Электромашинный усилитель Советский патент 1980 года по МПК H02K13/14 H02K23/20 

I

Изобретение относится к электрическим машинам и может быть испопьзова-. но для создания электромашинных усилителей (ЭМУ)..

В настоящее время известны и широко применяются ЭМУ l1 с поперечнь1м полем. Эти ЭМУ содержат якорь с двумя комплектами щеток по поперечной и продольной осям. Шетки по поперечной оси замкнуты, а щетки по продольной оси соединены последовательно с кошсенсационной обмоткой, обмоткой дополнительных полюсов и подключены к нагрузке.

V.

Известен также электромашинный усилитель 2, содержащий якорь, индуктор, щетки по продольной и поперечной осям, причем щетки по поперечной оси выполнены каждая в виде двух частей, а части противолежащих щеток соединены между собой. По решаемой задаче и технической сущности это устройство наиболее близко к изобретению.

Недостатком известных ЭМУ явля- .

ется малое быстродействие. Увеличение

быстродействия может быть достигнуто

. увеличением скорости, но с увеличением

скорости резко ухудшается коммутация.

Таким образом, улучшением коммутации и повышением скорости может значительно улучшить работу ЭМУ. Следует от&етить, что улучшение коммутации повышает надежность ЭМУ.

to

Целью настоящего изобретения является увеличение быстродействия и улучшение коммутации ЭМУ. Поставленная цель достигается тем, что последовательно с частями щеток включены элек15трические вентили, а каждая часть щеток выполнена с щириной, меньшей ширины изоляции между коллекторными пластинами.

Для дальнейшего повышения быстро20действия ЭМУ каждая из щеток, расположенных по продольной оси, может быть разделена на две части, а последователь|но с каждой частью включен вентиль, 37 причем управляемыми могут быть выполнены только часть вентилей. В известных ЭМУ шетки непрерывно замыкают коммутируемые секции, как по поперечной оси, так и по продольной. В результате намагничивающая сила якоt-c ч-р g t.c. ПС i где F - составляющая за счет коммукстации секции; Ff,c составляющая от реакции якоря и вихревых токов, . - вызывает искрение, ограни.чива тем самым скорость вращения. Для устранения влияния искрения на работу ЭМУ по продольной оси могут быть установлен дополнительные полюсы, которые улучшаю коммутацию, но не полностью устраняют искрение, особенно в переходных процессах. Коммутация не может быть обеспечена полностью за счет дополнительны полюсов, так как ..:|:С-р , то есть ЭДС, создаваемая дополнительными полюсами, никогда не равна реактивной ЭДС коммутируемой секции за счет несовпадения кривых 6. и tp , Применени вен рильной коммутации, особенно управляемой от датчика положения якоря, позволяет создать ЭМУ, у которого коммутируемые секции в момент коммутации замкнуты на очень большие сопротивления встречно включе1|ных вентилей, и в результате искрение отсутствует; Поэтому скорость ЭМУ можно увеличить и за счет этого увеличить добротность. Введение вентильно-механической коммутации устраняет размагничивающее действие коммутируемой секции и тем самым способствует повышению быстродействия. Сущность изобретения пЬясняется чер тежами, где изображены: на фиг, 1 схема ЭМУ; на фиг. 2 - схема управления; на фиг, 3 - вариант ЭМУ с двумя вентилями в цепи щеток, расположенных по поперечной оси.

ЭМУ состоит из якоря 1, индуктора, состоящего из комплекта обмоток управления 2, дополнительных полюсов 3, компенсационной обмотки 4, шунтирующего управляемого резистора 5. Якорь состоит из обмотки 6, подсоединенной к коллектору 7, состоящему из проводящих i пластин 8 и изоляционных пластин 9. На коллекторе 7 установлены комплекты щеток 10, 11 по поперчной ори А-А и комплекты щеток 12, 13 по продольной оси Б-Б, состоящие каждая из двух частей. Все 1цетки имеют щирину

обмотки усилителя встречно включенными диодами 35, 36. Управляется схема от датчика 23. Аналогичные схемы управле-

ния подклЕочены и к остальным щеткам.

Силовые управляемые вентили 20, 21, управляемые вспомогательные. вентили 25, 26, 27, 28 с конденсаторами 33, 34 и источником

вспомогатель ого питания ( вместе с настроечными сопротивлениями образуют один управляемый переключатель, который по команде датчика уп13авления 23 осуществляет безискровую коммутаЦйю обмотки якоря.

