Нереверсивная электрическая машина постоянного тока с вентильно-механическим коммутатором Советский патент 1993 года по МПК H02K13/14 

ел

с

Использование: для улучшения коммутации в электрических машинах. Сущность изобретения: машина содержит механический коллектор с проводящими и изолирующими пластинами, контактирующие с ними две разнополярные группы щеток, схему управления, в каждой группе щеток один из контактов смещен по дорожке рабочей поверхности коллектора относительно второго контакта, а в качестве коммутирующего устройства использован управляемый полупроводниковый элемент, например транзистор или запираемый тиристор. 3 ил.

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

Известна электрическая машина с вен- тильно-механическим коммутатором (ВМК), содержащая механический коллектор и кон- .тактирующие с ним группы щеток, подключенные к источнику питания через управляемые полупроводниковые элементы. В машине коммутация осуществляется без дополнительных полюсов с помощью емкостных накопителей электрической энергии.

Недостатком такой машины является ее сложность.

Известна также электрическая машина постоянного тока с ВМК, содержащая механический коллектор с проводящими и изолирующими пластинами, контактирующие с

ними две разнополярные группы щеток, подключенные к питающей сети через коммутирующие устройства и состоящие каждая из двух контактов, шунтирующие якорную цепь диоды и схему управления.

По технической сущности и достигаемому результату наиболее близкой к изобретению, принятой за прототип, является машина, в которой применяемая совокупность коммутирующих элементов обеспечивает выполнение функций коммутатора и регулятора напряжения на якоре двигателя при любом направлении вращения. В то же время существует большая группа нереверсивных электроприводов, в которых те же функции можно выполнить с помощью меньшего числа коммутирующих элементов.

Цель изобретения состоит в упрощении электрической машины, работающей в нереверсивном режиме.

ч чэ

ю о

со

Эта цель достигается тем, что в каждой однополярной группе щеток набегающий контакт смещен по рабочей поверхности коллектора относительно сбегающего на расстояние, равное половине коллекторного деления, между набегающим контактом одной из групп щеток и клеммой питающей сети включен полностью управляемый полупроводниковый элемент, набегающий контакт группы щеток противоположной |юлярнос сочёд1|нен с соответствующей клеммой источника питания непосредственно, между сбегающими контактами разно- полярных групп щеток и соответствующими клеммами питающей сети включены тири- сторы.

В отличие от прототипа и других известных устройств предлагаемое устройство содержит всего один полностью управляемый полупроводниковый элемент вместо двух, обеспечивающий функции импульсного регулятора напряжения и коммутатора тока в секциях обмотки якоря. Включенные между сбегающими контактами и разнополярны- ми шинами источника питания тиристоры выполняют функцию пусксьых устройств, которые обеспечивают кратковременное подключение источника питания к обмотке якоря, если перед пуском двигателя один из набегающих контактов находится на изолирующей пластине. В соответствии с указан- ным функциональным назначением пусковые тиристоры имеют значительно меньшую установленную мощность, чем коммутирующие устройства прототипа.

На фиг. 1 (в качестве примера) приведена принципиальная электрическая схема машины с ВМК (машина двухполюсная, обмотка волновая, содержит 9 укрупненных секций. Обмотка возбуждения не показана); на фиг. 2 приведена блок-схема одного из вариантов схемы управления двигателем с ВМК; на фиг. 3 представлены диаграммы сигналов управления, которые поступают на коммутирующие устройства и диаграммы токов в этих устройствах.

Машина содержит расположенную на якоре обмотку 1, подключенную к механическому коллектору 2 с проводящими 3-11 и изолирующими 12-20 пластинами, контактирующие с ними разнополярные группы щеток, состоящие из контактов 21-24, подключенных к питающей сети через коммутирующие устройства 25-27, шунтирующие якорную цепь диоды 28, 29 и схемы 30 управления. В схему управления входят; датчик положения 31, формирователи импульсов 32, 33, суммирующее устройство 34, блок задержки 35, усилитель импульсов отпирания 36, усилитель 37 импульсов запирания и блок 38 пусковых импульсов, обеспечивающий включение тиристоров 26 и 27 в пусковых режимах работы машины. Датчик положения (ДП) дискретного типа, как в вентильном двигателе, вырабатывает две последовательности импульсов Б1, Б2, имеющие относительное смещение 180 электрических градусов. Число импульсов на один оборот вала двигателя в каждой после0 довательности равно числу проводящих пластин коллектора.

