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

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам постоянного тока с дополнительными устройствам для улучшения коммутации.

Цель изобретения - упрощение конструкции.

На фиг.1 приведена принципиаль-. ная электрическая схема машины с вентштьно-механическим коммутатором (ВМК); на фиг.2 - функциональная схема машины с ВМК с блок-схемой системы управления; на фиг.З - функциональная схема выходного устройства; на фиг.4 - функциональная схема блока управления реверсивным узлом; на фиг.5 - диаграммы сигналов управления и токов скользяа;их контактов,

Машина (фиг.1):содержит.обмотку якоря, подключенную к механическому коллектору 1 с проводящими 2-6 и изолирующими 7-10 пластинами, контакти- рзпощие с ними разнополярные группы щеток, каждая из которых состоит из двух контактов 11 и 12, подключенных к зажимам источника питания через ключевые элементы 13 и 14, ком- ;мутируюпдий блок 15 и схему 16 управ- ления. Каждый ключевой элемент представляет собой мостовой выпрямитель на тиристорах 17-22 и 23-28. Каждая пара ключевых элементов, связанная с одной группой щеток, обра- зует выпрямитель-коммутатор (БК). Общее число ВК в машине равно п (БК-1,...,ВК-п) (фиг.2).

сл

00

о ;о

3Коммутирующий блок содержит трансформатор 29 тока, вторичные обмотки которых через неуправляемый выпрямитель 30 связаны с реверсивным узлом на четырех тиристорах 31-34, выполненным в виде мостовой схемы, в диагональ которой включены дополнительные полюса 35.

Схема управления (фиг.2) состоит из датчшса 36 положения (ДГ1) , блока 37 управления реверсивным узлом и п входных устройств 38 (ВУ-1..., ВУ-п), каждое из которых включает систему 39 мпульсно-(1)азового управ- ления (СИФУ), блок 40 ключей (БК) и блок 4 логики,

СИФУ (фиг.З) является трехкаиаль пой системой, содержащей формирователи-усилители 42-44 импульсов, логи- ческпе элементы 45-47 и 48-50 и вводные устройства 51-56. Каждое вводное устройство содержит по два 1-1мпульсных трансформатора, первичные обмотки которых через ключевые элементы 57 и 58 (например, на транзисторах) подключаются К источнш у питания Uf,.

Блок управлепия реверсивным узлом (фиг,4) содержит генератор 59 импульсов 5 лоп-гческие элементы 60 и 6 и выходные усилители 62 я 63, обеспечгазающие включение тиристоров 31, 34 шш 32, 33.

I

СИФУ вьтолняет преобразования сигнала управления Uv, в последовательность 1-1мпульсов управлени тиристорами. Ном-ера каналов управления на выходе СИФУ соответствуют ном рам тиристоров мостовых схем на фиг.. Одновременно, благодаря связи с блоком логики по каналу Up, CliOy вырабатьшает управляющие импульсы па включение соответствующих груп тиристоров мостовых схем ВК по сигна лам датчика положения.

Предлагаемая машина работает следующим образом,

При вращении машшш вперед сигнал задания и„ принимает значение логической единищлг, обеспечивая прохождение сигналов управления через элементы 45-47 на катодные группы тиристоров мостовых схем. При вращении назад ci-ггналы управления проходят соответственно через логические элементы 48-50 не анодные группы тиристоров мостовых схем.

g

0 5

0

5

0

Я094

С помов1;ью блока логики обеспечивается выбор соответствующего ключел вого элемента 13 или 14 благодаря замыканию ключевого элемента 57 или 58 ;.в зависимости от знака входного сигнала Uo с датчика положения.