Использование вентильно-механической .коммутации делает возможным применение шеток с малым удельным сопротив6Ь( - толщина изоляции между коллекторными пластинами. Как видно из чертежа, комплекты щеток 10 и 11 соединены между .собой через управляемые вентили 14, 15 и 16, 17 , а комплекты щеток 12 и 13 соединены через управляемые вентили 18, 19 и 20, 21, через компенсационную обмотку 4 и обмотку дополнительнь1х полюсов 3 с нагрузкой 22. Для ЭМУ небольших мощностей и. с небольшим коэффициентом усиления можно применять все неуправляемые вентили, которые буду работать с естественной коммутацией. Для более тяжелого режима работы (при среднем коэффициенте усиления) можно применять управляемые вентили толысо по продольной оси. Для особо тяжелых условий работы применяются все управляемые вентили, Управление вентилями осуществляется согласно схеме управления (фиг. 2) в функции положения якоря от датчика управления 23. Якорь ЭМУ соединен муфтой с приводным двигателем 24. Группы щеток 10, 11 и 12, 13 по поперечной и продольной осям подключены через управляемые вентили согласно через мостовую схему управления. Такие схемы управления подключены и к остальным щеткам (на чертеже не. показаны) Мостовая схема состоит из управляемых и полупроводниковых вентилей 20, 21 и вспомогательных управляемых вентилей 25, 26, 27, 28. В диагональ АВ моста подключен коммутирующий источник питания постоянного тока через настроечные. сопротивления управления 29, 30, 31, 32, а диагональ СД включены коммутирующие конденсаторы 33, 34, отделенные от 57 лением, так как здесь величина сопротив ления щетки не влияет на процесс коимутации. На фиг. 3 представлен вариант ЭМУ, который отличается от основного (фиг. тем, что по поперечной оси установлено только два управляемых или неуправляемых вентиля 14, 15. Такой вариант упр щает схему управления. Применение вме то управляемых в.ентилей 20 и 21 неуправляемых также ведет к упрощению схемы управления, хотя и несколько сни жает функциональные возможности ЭМУ. Предлагаемый ЭМУ работает следующим образом. Приводной двигатель 24 вращает якор 1 в магнитном поле, созданном совокупностью обмоток управления 2. На обмотке 6 индуктируется ЭДС , которая через щетки, нгаходящиеся на проводящих пластинах поперечной оси А-А, создает ток. Этот ток будет все время протекать между комплектами щеток 10 и 11 через вентили 14, 17 и через вентили 15 16. Ток .через вентили 15, 16 проходит тогда, когда щетки, подсоединённые к ним, будут соединены с проводящи ми пластинами коллёктораи Импульсы на включение вентилей 15, 16 от датчика положения якоря поступают раньще, чем на отключение вентилей 14, 17. Так как комплект шеток Ю.и комплект щеток 11 не замыкают коммутируе мую секцию накоротко, то коммутация по оси А-А будет проходить за счет управляемых вентилей 14, 15 и 16, 17 без искрения. Поле рекции якоря создается ЭДС на продольной оси Б-Б, и если эта ЭДС будет приложена к нагрузке 22, то появится ток через щетки 12 и 13. Аналогично щеткам 1О, 11 работают комплекты щеток 12 и 13 по оси .Б-Б, где безискровая коммутация осу:ществляется управляемыми вентилями 18, 19 и 20, 21. Необходимо отметить, что щетки и вентили, работающие по оси Б-Б , выбгфаются на больщий ток, чем щетки и вент.или по оси А-.-А. Регулирование выходной величины, поступающей на нагрузку, осуществляется, как и у обычных ЭМУ, за счет обмоток управления, хотя возможно и комбинированное управление: за счет управляемых вентилей и за счет обмоток управления. S Работа схемы поясняется на примере моста, подсоединенного к комплектам щеток 13. Пусть левый комплект щеток 13 касается проводящей коллек-торной пластины.. В этом случае ток нагрузки через открытый силовой вентиль 2О, диод 35, щетки и обмотку якоря 6 на щетки 12. Остальные вентили моста закрыты. Ковденсатсры 33 и 34 заряжены. При вращении якоря правый комплект щеток 13 попадает на проводящую пластину коллектора, при этом датчик управления 23 . вырабатывает сигнал на включение вентилей 25, 26 и 21, 22. Открытие вентиля 26 создает разрядный ток конденсатора 33 через щетки 13, и он закрывается , а конденсаторы перезаряжаются. Ток проходит через вентили 21, 36, щетки и обмотку. Дальше цикл повторяется. Во всех случаях сначала включается управляемый вентиль проводящей коллекторной пластины, а затем отключается вентиль сходящий с проводящей пластины. Такая работа обеспечивает безискровую коммутацию. При работе ЭМУ (фиг. 3) коммутируемый контур поперечной оси образуется секцией, подключенной к щеткам 10, i управляемыми венггилями 14 и 15, щетками 11 и секцией, подключенной к этим щеткам. Таким образом, в коммутации участвуют две секции, ЭДС которых направлены в контуре встречно. В результате коммутация обеспечивается управляемыми вентилями 14, 15 и встречно действующими ЭДС коммутируемых секций. изобретения мула 1 .Электромащинный усилитель, содержащий якорь, индуктор, коллектор с проводящим и изолиру бщими пластинами, щетки по продольной и поперечной осям машины, щетки по поперечной оси выполнены каждая из двух частей, а части противолежащих щеток соединены между собой, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и улучшения коммутации, последовательно с каждой частью щеток включены элекрические. вентили, а ширина каждой части щеток меньше ширины изол1фующсй пластины коллектора.

2.Усилитель no п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что каждая из цветок, расположенных по продольной оси, также разделена на две части, между каждой из которых и внешней цепью включен вентипы

3.Усилитель по, пп, 1, 2, отличающийся тем, что все вентили выполнены неуправляемыми.

4.Усититепь по п. п. 1, 2 отличающийся тем, ЧТ9 управляемыми

выполнень только вентили, соединенные со щетками, расположенными по продоль-; ной оси.

5Источники информации,

принятые Ёо внимание при экспертизе

1. Вольдек А. И. Электрический машины. М., Энергия , 1974, с. 234-235.

10 2. Авторское свидетельство CCCJP № 147642, кл. Н 02 К 23/2О, 1961.