Электродвигатель постоянного тока Советский патент 1980 года по МПК H02K13/14 

Изобретение относится к электромашиностроению, в частности к устройствам для защиты электрических машин постоянного тока от нарушения коммутации, В настоящее время все более повышаются требования к защите электродвигателей от опасных нарушений режимов, из которых одним из самых опасных является возникновение кругового огня вслед ствие нарушения коммутации. Существующие защиты имеют неизменную уставку контролируемого параметра или чрезвычайно сложны и требуют для своего осуществления сложных электронных управляющих устройств, что, естественно, снижает надежность работы защиты в целом Известен способ защиты электрических машин. Способ включает определение значений сигнала, характеризующего искрение под щетками и последующую обраб(угку этого сигнала для цепей защиты. Устройство для осуществления этого спо- ссгба содержит прибор, преобразующий искрение под щетками в электрический, сигнал, и приборы, служащие для дальнейшей обработки этого сигнала: компаратор, пороговый элемент и переключающий усилитель, воздействующий на отключение электрической машины. Недостатком,устройства является то, что оно реагирует только на наличие искрения под щетками без учета полной картины физических процессов, происходящих на коллекторе машины постоянного тока. Известно также и другое устройство защиты от нарушения коммутации. Устройство содержит выделитель модуля максимального межламельного напряжения, состоящий из дополнительных измерительных щеток, установленных на коллекторе двигателя в зоне обегающих и набегающих краев главного полюса, и двух диодномостовых схем, двух блоков нелинейности, блока умножения. Это устройство наиболее близко к изобретению по своей технической сущности и достигаемому эффекту. Недостатком эт1эго устройства является то что опасность представляет не величина межламельного напряжения, а превышение меж лаМельным напряжением определенного Уровня и необходима дополнительная операция умножения, что усложняет осуществление защиты. Например, при максимальном межламельном напряжении 2О-25 В прн любом уровне искрения вероятность возникновения кругового огня чрезвычайно мала. Поэтому умножение величины эт-ого напряжения на величину напряже- ни(я соответствующего, например, 6 10 раз увеличенной интенсивности viCKрения, приводит к большому сигналу на С1 абатывание защиты. В то же время тфсое соотношение может наблюдаться резком набросе нагрузки на пониженной скорости, что не представляет опасности.

Предусмотренное устройством прототипом размещение дополнительных из.-смирительных щеток на коллекторе в зоне максимальных межламельных напряжений (под сбегающим и набегающим .краем главного полюса) требует выпоянания их из материала с чрезвычайно бсшьшим объемным сопротивлением или слоистыми с толщиной слоя меньшей, чём толщина межламельной изоляции (с учетом возможных козырьков на коллекторных пластинах), и при неправильной эксплуатации может привести к аварии. Необходимость применения в устройстве блока умножения, электронного уси лителя и двух блоков нелинейности снижает надежность работы защиты.

Целью изобретения является повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что якорь предложенного электродвигателя снабжен двумя дополнительными контактными кольцами, соединенными с одной парой соседних между собой ламелей коллектора, конденсатором и резистором, в качестве датчика искрения используются фоторезисторы, расположенные под сбегающим и набегающим краем щетки, включенные между собой параллельно, дополнительны измерительные щетки установлены над контактными кольцами, и к этим щеткам присоединен выход выделителя модуля межламельного напряжения, например диодной мостовой схемы, к положительному зажиму выхода выделителя модуля присоединены параллельно один из выводов конденсато

ра и катод стабилитрона; к аноду стабилитрона присоединены соединенные вместе по одному выводу фоторезистора и постоянного резистора, другие выводы резисторов соединены вместе и образуют положительный вывод устройства, а к отрицательному выводу устройства присоединены второй вьшод конденсатора и отрицательный зажим выделителя модуля.

При работе электродвигателя вследствие действия реакции якоря н отставания магнитного потока добавочных полюсов от изменения тока якоря происходит два процесса: искажение потенциальной диаграммы коллектора (в связи с чем возрастает максимальное значение межламельного напряжения на коллекторе) и искрение под, щетками. При межламельном напряжении, меньшем определенного для данной толщины межламельной изоляции, вероятность кругового огня очень мала при всех возможных уровнях искре- йия под рабочими щетками. По мере роста превышения межламельным напряжением этого безопасного уровня и роста искрения растет вё.роятность возникновения кругового огня. Поэтому распределение с двух сторон рабочей щетки фоторезисторы запитывают напряжением, величина которого определяется превышением межламельного напряжения над безопас ным уровнем. Ток этих фоторезисторов, пропорциональный приложеннрму на пряже. нню и величине кк проводимости, зависящей от уровня искрения под щетками используют для приведения в действие защитных устройств электродвигатачя. На чертеже изображено предложенное устройство.

