Устройство для улучшения коммутации коллекторной электрический машины Советский патент 1976 года по МПК H02K13/14 

секции обмогки якоря за счет напряжения силового конденсагора, включенного на вы ходе мосга. Так как эгог процесс проходи с ограниченной скоростью, индуктивность соединительных проводов практически не влияет на эффективность устройства. Поскольку в схеме отсутствует резистор, предназначенный для рассеяния энергии конденсатора, потери энергии в устрой стве уменьшаются. Включение индуктивнос ти последовательно с источником питания создает условия для заряда конденсатора с минимальными потерями энергии, На фиг, 1 изображена принципиальная силовая схема предлагаемого устройства; на фиг, 2 - часть устройства, работающая при правом вращении машины и условно по ложительном токе нагрузки; на фиг, 3 - часть устройства, работающая при правом вращении и отрицательном токе нагрузки; на фиг, 4 - часть устройства, работающая при левом вращении и положительном токе нагрузки; на фиг. 5 - часть устройства, работающая при левом вращении и отрицательном токе нагрузки; на фиг, 6 - часть устройства, работающая при правом вращен и незаконченной коммутации; на фиг, 7 - часть устройства, работающая при левом вращении и незаконченной коммутации. Основная щетка 1 и вспомогательные щетки 2 и 3 каждого бракета установлены на коллекторе, состоящем из рабочих пластин 4, 5, 6, 7 и вспомогательных (изолированных) пластин 8, 9, 10, Основная ще ка 1 и вспомогательные щетки 2 и 3 подключены к трехфазному реверсивному мосту 11, выпопненому на управляемых тири торах 12-23, К выходу моста 11 подключены параллельно конденсатор 24 и цепочк из последовательно соединенных управляемого тиристора 25, источника питания 26 и индуктивности 27, Источник питания 26 выполнен управляемым. Стрелкой на фиг, 1 условно показано правое направление движения коллектора, а буквой :) - условно положительный ток нагрузки мащины. Клемма 28 источника питания машины подключена непосредственно к основной ще ке 1, Вспомогательные щетки 2 и 3 по ши рине меньше вспомогательных пластин 8 - 10 коллектора, а щетка 1 больше этих пластин коллектора. На фиг, 1 устройство изображено в момент, когда все тиристоры моста 11 и отдельный тиристор 25 заперты, вспомогател ные шетки 2 и 3 обесточены, а конденсатор 24 заряжен до напряжения, приблизительно равного двойному напряжению допол нительного источника питания 26, Ток бракета от рабочей пластины 5 через щетку 1 поступает на клемму 28 при движении коллектора вправо, ток нагрузки - положительный, В момент, когда щетка 3 имеет устойчивый контакт с пластиной 6 коллектора, на тиристоры 19 и 23 подаются сигналы управления. Этот же момент отражен и на фиг, 2, Остальные тиристоры моста 11 не показаны, так как в данный момент они не используются. На схеме показаны токи Q и - i Q параллельных ветвей обмотки якоря и ток if, секции после завершения ее коммутации щеткой 1, Перед включением тиристоров 19 и 23 ток коммутируемой секции имеет направление, противоположное направлению тока i 0 , и равен току - i сх Тиристоры 19 и 23 открываются и начинается разряд конденсатора 24 через эти тиристоры и секцию обмотки якоря, соединенную с пластинами 5 и 6, В индуктивно-емкостной, цепи при наличии малых активных сопротивлений разряд конденсатора 24 происходит по гармоническому закону. Параметры схемы выбираются так, чтобы максимальный ток разряда равнялся двойному току параллельной ветви обмотки якоря 2 I Q , Через четверть периода гармоники напряжение на конденсаторе 24 падает до нуля, а ток разряда станет равен максимальному, т,е. 2, i ci Поэтому ток i ( коммутируемой секции За это же изменяется от время ток щетки 1 изменяется от значения 2 I о, до нуля, а ток щетки 3 - от нуля до значения 2 i, Q - 1. Напряжение на конденсаторе 24, продолжая изменяться, становиться отрицательным. При появлении на конденсаторе отрицательного напряжения сигнал управления подается на тиристор 14, который открывается и шунтирует конденсатор 24 вместе с тиристором 23, Тиристор 23 гаснет, и ток конденсатора 24 становится равным нулю. Ток нагрузки tJ - 2 i ц протекает от щетки 3 через тиристоры 14 и 19 к клемме 28 до того момента, когда щетка 1 перекроет изолированную пластину 9 и вступит в контакт с рабочей пластиной 6, шунтируя цепь щетки 3 с тиристорами 14 и 19, Тиристоры 14 и 19 гаснут, ток етки 3 падает до нуля, а ток щетки 1 озрастает от нуля до значения 2t с 1, ри этом ток пластины 5 остается равным улю, а ток секции i Q - вплоть до момена отрыва щетки 1 от пластины 6 благодая достаточно большой постоянной времени екции. Такое состояние продолжается до ех пор, пока щетка 3 не вступит в конакт со следующей рабочей пластиной 7 оллектора. Затем процесс повторяется чеез тиристор 25 и индуктивность 27 от сточника питания 26 в течение времени, ока тиристоры моста 11 заперты. Благодая индуктивности 27 заряд конденсатора

