SU738055A1 - Электромашинный усилитель - Google Patents

Description

Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использова-. но для создания электромашинных усилителей (ЭМУ).

В настоящее время известны и широко применяются ЭМУ м с поперечным полем. Эти ЭМУ содержат якорь с двумя комплектами щеток по поперечной и продольной осям. Щетки по поперечной оси замкнуты, а щетки по продольной оси соединены последовательно с компенсационной обмоткой, обмоткой дополниI тельных полюсов и подключены к нагрузке.

Известен также электромашинный усилитель [2], содержащий якорь, индуктор, щетки по продольной и поперечной осям, причем щетки по поперечной оси выполнены каждая в виде двух частей, а части противолежащих щеток соединены между собой. По решаемой задаче и технической сущности это устройство наиболее близко к изобретению.

Недостатком известных ЭМУ явля- . ется малое быстродействие. Увеличение быстродействия может быть достигнуто увеличением скорости, но с увеличением скорости резко ухудшается коммутация.

Таким образом, улучшением коммутаций и повышением скорости может значительно улучшить работу ЭМУ. Следует ответить, что улучшение коммутации повышает надежность ЭМУ.

Целью настоящего изобретения является увеличение быстродействия и улучшение коммутации ЭМУ. Поставленная цель достигается тем, что последовательно с частями щеток включены электрические вентили, а каждая часть щеток выполнена с шириной, меньшей ширины изоляции между коллекторными пластинами.

Для дальнейшего повышения быстродействия ЭМУ каждая из щеток, расположенных по продольной оси, может быть [разделена на две части, а последователь1но с каждой частью включен вентиль, причем управляемыми могут быть выполнены только часть вентилей. ₍

В известных ЭМУ шетки непрерывно замыкают коммутируемые секции, как по поперечной оси, так и по продольной. В результате намагничивающая сила якоря где ^гкс = F +F ^!

КС ПС 7’1

- составляющая за счет коммутации секции;

- составляющая от реакции ' якоря и вихревых токов.

- вызывает искрение, ограничивая

Fkc самым скорость вращения. Для уст736055 4 ’ где Ь_м - толщина изоляции между коллекторными пластинами.

Как видно из чертежа, комплекты щеток 10 и 11 соединены между собой через управляемые вентили 14, 15' и 16, 17 , а комплекты щеток 12 и 13 соединены через управляемые вентили 18, 19 и 20, 21, через компенсационную обмотку 4 и обмотку дополнительных полюсов 3 с нагрузкой 22.

Для ЭМУ небольших мощностей и. с небольшим коэффициентом усиления можно применять все неуправляемые вентили, которые буду работать с естественной коммутацией. Для более тяжелого режима работы (при среднем коэффициенте усиления) можно применять управляемые вентили только по продольной оси. Для особо тяжелых * условий работы* применяются все управляемые вентили.

Управление вентилями осуществляется согласно схеме управления (фиг. 2) в функции положения якоря от датчика управления 23. Якорь ЭМУ соединен муфтой с приводным двигателем 24.

Группы щеток 10, Г1 и 12, 13 по поперечной и продольной осям подключены через, управляемые вентили согласно через мостовую схему управления. Такие схемы управления подключены и к остальным щеткам (на чертеже не показаны)* Мостовая схема состоит из управляемых и полупроводниковых вентилей 20, 21 и вспомогательных управляемых вентилей 25, 26, 27, 28. В диагональ АВ моста подключен коммутирующий источник питания постоянного тока через настроечные. сопротивления управления 29, 30, 31, 32, а в диагональ СД включены коммутирующие конденсаторы 33, 34, отделенные от обмотки усилителя встречно включенными диодами 35, 36. Управляется схема от датчика 23. Аналогичные схемы управле— тем ранения влияния искрения на работу ЭМУ, по продольной оси могут быть установлены ₁₅ дополнительные полюсы, которые улучшают коммутацию, но не полностью устраняют искрение, особенно в переходных процессах. Коммутация не может быть обеспечена полностью за счет дополнительных полюсов, так как , то есть

ЭДС, создаваемая дополнительными полюсами, никогда не равна реактивной ЭДС коммутируемой секции за счет несовпадения кривых и L_p . Применение вентильной коммутации, особенно управляемой от датчика положения якоря, позволяет создать ЭМУ, у которого коммутируемые секции в момент коммутации 'замкнуты на очень большие сопротивления встречно включенных вентилей, и в результате искрение отсутствует; Поэтому скорость* ЭМУ можно увеличить и за счет этого увеличить добротность.

