Устройство для улучшения коммутацииКОллЕКТОРНыХ элЕКТРичЕСКиХ МАшиН Советский патент 1981 года по МПК H02K13/14 H02K23/24 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ КОММУТАЦИИ КОЛЛЕКТОРНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к средствам улучшения коммутации коллекторных электрических машин с регулируемой в широких пределах частотой вращения. Известны устройства для улучшения коммутации коллекторных электрических машин, содержашие регулируемый источник питания, подключенный к основной или вспомогательной обмотке дополнительных полюсов, функциональные элементы, датчики ЭДС Холла, выполняющие функции датчиков тока, потока или множительного устройства, датчик частоты вращения и др. элементы 1. Датчики ЭДС Холла в этих устройствах, по какой-бы схеме ни были включены, в конечном счете на выходе имеют сигнал, пропорциональный току якоря с коррекцией по скорости враш,ения или с компенсацией по потоку добавочных полюсов. И в этом и в другом случаях сигнал, подаваемый на вход управляемого усилителя, не учитывает в полной мере характера коммутации (замедленная или ускоренная). Хотя только сигнал, пропорциональный добавочному току коммутации, определяет точность и стабильность настройки коммутации на середину безыскровой зоны. Известно также устройство для улучшения коммутации машин постоянного тока с обмотками добавочных полюсов, содержащее управляемый усилитель, основную или вспомогательную обмотки добавочных полюсов, датчик тока и датчик напряжения. Регулирование потока добавочных полюсов осуществляется в функции напряжения по сбегающим и набегающим краям щетки с коррекцией по току якоря и происходит до тех пор, пока не будет получено значение, благоприятное с точки зрения коммутации. Известно, что в многополюсных машинах с волновой обмоткой якоря коммутируемая секция замыкается накоротко двумя щетками и соединяющей их шиной. В одной щетке добавочный ток коммутации совпадает с током параллельной ветви, а в другой направлен встречно. Плотность тока в щетках одинаковой полярности будет различной и напряжение между набегающим и сбегающим краями какой-либо щетни в этом случае не будет в полной мере характеризовать условия коммутации 2 . Наличие контактного датчика снижает надежность и стабильность работы устройства, так как при вращении якоря возможно опрокидывание щетки, отрыв ее от коллектора и т.д. Повысить точность, надежность и стабильность работы такого устройства можно, применяя бесконтактный датчик, на выходе которого сигнал пропорционален добавочному току коммутации.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому эффекту к предлагаемому является устройство для улучщения коммутации элекФрических мащин постоянного тока (МПТ), работающих с переменной нагрузкой. Это устройство содержит размещенные на сердечниках дополнительных полюсов вспомогательные обмотки, усилитель для питания вспомогательных обмоток и элементы для- управления усилителем. В качестве управляющих элементов используются два датчика Холла, один из которых установлен в воздущном зазоре под дополнительным полюсом, а другой - в зазоре магнитопровода, охватывающего шину с током якоря. Выходные цепи датчиков Холла включены последовательно-встречно. Регулирование магнитного потока дополнительных полюсов осуществляется в функции разности сигналов, пропорциональных току якоря и потоку дополнительных полюсов 3.

Устройство с таким размещением и включением датчиков Холла позволяет улучшать условия коммутации МПТ только при сбросе и набросе нагрузки на одной частоте вращения якоря.

При изменении частоты вращения МПТ ослаблением поля в щироком диапазоне коммутация становится более ускоренной и для безыскровой работы требуется меньший поток дополнительных полюсов, что требует автоматической настройки дополнительных полюсов на работу МПТ в середине безыскровой зоны. Единственно правильным надо считать в этом случае регулирование потоха дополнительных полюсов на работу МПТ в середине безыскровой зоны в функции сигнала, пропорционального добавочному току коммутации.

