Электрическая машина постоянного тока с вентильно- механическим коммутатором

Электрическая машина постоянного тока с вентильно- механическим коммутатором

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советскик

Социал истическиз

Республик

ОП ИКАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ((>888287

6! ) Дополнительное к авт. свид-ву

Азербайджанский институт нефти и химии им. И.Азизбекова (7I) Заявитель (54) ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ИА131НА ПОСТОЯННОГО ТОКА

С ВЕНТИЛЬНО-МЕХАНИЧЕСКИМ КО11ИУТАТОРОИ

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

Известны электрические машины с вентильно-механическим коммутатором, содержащие механический коллектор с проводящими и изолирующими пластинами, контактирующие с ним разнополяр10 ные группы щеток, подключенные к зажимам источника питания через управляемые полупроводниковые вентили, рассчитанные на полный ток щеточных бракетов (1, 21. В машинах (1, 2)ком15 мутация осуществляется без дополнительных полюсов с помощью емкостных накопителей электрической энергии.

Недостатком известной конструкции является ее сложность.

Известна также электрическая машина постоянного тока с вентильно-механическим коммутатором, содержащая механический коллектор с проводящими и изолирующими пластинами, контактирующие с ними разнополярные группы контактов, каждая иэ которых состоит из основного, подключенного к соответствующему зажиму источника питания, и двух вспомогательных контактов, установленных на рабочей поверхности коллектора перед набегающим и за сбегающим краями основного контакта, связанных с тем же зажимом источника через управляемые вентили, ком" мутирующее устройство, содержащее коммутирующий контур, включенный между вспомогательными контактами и состоящий иэ конденсатора и включенного с ним последовательно реверсивного уэ" ла из двух встречно-параллельно соединенных тиристоров, контур подэаряда конденсатора и устройство управления )3). В данном устройстве управляемые полупроводниковые вентили загружены неполным током щеточного бракета и потому установленная мощность

8882 этих элементов значительно меньше, чем в устройствах, выше описанных.

Это устройство является наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому результату, недостатком его является значительная масса и габариты.

Последнее объчсняется тем, что при искусственной коммутации тока в тиристорах установленная мощность 1© коммутирующего конденсатора пропорциональна квадрату коммутирующего тока, Поэтому с увеличением мощности машины и соответственно тока в параллельных ветвях обмотки якоря, габариты указанных конденсаторов сильно возрастают.

Целью изобретения является снижение массы и габаритов машины за счет. уменьшения установленной мощности конденсатора.

Цель достигается тем, что электрическая машина снабжена линейными дросселями, число которых равно числу параллельных ключевых контуров, каж. дый из которых образован двумя включенными последовательно-встречно управляемыми вентилями, однополярные электроды которых объединены в одну точку, подключены к зажиму источника питания через линейный дроссель и, одновременно, связаны с одной из щеток основного контакта, число которых равно числу ключевых контуров.При такой схеме общий ток одной контактной группы (одного щеточного бракета)

33 равномерно распределяется между параллельными ключевыми контурами. Коммутация производится последовательно с помощью одного конденсатора: в на40 чале в одном контуре, затем — в следующем и т.д. Снижение величины коммутируемого тока обеспечивает существенное уменьшение габаритов коммутирующего конденсатора.

На фиг. приводится принципиаль4% ная электрическая схема машины с вен-, тильно-механическим коммутатором (ВМК) на фиг. 2 (a,б) — временные диаграммы токов и напряжений на ее элементах.

Для упрощения изображена только одна контактная группа, а также свя- .. занные с ней полупроводниковые"элементы и коммутирующее устройство, подключенные к положительному зажиму источника.

Схема содержит два ключевых контура. Остальны группы контактов, число

87 4 которых равно числу полюсов машины (2р), выполнены по аналогичной схеме.

На фиг. 2а представлены диаграммы разрядных токов и напряжений коммутирующего конденсатора, на фиг. 2б — диаграммы изменения токов в основных и вспомогательных контактах.

