SU758401A1 - Электрическа машина посто нного тока с вентильно-механическим коммутатором - Google Patents

Description

Изобретение относится к электрическим машинам, в частности к машинам постоянного тока с дополнительными устройствами для улучшения коммутации. 5

Известны электрические машины постоянного тока с вентильно-механической коммутацией, содержащие механический коллектор, имеющий не мёнее двух рабочих дорожек с проводящими и изолирующими пластинами, контактирующие с ними разнополярные группы щеток, и вентильный переключатель с устройством управления [1] и [2]· В этих машинах разнополярные груп-15 пы щеток подключаются к соответствующим зажимам источника питания через ключевые элементы вентильного переключателя, число которых равно числу пар полюсов машины. Каждый ключевой 20 элемент содержит управляемые, неуправляемые вентили, коммутирующее устройство и линейный дроссель.

Коммутирующее устройство содержит конденсатор, тиристорный вспомога- 25 тельный источник подзаряда.

Однако с увеличением мощности и числа полюсов машины постоянного тока с вентильно-механической коммутацией габариты и установленная мощность эле-30 ментов вентильного переключателя существенно возрастает и главным образом за счет коммутирующих конденсаторов .

Цель изобретения - уменьшение габаритов и установленной мощности коммутирующих конденсаторов вентильного переключателя многополюсной машины путем последовательного исполь10 зования одного конденсатора для коммутации во всех однополярных ключевых элементах.

Поставленная цель достигается тем, что расстояние по рабочей поверхности коллектора между однополярными группами щеток, соответствующее двум полюсным делениям, равно дробному числу коллекторных делений К./Р , а конденсатор коммутирующего устройства, параллельно которому включена цепочка перезаряда из соединенных пос ледовательно тиристора и линейного дросселя, включен между одним из зажимов источника питания машины и объединенными в одну точку электродами тиристоров коммутирующего устройства, электроды противоположной полярности которых подключены к общим точкам соединения управляемых и неуправляемых вентилей ключевых элементов, связанных с тем же зажимом источника питания, что и конденсатор, где Р - число пар полюсов , К - общее число проводящих пластин коллектора.

На чертеже приведена принципиальная электрическая схема многополюсной машины постоянного тока с вентильно-механической коммутацией.

Для упрощения изображены группы щеток и элементы вентильного переключателя положительной полярности. Элементы вентильного переключателя, · связанные с отрицательным зажимом источника питания,, имеют аналогичную структуру. Для пояснения, принципа последовательной коммутации конструкция коллектора на чертеже соответствует четырехполюсной машине.

Предлагаемая машина постоянного тока содержит якорную обмотку 1, подключенную к совмещенному коллектору 2, который имеет не менее двух рабочих дорожек и состоит из проводящих 3-7 и изолирующих 8-13 пластин, контактирующих с группами щеток, каждая из которых состоит из двух составных контактов 14, 15 и 16,17, подключенных к соответствующему зажиму источника питания через ключевые элементы 18, 19, входящие вместе с'коммутирующим устройством 20 в вентйльный пе«реключатель машины. Необходимая последовательность включения элементов вентильного- переключателя обеспечивается устройством 21 управления.Все ключевые элементы, число которых равно числу пар полюсов и соответственно - количеству групп щеток,имеют одинаковые принципиальные схемы и содержат не менее двух ключевых цепей, в свою очередь, состоящих из линейных дросселей 22-25, силовых тиристоров 26-29, обратных 30-33 и отсекающих 34-37 вентилей. Основным элементом коммутирующего устройства является конденсатор 38, включенный между одним из зажимов источника питания и ' объединенными в одну точку электродами (анодами) коммутирующих тиристоров 39-42, катоды которых подключены к общим точкам соединения управляемых и неуправляемых вентилей ключевых элементов. Параллельно коммутирующему конденсатору' включены цепь перезаряда, состоящая из линейного дросселя 43 и тиристора44, а также вспомогательный источник коммутирующего напряжения, обеспечивающий начальный подзаряд конденсатора через тиристор 45 в пусковых режимах работы машины.