Цель изобретения - повышение точности, стабильности и надежности настройки коммутации коллекторных электрических машин на середину безыскровой зоны.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено дополнительным магнитопроводом, обмотка возбуждения которого включена последовательно с обмоткой главного полюса, а второй датчик ЭДС Холла установлен в зазоре дополнительного магнитопровода.

На чертеже представлено устройство, принципиальная блок-схема.

Устройство состоит из управляемого усилителя 1, подключенного к основной обмотке 2 добавочных полюсов 3. В качестве управляемого усилителя может быть применен полупроводниковый магнитный или тиристорный усилитель. Для получения сигнала, пропорционального добавочному току коммутации, применены два датчика ЭДС Холла. Датчик Холла 4 установлен под центром главного полюса 5 и его выходная

.. ЭДС пропорциональна результирующему потоку в воздушном зазоре машины. Датчик Холла 6 установлен в воздушном зазоре магнитопровода 7 с обмоткой 8, соединенной последовательно с обмоткой возбуждения 9, уложенной на главных полюсах 5. Выходная

ЭДС датчика Холла 6 пропорциональна магнитному потоку, создаваемому обмоткой возбуждения 9 в воздущном зазоре под главным полюсом 5. Токовые цепи обоих датчиков питаются от независимого источника питания. Холловские цепи датчиков включены по компенсационной схеме и выходная ЭДС равна разности выходных ЭДС обоих датчиков. Такое включение датчиков Холла обеспечивает работу устройства при регулировании частоты вращения ослаблением

5 поля.

При прямолинейной коммутации, когда поток коммутационной реакции якоря Фа.отсутствует, сигнал на выходе управляемого усилителя 1 равен нулю и по обмотке 2 добавочных полюсов 3, присоединенной к

выходу усилителя 1, протекает только ток якоря.

в случае ускоренной коммутации поток коммутационной реакции якоря Фаг как видно на чертеже, где направления токов показаны для ускоренной коммутации двигателя постоянного тока при вращении против часовой стрелки, будет направлен встречно основному магнитному потоку Фд. Результирующий поток под центром главного полюса 5 уменьшится и на входе усилителя I

0 появится разностная ЭДС определенной полярности. Усилитель 1 отработает этот сигнал и в обмотке 2 будет протекать ток отпитки, что приведет к уменьшению намагничивающей силы добавочных полюсов. Автоматическое уменьшение намагничивающей силы добавочных полюсов 3 будет происходит до тех пор, пока коммутация не станет прямолинейной, что способствует настройке на середину безыскровой зоны.

0с

Ьсли коммутация стала замедленной при том же направлении вращения, то изменится направление потока Фок, изменится полярность сигнала на входе усилителя 1 и соответственно направление тока на выходе усилителя I, что приведет к увеличению намагничивающей силы добавочных полюсов 3. И так же, как в предыдущем случае, будет происходить автоматическая настройка коммутации на середину безыскровой зоны.

Предлагаемое устройство для улучшения коммутации коллекторных электрических машин за счет применения бесконтактного датчика добавочного тока коммутации, обеспечивает точную и надежную, и, что очень важно, стабильную настройку добавочных полюсов на середину безыскровой зоны при любых изменениях параметров коммутируемого контура и режима работы коллекторной электрической машины с любым типом обмотки якоря.

Формула изобретения

Устройство для улучшения коммутации коллекторных электрических машин, содержащее главные полюса с обмоткой возбужден ия, управляемый усилитель, подключенный к обмотке дополнительного полюса, и

управляющие элементы, выполненные в видо двух датчиков ЭДС Холла, включенных по компенсационной схеме, один из которых установлен в воздушном зазоре под центром главного полюса, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, стабильности и надежности настройки коммутации на середину безыскровой зоны, оно снабжено дополнительным магнитопроводом, обмотка возбуждения которого включена последовательно с обмоткой главного полюса, а второй датчик ЭДС Холла установлен в зазоре дополнительного магнитопровода.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

3.Авторское свидетельство СССР № 181181, кл. Н 02 К 23/24, 1965.