Машина (фиг. 1) содержит якорную обмотку 1, подключенную к механическому коллектору 2 с проводящими 3, 4 и изолирующими 5, 6 пластинами, контактирующие с ними группы контактов, каждая из которых состоит из основного 7 и двух вспомогательных 8, 9, связанных с соответствующим зажимом источника питания через управляемые вентили тиристоры 10-13 и линейные дроссели с обмотками 14, 15, необходимая последовательность выключения и включения вентилей обеспечивается коммутирующим устройством 16 и устройством управления 17. В коммути" рующее устройство входит конденсатор 18, реверсивный узел из двух . встречно-параллельно соединенных тиристоров 19, 20 и контур для подзаряда конденсатора в переходных режимах, состоящий иэ тиристора 21, дросселя 22 и вспомогательного источника 23.

При работе машинь: скользящие контакты перемещаются по рабочей поверхности коллектора слева направо; До пе" рехода основного контакта 7 с проводящей пластины 3 на изолирующую 6 ток нагрузки (2 1В) протекает от зажима источника питания через линейные дроссели 14, 15, основной контакт 7, проводящую пластину 3, через обмотку якоря 1 и через соответствующие скользящие контакты, связанные с зажимом источника противоположной полярности., Все тиристоры заперты, конденсатор 18 заряжен до напряжения Ug, полярность которого обозначена на рис. 2а без скобок. В момент времени 11 основной контакт 7 полностью переходит с проводящей пластины 3 на изолирующую б,при этом ток основного контакта 7 (2 1 )

"перехватывается" шунтирующим контуром, который образован вспомогательным (сбегающим) контактом 8 и проводящими тиристорами 10, 11 (рис. 2 б), Процесс "перехвата" тока не сопровождается искрением на сбегающем крае контакта 7, т.е. падение напряжения .на нем равно результирующему падению напряжения на открытых тиристорах 10, l1 и контакте 8, при плотности тока

8882

5 на сбегающем крае 7 не превышающей критическую величину.

Схема содержит два ключевых контура, выравнивание нагрузки которых производится с помощью линейных дрос- у селей 14, 15. Процесс коммутации осуществляется с помощью одного конденсатора последовательно: сначала в одном ключевом контуре, затем — в другом. Причем в течение всего коммута- . 1O ционного процесса основной контакт находится на изолирующей пластине.

В момент времени „ (фиг. 1) с устройства управления 17 поступают сигналы на включение тиристора 20. При 15 этом конденсатор 18 начинает разряжаться через секцию обмотки якоря, связанную с пластинами 3, 4, по контуру: 18-20-9-4 — секция 3-8-18. В момент времени разрядный ток конден- 29 сатора достигает значения 0,5 18, а напряжение изменяет полярность и становится равным -U .При этом отпи0 рается ключевой тиристор 13 и коммутирующий 19. Конденсатор перезаряжа- 35 ется по контуру: 18-10-13-20-18. В момент 1 В прямой ток тиристоров 10 и 20 падает до нуля, и они выключаются. Ток ветви 1 "подхватывается" т. ристо В ром 13 и постепенно переходит из кон- 30 такта 8 в контакт 9, благодаря перезаряду конденсатора 18 до напряжения исходной полярности 0 0 в момент

Одновременно за время (t<-<>) токи контактов 8 и 9 изменяются на З величину 1, ток в секции равен нулю, а тирйстор 19 запирается в момент 1,1. На этом заканчивается электромагнитный коммутационный процесс в ключевом контуре с тиристорами 10, ip

I3. Во втором ключевом контуре (тиристоры 11, 12) процесс коммутации протекает практически так же.

Он начинается в момент 1,, когда коммутирующий тиристор 20 повторно включается устройством управления и конденсатор 18 разряжается через секцию по контуру: 18-20-9-4 секция -3-8-18. Однако в отличие от первого ключевого контура, параллельно коммутируемой секции здесь подключается дополнительный паразитный,контур из двух последовательно включенных линейных дросселей 14, 15 через проводящие тиристоры 13 и 1 1. Поскольку индуктивность секции приблизительно на один порядок меньше индуктивности двух дросселей 15 и 14, то контур из указанных дросселей не будет оказы-.

87 б вать большого влияния на разрядный ток ко,щенсатора. Поэтому в момент времени 4< разрядный ток конденсатора достигает значения, приблизительно равного 0,5 1 . Яалее процесс коммутации протекает так же, как и в пер-.. вом ключевом контуре. В момент времени в коммутируемой секции за7 канчивается реверсирование тока, который становится равным 1, ток перезаряда конденсатора равен нулю, ток сбегающего контакта 8 равен нулю ia 0, а ток набегающего контакта 1 = 21>

Ключевые тиристоры 10, 11 » заперты, а 12 и 13 проводят полный ток 2 1 .

