Электрическая машина постоянного тока с вентильно-механическим коммутатором Советский патент 1989 года по МПК H02K13/14 

,

«r-il

r.-joOpt Tt nne 01 носится к -ъ-и ктро- ii XHiiKe, и частности к )л :ктрич(ч:ким машинам in CTtiHHUoru тс.жа с; дополнительными ус poiic гпами для улучшения коммутации.

lU - ib изобретения - упрощение члек трической машины.

На фиг-. 1 принципиальная -электрическая см. ма машины с вен- тильно-механич(.ч ким коммутатором (ВМК) ; на фиг. 2 - диаг раммы сигналов управления, которые поступают на коммутирующие ycTpoiicTBa, и д.иагрлм- мы токон этих усл ро11стр ; на фиг .З - блок-схема системы управления для предлагаемой мдишны; на фиг,4 - принпипипльная )локтрическая схема четырехполюсной маетны с ВМК, содержащей волновую обмотку с тринадцатью укрупненными секциями; на фиг .З - диаграммы сиг налои управления и токо в элементах коммутатора машины; на фиг.6 - блок-схема варианта системы управления машины с RMK,

Машина содержит расположен})ую на якоре волновую обмотку 1, подключенную к меха1шческому двухдорожечному коллектору 2 с прстводящцми 3-10 и И золирующими 11-18 пластинами, контактирующие с ними разнополярные группы щеток 19-22, подключенные к питающей сети через коммутирующие устройства (тиристоры 23 и 24 и транзисторы 25 и 26), шунтирующие якорную цепь диоды 27 и 28 и схему 29 управления, выходы которой соединены с уцравляю1цими входами 3G-33 ключевых элементов. Основным элементом схемы 29 управ:1(м1ия является датчик 34 положения ротора, выполненный по аналогии с датчиками вентильных двигателей. Его ос1;6енностью является то. что он должен вырабатывать две

последовате. тт.иости импульсов, сдвинутые на 180 тл,1 рад, число импульсов каждой из KOTOpt ix равно половине всех проводяии1х гластин коллектора,

В представленном на фих . 3 варианте датчик ЗА состоит из вращающегося ротора 35, имеюин го сигнальные сектора-зубцы ЗЬ - 39, -разделенные пазами, а также неподвижных чувствительных элементов 40 и 41, расположенных на статоре. Выходы чувствительных элементов подключ ны к входам усилителей-формирователей 42 и 43, выходы каждого из когорь1л непосредственно

или через блоки 44 и 45 регулируемой задержки (в случае регулируемой частоты вращения) подключены к управляющим входам 30-33 соответствующих коммутирующих устройств. При отсутствии блоков 44 и 45 регулируемой задержки ширина зубцоп 36-39 должна быть на ut, У ширины пазов, , - максимальная частота вращения двигателя; ut - время задержки импульса управления.

На временных диаграммах номера индексов токов и напряжений соответствуют номерам позиций, обознача- ющлх соответствующие элементы схемы.

При работе машины скользящие контакты перемещаются по поверхности коллектора слева направо. В исходном состоянии ток 1 якоря протекает через проводящий тиристор 23, контакт 19, проводящую пласт1-П у 4 коллектора, обмотку якоря по двум параллельным цепям, с током ig в каждой, пластину 8, контакт 21, силовой транзистор 25. На базу транзистора и на вход оптронного тиристора подаются со схемы 29 сигналы управления и,2, обеспечивающие поддержание указанных элементов в проводящем состоянии. В момент времени t сигналы управления становятся равными нулю, транзистор 25 запирается, однако ток якоря продолжает протекать в прежнем направлении за счет ЭДС самоиндукции обмотки через ш нтирую- щий диод 28 между скользящими контактами 19 и 21. Ток ранее проводящего тиристора 23 в момент времени t, ста- )ювится равным нулю. По истечении выдержки времени &t, которая обеспечивается схемой 29 управления, тирис- Т(5р 23 восстанавливает свои запираю- 1дие свойства, а ток якорной цепи через диод 28 остается практически равным Ij,. В момент времени t подаются отпирающие сигналы на тиристор 24 (1)24) и транзистор 26 ( ) (фиг.2). При этом начинается коммутационный процесс, сопровождаемый ретшрсирова- вием тока в секциях обмотки 1 якоря, связанных с пластинами 4, 5 и В, 9. Коммутация осуществляется под действием напряжения источника питания, которое полностью прикладывается к двум указанным секциям, включенным последовательно благодаря проводящему ток диоду 28 и включенным коммутирующим устройствам 24 и 26. За вреК(.|.-. -ly i anii;i

тронет .4 i л a :

;к Kor-iMVTHiiyiomMX Нарастает, a luyn-т iipyK iuie го ;ui)/ui i-Я меньи ается. Pe- ;:jib 1 npyKjiiuu r.iK ьюда 28 в период

к(: ммутаиии определяется разио;;тью токор. л1. Чмог О токл оОмстткн як ря и обратного нарастающего тока (или i 2g , так как 26- котрый протекав от нсточ}шка г;ита)шя но icoinypy из элементов 24-20-5 - сеччция обмотки - 4-19-28-21-3 - сек цнк - 9-22-26.