происходит по гармоническому закону почти без потерь энергии. При этом максимальное напряжение на конденсаторе приближается к двойному напряжению источника питания 26 Так как амплитуда тока разряда конденсатора 24 зависит от его начального напряйсения и должна быть равна двойному току параллельной ветви обмотки якоря, напряжение источника питания 26 регулируется в зависимости от тока нагрузки машины,

При правом вращении якоря и отрицательном токе нагрузки устройство работает аналогично описанному с использованием тиристоров 13, 2О и 22 (см. фиг. 3).

При левом вращении якоря и обоих направлениях тока нагрузки устройство работает так, как показано на фиг. 4 и 5. Разница по сравнению с фиг. 2 и 3 состоит в том, что активная коммутация секции осуществляется через вспомогательную щетку 2

При небольших скоростях вращения (по сравнению с номинальной) возможно, что ток коммутируемой секции, замкнутой основной щеткой 1 после завершения коммутации, не сохраняется равным току паральлельной ветви обмотки якоря к моменту, когда сбегающая пластина данной секции потеряет контакт с щеткой 1 (постоянная времени секции при медленном вращении недостаточно велика, чтобы сохранить ток секции неизменным). Устранение искрения основной щетки 1 обеспечивается в таком случае за счет подключения коммутируемой секции через часть моста 11 к незаряженному конденсатору 24. На фиг. 6 показан момент, когда щетка 1 сходит с пластины 4 при токе этой пластины, не равном нулю. Вращение якоря правое, а ток нагрузки положительный. Сигналы управления подаются на тиристоры 12, 16 моста 11. После открытия этих тиристоров -9пь тока пластины 4 коллектора замыкается через щетку 2, тиристоры 12 и 16 и конденсатор 24, При увеличении напряжения на конденсаторе 24 ток

щетки 2 падает от начального значения до нуля и она сходит с пластины 4 без тока и искрения. Затем конденсатор 24 заряжается от источника питания 26 до напряжения, необходимого для коммутации следующей секции. При отрицательном токе нагрузки включаются тиристоры 13 и 15. При левом вращении якоря используются щетка 3 и тиристоры 13, 17 и 14, 16 моста 11 (см. фиг. 7).

Управление тиристорами моста 11 осуществляется от системы управления, измерительный орган которой определяет направление тока нагрузки, направление вращения и положение щеток 1-3 относительно коллектора. Система управления источника питания 26 измеряет ток нагрузки машины 1Ю абсолютной величине.

Формула изобретения

Устройство для улучшения коммутации коллекторной электрической машины, содер жащее на каждый браке т основных щеток вспомогательные щетки, подключенный к щеткам полупроводниковый мост с включеными на его выходе конденсатором, отдельным управляемым тиристором и индуктивностью, отличающееся тем, что, с целью повыщения эффективности компенсации действия реактивной э.д.с. и уменьшения потерь, полупроводниковый мост выполнен реверсивным на управляемых тиристорах, а индуктивность и отдельный управляемый тиристор включены последовательно с дополнительным источником питания и подсоединены параллельно конденсатору.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Авторское свидетельство СССР

№ 230949, кл. Н 02 к 13/14, 1964.

2.Авторское свидетельство СССР № 130960, кл. Н 02 к 13/14, 1957.

3.Авторское свидетельство СССР № 406272, кл. Н 02 к 13/14, 1972.

Л

25

14

28 .

27

Фиг.1

11

Фиг. 2

U,

c,a.

iff

11

, ЩФиг.З

Фиг.

Фиг.5

x.

Ul

tc

5

21

.

-tflj

.

1

0i-O

:24

25