RU1771044C - Электрическа машина с вентильно-механическим коммутатором - Google Patents

Abstract

Использование в электрических машинах посто нного тока Сущность изобретени  машина содержит механический коллектор разнопол рные группы щеток и схему управлени  Кажда  однопол рна  группа щеток разбита на две подгруппы подключенные к двум однопол рным выводам мостовых схем и содержащие по р/2 скольз щих контактов которые св заны между собой злектрически и расположены одинаково относитзльно провод щих пластин коллектора через 360 х 2 эл град 3 ил

Description

Изобретение относитс  к электрическим машинам в частности к машинам посто нного тока с дополнительными устройствами дл  улучшени  коммутации

Известна электрическа  машина с вен- тильно-механическим коммутатором (ВМК) содержаща  механический коллектор контактирующие с ним группы щеток подключенные к зажимам источника питани  через управл емые полупроводниковые вентили В этой машине коммутаци  осуществл етс  без дополнительных полюсов с помощью емкостных накопителей электрической энергии 1

Недостатком такой машины  вл етс  ее сложность

Известна также электрическа  машина с вентильно-механическим коммутатором содержаща  механический коллектор контактирующие с ним разнопол рные группы щеток подключаемые к положительным и отрицательным выводам двух мостовых схем, которые св заны с питающей сетью череь трансформаторы тока обеспечивающие питание дополнительных полюсов машины через мостовой выпр митель и схему управлени  2

Данна  машина  вл етс  н иболе° близкой к изобретению по техничесн ой сущности и достигаемому результату (прототип )

В машине 2 вентильно-механлческа  коммутаци  обеспечиваетс  с пэмощью двух мостовых схем при числе пар полюсов При большем числе пар полюсов () (и соответственно большем числе щеток) возникает необходимость в увеличении числа мостовых схем и элементов управлени  ими что усложн ет схему вентильного коммутатора Кроме того при произиольном числе коллекторных пластин и возможен такой режим работы при котором коммутационные процессы в секци х эбмотки  кор  наход щихс  под разнопол рными щетками протекают одновременно В этом случае вследствие взаимоиндуктивных св  зей между указанными секци ми в них навод тс  дополнительные ЭДС которые увеличивают врем  коммутации и снижают коммутационные возмсжности венгильно- го коммутатора машины

сл

|

J

о

4

Цель изобретени  состоит в упрощении вентильно-механического коммутатора и в повышении коммутационных возможностей машины путем обеспечени  условий работы, при которых коммутационные процессы под разнопол рными группами щеток при протекают неодновременно.

Эта цель достигаетс  тем, что кажда  однопол рна  группа щеток разбита на две подгруппы, подключенные к двум однопо- л рным.выводам мостовых схем и содержащие по р/2 скольз щих контактов, которые св заны между собой электрически и расположены одинаково относительно провод щих пластин коллектора через 360x2 электрических градусов, а параметры машины удовлетвор ют услови м

К2/2р-х 0,25 ,5/(К2/2р ар, где Ка - число провод щих пластин коллектора;

,5,6,7... - целое число секций обмотки  кор  на один полюс:

ар -.расчетный коэффициент полюсного перекрыти ;

,4,6,8 - число пар полюсов четное.

Указанное в отличительных признаках соотношении Ка/2р с одной стороны, обеспечивает реализацию коммутационных процессов в машине с ВМК с помощью двух мостовых схем при числе пар полюсов . При этом в многополюсной машине максимально упрощаетс  схема соединени  щеток , которые объедин ютс  в четыре подгруппы с одинаковым числом скольз щих контактов (р/2) и подключаютс  к положительным и отрицательным выводам двух мостовых схем. Последние, как и в прототипе 2, выполн ют совмещенные функции управл емого выпр мител  и вентильного коммутатора. С другой стороны, это соотношение (Кг/2р) обеспечивает разделение во времени коммутационных процессов под . разнопол рными группами щеток, способствующее повышению коммутационных возможностей машины. Наконец это соотношение (Ка/2р) за счет выбора числа X должно обеспечить коэффициенту полюсного перекрыти  машины с ВМК (1-1,5/(К2/2р) такую величину, большую Ор, чтобы коммутируема  секци  за врем  коммутации не выходила бы за пределы межполюсного рассто ни .

Дл  машины в ВМК коэффициент полюсного перекрыти  определ етс  из услови , что в межполюсном пространстве машины по окружности  кор  располагаютс  проводники 1,5 укрупненных секций .

Таким образом, предлагаемое изобретение соответствует критерию существенные отличи .

