Коллекторная электрическая машина постоянного тока с вентильно-механической коммутацией

Коллекторная электрическая машина постоянного тока с вентильно-механической коммутацией

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ц 56204I

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Х АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Сааз Советских

Сопиалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 15.07.74 (21) 2044644/07 с присоединением заявки №вЂ” (51) М. Кл. Н 02К 13/14

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 15.06.77. Бюллетень № 22

Дата опубликования описания 18.04.77 (53) УДК 621.313.2 (088,8) (72) Авторы изобретения

Л. В. Ванкевич и И. Л. Ваикевич (71) Заявитель (54) КОЛЛЕКТОРНАЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА

ПОСТОЯННОГО ТОКА С ВЕНТИЛЬНО-МЕХАНИЧЕСКОЙ

КОММУТАЦИЕЙ

Государственный комитет (23) Приоритет

Изобретение относится к области электрических машин и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для преобразования электрической энергии в механическую или, наоборот, механической в электрическую.

В известных коллекторных электрических машинах постоянного тока коммутация улучшается за счет применения тиратронов, неуправляемых полупроводниковых вентилей, управляемых вентилей и совокупности неуправляемых и управляемых вентилей (1, 2).

Известные коллекторные электрические машины с вентильно-механической коммутацией содержат один или два раздельных коллектора с токоведущими и холостыми пластинами, контактирующими с разнополярными щетками, каждая из которых состоит из двух частей, подключенных к полупроводниковым переключателям.

Однако эти машины громоздки, сложны конструктивно, дороги.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является коллекторная электрическая машина постоянного тока с вентильно-механической коммутацией (3), содержащая два коллектора с токоведущими и холостыми пластинами, контактирующими с группами разнополярных щеток, подключенHbIx к узлу управления, состоящему из 4-х переключателей, выполненных на управляемых полупроводниковых вентилях с конденсаторами, основным и дополнительным источниками питания, причем каждый переключатель вы5 полнен в виде моста, в одну диагональ которого включен конденсатор, а в другую диагональ включены последовательно соединенные дополнительный источник питания, дроссель и один из разделительных диодов.

10 Недостатками указанного устройства являются большое количество переключателей, что вызывает установку большого количества полупроводниковых вентилей и удорожание устройства и его эксплуатации, а также сниже15 ние надежности управления за счет большого количества управляемых вентилей.

Для упрощения конструкции и повышения ее надежности путем осуществления более надежного управления процессом коммутации

20 в секциях якоря и совмещения его с широтноимпульсным управлением в предлагаемой машине узел управления выполнен в виде сдвоенного моста, в одну из диагоналей которого включены конденсаторы и однополярные

25 группы щеток через неуправляемые вентили, в другую диагональ включен дополнительный источник питания через сопротивления, а группы щеток противоположной полярности подключены к основному источнику питания

30 через неуправляемые вентили, 562O4i

На фиг. 1 показана схема описываемой машины постоянного тока с вентильно-механической коммутацией; на фиг. 2 — схема расстановки щеток при одном коллекторе; на фиг. 3 — схема расстановки щеток при двух коллекторах; на фиг. 4 — коммутация секции якоря, подключенной к источнику питания через неуправляемые вентили; на фиг. 5 — то же, с учетом влияния управляемых вентилей; на фиг. 6 — то же, с учетом широтно-импульсного,регулирования.

Коллекторная машина имеет обмотку якоря 1, обмотку возбуждения 2 и коллектор 3.

Коллектор 3 имеет холостые пластины 4 и токоведущие пластины 5. На коллекторе устанавливаются сдвоенные группы щеток одной полярности 6, 7 и второй полярности 8, 9. Ширина коллекторной пластины 5 равна или больше ширины изоляции 4, при этом ширина щетки уже ширины холостой пластины 4 и щетка не замыкает двух токоведущих коллекторных пластин.

Разнополярные щетки выполнены из двух ,групп. При выполнении электрической машины с двумя коллекторами ширина обеих щеток должна быть не более ширины холостой пластины, а для машины с одним коллектором ширина каждой щетки — менее ширины холостой пластины.