Устройство работает следующим образом. Скользящие контакты 14-17 перемещаются относительно рабочей поверхности коллектора 2 слева Направо; в положении скользящих контактов, изображением на чертеже, в проводящем состоянии находятся только силовые тиристоры 26 и 29; ток якоря протекает от положительного зажима источника питания через включенные параллельно линейные дроссели 22, 25, проводящие тиристоры 26, 29, диоды 24, 37, составные контакты 14, 17, находящиеся на проводящих пластинах 3,6₇ через обмотку якоря 1, через контакты и ключевые элементы вентильного переключателя, связанные с отрицательным зажимом источника питания; коммутирующий конденсатор 38 в исходном положении заряжен до напряжения, полярность которого обозначена на чертеже без скобок .

При вхождении правой щетки составного контакта 15 в полное контактирование с проводящей пластиной 4 устройство 21 управления вырабатывает управляющие импульсы для включения тиристоров 27 и 42. Коммутирующий конденсатор 38 обеспечивает отключение ранее проводящего тиристора 26, а в секции обмоток якоря, подключенной к проводящим пластинам 3 и 4, начинается реверсирование тока, заканчивающееся перезарядом конденсатора 38 до напряжения обратной полярности, обозначенной на чертеже в скобках. После завершения коммутационного процесса разрядный ток конденсатора 38 становится равным нулю, тиристоры 26 'и 42 заперты, контакт 14 - обесточен. Ток якоря протекает через паралельно включенные ключевые цепи с проводящими тиристорами 27, 29 и составные контакты 15, 17, контактирующие ¹ с пластинами 4, 5. Весь коммутационный процесс завершается раньше, чем левая щетка составного контакта 14 начинает перемещаться с проводящей пластины 3 на изолирующую 9. Таким ) образом обеспечивается безыскровая· коммутация в машине. До начала очередного коммутационного процесса конденсатор 38 перезаряжается через линейный дроссель 43 и вспомогателье ный тиристор 44 до напряжения исходной.

начена полярности (на чертеже обоэбез'скобок).

При последующем перемещении скользящих контактов на рабочей поверхности коллектора, когда правая щетка составного контакта 16 входит в полное контактирование с пластиной 7, включаются тиристоры 28 и 39 и начинается очередной коммутационный процесс, реверсирования тока в секции, подключенной к пластинам б и 7, который протекает аналогично описанному выше. После окончания коммутации контакт 17, ранее проводящий, обесточен, а ток якоря протекает через параллельно включенные ключевые цепи с проводящими тиристорами 27, 28, контакты 15, 16 и проводящие пластины 4, 7. Затем коммутирующий конденсатор 38 вновь S5 подготавливается к очередной комму тации, перезаряжаясь через элементы 143, 44 . .

.При вхождении составного контакта в контактирование с пластиной 5 начинается очередной коммутационный процесс отключения проводящего тиристора 27 и 'контакта 15 и перебрасывания части якорного тока в ключевую цепь проводящего тиристора 26 и контакта 14. Таким образом обеспечивается режим последовательной коммутации тока во всех однополярных ключевых элементах с помощью одного конденсатора .

Если машина,'например, 4-х полюсная, Р=2, число проводящих пластин коллектора К=17, а ширина щетки каждого составного, контакта в (см. чертеж) равна одной четвертой части ширины проводящей пластины а, то общее число коллекторных делений между указанными группами определяются так

К/Р-47/2

Расстояние по рабочей поверхности коллектора между однополярными группами щеток I при известном диаметре (пусть D=400 мм).находят по формуле t1сРк 3,14-400

Р 2

Последовательность коммутаций’’ для указанного на чертеже расположения контактов(при условии, что в = 4),25 а, а щетки перемещаются сглева направо), следующая.

При перемещении всех щеточных контактов по коллектору на расстояние, равное в правая щетка контакта 15 входит в контактирование с пластиной 4 и начинается переключение тока с контакта 14 на контакт 15. Затем, при продолжающемся вращении якоря, когда все контакты переместятся по коллектору на расстояние.Зв из исходного положения, правая щетка контакта 16 входит в контактирование с. пластиной 7. Происходит переключение тока (т,е коммутационный процесс) с контакта 17 на контакт 16. При перемещении вс$х контактов на расстояние 5в переключается ток с контакта' 15 на контакт '14, при перемещении на 7в - с 16 на 17 и т.д.

Таким образом, коммутационные процессы под всеми однополярными контактами происходят последовательно, через одинаковые промежутки времени, соответствующие перемещению контактов на расстояние, равное 2в.

