Устройство для улучшения коммутации коллекторных электрических машин Советский патент 1982 года по МПК H02K13/14 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯКОММУТАЦИИ КОЛЛЕКТОРНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Изобретение относится к эпектромашиностроению и способствует решению проблемы повышения надежности коллекторных машин постоянного тока при управлении как по цепи якоря, так и по цепи обмотки возбуждения. Известно устройство для улучшения коммутации коллекторньтх машин, содержащее регулируемый источник питания для подпитки дополнительных полюсов, датчики частоты вращения постоянной переменной составляющих тока якоря, множительное устройство и функциональн преобразователи Г. В многополюсных машинах постоянного тока с волновой обмоткой якоря в процессе коммутации секции замыкаются накоротко двумя щетками и соединяющей их шиной, через которые протекает добавочный ток коммутации. В одной щетке добавочный ток коммутации совпадает с TOKOW параллельной ветви, а в другой направлен встречно. Плотность тока в щетках одинаковой полярности различна и напряжение между набегающим и обегающим краями щетки характеризует процесс коммутации с большой погрешностью. Известно также устройство для комму тации коллекторных электрических машин с волновой обмоткой якоря, где управля1ощие элементы выполнены в виде датчиков тока, которые установлены в цепи щеток одноименной полярности, а между датч ками тока и управляемым усилителем включен сумматор J 2 . Точность настройки коммутации на середину безыскровой зоны зависит от стабильности сопротивления переходного контакта между коллектором и каждой из щеток одноименной полярности. В прощвосе эксплуатации электрической машины изменение этого сопротивления носит случайный характер и равенство сопротивлений нарушается за счет неравномерной структуры щеточного материала, изменения усилий прижик а щеток к коллектору и других факторов. Это-приводит к неравенству токов, протекающих через щетки одноименной полярности, появлению сигна ла на входе ус.ипителя с последующей его отработкой в виде изменения тока дополнительных полюсов. Однако характер коммутации при этом отличен от оптимального, что вызывает неравномерное распределение плотности тока под каждой из щеток одноименной полярности и как следствие, искрение. Наиболее близко к предлагаемому устройство точной и стабильной автомати ческой настройки коммутации коллекто1 ных электрических машин ностоянного тока с люЬьТм типом обмотки якоря, в ко тором датчик доб авочного тока коммутации выполнен в виде вспомогательной секции, уложенной рядом с основной секцией обмотки якоря, при этом начала основной и вспомогательной секций присоединены к коллекторной гтастине, а конец вспомогательной секции и отпайка от конца основной секции подключены через контактные кольца ко входу управпяемого усилителя 3J. Недостатком устройства является низкое быстродействие при регулировании 1астоты вращения двигателя ослаблением его поля. Кроме того, устройство имеет ограниченные функциональные возможности при настройке коммутации коллекторных электрических машин постоянного то ка с любым типом обмотки якоря на середину безыскровой зоны, причем оба эт недостатка связаны друг с другом. Действительно, настроенный прямолинейный характер коммутации сохраняется с допу тимым приближением только в определенной области управления, при превыше НИИ которой коммутационные процессы носят ускоренный или замедленный jcaрактер. Устройство не позволяет внести: коррекцию в коммутационные процессы для повышения динамических показателей при регулировании частоты вращения ма- шины постоянного тока эа счет ослабления поля с прямолинейным законом комМ5тгации, так как имеет ограниченные функциональные возможности. Целью изобретения является повышение быстродействия при регулировании частоты вращения ослаблением поля коллекторных электрических машин постоянного тока с любым типом обмотки якоря с точной стабильной автоматической настройкой коммутации на середину безыскррвой зоны, а также расширение функ циональных возмсчкностей. Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено двумя интеграторами, двумя усилителями напряжения с пропорциональным законом изменения выходного напряжения от входного, четырьмя нуль-органами, восемью ключами, одновибратором и элементом памяти, при этом первый усилитель напряжения через . ключ, а также два нуль-органа подключены к выходу датчика добавочного тока коммутации, выход первого нуль-органа подсоединен ко входу одновибратора и двум ключам соответственно во входной цепи и цепи обратной связи первого интегратора, выход второго нуль-органа присоединен.к четвертому и пятому ключам соответственно во входной цепи и цеш обратной связи второго интегратора, выходы интеграторов и первого усилителя напряжения посредством Шестого, седьмого и восьмого ключей соединены со входом второго усили- , теля напряжения, к выходу которого подключены третий и четвертый нуль органы, выходы которьгх соответственно соединены с первым ключом и первым входом элемента памяти, второй вход которого подключен к выходу одновибратора, а выход элемента памяти соединен с гремя ключами на выходе двух интеграторов и первого усилителя напряжения. На фиг. 1 дано графическое кзображение кривых процесса коммутации; на фиг. 2 - схема устройства для улучшения коммутации коллекторных электрических машин. Вспомогательная секция 1 размещена рядом с секцией обмотки якоря 2. Один конец вспомогательной секции 1 электрически соединен с секцией обмотки якоря 2 непосредственно на холлекторной пластине 3. Второй конец вспомогательной секшш 1 присоединяется к кольцу 4. Отпайка от конца основной секции подключена к контактномукольцу 5, Сигнал с колец 4 и 5, пропорцио.