RU2302069C2

RU2302069C2 - Direct-current motor brush gear

Info

Publication number: RU2302069C2
Application number: RU2005126872/09A
Authority: RU
Inventors: Шамсимухамет Исламович Вафин (RU); Шамсимухамет Исламович Вафин; Альфред Робертович Сафин (RU); Альфред Робертович Сафин; Рамиль Фаридович Ахметгалиев (RU); Рамиль Фаридович Ахметгалиев
Original assignee: Казанский государственный энергетический университет
Priority date: 2005-08-25
Filing date: 2005-08-25
Publication date: 2007-06-27

Abstract

FIELD: electrical engineering; commutator motors provided with additional commutation improving device.

SUBSTANCE: proposed DC motor brush gear has commutator with alternating conducting and insulating segments as well as reverse-polarity brushes contacting the latter and commutation improvement unit. The latter is built around transistors, bases of two transistors with different polarity of conductivity p-n-p and n-p-n being connected to each conducting segment; collectors of these transistors are interconnected and connected to motor armature winding and emitter of each transistor is connected through resistor to base and to slip ring mounted on motor shaft. Brushes are disposed on geometric neutral and connected to power supply through controlled voltage divider.

EFFECT: enhanced service life of brush gear due to reduced armature current and voltage.

1 cl 1 dwg

Description

Изобретение относится к коллекторным электрическим двигателям постоянного тока, имеющим дополнительные устройства для улучшения коммутации.The invention relates to DC collector electric motors having additional devices for improving switching.

Известно устройство коммутации тока обмотки якоря, относящееся к коллекторным электрическим машинам постоянного тока, которое описано в книге Вольдек А.И. Электрические машины. Учебник для студентов высших технических учебных заведений. - 3-е изд., перераб. - Л.: Энергия, 1978. - 832 с., ил. Устройство включает неподвижные щетки, на которые поступает постоянное напряжение, коллекторные пластины и изоляционные прокладки, закрепленные на вращающемся валу, через которые напряжение подается на обмотку якоря, где возникает ток, который прерывается при прохождении щетки по изоляционной прокладке между коллекторными пластинами и снова появляется при соприкосновении щетки со следующей коллекторной пластиной.A device for switching the current of the armature winding related to collector electric DC machines, which is described in the book A. Voldek Electric cars. Textbook for students of higher technical educational institutions. - 3rd ed., Revised. - L .: Energy, 1978.- 832 p., Ill. The device includes fixed brushes, which receive constant voltage, collector plates and insulating gaskets, mounted on a rotating shaft, through which voltage is supplied to the armature winding, where current arises, which is interrupted when the brush passes through the insulating gasket between the collector plates and appears again when it touches brushes with the next collector plate.

Недостатком такого устройства коммутации тока обмотки якоря является возникновение искрения между коллекторными пластинами переходящего в круговой огонь, приводящий к выходу из строя как коллекторно-щеточного узла, так и двигателя в целом. Основной причиной возникновения искрения и кругового огня является коммутация значительных величин тока и напряжения якоря через механический контакт, с частыми прерываниями и включениями.The disadvantage of such a device for switching the armature winding current is the occurrence of sparking between the collector plates turning into circular fire, leading to failure of both the collector-brush assembly and the engine as a whole. The main reason for the occurrence of sparking and circular fire is the switching of significant current and voltage values of the armature through mechanical contact, with frequent interruptions and inclusions.

Известен коллектор электродвигателя по патенту РФ №2073296, МПК H02K 13/14, 27/22, содержащий электронный коммутатор, диэлектрическую втулку и три токопроводящих контактных кольца, установленных на диэлектрической втулке, контактирующих с подпружиненными токопроводящими щетками, установленными в щеткодержателях, две из которых связаны с токопроводящими шинами, а их контактные кольца подключены через коммутатор и разъемы к обмотке ротора электродвигателя, третье контактное кольцо выполнено с наружными контактными пластинами, по бокам электрически изолированными друг от друга, и электрически связано с цепью управления коммутатора, причем щетка третьего кольца подключена к управляющему напряжению.Known electric motor collector according to RF patent No. 2073296, IPC H02K 13/14, 27/22, containing an electronic switch, a dielectric sleeve and three conductive contact rings mounted on a dielectric sleeve in contact with spring-loaded conductive brushes installed in the brush holders, two of which are connected with conductive tires, and their contact rings are connected through a switch and connectors to the winding of the rotor of the electric motor, the third contact ring is made with external contact plates, on the sides of the electric they are isolated from each other, and electrically connected to the control circuit of the switch, and the brush of the third ring is connected to the control voltage.