Введение вентильно-механической коммутации устраняет размагничивающее действие коммутируемой секции и тем самым способствует повышению быстродействия.,.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображены: на фиг. 1 схема ЭМУ; на фиг. 2 -'схема управления; на фиг. 3 - вариант ЭМУ с двумя вентилями в цепи щеток, расположенных по поперечной оси.

·*·>?

ЭМУ состоит из якоря 1, индуктора, состоящего из комплекта обмоток управления 2, дополнительных полюсов 3, компенсационной обмотки 4, шунтирующего управляемого резистора 5. Якорь состоит из обмотки 6, подсоединенной к коллектору 7, состоящему из проводящих Iпластин 8 и изоляционных пластин 9.

На коллекторе 7 установлены комплекты , щеток 10, 11 по поперчной ори А-А и комплекты щеток 12, 13 по продольной ’оси Б-Б, состоящие каждая из двух частей. Все щетки имеют ширину ния подключены и к остальным щеткам. Силовые управляемые вентили 20, 21, управляемые вспомогательные. вентили 25, 26, 27, 28 с конденсаторами 33, 34 и источником ₅₀ вспомогателЕ* ого питания U_b вместе с настроечными сопротивлениями образуют один управляемый переключатель, который по команде датчика управления 23 осуществляет безискровую коммута55 цйю обмотки якоря.

Использование вентильно-механической ^коммутации делает возможным применение шеток с малым Удельным сопротив5 738055 пением, так как здесь величина сопротивления щетки не влияет на процесс коммутации.

На фиг. 3 представлен вариант ЭМУ, который отличается от основного (фиг. 1) ₅ тем, что по поперечной оси установлено только два управляемых или неуправляемых вентиля 14, 15. Такой вариант упрощает схему управления. Применение вместо управляемых вентилей 20 и 21 не- щ управляемых также ведет к упрощению схемы управления, хотя и несколько снижает функциональные возможности ЭМУ.

Предлагаемый ЭМУ работает следующим образом. 15

Приводной двигатель 24 вращает якорь 1 в магнитном поле, созданном совокупностью обмоток управления 2. На обмотке 6 индуктируется ЭДС , которая через щетки, находящиеся на проводящих 20 пластинах поперечно^оси А-А, создает ток. Этот ток будет все время протекать между комплектами щеток 10 и 11 через вентили 14, 17 И через вентили 15, 16. Ток .через вентили 15, 16 про- 25 ходит тогда, когда щетки, подсоединённые к ним, будут соединены с проводящими пластинами коллектора.

Импульсы на включение вентилей 15, 16 от датчика положения якоря пос- зо тупают раньше, чем на отключение вентилей 14, 17.

Так как комплект шеток 10 . и комплект щеток 11 не замыкают коммутируемую секцию накоротко, то коммутация ₃₅ по оси А-А будет проходить за счет управляемых вентилей 14, 15 и 16, 17 без искрения. Поле рекции якоря создается ЭДС на продольной оси Б-Б, и если эта ЭДС будет приложена к нагруз- 40 ке 22, то появится ток через щетки 12 и 13.

Аналогично щеткам 10, 11 работают комплекты шеток 12 и 13 по оси Б-Б, где безискровая коммутация осуществляется управляемыми вентилями 18, 19 и 20, 21. Необходимо отметить, что щетки и вентили, работающие по оси'Б-Б',’ выбираются на больший ток, чем щетки и вентили по оси А-А.

Регулирование выходной величины, поступающей на нагрузку, осуществляется, как и у обычных ЭМУ, за счет обмоток управления, хотя возможно и комбинированное управление: за счет управляемых вентилей и за счет обмоток управления.

Работа схемы поясняется на примере моста, подсоединенного к комплектам щеток 13. Пусть левый комплект щеток 13 касается проводящей коллекторной пластины,. В этом случае ток нагрузки проводит через открытый силовой вентиль 20, диод 35, щетки и обмотку якоря 6 на щетки 12.

