Способ настройки дополнительных полюсов коллекторных машин постоянного тока и устройство для его осуществления Советский патент 1988 года по МПК H02K13/14 

Фи9.1

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к настройке дополнительных полюсов (ДП) коллекторных MaiuHH на оптимальную коммутацию.

Цель изобретения - повышение производительности настройки.

На фиг. 1 представлена электрическая схема устройства, реализующего способ} на фиг. 2 - датчик,(разрезная щетка), установленный в щеточном бра- кете машины; на фиг. 3 - датчик добавочного тока коммутации; на фиг.4 - схема датчика с усилителем-фильтром/ на фиг. 5 - схема усилителя-фильтра.

Шунтирующая цепь обмотки 1 дополнительных полюсов состоит из амперметра 2, сопротивления 3 и ключа 4. Измерительная цепь включает датчик - разрезную щетку 5 с изолированными частями, выводы которых (клеммы Q и Ь ) подключены к входу измерительного вольтметра 6 постоянного тока (вторая силовая клемма машины не обозначена) .

Датчик 5 помещается в колодец щет- кодержателя 7 вместо одной из рабочих щеток. Оставшиеся рабочие щетки 8 подключаются к силовой цепи (клемма Я1), при этом для реверсивной ма- щины они расположены на геометрической нейтрали машины.

Датчик добавочного тока коммутации (фиг. 3) состоит из двух частей 9 (щеток), изолированных от щетко- держателя 7 с помощью гильзы 10, а одна от другой с помощью прокладки 11. Верхняя часть гильзы 10 склеена с упорной головкой 12, к верхнему фланцу которой скобой 13 прижимается крьш1ка 14. Для удобства установки и снятия датчика служит держатель 15, жестко прикрепленный к фланцу головки 12, который обеспечивает также фиксацию датчика относительно щетко- держателя. Пружины 16 обеспечивают необходимое давление на щетки 9, то- коведущие выводы которых проходят наружу и подключены к клеммам а и Ъ (необозначенные отверстия, соответ- ствуют винтам крепления щеткодержателя к траверсе и винту крепления наконечников рабочих щеток к силовой клемме). При установке датчика в щеткодержателях других типов конст- рукция может соответствующим образом изменяться.

Напряжение Da датчика 5 (фиг. 1), снимаемое с его выходных зажимов а и

ер.

14188512

b , пульсирует с ламельной частотой является функцией времени Ua(t)

Постоянная составляющая (среднее значение) этого напряжения

т

и J Uj(t)dt,

где Т - период интегрирования. Для уменьшения влияния помех период Т следует выбирать равным времени нескольких оборотов якоря, но не более 2-3 с для обеспечения высокой производительности.

Если измерительный вольтметр 6 не позволяет точно вьщелить постоянную составляющую напряжения датчика или имеет недостаточную чувствительность, то в устройство может быть дополнительно введен усилитель-фильтр 17 (фиг. 4), к которому подводится требуемое напряжение питания.

Усилитель-фильтр 17 (фиг. 5) состоит из операционного усилителя 18 . (например, К140УД8), резистора 19 компенсации входного тока смещения, входного резистора 20, резистора 21 и емкости 22 обратной связи, потенциометра 23 установки нуля усилителя, подключенного к источнику биполярного пихания i Unnr Путем выбора резисторов 20 и 21 и емкости 22 устанавливается необходимая частота среза фильтра (не более 10-15 Гц) и требуемый коэффициент усиления.

При настройке коммутации действия выполняются в следующем порядке,

В выбранном режиме работы машины (как правило, номинальном), при разомкнутом ключе 4 (ток отпитки равен нулю) определяют напряжение Ua.( датчика-щетки 5. Так как это напряжение содержит пульсации ламельной частоты, то измеряют его постоянную составляющую и с помощью вольтметра 6 постоянного тока. Затем, замыкая ключ 4, шунтируют обмотку 1 дополнительных аолюсов сопротивлением 3 и фиксируют ток отпитки 1о,„ по амперметру 2. Для этого тока снимают напряжение Uo5 с разрезной щетки-датчика 5 и измеряют его постоянную составляющую U. с помощью вольтметра 6,

Характеристика датчика добавочного тока коммутации описывается (при постоянном токе якоря)линейной зависимостью

и A-I

отп

- В,

(1)

31418851

и - напряжение (постоянная составляющая) датчика;

ти хо ва

I - ток отпитки обмотки дополнительных полюсоз.

При этом коэффициенты А и В можно определить при задании двух точек (U, и) линейной зависимости по формулам

Связь между током отпитки 1,- fonпр

тимальная коммутаи {я) и током 1 (прямолинейная коммуташ я) при переходе к относительным единицам описывается в виде

пр

1отп,,

- --I-

ЯН

Изобретение относится к электроа машиностроению. Цель изобретения - повысить производительность настройки коммутации. Способ включает измерение величины, пропорциональной добавочному току коммутации при изменении намагничивающей силы дополнительных полюсов, вычисление и корректировку параметров полюсов. Величину, пропорциональную току коммутации, определяют по падению напряжения на щетке в период коммутации и по приведенной формуле определяют зазор и число витков обмотки. Устройство содержит последовательно соединенные сопротивление 3, измеритель тока 2, выключатель 4 и датчик добавочного тока 5, выполненный в виде разрезной в радиальном направлении щетки, каждая половина которой подключена к входу измерительного прибора 6. 2 с.п. ф-лы, 5 ил. сл

