Устройство для улучшения коммутации коллекторных электрических машин

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ КОМЛ УТАПИИ КОЛЛЕКТОРНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН, содержащее управляемый усилитель, подключенный к обмотке дополнительного полюса, элементы управления усилителем, вьтолненные в виле датчиков тока, и регулятор с пропорционально-интегральным законом нения выходного напряжения, соединенный с управляемым усилителем, о т л и ч а е е с fl тем, что, с целью повышения статической точности и улучшения стабильности настройки дополнительных полюсов на середину безыскровой зоны коммутации, два .входа регулятора через резисторы соединены с датчиком тока, i а третий вход подключен через резистор к обмотке дополнтггельного полюса. (Л о 1C 00 01 4 ic

„„SU„„1023542

СОЮЗ СОВЕТСКИХ, СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ ; РЕСПУБЛИН

ДШ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И OTHPblTHA

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ i ::;,;.:, ;. .„

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3240762/24«07. (22) 30.01.81 (46.) 15.06.83, Бюл. № 22 (72) А. И. Скороспешкин, В. А. Прудников, Э. Г. Чеботков, В. В. Трошин, Н. А. Елшанский и Л. Я. Макаровский (71) .Куйбышевский ордена Трудового

Красного Знамени политехнический институт им. В. В. Куйбышева (53) 62 1.3 13 (088.8),(56) 1. Авторское свидетельство СССР

No 463200, кл. Н 02 К 23/28, 1975.

2. Патент ФРГ № 1200930, кл. 21 d 28, 1965.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке N 2778468/07, ! кл. Н 02 К 13/14, О8.06,79. (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ КОММУТАЦИИ КОЛЛЕКТОРНЫХ

ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН, содержащее управляемый усилитель, подключенный к обмотке дополнительного полюса, элементы управления усилителем, выполненные в виде датчиков тока, и регулятор с пропорционально-интегральным законом изме- нения выходного напряжения, соединенный . с управляемым усилителем, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения статической точности и улучшения стабильности настройки дополнительных полюсов на середину безыскровой зоны коммутации, два входа регулятора через резисторы соединены с датчиком тока, а третий вход подключен через резистор Е к обмотке дополнительного полюса. 1023

Изобретение относится к электрическим ким машинам, в частности к средствам улучшения коммутации коллекторных электрических машин с регулируемой в широких пределах частотой вращения. 5

Известны устройства для улучшения коммутации коллекторных электрических машин, содержащие регулируемый источник питания, подключенный к основной или вспомогательной обмотке дтщолнитель 10 ных полюсов, функциональные элементы, датчики ЭДС, Холла, выполняющие функции датчиков тока, потока или множительного устройства, датчик частоты вращения и другие элементы (lj !

Датчики ЭДС Холла, по какой-бы схе-. ме не были включены, в конечном счете на выходе имеют сигнал, пропорционаж ° ный току якоря с коррекцией по скорости вращения или с компенсацией по по- 20 току добавочных полюсов. И в том и в другом случаях сигнал„ подаваемый на вход управляемого усилителя, не учитывает в полной мере характера коммутации (замедленная или ускоренная). 25

Хотя только сигнал, пропорциональный добавочному току коммутации, определяет, точность и стабильность настройки ком мутации на середину беэыскровой зоны, Известно также устройство для улуч-, шения коммутации машин постоянного тока с обмотками добавочных полюсов, содержащее управляемый усилитель, основную или вспомогательную обмотки добавочных полюсов, датчик тока и дат- З5 чик напряжения (2)

Рвгулирование потока добавочных полксов осуществляется в функции напряжения под сбегающим и набегающим краях шетки с коррекцией по току яко- 40

- ря и происходит до тех пор, пока нв будет получено значение,.благоприятное с точки зрения коммутации.