Группы щеток 6 и 7 подключены через неуправляемые полупроводниковые вентили 10 и 11 к диагонали управляемого переключателя в виде сдвоенного моста 12.

Сдвоенный мост состоит из управляемых полупроводниковых силовых вентилей 13, 14 и вспомогательных управляемых вентилей 15, 16, 17, 18. В диагональ 19 — 20 сдвоенного моста включены коммутирующие конденсаторы

21 и 22, а к диагонали 23 — 24 подключен дополнительный (коммутирующий) источник питания постоянного тока 25 через соответствующие сопротивления 26, 27, 28, 29 для настройки управления. Точки 24 и 30 подсоединяются к источнику постоянного тока 31 (для двигателя) или являются источником тока (для генератора). Группы щеток 8 и 9 через неуправляемые полупроводниковые вентили

32, 33 подключены к полюсу источника питания 30. Вариантом выполнения, машины является многополюсная машина с большим числом щеточных групп, которые объединяются в параллели, а затем подключаются к узлу управления через неуправляемые вентили.

Силовые управляемые полупроводниковые вентили 13, 14, управляемые вентили 15 — 18 с конденсаторами 21 и 22 и вспомогательным источником питания 25 и комплектом настроечных сопротивлений образуют один управляемый переключатель, который по команде схемы управления 34 осуществляет безыскровую коммутацию обмотки якоря и одновременно широтно-импульсное регулирование скорости.

С целью повышения токосъема, возможно применение щеток с меньшим удельным сопротивлением, так как здесь величины сопротивления щетки не оказывают влияния на коммутируемый контур.

Работа машины проходит следующим образом. Ток нагрузки протекает через открытый силовой вентиль 13, диод 10, щеточную группу 6, обмотку якоря 1 на щеточную группу 8 через силовой диод 32 и далее к источнику питания 31.

Остальные вентили сдвоенного моста закрыты, Конденсаторы 21 и 22 заряжены. При вращении якоря щетка 7 попадает на проводящую коллекторную пластину, при этом схема управления 34 вырабатывает сигнал на включение вентилей 16, 15 и 14, 17. В результате открытия вентиля 16 создается разрядный ток конденсатора 21 через вентиль 13, и он закрывается, а конденсаторы перезаряжаются. Ток проходит в машину через вентили

14, 11, 33. В дальнейшем цикл повторяется.

На фиг. 1 видно, что цепь тока проходит через машину только от щеток 7 к щеткам 9 или от щеток 6 к щеткам 8 (по обоим параллельным цепям). Это вытекает из того, что потенциал

25 между щетками, например, 6, 8 всегда больше потенциала между. шетками 6, 9. В результате в точке схемы 30 возникает подпор напряжения, который заставляет протекать ток только между щетками 6, 8 и 7, 9 по обеим

З0 параллельным цепям якоря, а это значит, что для управления машиной достаточно применение одного сдвоенного моста.

По указанному принципу осуществляется безыскровая коммутация якоря.

35 Управление скоростью машины (двигателя) осуществляется широтно-импульсным регулированием напряжения, которое происходит также с использованием одного сдвоенного моста. В этом случае схема управления 34 вы40 рабатывает сигнал, который обеспечивает включение в рассмотренном сдвоенном мосте вентилей 16, 15 раньше, чем включение вентилей 14, 17, а в последующий момент обеспечивает включение вентилей 16, 18 раньше, чем

45 включение вентилей 13, 17, то-есть осуществляется необходимая поочередная задержка включения силовых вентилей 13 и 14, что и обеспечивает необходимый диапазон регулирования.

50 Поясняем прохождение коммутации в секции якоря, подключенной не к коммутирующему устройству с широтно-импульсной модуляцией, а к источнику питания 31 непосредственно через неуправляемые вентили 32, 33.

Как видно из фиг. 1, группы щеток 6 и 7 подключены к источнику энергии через управляемые силовые вентили, а группы щеток 8—

9 — через неуправляемые вентили 32 — 33. Не60 управляемые вентили при отсутствии широтно-импульсного регулирования в управляемых вентилях обеспечивают в коммутируемой секции якоря естественную коммутацию, которая должна протекать, как указано на фиг. 4, 65 где I„— ток якоря (I =i<+i );

562041

t> — время начала коммутации группой щеток 8, 9 через вентили 32 и ЗЗ;

t> — время конца коммутации группой щеток 8, 9 через вентили 32 и ЗЗ.