нальный добавочному току коммутации, поступает на вход нуль-органов 6 и 7, а с помощью ключа 8 поступает на вход усилителя напряжения 9, К выходу нуль-органа 6 подключены ключи 10 и 11, установленные соответственно во входной цепи и цепи обратной связи интегратора 12, а также одновибратора 13. К выходу нуль-органа 7подключены ключи 14 и 15, установленные соответственно во входной цепи и цепи обратной связи интегратора 16. 8качестве интеграторов могут использоваться операционные усилители с охватом их емкостной связью. Выходные на- пряжения интеграторов 12 или 16, а также усилителя напряжения 9 посрадством ключей 17-19 подаются для алгебраического суммтфовашш на входе усилителя напряжения 20, имеющего про порциональную зависимость выходного на пряжения от входного, В качестве ключей 8, 10, 11, 14, 15, 17-19 могут использоваться транзисторы, работающие в ключевом режиме. К выходу усилителя напряжения 20 с пропорциональным зако ном управления подключены нуль-органы 21 и 22, а также усилитель мощности 23, регулирующий ток в обмотке дополнительных полюсов 24 при настройке коммутации на середину безыскровой зоны. Нуль-орган 21 управляет работой ключа 8. Выход нуль-органа 22 соединен с первым входом элемента памяти 2 на второй вход которого подается сигнал с выхода одновибратора 13. К выходу элемента памяти 25 подключены ключи 17-19. В качестве нуль-органов 6, 7, 21, 22 могут использоваться транзистор ные варианты, на операционных усилителях и др. Элементы устройства 6-22,25 выполняющие усилительно-преобразующие и логические функции, составляют блок логики, включенный между датчиком добавочного тока (элементы 1-5) коммута ции и .управляемым усилителем мощности 23. Устройство-работает следующим образом. Нуль-органы 6,7 совместно с интегр торами 12,16 и ключами 10-11, 14-1 формируют желаемый закон прямолтшейно коммутации - двухполярный сигнал. При положительной полярности напряжения датчика добавочного тока коммутации срабатывает нуль-орган 6, включающий ключ 1О и отключающий ключ 11. Интегратор 12 при этом формирует участок АБ желаемого закона прямолинейной ком мутации. При отрицательной полярности напряжения датчика добавочного тока коммутации ключи 10 и 11 возвращаютс в исходное положение - ключ 10 размыкается, а ключ 11 замьпсается и на выходе интегратора 12 имеет место нулевой сигнал. При отрицательной полярноо ти тпряжения датчика добавочного тока коммутации ключ 14 включается, а ключ 15 отключается за счет срабатывания нугиг-органа 7. Интегратор 16 при эТом формирует участок ВГ желаемого закона прямолинейной коммутации. При положитеп ной полярности напряжения датчика aoeaBO ного тока коммутации нуль-орган 7 отключен, а ключи 14 и 15 находятся в исходном положении - ключ 14 размыкается, а ключ 15 замыкается и на Biiiходе интегратора 16 имеет место нулевой сигнал. Следовательно, нуль-органы 6,7 совместно с интеграторами 12,16 и ключами 1О-11, 14-15 формируют желаемую модель процесса прямолинейной коммутации. Напряжение датчика добавочного тока коммутации посредством ключа 8 подается на вход усилителя напряжения 9. Выходное напряжение усилителя 9 характеризует-действительный процесс коммутацш, который в общем случае носит ускоренный (кривая АДЕГ) или замедленный (кривая АЖЗГ) характер. Алгебраическая сумма сигналов с модели прямолинейной коммутации (интеграторы 12 или 16) и усилителя 9 выделяется на входе усилителя 2О с пропорциональной зависимостью выходного напряжения от входного. Нуль-органы 21 и 22 настраиваются на определенный порог срабатывания, характеризующий отклонение действительного процесса коммутации от прямолинейного. При малых отклонениях эталонной модели прямолинейной коммутации от действительного процесса коммутации, например, на участках АБ и АИ, срабатывает нуль-орган 22, включая элемент памяти 25,который, в свою очередь, включает ключи 17, 18 и 19. Напряжение с интегратора 16 и вход усилителя 20 не поступает, поскольку в области АБ ключ 15 замкнут, а ключ 14 разомкнут. В этом режиме управляющий усИглитель 23 настраивается таким образом, чтобы ток, протекающий через обмотку дополнительных полюсов 24, соответствовал настройке машины на середину безыскровой зоны. Если в следующей области, например КЛМ, отклонение эталонной модели прямолинейной ко 1гмутацин от действительного процесса коммутации возрастает, то под действием возрастающего напряжения интегратора 12 увеличивается выходное напряжение усилителя 20, приводящее к срабатыванию нуль-органа 21 и замыканию ключа 8. При этом на вхоп усилителя 2О подаются напряжения с интегратора 12 и усилителя 9, в выходное напряжение усилителя 2О устанавливается таким, чтобы ток в обмотке дополнительных полюсов 24 снова соответствовал настройке машины на середину безыскровой зоны. При понижении выходного напряжетга усвптггеля 2О нуль-орган 21 отключается и ключ 8 размыкается. Ра-

