Аппарат ванкевича для исследования коммутации коллекторных электрических машин

Аппарат ванкевича для исследования коммутации коллекторных электрических машин

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И т-А-И--И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

11Ц 523491

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 12.03.73 (21) 1891289/07 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30.07.76. Бюллетень № 28

Дата опубликования описания 04.10.76 (51) М. Кл. Н 02К 13/14

Государственный комитет

Совета Министров СССР, по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.313.2 (088.8) (72) Автор изобретения

Л. В. Ванкевич

Краматорский индустриальный институт (71) Заявитель (54) АППАРАТ ВАНКЕВИЧА ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ

КОММУТАЦИИ КОЛЛЕКТОРНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использовано для исследования коммутации коллекторных машин постоянного и переменного тока, коллекторных машин с вентильно-механической коммутацией, а также для передачи или приема сигнала.

Известен аппарат для передачи сигналов, содержащий вал с закрепленными на нем коммутирующими элементами, а также щеткодержатели со щетками.

В аппарате этом коммутатор имеет электропривод, который используется совместно с аппаратурой для обслуживания колодцевых скважин. Коммутатор состоит из полукруглых сегментов, электрически соединенных с проводящими кольцами, разделенных изоляцией.

Щетка выполнена из двух металлических пластин, находящихся в разных щеткодержателях. Сами щеткодержатели за счет эксцентриков, на которых они насажены, могут перемещаться и тем самым изменять ширину щеточной зоны.

Недостатком этого аппарата является то, что он не обеспечивает нормального периода коммутации, в нем очень сложно создать цикл коммутации, он рассчитан на малые токи ит.д.

Известен также аппарат для исследования коммутации коллекторных электрических машин, содержащий вал с закрепленными на нем ком мутирующими элементами, моделирующими коллекторные пластины, щеткодержатели со щетками, элемент, моделирующий коммутирующую секцию исследуемой машины

5 с датчиками для подключения измерительных устройств, например измерительных шунтов, обмоток и сопротивлений, устройство для подключения источника питания и щеток к элементам, моделирующим коммутирующие сек10 ции машины

Установленные щетки позволяют осуществлять коммутацию секции, поочередно переключаемой из одной параллельной цепи в другую.

15 В известном устройстве не исследуется коммутация одновременно, в нескольких параллельных ветвях. На известном аппарате нельзя исследовать, проверить и установить, как зависит процесс коммутации от толщины

20 изоляции между коллекторными пластинами или величины щеточного перекрытия.

Целью изобретения является обеспечение возможности исследования процесса коммутации одновременно в нескольких параллельных цепях при соблюдении соотношений перекрытия пластин и величин межламельной изоляции различного типа машин и в результате установление наиболее эффективных данных машины, т. е. расширение функциональных

33 возможностей, 52349

В предлагаемом аппарате для исследования коммутации электрических коллекторных машин поставленная цель достигается за счет выполнения коммутирующих элементов в виде набора программных дисков, состоящих из обода, посаженного на вал с возможностью поворота, и кольца с вырезами, выполненного из токопроводящего материала, закрепленного на ободе и изолированного от последнего, причем вырезы кольца равномерно расположены по его окружности и заполнены электроизоляционным материалом, при этом попарно расположенные диски подключены между собой, например, параллельно или последовательно.

На фиг. 1 показан предложенный аппарат; на фиг. 2 — программный диск в двух проекциях; на фиг. 3 — схема коммутации; на фиг. 4 — схема коммутации при четырех параллельных цепях; на фиг. 5 — положение сдвоенных программных дисков перед изменением эквивалентного расстояния изоляции; на

20 фиг. 6 — положение сдвоенных программных

Количество программных дисков зависит от числа параллельных цепей якоря. Так при наличии двух параллельных цепей (фиг. 3) программных дисков необходимо восемь. Устройство всех программных дисков одинаково.