Датчик положения дискретного типа, как в вентильном двигателе, вырабатывает серии прямоугольных импульсов,. В каждой серии одному обороту вала двигателя соответствует число импульсов, равное числу проводящих пластин коллектора. В блоке управления реверсивным узлом при вращении машины вперед так же, как и в СИФУ, сигналы управления на тиристоры 31 и 34 подаются через логический элемент 60. При вращении машины назад изменяется полярность напряжения на якоре с помощью ключевых элементов, а также - направление тока в дополнительных полюсах благодаря отключе ншо тиристоров 31 и 34 и включению тиристоров 32 и 33 реверсивного узла. Сигналы управления на эти тиристоры подаются через логический элемент 61, на вход которого поступает сигнал логической единицы U,.

При работе.машины скользящие контакты перемещаются по рабочей поверхности коллектора слева направо (фиг.). До момента времени t СИФУ разрешает выдачу управляющих импульсов на тиристоры 17 и 23 фазы А. Но в проводящем состоянии находится только тиристор I7 благодаря замкнутому ключу 57, что соответствует наличию в ключевом элементе 13 сигнала логической единицы. Ток якоря 21g протекает от фазы А через тиристор 17, контакт 1, проводящую пласт тину коллектора 3, обмотку якрря, один из контактов катодной группы и проводящий тиристор мостовой схемы, связанной с этим контактом (не показаны), к фазе В или С источника.

В момент времени t,, когда скользящие контакты занимают пoлoжeниeJ изображенное на фиг.1, выходной сигнал датчика положения Но измени-, ет свою полярность (фиг.5). При этом выходной сигнал блока 41 логики Up становится равным нулю на :- время Ц., в течение которого происходит подготовка формирователей- усилителей 42-44 импульсов к вьвдаче очередных импульсов управления по ка5

Налам тиристоров 17 и 23 (фиг.З). По истечении времени tJ на выходе блока 41 логики появляется разрешающий сигнал логической единицы, в канале тиристора 17 выходной сигнал равен логическому нулю (фиг.З).Соответственно в блоке 40 ключей ключ 58 замыкается, а ключ 57 размыкается, что обеспечивает появление сигнала управ ления по каналу тиристора 23 U (фиг.5).

После включения тиристора 23 в коммутируемой секции, связанной с пластинами 3 и 4 коллектора под дей- ствием коммутирзпощей ЭДС от магнитного потока дополнительных полюсов прямой ток тиристора 17 i постепенно уменьшается, а тиристора 23 и контакта 12 i .

По истечении времени t прямой ток тиристора 17 i, становится равным нулю и он отключается, а ток тиристора 23 i -j достигает значения 2 ig, при этом ток в секции изменя- ет свое направление .(показано пунктиром на фиг. О. Перемещение контакта 11 с проводящей пластины 3 на изолирующую 8 осуществляется в обесточенном состоянии, что обеспечивает без- ыскровую работу коллектора. По завершении коммутации в секции ток якоря 2 ig продолжает протекать по крнту- |ру: фаза А-23-12-4 и далее по ука- |занному Bbwie контуру. j При дальнейшем перемещении контак ITOB по поверхности коллектора кон- |такт 11 проходит изолирующую пластину 8 и начинает переходить на проводящую пластину 4, При этом контакт 112 начинает переходить на изолирующую пластину,9. В момент времени ty, когда контакты 11 и 12 одновременно |контактируют с пластиной 4, выходной сигнал да Гчика положения U j вновь

изменяет свою полярность (фиг,5).. Элементы схемы управления работают аналогично описанному в соответствии с диаграммой на,фиг.5 для момента времени t/. По истечении времени 1}

о появляется сигнал управления U на

включение тиристора 17. Начинается процесс перехвата общего тока 2 i g в контакте 12 на контакт 11 вследствие возрастающего -падения напряжения на сбегающем крае контакта 12. Этот процесс не сопровождается искрением из-за очень малой индуктивности контура : 4-12-23-17-11-4. Когд

JQ

)5 20

25 зо с

5

40

0

5

8096

скользящий контакт 12 полностью переходит на изолирующую пластину 9, ранее проводящий тиристор 23 откгаоча- ется естественным образом, а полный ток 2 З-е протекает через пластину 4, контакт 11 и тиристор 17.