На фиг.1 представлена принципиальна  схема многополюсной машины в ВМК, имеюща  следующие параметры обмотки и коллектора: К2/2р 2.75; ,5/(К2/2р)0,45. Эти параметры удовлетвор ют формуле изобретени  за исключением величины ам, котора  оказалась меньше расчетного коэффициента огр, измен ющегос  в коллекторных машинах традиционного исполнени  в следующих пределах ,64-0,72. Меньшим значение ам

прин то только с целью упрощени  изображени  схемы обмотки и коллектора на чертеже . Дл  удовлетворени  услови  ам «р необходимо прин ть К2/2р 4,25 и выше, т.е. увеличить К2. Машина имеет петлевую обмотку с числом уравнительных соединений, равным числу провод щих пластин коллектора . Обмотка возбуждени  (на чертеже не показана) может быть подключена к реверсивному управл емому выпр мителю, обеспечивающему двигателю реверс и работу в режиме ослаблени  пол .

На фиг.2 представлена блок-схема управлени  машиной; на фиг.З - диаграммы сигналов управлени  и токов тиристоров

мостовых схем.

Машина содержит обмотку  кор  1, подключенную к механическому коллектору 2. содержащему провод щие пластины 3-24 и такое же число изолирующих пластин, контактирующие с ним разнопол рные группы щеток 25-32, подключенные к положительным и отрицательным выводам двух мостовых схем на тиристорах 33-44. Машина содержит также трансформаторы тока 45 и

мостовой неуправл емый выпр митель 46 дл  питани  дополнительных полюсов и компенсационной обмотки 47. а также схему управлени  48.

Тиристоры мостовых схем управл ютс 

от трехканальной системы импульс но-фазо- вого управлени  (СИФУ), содержащей формирователи-усилители импульсов 49-51 (ФУИ1-ФУИЗ) и выводные устройства 52-57 (). На входы ФУИ1-ФУИЗ) и

вводные устройства 52-57 (ВВТ1-ВВУ6). На входы ФУИ1-ФУИЗ подаютс  сигналы синхронизации UCHHXP., управлени  1)у и сигнал Up с блоков логики 58 и 59 (БЛ1, БЛ2). Переключение импульсов управлени  с комплекта тиристоров(33,35,37) на комплекг(39,41, 43) катодных групп мостовых схем и с комплекта тиристоров (34,36,38) на комплект (40, 42, 44) анодных групп обеспечиваетс  ключевыми элементами 60, 61 (В1, В1) и 62, 63

(В2, В2) соответственно. Входы блоков логики св заны с пчтчиком положени  64(ДП). Каждое вводное устройство ВВУ содержит по два импульсных трансформатора, вторичные обмотки которых подключаютс  к управл ющим электродам тиристоров и на фиг.2 обозначены соответствующими номерами вентилей мостовых схем. Первичные обмотки трансформаторов через транзисторные ключевые элементы 60-63 подключаютс  к источнику питани  схемы управлени .

СИФУ выполн ет свои обычные функции преобразовани  сигналов управлени  Uy в последовательность импульсов дл  включени  тиристоров мостовых схем в режиме управл емого выпр мител . Одновременно , благодар  св зи с блоками логики по каналу Up и благодар  ключевым элементам 60-63, СИФУ обеспечивает работу мостовых схем в режиме коммутатора, переключа  импульсы управлени  между указанными выше комплектами тиристоров, по сигналам датчика положени  Ugi , Ug2Датчик положени  дискретного типа, как в вентильном двигателе, вырабатывает две последовательности импульсов Ugi и Ug2, имеющие относительное смещение 90 эл.град. В каждой последовательности импульсов одному обороту вала двигател  соответствует К2 импульсов. Диаграммы сигналов Ugi , U92, Up, 81, В1, В2, В2 представлены на фиг.З. Длительность импульсов т0 сигнала Up обеспечивает подготовку формирователей, вход щих в состав ФУИ, и выдачу сигналов управлени .

При работе машины скольз щие контакты перемещаютс  по рабочей поверхности коллектора слева направо (фиг.1). До момента времени ti (фиг.З) схема управлени , благодар  замкнутому состо нию ключей 60, 62 обеспечивает включение тиристоров 33, 38. Ток  кор  а протекает от фазы А, через тиристор 33(зз. фиг.З), анодную подгруппу щеток 25, 27, провод щие пластины коллектора 3, 14 через 2р параллельных ветвей обмотки  кор , пластины коллектора 6,17. Катодную группу щеток 29, 31 тиристор 38 к фазе С. При коэффициенте трансформации трансформаторов тока 45 равном единице, через дополнительные полюса машины 47 протекает выпр мленный ток фаз, равный току обмотки  кор .