Сплошной линией указана коммутация вентилем 32 и пунктирной линией — коммутация вентилем 33. Коммутирующая ЭДС в секции якоря открывает вентиль 33 в момент времени 1 и, ток il из вентиля 32 переходит в вентиль 33 через интервал времени коммутации

t< — 4. Так как ток шетки 8 и вентиля 32 достигает нулевого значения раньше, чем щетка разомкнула проводящую пластину, то эта шетка не будет искрить, в результате чего обеспечивается безыскровая коммутация.

Если же учесть, что в щетках 6, 7 процесс коммутации управляем, а эти щетки включены последовательно со щетками 8, 9, то процесс коммутации на неуправляемыx вентилях будет улучшен и в любом случае будет обеспечена безыскровая коммутация, что видно из фиг. 5.

3а счет влияния схемы управления коммутация в неуправляемых вентилях произойдет не в точке 1, а в точке t>, то есть ток на размыкаемой шетке достигает нуля раньше на интервал времени (; — t>. Это обеспечивает улучшение коммутации (возникает ускоренная коммутация).

Управляемые вентили, обеспечивающие управляемую коммутацию электрической машины, одновременно обеспечивают и широтноимпульсное регулирование скорости пми вырабатываемого напряжения (для генератора).

Так как управляемые вентили включены последовательно с неуправляемыми вентилями

32, ЗЗ, то в обшем случае коммутация секций якоря, подключенных через вентили 32 и 33, будет проходить согласно фиг. 6.

На этой фигуре интервал 4 — 4 соответствует времени задержки на включение силового управляемого вентиля.

Отключение тока якорной цепи во всех случаях осуществляют силовые управляемые вентили 13 и 14, благодаря чему шетки 8 и 9 во всех режимах обеспечивают безискровую коммутацию.

Таким образом, коммутапия в секциях, подключенных через неуправляемые вентили к источнику питания, осугцествляется за счет

50 совокупности естественной коммутации неуправляемых вентилей и коммутирующего устройства, осуществляющего управляемую коммутацию и широтно-импульсное регулирование. Совокупность указанных факторов обеспечивает надежную работу.

Предложенная машина может работать в качестве двигателя постоянного тока с регулированием скорости, а также в качестве генератора постоянного тока, вырабатывающего напряжение, изменяющееся в больших пределах, либо в качестве обычного генератора, если задержку на включение силовых вентилей

13 и 14 сделать равной нулю.

Формула изобретения

Коллекторная электрическая машина постоянного тока с вентильно-механической коммутацией, содержащая по крайней мере один коллектор с токоведущими и холостыми пластинами, контактирующими с группами разнополярных щеток, подключенных к узлу управления на полупроводниковых управляемых вентилях с конденсаторами, основным и дополнительным источниками питания, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения ее надежности, узел управ,дения выполнен в виде сдвоенного моста, в одн из диагоналей которого включены конденсаторы и однополярные группы щеток через неуправляемые вентили, в другую диагональ включеH дополнительный источник питания через сопротивления, а группы щеток противоположной полярности подключены к основному источнику питания через неуправляемые вентили.

Источник информации, принятый во внимание при экспертизе

1. журнал «Электричество» № 8, 1959, стр. 59.

2. Плющ В М. и др. «Анализ электромагнитных процессов при вентильно-механической коммутации в машинах постоянного тока без добавочных полюсов», журнал «Электричество» № 9. 1973.

3. Авторское свидетельство СССР № 377943, М. Кл. Н 02К 13/14, 1972 (прототип).

562041

Фиа2

pva. $. д .12 гг "з

Л1

Рог. 4 5 2 3 р

Фиг. 5

Л Л з 6 3

Уиа б

Составитель А. Трепутнева

Техред О. Тюрина

Корректор Л. Брахнина

Редактор И. Шейкин

Заказ 1539/9 Изд, № 522 Тираж 917 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д, 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2