При продолжающемся перемещении к онтактов по поверхности коллектора контакт 12 входит в контактирование с проводящей пластиной 5, со схемы 16 управления поступает сигнал включения тиристора 23 и начинается комму- ационный процесс реверсирования тока в секции, связанной с пластинами 4 и 5. Этот процесс протекает так же, как в секции, связанной с пластинами 3 и 4.

Рассмотренные коммутационные прогг цессы соответств уют случаю, когда они по времени не совпадают с сетевой коммутацией тиристоров выпрямителей. Однако, если начало коммутационного процесса, например, в секциях, подт:. ключенных к пластинам 3 и 4, совпало по времени с сетевой коммутацией с фазы А на фазу В, при которой одновременно открыты тиристоры 17 и 19, со схемы управления будут поданы импульсы на включение тиристоров 23 и 25 одновременно. При завершении коммутации в секции тиристоры 17 и 19 отключаются коммутирующей ЭДС, далее за счет сетевой коммутации отключается тиристор 23, а полный ток 2 i g продолжает протекать от фазы В через тиристор 25.

При неподвижном якоре и низких частотах вращения, когда ЭДС, наводимая в секциях полем дополнительных полюсов, становится соизмеримой с падением напряжения под щетками, коммутация тока в секциях обеспечивается переменным напряжением питающей сети так же, как в вентильных машинах с циклоконверторами.

При работе машины двигателем вперед в мостовых схемах на ключевых элементах 13 и 14 работают только катодные группы тиристоров 17,19,21 и 23,25, 27. В мостовых схемах, свят занных с катодной группой контактов (не показаны), работают анодные группы тиристоров,В генераторном режиме, т.е. при изменении направления тока якоря (назад), в мостовых схемах на ключевых элементах 13 и 14 вступают в работу анодные группы тиристоров 18,,

20,22 и 24,26,28, В мостовых схемах, связанных с катодными щетками, работают катодные группы тиристоров.

Формула изобре тения

Электрическая машина с вентильно- механическим коммутатором, содержащая механический коллектор, контактирую- щие с ним разнополярные группы щеток, ключевые элементы и схему управления с блоком логики и датчиком положения, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции, машина снабжена дополнительными полюсами с обмотками, трансформатором тока, выпрямителем и реверсивным узлом, ключевые элементы выполнены в виде анодной и катодной групп тирис торов, одноименные выводы которых.

предназначенные для подключения к сети переменного тока, объединены и соединены с первичными обмотками трансформаторов тока, вторичные обмотки которых соединены с обмотками дополнительных полюсов через выпрямитель и реверсивный узел, схема управления снабжена блоком импульс- но-фазового управления, блоком ключей, и блоком управления реверсивным узлом, выход которого соединен с управляющими входами реверсивного узла вход - с входом блока импульсно-фазо вого управления, выход которого соединен с блоком ключей, а второй вход - с первым выходом блика логики, второй и третий выходы которого соединены с вторым и третьим входами блока ключей, а вход - с датчиком положения.

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам постоянного тока. Цель изобретения - упрощение конструкции. Машина содержит механический коллектор с проводящими и изолирующими пластинами, разнополярные группы щеток, подключенные к питающей сети через коммутирующие вентили, выполненные в виде трехфазного мостового выпрямителя, разнополярные выводы которого объединены и подключены к одному из контактов группы щеток, одноименные зажимы переменного тока мостов объединены и подключены к одному из зажимов сети переменного тока через первичные обмотки транформаторов, вторичные обмотки которых через реверсивный выпрямитель подключены к обмотке дополнительных полюсов, образующих совместно с трансформаторами и выпрямителями коммутирующий блок машины. 5 ил.

L.

фие.г

Фие. 1}