Ободы дисков изготовляются из изоляционного материала. При изготовлении обода из металла между кольцами и ободом необходимо поместить изоляцию. Количество вырезов на кольцах определяется коллектором машины, коммутацию которой нужно исследовать.

Между программными дисками находятся дистанционные прокладки 12. Справа и слева от набора коммутирующих элементов помещены опорные шайбы 13, 14. Диски закреплены на валу специальной гайкой 15. Вал с набором программных дисков находится в стойках с подшипниками 16, 17 и соединен муфтой 18 с двигателем 19, допускающим регулирование скорости в пределах, необходимых для обеспечения реального процесса коммутации.

На опоре 20 размещены щеткодержатели со щетками 21 — 36. Программные диски 2 — 9 через щеткодержательные устройства со щетка55

65 дисков, дающее измененную величину эквивалентного расстояния изоляции; на фиг. 7— развертка программных дисков; на фиг, 8— схема последовательного соединения дисков; на фиг. 9 — программа коммутации.

На вал 1 помещены коммутирующие элементы, выполненные в виде набора программных дисков 2 — 9, каждый из которых состоит из обода 10 (фиг. 2), посаженного на вал 1 с возможностью поворота, и кольца 11 с вырезами а, выполненного из токопроводящего материала, закрепленного на ободе и изолиро- З5 ванного от последнего, причем вырезы кольца равномерно расположены по окружности и заполнены электроизоляционным материалом для того, чтобы не создавать вибрации щеток. 40

4 ми 21 — 36 соединены между собой в параллель либо последовательно.

На фиг. 5 показано соединение в параллель дисков 2 — 3 через щетки 21 — 23, 22 — 24 (для лучшего обозрения программный диск 3 повернут; на фиг. 8 приведено последовательное соединение тех же дисков).

Так как программные диски вращаются, то коммутация осуществляется двумя комплектами щеток, из которых один осуществляет постоянный контакт с кольцами (щетки 21, 23;

25, 27; 29, 31; 33,35), а второй комплект щеток (22, 24; 26, 28; 30, 32; 34, 36) соединяют с кольцами через выступы по установленной программе (см. фиг. 3).

Электрическая коллекторная машина, коммутацию которой необходимо исследовать, представляется в виде элементов 1 и II, моделирующих коммутирующие секции исследуемой машины, соединенных с моделированными параллельными цепями якоря III u IV (фиг. 3). В дальнейшем элементы 1 и II называются коммутирующими секциями.

Коммутирующие секции снабжены регистрирующей аппаратурой. Например, через шунт Я включают осциллограф, измеряющий изменение тока коммутирующей секции; через катушку М, индуктивно связанную с коммутирующей секцией, измеряют электродвижущую силу самоиндукции. Сопротивление Я„питается от специального подпиточного генератора и выполняет роль дополнительных полюсов во время исследования коммутации. Необходимая измерительная аппаратура может быть включена и в моделированные цепи якоря III и IV. Если число исследуемых параллельных ветвей необходимо увеличить, то нужно добавить количество коммутирующих элементов (см. фиг. 4).

Собрав схему моделируемой машины, присоединяют ее к аппарату для исследования коммутации в точках Е, F, 6, Н (фиг. 3).

К точке Е присоединяются щетки 22, 24; к точке F — щетки 30, 32; к точке б — щетки

34, 36; к точке Н вЂ” щетки 26, 28. При сборке схемы необходимо так располагать элементы исследуемых контуров, чтобы избежать влияния взаимноиндуктивных связей, не существующих в реальной машине.

Напряжение подводится к щеткам 21, 23, 29, 31 («плюс») и к щеткам 33, 35, 25, 27 через отстроечный резистор 37 («минус») .

Если программный диск 2 разбить на последовательно повторяющиеся при вращении положения (интервалы) А, В, С, D; А, В, С, D ..., то все программные диски можно так установить относительно диска 2, чтобы при вращении щеток 22, 24 и 26, 28 подавалось последовательно напряжение в положениях А, В, D, а щетки 30, 32 и 34, 36 — в положениях

В, С, D (программа фиг. 9).