Остальные вентили моста закрыты. Конденсаторы 33 и 34 заряжены. При вращении якорз правый комплект щеток 13 попадает на проводящую пластину коллектора, при этом датчик управления 23 . вырабатывает сигнал на включение вентилей 25, 26 и 21, 22. Открытие вентиля 26 создает разрядный ток конденсатора 33 через щетки 13, и он закрывается , а конденсаторы перезаряжаются.' Ток проходит через вентили 21, 36, щетки и обмотку. Дальше цикл повторяется.

Во всех случаях сначала включается управляемый вентиль проводящей коллекторной пластины, а затем отключается вентиль сходящий с проводящей пластины. Такая работа обеспечивает бёзискровую коммутацию.

, При работе ЭМУ (фиг. 3) коммутируемый контур поперечной оси образуется секцией, подключенной к щеткам 10, i управляемыми вентилями 14 и 15, щетками 11 и секцией, подключенной к этим щеткам. Таким образом, в коммутации участвуют две секции, ЭДС которых направлены в контуре встречно. В результате коммутация обеспечивается управляемыми вентилями 14, 15 и встречно действующими ЭДС коммутируемых секций.

Claims (4)

1. I

   Изобретение относитс  к электрическим машинам и может быть испопьзова-. но дл  создани  электромашинных усилителей (ЭМУ)..

   В насто щее врем  известны и широко примен ютс  ЭМУ l1 с поперечнь1м полем. Эти ЭМУ содержат  корь с двум  комплектами щеток по поперечной и продольной ос м. Шетки по поперечной оси замкнуты, а щетки по продольной оси соединены последовательно с кошсенсационной обмоткой, обмоткой дополнительных полюсов и подключены к нагрузке .

   V.

   Известен также электромашинный усилитель 2, содержащий  корь, индуктор , щетки по продольной и поперечной ос м, причем щетки по поперечной оси выполнены кажда  в виде двух частей, а части противолежащих щеток соединены между собой. По решаемой задаче и технической сущности это устройство наиболее близко к изобретению.

   Недостатком известных ЭМУ  вл - .

   етс  малое быстродействие. Увеличение

   быстродействи  может быть достигнуто

   . увеличением скорости, но с увеличением

   скорости резко ухудшаетс  коммутаци .

   Таким образом, улучшением коммутации и повышением скорости может значительно улучшить работу ЭМУ. Следует от&етить, что улучшение коммутации повышает надежность ЭМУ.

   to

   Целью насто щего изобретени   вл етс  увеличение быстродействи  и улучшение коммутации ЭМУ. Поставленна  цель достигаетс  тем, что последовательно с част ми щеток включены элек15 трические вентили, а кажда  часть щеток выполнена с щириной, меньшей ширины изол ции между коллекторными пластинами.

   Дл  дальнейшего повышени  быстро20 действи  ЭМУ кажда  из щеток, расположенных по продольной оси, может быть разделена на две части, а последователь|но с каждой частью включен вентиль, 37 причем управл емыми могут быть выполнены только часть вентилей. В известных ЭМУ шетки непрерывно замыкают коммутируемые секции, как по поперечной оси, так и по продольной. В результате намагничивающа  сила  коt-c ч-р g t.c. ПС i где F - составл юща  за счет коммукс тации секции; Ff,c составл юща  от реакции  кор  и вихревых токов, . - вызывает искрение, ограни.чива тем самым скорость вращени . Дл  устранени  вли ни  искрени  на работу ЭМУ по продольной оси могут быть установлен дополнительные полюсы, которые улучшаю коммутацию, но не полностью устран ют искрение, особенно в переходных процессах . Коммутаци  не может быть обеспечена полностью за счет дополнительны полюсов, так как ..:|:С-р , то есть ЭДС, создаваема  дополнительными полюсами , никогда не равна реактивной ЭДС коммутируемой секции за счет несовпадени  кривых 6. и tp , Применени вен рильной коммутации, особенно управл емой от датчика положени   кор , позвол ет создать ЭМУ, у которого коммутируемые секции в момент коммутации замкнуты на очень большие сопротивлени  встречно включе1|ных вентилей, и в результате искрение отсутствует; Поэтому скорость ЭМУ можно увеличить и за счет этого увеличить добротность. Введение вентильно-механической коммутации устран ет размагничивающее действие коммутируемой секции и тем самым способствует повышению быстродействи . Сущность изобретени  пЬ сн етс  чер тежами, где изображены: на фиг, 1 схема ЭМУ; на фиг. 2 - схема управлени ; на фиг, 3 - вариант ЭМУ с двум  вентил ми в цепи щеток, расположенных по поперечной оси.