В момент времени основной кон" такт 7 переходит с изолирующей пластины 6 на проводящую 4 одной второй частью своей контактной поверхности и шунтирует вспомогательный контакт 9 и проводящие тиристоры 12 13. Ток указанных элементов уменьшается до нуля, а основного контакта 7 возрастает до значения 2 1 . На этом заканчивается полный коммутационный цикл.

Полное время электромагнитного процесса обозначено на фиг. 2а через 7

В качестве примера рассмотрим рас,чет емкости коммутации конденсатора для вентильного переключателя {фиг. 1) .

Исходные данные для расчета: 1В =

2800 А, Ь = 100 10 Гн, общее время коммутации 7 = 2 10 с. Вначале находят собственную частоту колебательного контура шо, который образуется при разряде конденсатора 18 через секцию за время 7, = - . . Время i,< в свою очередь, определяется так

= О, 5Т g „, где Т вЂ” длительность электромагнитного коммутационного процесса в одном ключевом контуре.При двух ключевых контурах Т .Ъ.Ла г мУ вЂ” = r =, = — =ü2âît 1

Ю К o,57 o - 2..10 . ро 1 (a)

Емкость коммутирующего конденсатора

1 с -„— -- zoo- о .(e3

-Ь

Щ

Напряжение на коммутирующем конденсаторе:

00 1,3 0,< >4. жс Ик,9 &3 (3)

Предположим, теперь, что в схеме не два, а один ключевой контур. При этом начальное напряжение на конденсаторе должно остаться таким же, как и при двух контурах. Но при одном кон-. туре в момент времени << {рис. 2а) 8882 разрядный ток конденсатора будет равен Cg . В соответствии с уравнением (3 напряжение 011.1 также увеличится в два раза, Чтобы это напряжение осталось таким же, как и при двух ключевых контурах, необходимо, очевидно, уменьшить вдвое собственную частоту

4)<, Но тогда, в соответствии с уравнением (2), емкость С увеличится в

4 раза. Таким образом увеличение чис- 1р ла ключевых контуров способствует резкому снижению установленной мощности и габаритов коммутирующего конденсатора.

t5

Формула изобретения

Электрическая машйна постоянного тока с вентильно-механическим коммутатором, содержащая механический коллектор с проводящими и изолирующими пластинами, контактирующие с ними разнополярные группы контактов, каждая иэ кОтОрых сОстОит из ОсновнОгО пОд я5 ключенного к соответствующему зажиму источника питания, и двух вспомогательных контактов, установленных на рабочей поверхности коллектора перед набегающим и за сбегающим краями Ос- ЗО новного контакта, связанных с тем же зажимом источника через управляемые а нтили, коммутирующее уcòðoéñòâo, содержащее коммутирующий контур, вклю87 8 ченный между вспомогательными контактами и состоящий из конденсатора и включенного с ним последовательно реверсивного узла из двух встречно-па.— раллельно соединенных тиристоров, контур подзаряда конденсатора и устройство управления, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что, с целью снижения массы и габаритов за счет уменьшения установленной мощности конденсатора, она снабжена дополнительно линейными дросселями, число которых равно числу параллельных ключевых контуров, каждый из которых образован двумя соединентп.пчи последовательновстречно управляемыми вентилями, одни однополярные электроды которых, объединенные в одну точку, подключены к зажиму источника питания через один из линейных дросселей и к одной иэ щеток основного контакта, а другие одноименные зажимы вентилей, соединенных.с разнымн дросселями, Объедииены и соединены с одним из вспомогательных контактов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

l. Авторское свидетельство СССР

Р 441631, кл. Н 02 К 13/14, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

N - 660155, кл. Н 02 К 13/14, 1979.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2..706643/24-07, кл. Н 02 К 13/14, 1979.

888287 с

РгУ у

Х б Ef

Составитель А. Санталов

Редактор Т. Кузнецова Техред А.Савка Ковректор " ОгаР

Заказ 10739/18 Тираж 733 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

l1o делам иэобретений и открытий

113035 Москва Х-35, Ра лпская наб. д. 4)5

Филиал ImII "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4