В многополюсных машинах с волно»вой обмоткой якоря коммутируемая сек- 45 ция замыкается накоротко двумя щетками и соединяющей их.шиной, В одной щетке добавочный ток. коммутации совпадает с током параллельной ветви, а в. другой направлен встречно. Плотность 50 тока в щетках одинаковой полярности различна и напряжение между небегаюшим и сбегающим краями какой-либо щетки в этом случае не в полной ме,ре характеризует условия коммутации. 55

Наличие .кон актного датчика снижает надежность и стабильность работы QGT» ройства, так как при вращении. якоря возможно опрокидывание щетки, отрыв

542 ве от коллектора и т.д. Повысить точность, надежность и стабильность работы такого устройства можно, применяя бесконтактный датчик, на выходе которого сигнал пропорционален добавочному току коммутации.

Наиболее близким к изобретению является устройство для улучшения коммутации коллекторных электрических машин, содержащее управляемый усилитель,, подключенный к обмотке добавочных полюсов, на вход которого подается сигнал с бесконтактного датчика добавочного тока коммутации, выполненного в виде двух датчиков тока, при этом один датчик установлен в воздушном зазоре под центром главного полюса, а второй - в воздушном зазоре магнитопровода, обмотка возбуждения которого включена последовательно с основной обмоткой главных полюсов (3j

Недостатками этого устройства являются низкая статическая точность управления током дополнительных полюcos.

Целью изобретения является повышение статической точности и улучшение стабильности настройки дополнительных полюсов на середину безыскровой эоны коммутации.

Бель достигается тем, что в устройся; ве для улучшения коммутации коллекторных, электрических машин, содержащее управляемъrA усилитель, подключенный к обмотке дополнительного полюса, элементы управления усилителем, выполненные в виде датчиков тока, и регулятор, соединенный с усилителем, два входа регулятора соединены через резисторы с датчиками тока, а третий вход подключен через резистор к обмотке дополнительного поноса.

3а счет включения в схему устройства регулятора с пропорционально-интерральным законом изменения выходного напряжения при управлении током дополнительных полюсов возникает форсиров ка в -переходных процессах, способствующая повышению быстродействия. Настройка же регулятора с пропорционально»интегральным законом изменения выходного напряжения на постоянную времени дополнительных полюсов (наибольшая пос» тоянная времени контура регулированиярегулятор и управляемый усилитель с обмоткой) обеспечивает компенсацию этой постоянной времени, а следовательно, повышение быстродействия при настройке полюсов на середину безыскровой зоны

3 10235 коммутации. За счет 1ключеция в схему указанного регулятора управление током дополнительных полюсов осуществляется . без перерегулиравания, а регулирование

ToKG. дОпОлнительных пОлюсОв при изменении частоты вращения электрической машины в широких пределах отрабатывается с большой точностью, В свою очередь, это положительно отражается на качестве и стабильности процесса коммутации.

За счет использования регулятора в совокупности с охватом его вместе с управляемым усилителем отрицательной обратной связью по напряжению дополнительных полюсов повышается статическая точность при одновременном улучшении стабильности настройки дополнительных полюсов на середину безыск- ровой зоны коммутации. 20

Если кол1л утация становится замедлекм ной при том же направлении вращения, то изменяется направление потока 4 0 к и:ь. меняется полярность сигнала на входе усилителя 1 и, соответственно, напряже ние тока на выходе усилителя 1, что приводит к увеличению намагничивающей силы добавочных полюсов 3. И также, как в предыдущем случае, автоматическая . настройка коммутации на середину беэыск ровой зоны.

Введение интегральной составляющей

s закон управления регулятора сводит

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство состоит иэ управляемого усилителя 1, подключенного, например, 25 к основной обмотке 2 добавочных полюсов 3. В качестве управляемого усилителя может быть применен полупроводниковый, магнитный или тиристорный уси. литель. Для получения сигнала, пропорционального добавочному току коммутации, применены два датчика тока, выполненные в виде двух датчиков ЭДС Холла.