Claims (2)

1. элементов, св занных с тем же зажимом источника питани , что и конденсатор , где Р - число пар полюсов , К - общее число провод щих плас тин коллектора. На чертеже приведена принципиальна  ,ктрическа  схема многополюсной машины посто нного тока с вентильно-механической коммутацией. Дл  упрощени  изображены группы щеток и элементы вентильного переключател  положительной пол рности Элементы вентильного переключател , св занные с отрицательным зажимом ис точника питани ,, имеют аналогичную структуру. Дл  по снени , принципа по ледовательной коммутации конструкци  коллектора на чертеже соответствует четырехполюсной машине. Предлагаема  машина посто нного тока содержит  корную обмотку 1, под ключенную к совмещенному коллектору 2, который имеет не менее двух рабочих дорожек и состоит из провод щих 3-7 и изолирующих 8-13 пластин, контактирующих с группами щеток, кажда  из которых состоит из двух составных контактов 14, 15 и 16,17, подключенных к соответствующему зажиму источника питани  через ключевые элементы 18, 19, вход щие вместе скоммутирую щим устройством 20 в вентильный переключатель машины. Необходима  последовательность включени  элементов вентильного- переключател  обеспечиваетс  устройством 21 управлени ,Все ключевые элементы, число которых рав но числу пар полюсов и соответственно - количеству групп щеток,имеют одинаковые принципиальные схемы и со держат не менее двух ключевых цепей, в свою о ередь, состо щих из линейны дросселей 22-25, силовых тиристоров 26-29, обратных 30-33 и отсекающих 34-37 вентилей. Основным элементом коммутирующего устройства  вл етс  конденсатор 38, включенный ме)кду одним из зажимов источника питани  и Объединенными в .одну точку электродами (анодами) коммутирующих тиристо ров 39-42, катоды которых подключены к общим точкам соединени  управл емых и неуправл емых вентилей ключ вых элементов. Параллельно коммутирующему конденсатору включены цепь перезар да, состо ща  из линейного дроссел  43 и тиристора44, а также вспомогательный источник коммутирующего напр жени , обеспечивающий начальный подзар д конденсатора через тиристор 45 в пусковых режимах работы мащины. Устройство работает следующим об разом. Скольз щие контакты 14-17 . перемещаютс  относительно рабочей поверхности коллектора 2 слева йапр во; в положении скольз щих контакто изображеннсм на чертеже, в пpoвoд ад состо нии наход тс  только силовые иристоры 26 и 29; ток  кор  протекат от положительного зажима источика питани  через включенные паралельно линейные дроссели 22, 25, проод щие тиристоры 26, 29, диоды 24, 7, составные контакты 14, 17, наход щиес  на провод щих пластинах 3,6у через обмотку  кор  1, через контакты и ключевые элементы вентильного переключател , св занные с отрицательным зажимом источника питани ; коммутирующий конденсатор 38 в исходном положении зар жен до напр жени , пол рность которого обозначена на чертеже без скобок . При вхождении правой щетки составного контакта 15 в полное контактирование с провод щей пластиной 4 устройство 21 управлени  вырабатывает управл ющие импульсы дл  включени  тиристоров 27 и 42. Коммутирунадий конденсатор 38 обеспечива.ет отключение ранее провод щего тиристора 26, а в секции обмоток  кор , подключенной к провод щим пластинам 3 и 4, начинаетс  реверсирование тока, заканчивающеес  перезар дом конденсатора 38 до напр жени  обратной пол рности, обозначенной на чертеже 0 скобках. После завершени  коммутационного процесса разр дный ток конденсатора 38 становитс  равным нулю, тиристоры 26 и 42 заперты, контакт 14 - обесточен . Ток  кор  протекает через паралельно включенные ключевые цепи с провод щими тиристорами 27, 29 и составные контакты 15, 17, контактирующие с пластинами 4, 5. Весь коммутационный процесс завершаетс  раньше, чем лева  щетка составного контакта 14 начинает перемещатьс  с провод щей пластины 3 на изолирующую 9. Таким образом обеспечиваетс  безыскроваЯ коммутаци  в машине. До начала очередного коммутационного процесса конденсатор 38 перезар жаетс  через линейный дроссель 43 и вспомогательный тиристор 44 до напр жени  исходной пол рности (на чертеже обозначена безскобок). При последующем перемещении скольз щих контактов на рабочей поверхности коллектора, когда права  щетка составного контакта 16 входит в полное контактирование с пластиной 7, включаютс  тиристоры 28 и 39 и начинаетс  очередной кс лмутационный njsbЦесс; . реверсировани  тока в секции, подключенной к пластинам б и 7, который протекает аналогично описанному выше. После окончани  коммутации контакт 17, ранее провод щий, обесточен, а ток  кор  протекает чере.