В иоиент времени tj завершается коммутацио 1ный процесс, скольчя цие контакты 19 и 21 полноегью обесточены и перемещаются на изолирующие гчастииы без искрения, В нронодящем состоянии остаются элементы 24 и 26 а 70К якоря 1;роте1.я;ч по контуру из элумунтов 24-2U-5 - якоря - . В -jTOM состоянии машина остается до тех iTop, HOKL скользящи |;(1Нтакть |9 и 21, лсремеигэяс ло ко лекгору, не во;1дут в контакт-ировони с гтроводнщини пластинами 6 и 10 в

момент времени t . Далее работа с:-:с Mbi повторяется, а коммутация осу ии итвляется в СРКЦИЯХ, связа ньг.х с ластинами 5, b и 9, 10.

Так как при печетчюм числе кол- иекторшлх пластин коммутационные В1;.змэжности вентильной коммутации н 1зрастают, то применять ее целе- С ообрв пю т машинах средней и боль- мощности с чис.чом пар полюсов р .- , На фиг , 4 в качестве примера TioKa-jana чет1|фехлолюсная машина (р 2), ,ипиа,г Ы1аи схема на фи1. 4 содержит те же элементы, что I на фиг, I, доГ|лнились ли1иь два шунтирующих лиоца и 47. В (атчике i..%eHii;i (фиг .б) с сигнал)Ными зубцами 36-39, оГицее число которых равно числу провсдящих пластин коллек- тора, установлень еще два чувстви- ел()Ных тломепч, 48 и 49. Все чувствительные элементы 40, 48 и 49 датчика положения установлены относительно ротора с угловым сдвигом, рав ным одной четвертой части угла, со- отпетствующег о одному зубцовому де- И нию. Выходы чувствительных эдемеи- тов 48 и 49 подключены к входам усилителей-формирователей 50 и 51. Все усплители-формирователи связаны с блоками 44,45 и 52, 53 рег улируемо..; задержки через логические схемы И 54-57 и ИЛИ 58-61.

Лр( работе машины скользящие кон- Tc jKTbi перемещаются по п Нерхностл коллек 1.1ра cjiena направо. В и.сходном состоянии ток ркоря Ifl протекает че,;з проводящий тиристор 23, ко .так 19, пр оводящую пластину 3 коллектора, обмотку якоря, пластину 7, контакт 22, силовой транзистор 26. На базу транзистора 26 и на вход оптрон ного тиристора 23 подаются с блоков 44 и 52 схемы управления отпираю1дие импульсы,, соответствующие сигналу управления чя выходе схемы 5А совпадения. В момент времени t сигнал управления 11$ становится равным нулю, транзистор 26 запирается, однако ток якоря продолжает протекать в прежнем направлении за счет ЭДС самоиндукции обмотки через шунти- руюуу;-: диод 46 между скользящими контактами 19 и 22, Токи ранее проводящих - чемемтов itfe момент вре- мен1 t становятся равными нулю, а ток шунтирующего диода ,

Но истечении выдержки времени ut, которая обеспечивается схемой 29 управления, тиристор 23 восстанавливае свои запирающие свойства, а ток якор кс й цепи через диод 46 остается практически равным 1.

В момент времени tj на выходе логической схемы И 55 появляется сигна управления который через блоки 59, 60 и 52, 45 обеспечивает включение тиристора 24 и транзистора 26. При этом начинается коммутационный процесс, сопровождаемый реверсированием тока в секции обмотки якоря, связанной с пластинами 3 и 4. Коммутация осуществляется под действием напряжения источника питания, которое прикладывается к указанной секции благодаря проводящему ток якоря диоду 46 и включенным коммутирующим устройствам 24 и 26. За время коммутации ( токи коммутирующих устройств i и ij, нарастаю-, а ток шунтирующего диода 46 уменьшается. Результируто1ций ток диода 46 в период коммутации определяется разностью двух токов: прямого тока обмотки якоря и обратного нарастающего тока протекающего от источника питания по следующему контуру: 24-20- 4 - секция - 3-19-46-26.