Датчик Холла 4 установлен под центромглавного полюса 5 и его выходная ЭДС пропорциональна результирующему потоку в воздушном зазоре машины. Датчик

Холла 6 установлен в воздушном зазоре магиитопровода 7 с обмоткой 8, соединенной последовательно с обмоткой восьбуждения 9, уложенной на главных полю- 40 сах 5. Выходная ЭДС датчика Холла 6, пропорциональна магнитному потоку, создаваемому обмоткой возбуждения 9 в воздушном зазоре под главным полю-сом 5. Токовые цепи обоих датчиков пи- 4> таются от независимого источника питания. Холловские цепи датчиков включены по компенсационной схеме и выходная ЭДС равна разности выходных 3QC обоих датчиков. Такое включение датчн- 50 ков Холла обеспечивает работу. устройс1 ва при регулировании частоты вращения ослаблением поля, Между усилителем 1

Ю и датчиками тока 4 и 6 включен регу. Лятор 12, который за счет охвата его цепочкой, состоящей из конденсатора 10 и резистора 11 имеет пропорциональноиНтегральную зависимость выходного

42 4 напряжения. В качестве регулятора мо жет быть применен, например, операционный усилитель. Алгебраическая сумма .сигналов, пропорциональная добавс.сному току коммутации, выделяется на резисторах 13 и 14, входящих во входную цепь регулятора 12. Управляемый усилитель 1 и Регулж" Р 12 охвачены отрицательной связью по напряжению обмотки 2 дополнительных полюсов, реализуемой подачей этого напряжения иерез резистор 15 на вход регулятора

Управляемый усилитель 1 настраивается таким образом, что при отсутствии сигнала на его входе он обеспечивает начальный ток, соответствующий настройке дополнительных полюсов на середину эоны безыскровой работы., При прямолинейной коммутации, когда поток коммутационной реакции якоря 9, отсутствует, сигнал на входе управляемого усилителя 1 равен нулю и по об-. мотке 2 добавочных полюсов 3, присоединенной к выходу усилителя 1 rtpcee- кает только ток якоря.

В случае ускоре1шой коммутации поток коммутационной реакции якоря 1Р01к, как видно на чертеже, где направления токов показаны для ускоренной коммутации две» гателя постоянного тока при вращении против часовой стрелки, направлен встречно основному магнитному потоку ФО °

Результирующий поток под центром главм ного полюса 5 уменьшается и на входе усилителя 1 появляется раэностная ЭДС определенной полярности. Усилитель 1 отрабатывает этот сигнал и и обмотке 2 протекает ток отпитки, .что приводит к уменьшению нал1агничивающей силы доб авочных полюсов. Автоматическое уменьшение намагничиваюшей силы добавочных полюсрв 3 происходит до тех пор пока ,коммутация не становится прямолинейной, что соответствует настройке на середнку беэыскровой зоны.

5 1023 ошибку в регулировании токов в щетках одноименной полярности в статическом режиме к нулевому значению. Придание регулятору пропорционально-интеграл ных свойств и охват его вместе с управляемым усилителем обратной связью по напряжению дополнительных полюсов приводит к существенному снижению резул тирующей постоянной времени всего контура (а, следовательно, к повышению 10 быстродействия), что объясняется фор . сированным изменением выходного- нап->

542 6 ряжения регулятора и компенсацией запаздывания, вносимого управляемым усилителем и дополнительными полюсами, Повьпцение быстродействия и статической . точности настройки дополнительных полюсов на середину безыскровой зоны коммутации осуществляется за счет включения регулятора с пропорционально-интегральным законом изменения выходного напряжения между датчиками тока и управляемым усилителем.

Составитель С. Шутова

Редактор С. Тимохина Техреп В.Лалекорей Корректор Л, Бокшан

Заказ 4232/44 Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР, по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r. Уитород, ул, Проектная, 4