   ЭМУ состоит из  кор  1, индуктора, состо щего из комплекта обмоток управлени  2, дополнительных полюсов 3, компенсационной обмотки 4, шунтирующего управл емого резистора 5. Якорь состоит из обмотки 6, подсоединенной к коллектору 7, состо щему из провод щих i пластин 8 и изол ционных пластин 9. На коллекторе 7 установлены комплекты щеток 10, 11 по поперчной ори А-А и комплекты щеток 12, 13 по продольной оси Б-Б, состо щие кажда  из двух частей. Все 1цетки имеют щирину

   обмотки усилител  встречно включенными диодами 35, 36. Управл етс  схема от датчика 23. Аналогичные схемы управле-

   ни  подклЕочены и к остальным щеткам.

   Силовые управл емые вентили 20, 21, управл емые вспомогательные. вентили 25, 26, 27, 28 с конденсаторами 33, 34 и источником

   вспомогатель ого питани  ( вместе с настроечными сопротивлени ми образуют один управл емый переключатель, который по команде датчика уп13авлени  23 осуществл ет безискровую коммутаЦйю обмотки  кор .

   Использование вентильно-механической .коммутации делает возможным применение шеток с малым удельным сопротив6 Ь( - толщина изол ции между коллекторными пластинами. Как видно из чертежа, комплекты щеток 10 и 11 соединены между .собой через управл емые вентили 14, 15 и 16, 17 , а комплекты щеток 12 и 13 соединены через управл емые вентили 18, 19 и 20, 21, через компенсационную обмотку 4 и обмотку дополнительнь1х полюсов 3 с нагрузкой 22. Дл  ЭМУ небольших мощностей и. с небольшим коэффициентом усилени  можно примен ть все неуправл емые вентили , которые буду работать с естественной коммутацией. Дл  более т желого режима работы (при среднем коэффициенте усилени ) можно примен ть управл емые вентили толысо по продольной оси. Дл  особо т желых условий работы примен ютс  все управл емые вентили, Управление вентил ми осуществл етс  согласно схеме управлени  (фиг. 2) в функции положени   кор  от датчика управлени  23. Якорь ЭМУ соединен муфтой с приводным двигателем 24. Группы щеток 10, 11 и 12, 13 по поперечной и продольной ос м подключены через управл емые вентили согласно через мостовую схему управлени . Такие схемы управлени  подключены и к остальным щеткам (на чертеже не. показаны ) Мостова  схема состоит из управл емых и полупроводниковых вентилей 20, 21 и вспомогательных управл емых вентилей 25, 26, 27, 28. В диагональ АВ моста подключен коммутирующий источник питани  посто нного тока через настроечные. сопротивлени  управлени  29, 30, 31, 32, а диагональ СД включены коммутирующие конденсаторы 33, 34, отделенные от 57 лением, так как здесь величина сопротив лени  щетки не вли ет на процесс коимутации . На фиг. 3 представлен вариант ЭМУ, который отличаетс  от основного (фиг. тем, что по поперечной оси установлено только два управл емых или неуправл емых вентил  14, 15. Такой вариант упр щает схему управлени . Применение вме то управл емых в.ентилей 20 и 21 неуправл емых также ведет к упрощению схемы управлени , хот  и несколько сни жает функциональные возможности ЭМУ. Предлагаемый ЭМУ работает следующим образом. Приводной двигатель 24 вращает  кор 1 в магнитном поле, созданном совокупностью обмоток управлени  2. На обмотке 6 индуктируетс  ЭДС , котора  через щетки, нгаход щиес  на провод щих пластинах поперечной оси А-А, создает ток. Этот ток будет все врем  протекать между комплектами щеток 10 и 11 через вентили 14, 17 и через вентили 15 16. Ток .