В момент времени tj завершается коммутационный процесс, скользящий контакт 19 полностью обесточен и

перемещается на изолирующую пластину 12 без искрения. Ток якпря протекает ио контуру из элементов 24-20 4 - обмотка якоря - 7-22-26. В этом состоянии машина остается до тех пор пока скользящие комтакть; 21 и 22, перемещаясь по коллект ору в момент времени t4, не займут такое же положение на пластинах 8 и 16, какое занимают контакты 20 и 19 в момент t на пластинах 4 и 12 (фиг.4).

Далее начинается коммутационн.1Й процесс реверсирования тока в секции связанной с пластинами 7 и 8, при котором за время UL проводящие элементы 24 и 26 отключаются, а ток шунтирующего диода 27 становится равным току якоря Ij. В момент времени t вновь включаются коммутирующие устройства 24 и 25 и напряжение источника питания прикладывается к коммутируемой секции благодаря проводя- |щему ток якоря шунтирующему диоду 27 В момент времени tg коммутация завершается и ток якоря протекает по контуру из элементов 24-20-4 - обмотка якоря - 8-21-25, Далее последовательность коммутационных процессов можно проследить по диаграммам на фиг.5.

Таким образом, при нечетном числе проводящих пластин коллектора, благодаря некоторому усложнению схемы, коммутационные процессы протекают более форсированно, чем в схеме с четным числом проводящих пластин. Это объясняется тем, что при нечетно числе пластин в период коммутации напряжение источника питания прикладывается к одной секции, а при четном числе пластин это напряжение подается на две включенные последовательно секции, находящиеся под разнополярными группами щеток.

Для регулирования частоты вращения мащины вниз от нс минальной величины можно предусмотреть в схеме 29 управления регулирование интервала Д i , с увеличением которого уменьшается С1)елнее напряжение ил якоре машины, а следонательно, и частота вращения.

Формул

и 3 о б р е т t; н и я

1.Электрическая машина посгоян- ного тока с вентильно-механическим коммутатором, содержащая днухдоро- жечный механический коллектор с проводящими и изолирующими пластинами, контактирующие с ними пары однопо- лярных щеток, щетки одной пары установлены с возможностью контакта с пластинами разных дорожек коллектор, соедине.чными с соседними выводами обмотки якоря, и связаны с одной из токоведуищх шин источника питания через коммутирующие устройства шут{- тирующие якорную цепь диоды и схему управления, отличающаяся тем, что, с целью упрощения, коммутирующие устройства, связывающие од нополярные щетки с одной из токоне- дущих шин источника питания, выполнены в виде неполностью управляемых полупроводниковых элементов, например оптронных тиристоров, комму тир:/;- щие устройства, подключенные i(;жлy щетками противоположной полярнстсти

и другой токоведущей шиной источник ; питания, выполнены в виде полн( управляемых полупроводниковых -улс-- ментов, преимущественно силовых транзисторов, а шунтирующие диоды подключены между разнополярными (цеткан. связанными с одной дорожкой коллектора встречно полярности источника питания.

2.Машина по п.1, о т л и ч а - ю щ а я с я тем, что при выполнении машины с нечетным числом пластин на каждой дорожке она снабжена дополни тельными шунтирующими диодами я количестве, равном числу пар щеток, подключенными каждый между разнополярными щетками с разных дорожек коллектора.

рг

«

РЛ Птп4,2 -J L. 3

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к электрическим машинам постоянного тока с вентильно- механической коммутацией. Целью изобретения является упрощение конструкции. Электрическая машина содержит механический коллектор 2 с проводящими 3-10 и изолирующими 11-18 пластинами, контактирующие с ними разнополярные щетки 19-22, подключенные к питающей сети через коммутирующие устройства, число которых равно 2N. Имеются шунтирующие якорную цепь диоды 27-28 и схема 29 управления и коммутирующие устройства 23-26, связывающие однополярные щетки с одной из токоведущих шин источника питания, в виде неполностью управляемых полупроводниковых элементов, например оптронных тиристоров 30,31. Коммутирующие устройства включены между щетками противоположной полярности и другой токоведущей шиной источника, выполнены в виде полностью управляемых полупроводниковых элементов 32,33, например силовых транзисторов. Число шунтирующих диодов равно N при четном числе проводящих пластин коллектора и 2N при нечетном. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

JSP

-I

iL( ( ,U 4 П /

-1/ Ул4.гу 4г г11/пгф ЦлучЪ у4гУЧ

Л

tttjtt

Редактор H.Тупица

Составитель А.Санталов

Техред Л.Сердюкова Корректор С.Шекмар

Заказ 3889/54

Тираж 646

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

WutS

J9

П

Подписное