Электрическая машина с вентильно-механическим коммутатором Советский патент 1993 года по МПК H02K13/14 

ю

С

Использование: электрические машины постоянного тока с вентильно-механиче- ской коммутацией. Сущность изобретения: для исключения дополнительных полюсов выводы переменного тока питающих машину мостовых схем объединены попарно и подключены к зажимам питающей сети, а на параметры машины наложены ограничения. 3 ил.

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

Известна электрическая машина с вен- тильно-механическим коммутатором (ВМК), содержащая механический коллектор, контактирующие с ним группы щеток, подключенные к зажимам источника питания через управляемые полупроводниковые вентили. В этой машине коммутация осуществляется без дополнительных полюсов, с помощью емкостных накопителей электрической энергии.

Недостатком такой машины является ее сложность.

Известна также электрическая машина с вентильно-механическим коммутатором, содержащая механический коллектор, контактирующие с ним разнополярные группы щеток, каждая из которых разделена на две подгруппы, подключенные к положительным и отрицательным выводам двух мостовых схем, и схему управления.

Данная машина является наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату. В ней вен- тильно-механическая коммутация осуществляется с помощью двух мостовых схем и дополнительных полюсов, получающих питание через трансформаторы тока и мостовой выпрямитель.

При низких частотах вращения, когда ЭДС, наводимая в коммутируемой секции магнитным потоком дополнительных полюсов, становится соизмеримой с падением напряжения под щетками, коммутация тока в секциях обеспечивается переменным напряжением питающей сети, аналогично вентильным машинам с циклоконверторами.

В то же время существует большая группа тихоходных многополюсных машин постоянного тока, мощностью от нескольких сотен до нескольких тысяч киловатт, в которых коммутация тока в секциях на всем диапазоне изменения частот вращения машины, может обеспечиваться только за счет напряжения питающей сети. В такой

х| 00

о

ON О О

машине дополнительные полюса, а также вспомогательные элементы для их питания (трансформаторы тока и мостовой выпрямитель), становятся ненужными, и схема вен- тильно-механического коммутатора может быть значительно упрощена.

Цель изобретения состоит в упрощении вентильно-механического коммутатора машины.

Цел& достигается тем, что одноименные зажимы мостгов переменного тока объединены и подключены непосредственно к соответствующим, зажимам питающей сети, а параметры машины Удовлетворяют условию:

К2 d пм -Тс 50,

где К2 - число проводящих пластин коллектора;

d - постоянный коэффициент, равный двум в машине с однодорожечным коллектором и равный единице в машине с двух- или более дорожечным коллектором;

пм - максимальная частота вращения двигателя (об/мин);

Тс - период коммутации однополярных тиристоров мостовых схем.

Упрощение вентильно-механического коммутатора осуществляется благодаря от- сутствию в машине дополнительных полюсов и элементов, обеспечивающих их питание. Но при этом параметры машины должны удовлетворять условию: 60/(К2- пм- d) 1,2 Тс. Выражение 60/(К2- пм -d) соответствует времени механического контактирования однополярных групп щеток с коммутируемой секцией (обозначим его Тм), в течение которого должна произойти хотя бы одна сетевая коммутация однополярных тиристоров мостовых схем, обеспечивающая реверсирование тока в секции. Коэффициент 1,2 учитывает время реверсирования тока в секции (tc), а также уменьшение теоретического значения времени Тм вследст- вне биения коллектора и неточности изготовления его элементов.

Наряду с упрощением конструкции машины, отсутствие дополнительных полюсов повышает ее энергетические харахтёристй- ки благодаря уменьшению потерь мощности в якорной цепи. Коммутационная способность машины остается достаточно высокой благодаря использованию вен- тильно-механической коммутации, реализу- емой с помощью двух мостовых схем. Последние, как и в прототипе, выполняют совмещенные функции управляемого выпрямителя и коммутатора.

5

0

5

0 5 0 5

0 5

На фиг. 1 представлена принципиальная схема машины с ВМК, имеющей следующие параметры: , коллектор имеет одну рабочую дорожку (); мин;Тс 6,6 10 с (для трехфазной мостовой схемы). Обмотка якоря - волновая. Обмотка дополнительных полюсов и компенсационная в машине отсутствуют (обмотка возбуждения для упрощения на чертеже не показана); на фиг. 2 - блок-схема управления машиной; на фиг. 3 -диаграммы сигналов управления, напряжений и токов тиристоров мостовых схем.