Устройство содержит якорь 1 электродвигателя, имеющий коллектор 2, у которого к паре соседних ламелей 3 присоединены кольца 4, по которым скользя дополнительные измерительные щетки 5, К щеткам S присоединены вход датчика 6 модуля межламельного напряжения (например, входы переменного тока ди- одно-мостовой схемы). К положительному зажиму его выхода присоединен катод стабилитрона 7 и один из выводов конденсатора 8. К аноду стабилитрона 7 присоединена одна общая точка расположенных против сбегающего и набегающего краев основных рабочих щеток 9, фоторезксторов 10 и резистора 11. Тря другик вывода фоторезисторов 1О и резистора 11 соединены между собой и образуют положительный вводной зажим устройства, его отрицательный за57жим присоединен ко второму вьшоду ко денсатора 8 и отрицательному зажиму датчика 6. Устройство работает следующим образом.Напряжение между двумя соседними ламелями 3 на коллекторе 2 и, следовательно, между дополнительными кольцами 4 при вращении 5исоря 1 меняетс почти по синусоидальному закону. Это напряжение при помощи дополнительных измерительных щеток 5 подводится к имеющему небольшое внутреннее сопротивление входу датчика 6 модуля межламельного напряжения (например, входам переменного тока диодной мостовой схемы). На выходе датчика 6 появляется пульсирующее напряжение, которое сглаживается конденсатором 8. Если амплитуда этого напряжения меньше опасного уровня, то стабилитрон 7 заперт и конденсатор 8 заряжается до напряжения, не превышающего напряжение его открывания. В этом случае любой уровень искрения под щетками 9 не гфнводит к возникновению кругового огня, а при любой, даже максимальной, проводимости фоторезисторов 10, на вы ходе устройства ток равен нулю. При превышении напряжением между ламелями 3 и кольцами 4 допустимого уровня конденсатор 8 вследствие малого сопротивления датчика 6 заряжается практически до того же уровня; стабилитрон 7 начинает проводить ток и через фоторезисторы 10 и, следовательно, через нагрузку начинает проходить ток, величина которого определяется превышением над допустимым; уровнем амплитуды межламельного напряжения и уровнем искрения под щетками 9, который влияет на внутренее сопротивление фоторезисторов 10. При этом чем выше частота вращени электродвигателя и выше опасность нарушения коммутации, тем чаще следуют импульсы на выходе датчика 6 модуля межламельного напряжения. Так частота их следования равна f 2.2 р.п .60 Например, у четырехполюсной машины при h -150О об/мин частота следова- ния равна 2ОО Гц и пауза между ними меньше времени срабатывания быстро- действующих автоматических выключателей 7 Внутренее сопротивление неосвещенных фоторезисторов имеет очень большую; величину. Поэтому для учета возможности возникновения кругового огня при со- четании действия высокого максимального значения межламельного напряжения {40 - 6ОВ) и ионизации околоколлекторного пространства под влиянием естественного фона радиации параллельно фо- торезисторам 1О подключен постоянный резистор 11, величина которого выбрана таким образом, чтобы при этих зна чениях максимального межламельного напряжения ток на выходе устройства был достаточным для срабатывания защит. В результате применения изобрете- ния более точно и просто учитывается действие различных факторов, приводящих к опасному нарушению коммутации на коллекторе электродвигателя постоянного тока - круговому огню - и в результате повышается надежность защиты. Формула из обретения Электродвигатель постоянного тока с коллекторным якорем и устройством защиты от нарушения коммутации, содержащим ,основные и дополнительные измерительные щетки, измерительуровня искрения под щетками, датчик модуля межламельного напряжения и устройство отключения, отличающий - с я тем, что, с целью повышения надежности, якорь снабжен, присоединенными к соседним ламелям, коллектора двумя контактными кольцами, на которых установлены измерительные щетки, соединенные с входом датчика модуля межламального напряжения, положительный вывод которого подключен к дополнительно введенным стаЬилитрону и конденсатору, второй выгзод которого соединен с отрицательным выводом датчика межла- мельного напряжения, а измеритель уровня искрения под щетками выполнен в виде двух, расположенных против сбегающего и набегающего краев основных щеток, фоторезисторов, одни выводы которых присоединены к катоду стабилитроа, а другие соединены вместе и подключены к устройству отключения.