На основании рассмотрения процесса коммутации в данном аппарате автором выведена формула определения периода коммутации аппарата:

523491

60 (bur bn)

° и ——

7 .К(Ь, + bÄ) где О,ц—

܄—

П— ширина щетки; ширина изоляции между зубцами; ширина зубца; число оборотов аппарата в минуту (задается двигателем 19); коэффициент для получения числа оборотов в секунду; число зубцов на программном диске.

60—

Приведенной формулой и определяются оптимальные величины программного диска (бщ, b„, b<, К). В описании принята ширина выступа b„., равная ширине выреза (изоляции)

b«, т. е. к= 1 и

Ширина щетки Ьщ должна быть меньше ширины выступа b„., т. е. д,ц(6„. нами принято

ЬЦ=0,5 b

Указанные величины выбираются таким образом, чтобы конструктивно создавалась надежная контактная конструкция для исследования коммутации, Для наведения на зубцах дисков пленки, дополнительно устанавливаются щетки (ни с чем не соединенные и на чертеже не показанные). Для настройки аппарата, заключающейся в установке программных дисков, он имеет мерные деления на дистанционных прокладках 12 и боковых поверхностях дисков.

Аппарат работает следующим образом.

К собранному контуру с коммутирующими секциями 1 и II и моделированными параллельными цепями якоря III> IV, имеющему измерительную аппаратуру, подсоединяются щеткодержатели со щетками в точках Е, F, 6, H. К щеткам 21, 23 и 29, 31 подводится, напряжение («плюс»), а к щеткам 33, 35 и 25, 27 подводится, через регулировочный резистор отрицательный потенциал (см. фиг. 3) .

Щетки 21, 23 и 29, 31, а также щетки 33, 35 и

25, 27 постоянно соединены с соответствующими кольцами, а щетки 22, 24 и 26, 28, а также щетки 30, 32 и 34, 36 скользят по выступам колец и соединяются с соответствующими кольцами согласно программе. На фиг. 3 (в виде однополюсных рубильников) указаны все щетки. Программа начинается с положения

А, в котором щетки 22, 24 и 26, 28 включены.

Программные диски, состоящие из обода 10 с установленным изолированным кольцом 11 с вырезами а, равномерно расположенными по окружности и заполненными изоляцией, и выступами в (фиг. 2), устанавливают так, чтобы осуществить программу, показанную на фиг. 3, 7 и разъясненную ниже.

Когда щетки касаются токопроводящих вы25

40 сходят с выступов, отключая соответствующую цепь, но зато выступов касаются щетки

45 22, 24 и 26, 28 и процесс повторяется. После10

65 ступов колец, они замыкают соответствующую цепь схемы (фиг. 3), а когда щетки касаются изолированных участков а — соответствующие цепи разомкнуты.

В программе (фиг. 9) крестиками указаны положения, при которых щетки касаются выступов и пустые клетки означают, что щетка в этом положении полностью касается изоляции (разомкнута). Следа от положений программы цифры 22, 24; 26, 28; 30, 32; 34, 36, указывают. какая из щеток в каком находится положении. На фиг. 7 дана развертка колец с расположенными щетками, положения программных дисков указаны буквами Л, В, С, D.

По фиг. 7 (так же, как и Ilo программе на фиг. 9) видно, например, что прп вращении вала 1 с программными дисками в положении

А щетки 22, 24 и 26, 28 включены, а щетки 30, 32 и 34, 36 выключены. В положении В щетки

22, 24 и 26, 28 еще остаются включенными, а щетки 30, 32 и 34, Зб уже включены, и т. д.