1

В

.,

где и - напряжения датчика без

отпитки (igTn 0) и при отпитке (IOTP ); Ijj - ток отпитки (с отрицательным знаком). При отсутствии добавочного тока коммутации (прямолинейная коммутация) напряжение датчика равно нулю. Ток

отп

%этпитки I (1) и приняв и о получают

« IOTR . Подставив (2) в

.1

отп и, -и

При настройке ДП на середину ОБР ток отпитки обозначим . Намагничи вающая сила обмотки ДП с исходным числом витков при таком токе отпитки, соответствующем середине ОБР, равна (If + 1 )W при оптимальном числе витков и коммутации, соответствующей середине ОБР I,,Won, где 1,ц - ток якоря-, при котором проводятся испыта1ШЯ.

Оптимальные параметры находятся из условия, что напряженность магнитного поля в воздушном зазоре остается постоянной при переходе от данного параметра с подпиткой, соответствующей середине ОБР, к оптимальному без подпитки.

Приравняв выражения для намагничивающих сил, получают

(I

«н

ОЯТ.

отп

откуда

W(1

+ ) 9н

(А)

При этом пренебрегают потерями в стали, магнитная цепь ДП считается ненасыщенной, а коэффициент рассеяния обмотки ДП постоянным.

10

где К - коэффициент уско- рения коммутации.

С учетом (3) получается иЛотп

пр J-отп

9

+ К. (5)

ян

Подставляя (5) в (4), получают

20

W Wll + 7Г,--П-ТТ- К оптI(и,-Uj)

(6)

Экспериментально определяя значения и, ,U2,Io,rr зная 1„ц (номинальньп

25 ток якоря или ток якоря, при котором проводится определение U,, U, Тдтп ) вычисляют оптимальное число яитков и корректируют число витков дополнительных полюсов.

30 Если число витков по каким-лиОо причинам изменять неудобно, может быть скорректирован зазор под добавочным полюсом. С учетом намагничивающей силы (н.с.) компенсационной обэс мотки и поперечной реакции якоря F. уравнения для определения оптимального зазора записьгааются в виде:

/P,W. ал

(I,H+llb- - РКО-РЧ

W

(7)

-«tt а,, V )

I... --- + Р„

где Н - напряженность магнитного

поля в зазоре.

Выражение для н.с. дополнительных полюсов

F - Т J-л,,

йн

i

записано с учетом числа а параллельных ветвей обмотки ДП.

55

Н.с. компенсационной обмотки

F I - ко яч а,

где W - число витков к.о. на 1 полюс ;

а - число параллельных ветвей к.о.

Н,с. Реакции якоря ;

г А NIt4. 2 8ра

где А - линейная нагрузка; - полюсное деление N - число эффективных проводников;

р - число пар полюсов; а - число пар параллельных ветвей обмотки якоря. Разделив второе уравнение (7) на первое, получают

..

(8)

Поделив числитель и знаменатель на

-Frt и обозначив 9 ,

лучают

(9)

С учетом (5)

° , , Г и,1ол, . „-| е Tu7 u;Ti7: Je-T

(10)

.Ilii- а ;8ра

F.O-FCV k-LWi NiiH

BgaW

iiiitwri Na

(11)

J

При отсутствии компенсационной обмотки выражение (11) упрощается:

9 Z -El 8E§W.(2)

Коэффициент К в формулах (6) и (Ю) выбирается в пределах 0-6,2 и за

висит от марки щеток, мощности машины, характера питающего напряжения.

Величину тока отпитки I выбира- ют в пределах 0,05-0,15 (с отрицательным знаком). При этом, как показано экспериментально, сохраняется линейность характеристики датчика добавочного тока коммутации.

Предлагаемый способ может применяться в коллекторных машинах с любым типом обмотки якоря, обеспечивает высокую оперативность настройки дополнительных полюсов серийного потока машин, особенно с учетом того, что измерительная цепь устройства для осуществления способа является постоянной и неразрьганой, а датчик до- бйвочного тока коммутации оперативно переставляется с машины на машину. Трудоемкость вьнисления оптимальных параметров дополнительных полюсов может быть уменьшена применением номограмм.

По сравнению с известным предлагаемый способ позволяет повысить производительность испытаний примерно на 20%, обеспечивая при этом повьппе- ние коммутационной устойчивости крллекторных электрических машин.

Формула изобретения

S onr - 1 +

r.Ul-IoTO. ..

t(u,-Ui)i,H

U W Fl + -liffiJ- к1

7u,uji + KJ,

где W , W - соответственно имеющееся и оптимальное число

Uonr

,

отп

Цц

714188

витков обмотки дополнительного полюса; имеющийся и оптимальный зазор дополнительного полюса;

напряжения, пропорциональные добавочному току коммутации, (постоянные составляющие) безЮ и с изменением намагничивающей силы дополнительных ПОЛЮСОВ} ток отпитки дополнительных полюсов, 15 ток якоря;

коэффициент ускорения коммутации, обеспечивающий усиление дополнительных полюсов для на-20 стройки на оптимальную (нормально ускоренную) коммутацию;

фиб.2

18

9 - отношение намагничивающей силы дополнительного Полюса к разности намагничиваюп51х сил ком- пенсадаонной обмотки и реакции якоря.

Фие.З

-Wi

пит