76745058

бота устройства далее протекает анало-мотки якоря при встречно-последовательгично области MHO и ОП, ключ 8 работа-ном соединении основной и вспомогательет в вибрационном режиме при настрой-ной секций, отличающееся ке нуль-органа 21 на определенный по-тем, что, с целью повышения быстродейрог срабатывания, а при каждом его 5ствия при регулировании частоты враще срабатывании происходит сравнение на-ния ослаблением поля коллекторных элекпряжения интегратора 12 с выходным на-трических машин постоянного тока с точпряжекием усилителя 9, изменение выход-ной и стабильной автоматической настного напряжения усилителя 20 и после-ройкой коммутации на середину безыскродующей ког кцией тока дополнительных Ювой зоны и расширения функциональных полюсов 24 для настройки коммутациивозможностей, устройство снабжено двуна середину безыскровой зоны. При ера-мя интегратора га, двумя усилителями батывании нуль-органа 6 на выходе одно-напряжения с пропорциональным законом вибратора 13 появляется узкий импульо,изменения выходного напряжения от входподаваемый на вход элемента памяти, ко- 15ного, четырьмя нуль-органами, восемью торый производит его в первоначальноеключами, одновибратором. и элементом состояние и подготавливает к срабаты-памяти, при этом первый усилитель . Заметим, что в области ВГ работапряжения через ключ, а также два нульпроисходит аналогично описанному, при-органа подключены к выходу датчика дочем формирование эталонной модели про- 20бавочного тока коммутации, выход первоцесса прямолинейной коммутации осущест -го нуль-органа подсоединен ко входу вляется интегратором 16. В области ВГодновибратора и двум ключам соответстсрабатывает нуль-орган 7 и при замыка -венно во входной цепи и цепи обратной НИИ ключа 14 и размыкании ключа 15 И№-связи первого интегратора, выход втотегратор 16 формирует эталонную модель 25рого нуль-органа присоединен к четвергпрямолинейной коммутации.тому и пятому ключам соответственно Предлагаемое устройство для улучше-во входной цепи и цепи обратной связи ния коммутации коллекторных электричео-второго интегратора, выходы интегратойих машин путем изменения тока допол-ров и первого усилителя напряжения пощгтельных полюсов обеспечивает высо- зосредством шестого, седьмого и восьм.окое быстродействие при регулированииго ключей соединены со входом второго частоты враШ1ения коллекторных электри.усилителя напряжения, к выходу котороческих машин постоянного тока с точнойго подключены третий и четвертый нуль и стабильной автоматической настройкойорганы, выходы которых соответственно коммутации на середину безыскровой зо- соединены с первым ключом и первым ны, а также расширяет функциональныевходом элемента памяти, второй вход вовможности.которого подключен к выходу одновибра-, Формула изобретения ходе двух интеграторов и первого ус Устройство для улучшения коммутацииИсточники информации,

коллекторных электрических машин, со-принятые во внимание при экспертизе

держащее управляемый усилитель, подклкн-1. Патент ФРГ № 1200980,

ченный к основной или вспомогательнойкл. 21 28, 1965. обмоткам дополнительных полюсов, и дат-2. Авторское свидетельство СССР

чик добавочного тока коммутации, выпол-№ 630714, кл. Н 02 К 13/14, 1977. ненный в виде вспомогательной секции,3. Авторское свидетельство СССР

уложенной ряде с основной сжкцией об-по заявке № 3210978, 1980.

тора, а выход элемента памяти соединен с тремя ключами соответственно на вылителя напряжения.