hHZH

5

Изобретение относится к электромашиностроению и может быть использовано при разработке систем автоматического управления прод/с сом коммутации. Цель изобретеинй - повьшение точности настройки ции на середину безыскровой работы и расширение функциональных возможностей. Устр-во содержит электрическую машину 4 с дополнительными полюсами, вал которой механически связан с датчиком 5 угла.поворота вала, датчик выходной величины 6, выполненный в виде вспомогательной секции, уложенной рядом с основной секцией, нуль-орган 7, первый блок преобразования временных интервалов 10,узел сравнения П, второй блок преобразования временных интервалов 12, второй управляемый ключ 13, блок формирорания импульсов переключения 14, элемент памяти 15, второй блок формирования импульсов 16, управляе- ыыА преобразователь 17, выход которого подключен к основной или вспомогательной o6MOTKfi дополнительных nor люсов, Устр-зо по;-; оляет настроить машину как ка. прямолинейную коммутацию, так и на ускоренную. Сигнал рассогласования, полученный после окончания текущего периода коммутации, поступает на обмотки дополнительных полюсов и учитывает изменение скорости вращеиия и нагрузки, поэтому обеспечивается более точная настройка коммутации. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. ю (/)

Редактор И.Сегляник

Составитель С.Шутова Техред-В,Кадар.

Заказ 4Д21/53Тираж 631 . Подписное

ВНИИШ Государственного комитета СССР

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

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

Корректор Е.Ротке