через вентили 15, 16 проходит тогда, когда щетки, подсоединённые к ним, будут соединены с провод щи ми пластинами коллёктораи Импульсы на включение вентилей 15, 16 от датчика положени   кор  поступают раньще, чем на отключение вентилей 14, 17. Так как комплект шеток Ю.и комплект щеток 11 не замыкают коммутируе мую секцию накоротко, то коммутаци  по оси А-А будет проходить за счет управл емых вентилей 14, 15 и 16, 17 без искрени . Поле рекции  кор  создаетс  ЭДС на продольной оси Б-Б, и если эта ЭДС будет приложена к нагрузке 22, то по витс  ток через щетки 12 и 13. Аналогично щеткам 1О, 11 работают комплекты щеток 12 и 13 по оси .Б-Б, где безискрова  коммутаци  осу:ществл етс  управл емыми вентил ми 18, 19 и 20, 21. Необходимо отметить, что щетки и вентили, работающие по оси Б-Б , выбгфаютс  на больщий ток, чем щетки и вент.или по оси А-.-А. Регулирование выходной величины, поступающей на нагрузку, осуществл етс , как и у обычных ЭМУ, за счет обмоток управлени , хот  возможно и комбинированное управление: за счет управл емых вентилей и за счет обмоток управлени . S Работа схемы по сн етс  на примере моста, подсоединенного к комплектам щеток 13. Пусть левый комплект щеток 13 касаетс  провод щей коллек-торной пластины.. В этом случае ток нагрузки через открытый силовой вентиль 2О, диод 35, щетки и обмотку  кор  6 на щетки 12. Остальные вентили моста закрыты. Ковденсатсры 33 и 34 зар жены. При вращении  кор  правый комплект щеток 13 попадает на провод щую пластину коллектора , при этом датчик управлени  23 . вырабатывает сигнал на включение вентилей 25, 26 и 21, 22. Открытие вентил  26 создает разр дный ток конденсатора 33 через щетки 13, и он закрываетс  , а конденсаторы перезар жаютс . Ток проходит через вентили 21, 36, щетки и обмотку. Дальше цикл повтор етс . Во всех случа х сначала включаетс  управл емый вентиль провод щей коллекторной пластины, а затем отключаетс  вентиль сход щий с провод щей пластины. Така  работа обеспечивает безискровую коммутацию. При работе ЭМУ (фиг. 3) коммутируемый контур поперечной оси образуетс  секцией, подключенной к щеткам 10, i управл емыми венггил ми 14 и 15, щетками 11 и секцией, подключенной к этим щеткам. Таким образом, в коммутации участвуют две секции, ЭДС которых направлены в контуре встречно. В результате коммутаци  обеспечиваетс  управл емыми вентил ми 14, 15 и встречно действующими ЭДС коммутируемых секций. изобретени  мула 1 .Электромащинный усилитель, содержащий  корь, индуктор, коллектор с провод щим и изолиру бщими пластинами, щетки по продольной и поперечной ос м машины, щетки по поперечной оси выполнены кажда  из двух частей, а части противолежащих щеток соединены между собой, отличающийс  тем, что, с целью повышени  быстродействи  и улучшени  коммутации, последовательно с каждой частью щеток включены элекрические . вентили, а ширина каждой части щеток меньше ширины изол1фующсй пластины коллектора.
2. 2.Усилитель no п. 1, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что кажда  из цветок, расположенных по продольной оси, также разделена на две части, между каждой из которых и внешней цепью включен вентипы
3. 3.Усилитель по, пп, 1, 2, отличающийс  тем, что все вентили выполнены неуправл емыми.
4. 4.Усититепь по п. п. 1, 2 отличающийс  тем, ЧТ9 управл емыми

   выполнень только вентили, соединенные со щетками, расположенными по продоль-; ной оси.

   5Источники информации,

   прин тые Ёо внимание при экспертизе

   1. Вольдек А. И. Электрический машины . М., Энерги  , 1974, с. 234-235.

   10 2. Авторское свидетельство CCCJP № 147642, кл. Н 02 К 23/2О, 1961.