При работе машины скользящие контакты перемещаются по рабочей поверхности коллектора слева направо (фиг. 1). В поло5 жении скользящих контактов, изображенном на фиг. 1, фиг. 3 и соответствующем моменту времени ti ток якоря я протекает от скользящего контакта 21, через пластину 3, обмотку якоря, пластину 8, контакт 24,

0 через обратный диод 28. Тиристоры 25-27 отключены. В момент времени ti в канале Б1 датчика положения вырабатывается импульс управления, который, проходя через блоки 32,34,36, преобразуется в отпираю5 щий импульс Uo, обеспечивающий включение запираемого тиристора 25. После открывания этого тиристора напряжение источника питания прикладывается к секции обмотки якоря, связанной с пластинами

0 3, 4, в которой начинается коммутационный процесс. Считая, что скользящий контакт 23, находясь на изолирующей пластине 12 в момент времени ti, начинает контактировать с проводящей пластиной 4, ток вентиля

5 25 J25 протекает по контуру; плюс источника питания - 25-23-4-секция-3-21-28-минус источника. По истечении времени Тк ток диода 28 28 уменьшается до нуля, ток вентиля 25 становится равным току якоря (zs я). В

0 секции, связанной с пластинами 3, 4, заканчивается процесс реверсирования тока, а ток якоря протекает по контуру: плюс источ- ника-25-23-4-обмотка-8-24-минус источника.

5 В момент времени т.2, когда скользящие контакты переместятся по коллектору на половину ширины проводящей пластины или по истечении времени задержки ги у Г, обеспечиваемой блоком 35, на выходе уси0 лителя импульсов запирания 37 появляется сигнал Us отрицательной полярности (на фиг. 3 он имеет положительную полярность), обеспечивающий выключение тиристора 25 (i25 0). При этом ток якоря за счет

5 ЭДС самоиндукции обмотки продолжает протекать в прежнем направлении через шунтирующий диод 29 между скользящими контактами 22, 23 (i29 я).

В момент времени 1з, когда скользящий контакт 24 в обесточенном состоянии, находясь на изолирующей плаастине 17, начинает контактировать с пластиной 9, в канале Б2 датчика положения вырабатывается импульс управления, который, проходя через блоки 33, 34, 36, сигналом Do включает ти- ристор 25. При этом начинается коммутационный процесс в секции, связанный с пластинами 8, 9 и ток якоря протекает по контуру: плюс источника-25-29-22-8-сек- ция-9-24-минус источника питания. По ис- течении времени т ток шунтирующего диода 29 уменьшается до нуля i29 0), ток вентиля 25 достигает значения тока якоря 025 я), в секции, связанной с пластинами 8, 9, заканчивается процесс реверсирова- ния тока, а ток якоря протекает так: плюс источника-25-23-4-обмотка-9-24-минус источника.

В момент времени т.4, когда скользящий контакт 23 переместится на половину изолирующей пластины 13, или по истечении времени задержки tn y Т, на выходе усилителя импульсов 37 появляется сигнал из на выключателе 25 025 0). Ори этом ток якоря за счет ЭДС самоиндукции обмотки продолжает протекать в прежнем направлении через диод 28 между контактами 21, 24 и пластинами 4, 9 028 я).

В момент ts, когда скользящий контакт 23, находясь на изолирующей пластине 13, вступает в контактирование с проводящей пластиной 5, включается вентиль 25 и начинается коммутационный процесс, аналогичный моменту времени ti. Далее процессы повторяются.

Для регулирования частоты вращения машины с помощью блока задержки 35, регулируя время задержки т.и, можно изменять

&SS. /

коэффициент заполнения импульсного цикла:

У Ui/T,(1) а, следовательно, и среднее напряжение на якоре двигателя, т.е.

и0 у Un.(2) Специфическим отличием предлагаемого устройства от прототипа является то, что оно применимо только в нереверсивных электроприводах.

Формула изобретения Нереверсивная электрическая машина постоянного тока с вентильно- механическим коммутатором со свободным выбегом, содержащая механический коллектор с проводящими и изолирующими пластинами, контактирующие с ним две разнополярные группы щеток, состоящие из двух контактов, схему управления, шунтирующие якорную цепь диоды, включенныё между набегающими и сбегающими контактами разнополяр- ных групп щеток, полностью управляемый полупроводниковый элемент, соединяющий клемму питающей сети с набегающим контактом одной из групп щеток, отличающаяся тем, что, с целью упрощения, она содержит тиристоры, включенные между сбегающими контактами разнополярных групп щеток и соответствующими клеммами питающей сети, набегающий контакт группы щеток полярности, противоположной полярности группы,соединенной с полностью управляемым элементом, соединён с соответствующей клеммой источника питания, а в каждой однополярной группе щеток набегающий контакт смещен по рабочей поверхности коллектора относительно сбегающего на расстояние, равное половине коллекторного деления.

r

U

Ъ

& &

J

П

/

г