Недостатком данного технического решения является возможность применения лишь для специальных типов машин постоянного тока.The disadvantage of this technical solution is the possibility of application only for special types of DC machines.

Наиболее близким к заявленному изобретению является щеточно-коллекторный узел электрической машины по патенту РФ №2026595, МПК Н02К 13/10, содержащий коллектор с чередующимися проводящими и изолирующими пластинами и контактирующие с ними разнополярные группы щеток, каждая из которых состоит из основной и вспомогательной щетки, выполненной тангенциально-расслоенной и состоящей из продольных элементов, имеющих одинаковую аксиальную длину и изолированных друг от друга, располагаемой со стороны сбегающего края основной и изолирована от нее, блок улучшения коммутации, причем смежные продольные элементы и основная щетка соединены друг с другом посредством нелинейно-резистивных элементов потенциально-ограничивающего типа. Основная щетка подключена непосредственно к зажиму источника питания, а вспомогательная щетка подключена к указанному зажиму через блок улучшения коммутации.Closest to the claimed invention is a brush-collector assembly of an electric machine according to RF patent No. 2026595, IPC Н02К 13/10, containing a collector with alternating conductive and insulating plates and contacting them with different polar groups of brushes, each of which consists of a main and auxiliary brush, made tangentially stratified and consisting of longitudinal elements having the same axial length and isolated from each other, located on the side of the runaway edge of the main and isolated from it, b approx improve commutation, wherein adjacent longitudinal elements and the main brush are connected to each other through nonlinear resistive elements potentially limiting type. The main brush is connected directly to the power supply terminal, and the auxiliary brush is connected to the specified terminal through the switching enhancement unit.

Недостатком данного технического решения опять же является сохранение больших токов коммутации и высоких напряжений, что при перегрузках и загрязнениях коллектора приводит к возникновению значительного искрения, часто переходящего в круговой огонь, и, как следствие, приводит к ускоренному выходу из строя данного узла, а иногда и всей электрической машины.The disadvantage of this technical solution is again the preservation of high switching currents and high voltages, which, when overloaded and contaminated by the collector, leads to significant arcing, often turning into circular fire, and, as a result, leads to an accelerated failure of this unit, and sometimes the whole electric car.

Задачей настоящего изобретения является устранение появления кругового искрения на коллекторе и, как следствие, повышение срока службы электрического двигателя.The objective of the present invention is to eliminate the appearance of circular arcing on the collector and, as a result, increase the service life of the electric motor.

Технический результат достигается тем, что в щеточно-коллекторном узле электрического двигателя постоянного тока, содержащем коллектор с чередующимися проводящими и изолирующими пластинами и контактирующие с ними разнополярные щетки, блок улучшения коммутации, причем щетка подключена к источнику питания, блок улучшения коммутации выполнен на транзисторах, при этом к каждой проводящей пластине подсоединены базы двух транзисторов с разной проводимостью p-n-p и n-p-n, коллекторы которых соединены и подключены к обмотке якоря двигателя, а эмиттер каждого транзистора соединен через резистор с базой и с контактным кольцом, установленным на валу двигателя, причем щетки расположены на геометрической нейтрали и подключены к источнику питания посредством управляемого делителя напряжения.The technical result is achieved by the fact that in the brush-collector assembly of an electric DC motor containing a collector with alternating conductive and insulating plates and contacting different-polarity brushes, a switching enhancement unit, the brush being connected to a power source, the switching improvement unit is made with transistors, when this, to each conductive plate are connected the bases of two transistors with different conductivity pnp and npn, the collectors of which are connected and connected to the winding of the motor armature, and The ytter of each transistor is connected through a resistor to the base and to the slip ring mounted on the motor shaft, the brushes being located on geometric neutral and connected to the power source via a controlled voltage divider.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема щеточно-коллекторного узла электрического двигателя постоянного тока. Щеточно-коллекторный узел содержит коллектор с чередующимися проводящими 1, 2 и изолирующими пластинами (не показаны) и контактирующие с ними щетки 3 и 4, причем щетки расположены на геометрической нейтрали, транзисторы 5 и 6, базы которых соединены с проводящими пластинами 1 и 2, а коллекторы - с обмоткой якоря 7. Эмиттеры транзисторов 5 и 6 подсоединены соответственно к контактным кольцам 8 и 9. Щетки 3 и 4 подсоединены к контактным кольцам 8, 9 посредством управляемого делителя напряжения 10. Базы транзисторов 5 и 6 соединены с эмиттерами через резисторы 11.The drawing shows a circuit diagram of a brush-collector site of an electric DC motor. The brush-collector assembly comprises a collector with alternating conductive 1, 2 and insulating plates (not shown) and brushes 3 and 4 in contact with them, the brushes being located on geometric neutral, transistors 5 and 6, the bases of which are connected to the conductive plates 1 and 2, and collectors with armature winding 7. The emitters of transistors 5 and 6 are connected respectively to contact rings 8 and 9. Brushes 3 and 4 are connected to contact rings 8, 9 by means of a controlled voltage divider 10. The bases of transistors 5 and 6 are connected to emitters through a resist Ora 11.