Каждому положению соответствует поворот дисков аппарата на полделения выступа (или выреза), так как b„=b„

На фиг. 7 приведена развертка всех программных дисков. Щетки неподвижны, а диски вращаются с одинаковой скоростью и (допустим, влево, как указано стрелкой). Например, в положении А щетки 22, 24 касаются выступов на кольцах дисков 2, 3, а щетки 26, 28 — выступов на дисках 4, 5. Затем при вращении, когда мимо щеток 22, 24 и 26, 28 пройдет часть соответствующего выступа, щетки 30, 32 и 34, 36 начинают касаться выступов на дисках 6, 7 и 8, 9 (положение В).

Когда щетки 22, 24 и 26, 28 проходят выступы и попадают на изоляцию (положение С, щетки 30, 32 и 34, 36 прошли часть выступа) цепь замкнута. Дальше щетки 30, 32 и 34, 36 проходят оставшуюся часть выступа, а щетки

22, 24 и 26, 28 касаются выступов на кольцах (положение D), дальше щетки 30, 32 и 34, Зб довательное включение и отключение щеток в зависимости от положения колец и отображено в виде программы.

Включив двигатель 19 и задав необходимую скорость, по включенным приборам исследуется процесс коммутации, который протекает по следующим этапам:

1. Когда щетки 22, 24 и 26, 28 касаются выступов (положение Л), ток идет по часовой стрелке через коммутирующую секцию I, параллельную цепь якоря IV, щетки 26, 28, установочный резистор 37 на «минус» и одновременно против часовой стрелки через параллельную цепь Ш, коммутирующую секцию II, щетки 26, 28, установочный резистор на «минус».

2. Включаются щетки 30, 32 и 34, 36, а щетки 22, 24 и 26, 28 еще остаются включенными (положение В). Включение щеток 30, 32 и 34, 36 осуществляет замыкание коммутирующих

523491

7 секций. Секция 1 замкнута щетками 22, 24 и

30, 32, а секция 11 щетками 26, 28 и 34, 36.

В этих секциях протекает ток коммутации.

Направление тока в параллельных цепях якоря III u IV сохраняется.

3. В третьем этапе коммутации щетки 22, 24 и 26, 28 отключаются и ток в коммутирующих секциях 1 и II реверсируется, а в параллельных цепях — сохраняет свое направление.

В дальнейшем цикл повторяется (включаются щетки 22, 24 и 26, 28, затем отключаются щетки 30, 32; 34, 36 и т. д.).

В рассмотренном случае исследуется коммутация одновременно в двух параллельных цепях, моделирующих реальный процесс коммутации электрической машины. Таким же способом исследуется коммутация в и параллельных цепях (например на фиг. 4 — в четырех параллельных цепях).

Согласно схеме на фиг. 4 моделируется электрическая машина с четырьмя параллельными ветвями якоря Ш, IV, VII, Ч111 и четырьмя коммутирующими секциями 1, II, V, VI. Коммутирующие секции представлены перемычками около щеток, а параллельные цепи якоря — дугами. Ответвления на измерительные приборы здесь не показаны. Не показаны и постоянно включенные щетки.

Для того, чтобы исследовать коммутацию в параллельных цепях при соблюдении соотношений перекрытия коллекторных пластин и величины межламельной изоляции различного типа машин, необходимо программный диск 3 (фиг. 5, 6) смесить на валу на угол м. На этот же угол должны быть смещены и диски 5, 7,9.

Как нетрудно убедиться, смещение дисков ведет к уменьшению эквивалентного расстояния изоляции а„ на величину, пропорциональную углу и,, и одновременно увеличивает эквивалентную ширину выступа (моделирующего собой коллекторную пластину) . Это позволяет нам исследовать коммутацию в функции толщины изоляции между коллекторными пластинами, а также настраивать и исследовать процесс коммутации целой серии электрических машин, что в известных аппаратах невозможно.

На основании исследования коммутации в функции толщины изоляции можно не только судить о характере процесса коммутации, но и выбрать наиболее эффективную толщину межламельной изоляции коллектора.