В момент времени ц, когда скольз щие контакты анодной подгруппы 26, 28 вход т на провод щие пластины коллектора 9. 20, выходной сигнал датчика положени  Ugi становитс  равным логической единице . При этом выходной сигнал логического

устройства 58 Up становитс  равным нулю на врем  Т0,в течение которого происходит подготовка формировател  ФУИ1 к выдаче импульсов управлени  по каналам 33, 39

СИФУ (фиг.2). По истечении времени т0 на выходе блока логики 58 В1 по вл етс  сигнал логической единицы, обеспечивающей замыкание ключа 61. В канале 39 вводного устройства ВВУ1 по вл етс  управл ющий

сигнал И39, обеспечивающий включениети- ристора 39. После включени  этого тиристора , св занного с контактами 26,28 в секци х обмотки  кор , подключенных к провод щим пластинам 3, 9 и 14, 20 начинаетс 

реверсирование тока. Под действем коммутирующей ЭДС от магнитного потока дополнительных полюсов пр мой ток тиристора 33 Озз) и контактов 25,27 постепенно уменьшаетс , а в тиристоре 39 Озэ) и контактах 26,

28 - нарастает. По истечении времени tK тиристор 33 отключаетс  ), а в тиристоре 39 . Перемещение контактов 25. 27 с провод щих пластин 3, 14 на изолирующие происходит в обесточенном состо нии

без искрени .

После завершени  коммутации ток  кор  продолжает протекать по контуру: фаза А- 39 - контакты 2 6, 28 - пластинь, 9. 20 - обмотка  кор  - пластины 6. 17 - контакты

29. 31-38-фаза С.

При дальнейшем перемещении контактов по коллектору в момент времени t4 аналогичные процессы осуществл ютс  в секци х, св занных с катодными подгруппами щеток и тиристорами 38,44 (фиг.З). Далее коммутационные процессы повтор ютс .

При неподвижном  коре и низких частотах вращени , когда ЭДС наводима  в секци х полем дополнительных полюсов,

становитс  соизмеримой с падением напр жени  под щетками, коммутаци  тока в сек- ци х обеспечиваетс  пере енныг-. напр жением питающей сети также, как в вентильных машинах с циклоконверторами.

Например, если начало коммутационного процесса в момент времени t2 совпало с сетевой коммутацией с фазы А на фазу В. то импульс управлени  будет подан не на включение тиристора 39, а на включение

тиристора 41 по соответствующему каналу вводного устройсчтва 54. Под действием линейного напр жени  между фазами В и А за врем  коммутации пр мой ток тиристора 33 уменьшаетс  до нул , а в тиристоре 41

Claims (1)

1. Формула изобретение

   Электрическа  машина с венти ьно-ме- ханическим коммутатором, содержаща  механический коллектор, контактирующие с ним разнопол рные фуппы щеток, иодключенные к положительным и отрицательным выводам двух мостовых, схем, которые св заны с питающей сетью через трансформаторы тока, вторичные обмотки которых соединены с обмотками дополнительных полюсов через выпр митель и схему управлени , отличающа с  тем, что, с целью повышени  коммутационных возможностей машины путем неодновременной коммутации под разнопол рными группами щеток, кажда  разнопол рна  группа щеток разбита на две подгруппы, подключенные к двум однопол рным выводам мостовых схем и содеожащие по р/2 скольз щих контактов,

   которые св заны между собой электрически и расположены относительно провод щих пластин коллектора через 360x2 эл.град., а параметры машины удовлетвор ют услови-  мК2/2р х+0,,5/(К2р «Р,

   где К2 - число провод щих пластин коллектора;

   х 4, 5, 6, 7 - целое число секций обмот- ки  кор  на один полюс;

   Ор - расчетный коэффициент полюсного перекрыти ;

   р 2, 4, 6, 8, 10... - число пар полюсов

   I..-4 f ш t ще т щ fmfmt ffm M n Y i Mf A m m J

   U

   jy

   ге

   и

   ш

   JV

   Ч

   V/

   U

   33

   2Г 1 , 2$

   J3

   Jf

   т Я ГУ .. Н

   47 2 2V«2W

   Фаг.{

   JV

   Ч

   V/

   Ufppta Тд

   1 , 2$

   Jf

   w

   с к

   idf

   4/

   43

   Фаг.{

   СУ

   iriir iripir..

   I м гг Г л

   4

   №4

   л

   №4

   -Ч4---444ГЯ S | )ч.+1гч-и/г Ui fJijXai UVN I XSft / /x/ / y 4/ r Jt

   cff rfC/ff t/f rrf

   Сиг. 3

   №4