Способ улучшения коммутации коллекторных электрических машин Советский патент 1977 года по МПК H02K23/36 

1

Изобретение относится к области электротехники и может быть иснользовано при проектировании и ироизводстве коллекторных электрических машин.

Известен способ улучшения коммутации коллекторных машин введением в зону коммутации коммутирующего потока с помощью специальных обмоток 1. Однако при этом имеют .место большие теиловые потери в об.мотке и низкий к. п. д.

Известен также способ улучшения коммутации посредством замыкания секций дополнительной демнферной обмотки при входе их в зону коммутации и размыкания по выходе 2. В коллекторной машине при применении этого способа за.мыкание и размыкание секций демиферной обмотки осуществляется при помощи дополнительного (вспомогательного) щеточно-коллекторного аппарата.

Моменты вре.мени размыкания и замыкания демпферных секций жестко заданы положением щеток на вспомогательном коллекторе и не зависят от физических процессов, протекающих в демпферной секции, что неизбежно влечет за собой появление токов недокоммутации или токов от поля главных полюсов. Наличие этих токов приводит к дополиительным потерям в демпферных секциях и вспомогательном щеточно-коллекторном аппарате.

Для уменьшения потерь энергии в демп2

фериой обмотке и вспомогательном коммутаторе по предлагаемому способу секции демиферной обмотки размыкают в момент реверса тока в них, т. е. когда ток в них равеи нулю.

На фиг. 1 изображен вариант исполненпя машииы, реализующей оиисываемый способ, замыкание и размыкание секций и демпферной обмотки в которой осуществляется доиолнительным коммутатором, изображенным условно в виде ключей; на фиг. 2-электрическая схема; на фиг. 3-диаграммы индукции B(t), тока секций основной обмотки i(t), коммутирующей э.д. с. ек, реактивной э.д. с. вг, небалансной э.д. с. Ле, сигнала управленпя

ключом дополнительного коммутатора Vy(t) и тока демпферной секции /д(г). Индукция B(t) и ток секции ict изображены для двух режимов: прямолинейный - пунктирная линия и ускоренный - сплощная линия.

В пазы 1 коллекториой электрической машины уложена основная и демпферная обмотка. Основная обмотка состоит из катушек 2, содержащих секции 3. Секции 3 подключены к основному коллектору 4 п коммутируются щеткой 5. Демпферная обмотка состоит из секций 6, которые подключены к ключам 7 дополнительного коммутатора 8. Замыкаются ключи 7 по сигналу с блока управлення 9. Размыкаются ключи 7 R .момент равенства

тока в них НУЛЮ.

Во время работы машины катушки 2 основной обмотки и секции 6 демпферной обмотки поочередно проходят зону коммутации, где ток /с (О секций 3 меняется за время коммутации от +га до -га. При входе в зону коммутацип катушки 2 основной обмотки и секции б демпферной обмотки, лежащей в тех же пазах, что и рассматриваемая коммутируемая катушка 2, на ключ 7, соответствующий рассматриваемой демпферной секции 6, подается сигнал управления (0 с блока управления 9. Ключ 7 замыкает рассматриваемую демпферную секцию 6.

Для обеспечения нормального режима работы машина, работающая двигателем, настраивается на ускоренную коммутацию и машина, работающая генератором, - на замедленную.

Рассмотрим работу машины в двигательном режиме (фиг. 3). При ускоренной коммутации коммутирующая э. д. с. вк больше реактивной э. д. с. вг. Из этого следует, что небалансиая э.д. с. Де совпадает по направлению с коммутирующей. Под действием небалансной э. д. с. возникает демпферный ток 1д(0Демпферная секция запасает энергию. Так как сопротивление демпферного контура мало, то Ае практически гасится за счет демпфирующего воздействия демпферного контура. Напряжение на концах коммутируемой секции поддерживается автоматически приблизительно равным нулю при , т. е. во время основного этапа коммутации. На завершающем этапе коммутации при Го 7к возможны следующие два предельных режима тока коммутируемой секции: а) со ступенью малого тока tcK(t), 6J с током перекоммутации /cn(0В первом случае e падает до нуля, а ек приводит к дальнейшему увеличению тока /до(0 Во втором случае величина вт остается без изменения и при размыкании секции 3 основной обмотки 2 с остаточным током А/со энергия, связанная с Aico трансформируется в демпферную секцию 6. В пей и происходит скачок тока Дгдо, суммарное же потокосцепление паза практически не меняется. Далее при 7к де.мпферная секция входит в зону главного полюса противоположной полярности. Индукция B(t) меняет свой знак. В контуре демпферной секции наводится э.д. с. еь по знаку противоположная iy,(t).

Демпферная секция работает в двигательном режиме и отдает запасенную энергию на вал электрической машины. Ток i(t) быстро спадает до нуля. Ключ 7 дополнительного коммутатора размыкает демпферную секцию. Прн дальнеГпием движении в зоне главных

полюсов демпферная секция 6 остается раЗОМКНЗТОЙ.

Как было указано выше, из-за неустойчивости (нестабильности) щеточного контакта, геометрической и магнитной несимметрии машины конец коммутации, достижение тока в коммутируемой секции величины тока параллельной ветви наступает с некоторым разбросом во времени А/. Б то же время, как следует из конструкции и принципа работы машины (2) момент размыкания демпферных секций определяется положением щеток на дополнительном коллекторе.

Таким образом, размыкание демпферных секций практически всегда бздет осуществляться с остаточным демпферным током. Энергия, связанная с этим демпферным током, будет выделяться в виде тепла в демпферных секциях и на дополнительном коллекторе. В предлагае.мом же способе эта энергия в каждом коммутационном цикле будет возвращаться на вал машины.

Применение предлагаемого способа улучшения коммутации позволяет существенно ловысить допустимую величину реактивной э.д. с., а это, в свою очередь, дает возможность повысить следующие технико-экономические показатели:

увеличение предельной мопшости крупных коллекторных мап1ип;

увеличение мощности высокооборотных машин постоянного тока;

создание коллекторных машин переменного тока для средств электрической тяги; значительное увеличение перегрузочной способности;

снижение диаметра якоря и увеличение длины машины (проектные двигатели).

Формула изобретения

Способ улучп1ения коммутации коллекторных электрических машин посредством замыкания секций дополнительной де.мпферной

обмотки при входе их в зону коммутации и размыкания по выходе из нее при помощи дополнительного коммутатора, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потерь энергии в демпферной обмотке и вспомогательном

коммутаторе, размыкание секций демпферной обмотки производят в момент реверса тока в них.

Источники информации, принятые при экспертизе:

1. М. И. Рабинович, И. Г. Шубов. «Проектирование машин постоянного тока, 1967.

2. Патент Германии 378383, кл. 21d 30, 1923 (нрототип).

П

-5

-i