При исследовании коммутации в функции толщины изоляции между коллекторными пластинами в вышеприведенную формулу по определению периода коммутации вместо б„необходимо проставить а,, (эквивалентное расстояние) . Рассматривая вышеприведенную формулу по определению T„„, мы видим, что, регулируя а,„наш аппарат обеспечивает изменение периода коммутации в большом диапазоне, что очень полезно.

У машин с вентильно-механической коммутацией изоляция между коллекторными пластинами достигает особенно большой величи5

8 ны. Поэтому при исследовании коммутации последних, целесообразно применять не только параллельное включение программных дисков, но и последовательное. При применении последовательного соединения дисков эквивалентное расстояние изоляции а, между пластинами можно значительно увеличивать (в то время как при параллельном соединении— уменьшать). На фиг. 8 приведено последовательное соединение для дисков 2 и 3, смещенных на 0,5 выступа. Соответственно соединяются и другие диски.

Если же исследуют коммутацию при постоянном размере толщины изоляции между коллекторными пластинами (при а=а,), то в этом случае, параллельные программные диски могут быть отключены. Для настройки аппарата имеются мерные деления на дистанционных прокладках и боковых поверхностях дисков. Настройка производится при ослабленном диске 9.

Предлагаемый аппарат, наряду с основным его назначением может быть использован для передачи или приема сигналов, длительность которых в этом случае может регулироваться за счет смещения дисков 3, 5, 7, 9. Понятно, что при передаче или приеме сигналов цепи моделирующие электрическую машину не нужны, а щетки дисков могут соединяться между собой не только параллельно и последовательно, как указано выше, но и параллельно-последовательно, что дает большую гибкость настройки и регулирования длительности сигналов.

По сравнению с известными аппаратами, предлагаемый аппарат имеет следующие преимущества.

1. Обеспечивается возможность исследования процессов коммутации в реальных электрических машинах.

2. Возможность исследования процессов коммутации одновременно в и параллельных цепях при соблюдении соотношений перекрытия пластин и величины межламельной изоляции различного типа машин.

3. Возможность на основании проведенных исследований выбрать оптимальные параметры коллекторных машин.

4. Помимо основного своего назначения аппарат может быть использован для передачи или приема сигналов, при этом скорость и длительность передачи может плавно регулироваться в больших пределах и имеет высокое бы стр оде йств и е.

Формула изобретения

Лппарат для исследования коммутации коллекторных электрических машин, содержащий вал с закрепленными на нем коммутирующими элементами, моделирующими коллекторные пластины, щеткодержатели со щетками, элементы, моделирующие коммутирующие секции машины с датчиками для подключения измерительных устройств, например измери523491

12 8 Я U 17

21 22 Ы 2Ф 2S28 27 28 25 Я20Л Л Л 1Ф Х5 ЮЮ

Рог 1 .

Риг 2

9 тельных шунтов, обмоток и сопротивлений, устройство для подключения источника питания и щеток к элементам, моделирующим коммутирующие секции, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем исследования коммутации в нескольких параллельных цепях при соблюдении соотношений перекрытия пластин и величин межламельной изоляции различного типа машин, коммутирующие элементы выполнены в виде набора программных дисков, состоящих из обода, укрепленного на валу с возможностью поворота, и токопроводящего кольца с вырезами, закрепленного на ободе и изолированного от последнего, при этом вырезы кольца равномерно расположены по окружности и заполнены электроизоляционным материалом, а попарно расположенные диски соединены между собой, например, последова10 тельно или параллельно.

523491

Rapoeeeue

Ю А E e D A Ю С Ю р г С Ю р б С 5 р г С Ю А а. С (((((((((((((((((( (« ((2S

22

2б

2б

27

2В

Рцг 7

IïIë I > I< Iю Iÿ ю Ie Ie IA I ã ñ þ I ÿ г с IëIë I ãIñ I þIä р с, 523491

Составитель А. Трепутнева

Текред Т. Курилко

Корректор Е. Рожкова

Редактор В. Левятов

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2051/15 Изд. ¹ 1564 Тираж 882 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5