Машина содержит обмотку якоря 1, подключенную к механическому коллектору 2, содержащему проводящие пластины 3-17 и такое же число изолирующих пластин, контактирующие с ними разнополярные группы щеток 18-21, подключенные к положительным и отрицательным выводам двух мостовых схем на тиристорах 22-33, а также схему управления 34. Тиристоры мостовых схем управляются от трехканальной системы импульсно-фазового управления (СИФУ), содержащей формирователи-усилители импульсов 35-37(ФУИ1-ФУИЗ) и вводные устройства 38-43(ВВУ1-ВВУ6). На входы ФУИ1-ФУИЗ подаются сигналы синхронизации UCMHX, управления Uy и сигнал Up с блоков логики 44,45(БЛ1-БЛ2). Переключение импульсов управления с комплекта тиристоров 22, 24, 26 на комплект 28, 30, 32 катодных групп мостовых схем и с комплекта тиристоров 23, 25, 27 на комплект 29, 31, 33 анодных групп обеспечивается ключевыми элементами 46, 47 (В1, В1) и 48, 49 (В2, В2) соответственно. Входы блоков логики связаны с датчиком положения 50(ДП). Каждое вводное устройство ВВУ содержит по два импульсных трансформатора, вторичные обмотки которых подключаются к управляющим электродам тиристоров и на фиг. 2 обозначены номерами соответствующих вентилей мостовых схем. Первичные обмотки трансформаторов через транзисторные ключевые элементы 46-49 подключаются к источнику питания схемы управления. СИФУ выполняет свои обычные функции преобразования сигналов управления Uy в последовательность импульсов для включения тиристоров мостовых схем в режиме управляемого выпрямителя. Одновременно, благодаря связи с блоками логики по каналу Up и ключевым элементам 46-49, СИФУ обеспечивает работу мостовых схем в режиме коммутатора, переключая импульсы управления между указанными выше комплектами тиристоров по сигналам датчика положения UA1, UA2.

Датчик положения дискретного типа, как в вентильном двигателе, вырабатывает две последовательности импульсов Ufli и иД2, имеющие относительное смещение 90 электрических градусов. В каждой последовательности содержится «2 импульсов на один оборот вала двигателя.Диаграммы сигналов иД1, Ufl2, Up, В1, В1, В2, В2 представлены на фиг. 3. Длительность импульсов Т0 сигнала Up обеспечивает подготовку формирователей, входящих в состав ФУИ, к выдаче сигналов управления.

При работе машины скользящие контакты перемещаются по рабочей поверхности коллектора слева направо (фиг. 1). До момента времени ti (фиг. 3) благодаря замкнутому состоянию ключей 46, 48 в проводящем состоянии находятся тиристоры 26, 25. Ток якоря 1а протекает от фазы С, через тиристор 26 (i26, фиг. 3), анодную щетку 18, пластину коллектора 3, через параллельные ветви обмотки якоря, направление токов в которых для рассматриваемого момента времени обозначено на фиг. 1 сплошными стрелками, через коллекторную пластину 7, контакт 19, тиристор 25 к фазе В.

В момент времени ti, в соответствии с диаграммой фазных напряжений, в работу вступает тиристор 22, на который подается управляющий импульс U22 со схемы управления. Происходит коммутация тока с фазы C(i2e) на фазу A(i22). Процессы коммутации тока в однополярных вентилях Мостовых схем, которые в материалах заявки называются сетевой коммутацией, повторяются через одинаковые интервалы Тс.

В момент времени, когда скользящий контакт 20 входит в контактирование с проводящей пластиной 11, выходной сигнал датчика положения 50 Цц1 становится равным логической единице. Выходной сигнал логического устройства 44 Up становится равным нулю на время Г0, в течение которого происходит подготовка ФУИ1 к выдаче импульсов управления по каналам 22, 28 СИФУ (фиг. 2). По истечении времени Т0 в момент t2 на выходе В1 блока логики 44 появляется сигнал логической единицы, обеспечивающий замыкание ключа 47. В канале 28 вводного устройства ВВУ1 появляется управляющий импульс U28, поступающий на тиристор 28. Однако включение этого вентиля не происходит вследствие отсутствия потенциальных условий, необходимых для реверсирования тока в секции,

связанной с пластинами коллектора 3, 11 и ток якоря продолжает протекать через тиристор 22.

Сигнал на выходе датчика положения

иД1 имеет длительность Тм, в течение которой происходит механическое контактирование щеток 18, 20 с проводящими пластинами коллектора 3, 11. Аналогичную длительность имеют сигналы ид2, а также

паузы между сигналами иД1 и U. В момент времени tj начинается сетевая коммутация с фазы А на фазу В в катодных группах вентилей мостовых схем. Со схемы управления подается управляющий импульс изо на

включение тиристора 30. Коммутирующая ЭДС, равная разности фазных напряжений UB-Ua, обеспечивает реверсирование тока в секции, связанной с пластинами 3, 11. По истечении времени IK тиристор 22 отключается (), а в тиристоре 301зо 1а. Перемещение контакта 18с проводящей пластины 3 на изолирующую происходит в обесточенном состоянии без искрения.

При дальнейшем перемещении контактов по коллектору, например в момент ty, аналогичные процессы осуществляются в секциях, связанных с катодными щетками 19,21 и тир11сторами 27, 29. Далее коммутационные процессы повторяются.

Формула изобретения

Электрическая машина с вентильно-ме- ханическим коммутатором, содержащая механический коллектор, контактирующие с ним разнополярные группы щеток, каждая

из которых разделена на две подгруппы, подключенные к положительным и отрицательным выводам двух мостовых схем и схему управления, отличающаяся тем, что, с целью упрощения, выводы переменного

тока мостовых схем объединены попарно и подключены к зажимам питающей сети, а параметры машины удовлетворяют условию:

45

К2 d пм Тс 50

где «2 - число проводящих пластин коллектора;

d - постоянный коэффициент, равный 2

в машине с однодорожечным коллектором и равный 1 в машине с двух или более доро- жечным коллектором;

пм - максимальная частота вращения двигателя, об/мин;

Тс - период коммутации однополярных тиристоров мостовых схем.

00998AI

.iflqqcrjc.fcv.

Фм.г