Работа щеточно-коллекторного узла осуществляется следующим образом. Формируют требуемой величины управляющие напряжения положительной и отрицательной полярности, подаваемые на базы транзисторов 5 и 6, соединенные с эмиттерами через резисторы 11 посредством управляемого делителя напряжения 10. Управляющее напряжение положительной полярности подают через щетку 3, а отрицательной полярности - через щетку 4. Коммутационный процесс начинается с момента контакта щеток 3 и 4 с пластинами 1 и 2, в результате чего всегда открываются два транзистора разной проводимости, например, при подаче на базу напряжения положительной полярности открывают транзистор 5 (с n-p-n-проводимостью), а при подаче на базу напряжения отрицательной полярности открывают транзистор 6 (с p-n-p-проводимостью), и по секции якоря начинает течь ток.The operation of the brush-collector unit is as follows. The required voltages of positive and negative polarity are generated, which are supplied to the base of transistors 5 and 6, connected to the emitters through resistors 11 by means of a controlled voltage divider 10. The control voltage of positive polarity is supplied through the brush 3, and negative polarity through the brush 4. The switching process begins from the moment of contact of brushes 3 and 4 with plates 1 and 2, as a result of which two transistors of different conductivity always open, for example, when applying voltage to the base Flax polarity transistor 5 is opened (with n-p-n-conductivity), and when applied to the base voltage of negative polarity transistor 6 is opened (with p-n-p-conductivity), and the armature section begins to flow current.

Таким образом, управляя подачей напряжения на базы транзисторов, незначительной величиной напряжения (мВ), осуществляют коммутацию токов обмотки якоря в десятки и более ампер. К эмиттерам транзисторов подключают постоянное по величине напряжение, которое измеряют и устанавливают равным номинальному напряжению транзистора. Положительной полярности напряжение подается на эмиттер транзистора 6 (с p-n-p-переходом), а напряжение отрицательной полярности на эмиттер транзистора 5 (с n-p-n-переходом) посредством контактных колец 8 и 9 соответственно.Thus, controlling the supply of voltage to the base of the transistors, an insignificant voltage value (mV), the armature winding currents are switched in tens or more amperes. A constant voltage is connected to the emitters of the transistors, which is measured and set equal to the nominal voltage of the transistor. A voltage of positive polarity is supplied to the emitter of transistor 6 (with p-n-p junction), and a voltage of negative polarity to the emitter of transistor 5 (with p-n-p junction) by means of slip rings 8 and 9, respectively.

По сравнению с известными из литературы устройствами для улучшения коммутации данное изобретение позволяет повысить срок службы щеточно-коллекторного узла за счет снижения величин тока и напряжения якоря.Compared with devices for improving switching known from the literature, this invention allows to increase the service life of the brush-collector assembly by reducing the current and voltage of the armature.

Claims

A brush-collector assembly of a DC electric motor, comprising a collector with alternating conductive and insulating plates and bipolar brushes in contact with them, a switching enhancement unit, the brush being connected to a power source, characterized in that the switching improvement unit is made on transistors, with each the base plate is connected to the base of two transistors with different conductivity pnp and npn, the collectors of which are connected and connected to the motor armature winding, and the emitter of each transistor ra is connected through a resistor to the base and a contact ring mounted on the motor shaft, wherein the brushes are located on the geometric neutral and connected to a power source by a controllable voltage divider.