з параллельно включенные ключевые цепи с провод щими тирйсторгичи 27, 28, контакты 15, 16 и провод щие пластины 4, 7. Затем коммутирующий конденсатор 38 вновь подготавливаетс  к очередной комму .тации, перезар жа сь через элементы |43, 44. . .При вхождении составного контакта 14 в контактирование с пластиной 5 начинаетс  очередной коммутационный процесс отклю чени  провод щего тиристора 2 и контакта 15 и перебрасы вани  части  корного тока в ключевую цепь провод щего тиристора 26 и контакта 14. Таким образом обеспечивает с  режим последовательной коммутации тока во всех однопол рных ключевых элементах с помощью одного конденсатора . Если машина,-например, 4-х полюсна , , число провод щих пластин коллектора , а ширина щетки каждого составного, контакта в (см. чертеж) равна одной четвертой части ширины провод щей пластины а, то общее число коллекторных делений между указанными группами определ ют с  так K/P-IT/a. Рассто ние по рабочей поверхности коллектора между однопол рными группами щеток t при известном диаметре (пусть мм).наход т по формуле .О.И..Ьг8м Последовательность коммутаций дл  указанного на чертеже расположени  контактов (при условии, что в Ю,25 а, а щетки перемещаютс  Ьлева направо), следующа . При перемещении всех щеточных кон тактов по коллектору на рассто ние, равное в права  щетка контакта 15 входит в контактирование с пластиной 4 и начинаетс  переключение тока с контакта 14 на контакт 15. Затем, пр продолжающемс  вращении  кор , когда все контакты перемест тс  по коллектору на рассто ние.Зв из исходного положе-ни , права  щетка контакта 16 входит в контактирование с. пластиной 7. Происходит переключение тока ( коммутационный процесс) с конт.акта 17 на контакт 16. При перемещении всех контактов на рассто ние 5в переключаетс  ток с контакта 15 на контакт 14, при перемещении на 7в - с 16 на 17 и т.д. Таким образом, коммутационные процессы под всеми однопол рными контактами происход т последовательно, через одинаковые промежутки времени. соответствующие перемещению контактов на рассто ние, равное 2Б. Формула изобретени  Электрическа  машина посто нного тока с вентильно-механическим KC Iмутатором , содержаща  механический коллектор, имеющий не менее двух рабочих дорожек с провод щими и изолирующими пластинами, контактирующие с ним разнопол рные группы щеток, содержащие несколько контактов, подключенных к соответствующему зажиму источника питани  через ключевые элементы вентильного переключател , в свою очередь, содержащие несколько ключевых цепей,содержащих соединенные последовательно линейный дроссель , управл емый и неуправл емый вентили, ксждмутирукацее устройство, содержащее конденсатор, тиристоры, и вспомогательный источник подзар да , и устройство управлени , вентильным переключателем,- отличающа с  тем, что, с целью уменьшени  габаритов и установленной мсицности коммутирующих конденсаторов .вентильного переключател , путем последовательного использовани  одного конденсатора дл  коммутации во всех однопол рных ключевых элементах, рассто ние по рабочей поверхности коллектора между однопол рными группами щеток, соответствующее двум полюсным делени м, равно дробному числу коллекторных делений К /Р, а конденсатор коммутирующего устройства, параллельно которому включена цепочка перезар да из соединенных последовательно тиристора и линейного дроссел , включен между одним из зажимов источника питани  машины и объединенными в одной точку электродами тиристоров коммутирующего устройства, электроды противоположной пол рности которых подключены к общим точкам соединени  управл емых и неуправл емых вентилей ключевых элементов, св занных с тем же зажимом источника питани , что и конденсатор, где Р - число пар полюсов, К - общее число провод щих пластин коллектора. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 382202, кл. Н 02 К 13/14, 1970.
2. 2.Авторское свидетельство СССР .-441631, кл. Н 02 К 13/14, 1974. г i f - js Ч