Устройство улучшения коммутации коллекторной электрической машины постоянного тока

 

1. УСТРОЙСТВО УЛУЧШЕНИЯ КОММУТАЦИИ КОЛЛЕКТОРНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА, управляемой от тиристорного преобразователя по якорной цепи, содержащее управляемый усилитель мощности, подключенньй к обмотке дополнительных полюсов, вход которого соединен с выходом регулятора с пропорционально-интегральным законом изменения выходного напряжениями злементы управления, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности и селективности настройки коммутации на середину безыскровой зоны, оно снабжено двумя расширителями импульсов, интегратором, триггером, двумя усилителями напряжения , суммирующим устройством, релейным элементом, запоминающим устройством , двумя сумматорами, фотодатчиком , датчиком тока оптики добавочных полюсов, бесконтактным выключателем сетевого напряжения, блоком питания, кварцевым генератором , формирователем импульсов и счетчиком импульсов, причем выход кварцевого генератора через формирователь импульсов соединен со счетчиком импульсов,выход фотодатчика соединен с входом первого усилителя напряжения,инвертирующий выход счетчика импульсов соединен с входом первого расширителя импульсов, неинвертирующий выход счетчика импульсов связан со счетным входом триггера, первьй вход интегратора соединен с выходом первого расширителя импульсов и инвертирующим выходом триггера через первый сумматор, выход первого усилителя напряжения подсоединен к § второму входу интегратора, выход которого связан с первым входом сум (Л мирующего устройства, второй вход которого через второй усилитель напряжения соединен с неинвертирующим выходом триггера, третий вход суммирующего устройства соединен с блоком питания, вход которого и вход тн ,ристорного преоЬразователя подключены к сети переменного тока через д сд бесконтактный выключатель сетевого напряжения, выход суммирующего устройства через второй расширитель импульсов соединен с входом релейю ного элемента, выход которого соединен с входом запоминающего устройства , его вьпсод и выход датчика тока оптики через второй сумматор соединены с входом пропорционально-интегрального регулятора, а вход датчика тока соединен с обмоткой дополнительных полюсов, 2. Устройство по п.1, о т л ичающееся тем, что, с целью увеличения ресурса безотказной ра

Е9) ® (Ш

СООЭ СОВЕТСКИХ

00UNIIN

РЕСПУБЛИК

А зш Н 02 К 13/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗО6РЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3617353/24-07 (22) 08.07.83 (46} 23 .11.84. Бюл. М- -43 (72) В.А. Прудников, Л.Я. Макаров.ский, А.Б, Немнонов и N.Â. Ðoìàíîâ (71) Куйбьппевский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. В.В.Куйбышева (53) 6?1.313.2 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 630714, кл. Н 02 К 13/14, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР и 814597, кл. Н 02 К 13/14, 1981. (54)(57) 1. УСТРОЙСТВО УЛУЧШЕНИЯ

КОММУТАЦИИ КОЛЛЕКТОРНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ИАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА, управляемой от тиристорного преобразователя по якорной цепи, содержащее управляемый усилитель мощности, подключенный к обмотке дополнительных полюсов, вход которого соединен с выходом регулятора с пропорционально-интегральным законом изменения выходного напряжения,и элементы управления, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повьппения точности и селективности настройки коммутации на середину безыскровой зоны, оно снабжено двумя расширителями импульсов, интегратором, триггером, двумя усилителями напряжения, суммирующим устройством, релейным элементом, запоминающим устройством, двумя сумматорами, фотодатчиком, датчиком тока оптики добавочных полюсов, бесконтактным выключателем сетевого напряжения, блоком питания, кварцевым генератором, формирователем импульсов и счетчиком импульсов, причем выход кварцевого генератора через формирователь импульсов соединен со счетчиком импульсов, выход фотодатчика соединен с входом первого усилителя напряжения,инвертирующий выход счетчика импульсов соединен с входом первого расширителя импульсов, неинвертирующий выход счетчика импульсов связан со счетным входом триггера, первый вход интегратора соединен с выходом первого расширителя импульсов и инвертирующим выходом триггера через первый сумматор, выход первого усилителя напряжения подсоединен к второму входу интегратора, выход ко- ® торого связан с первым входом суммирующего устройства, второй вход которого через второй усилитель на- С пряжения соедин и с неинвертирующим выходом триггера, третий вход сум- и мирующего устройства соединен с блоком питания, вход которого и вход ти,ристорного преооразователя подключены к сети переменного тока через бесконтактный выключатель сетевого напряжения, выход суммирующего устройства через второй расширитель импульсов соединен с входом релейного элемента, выход которого соединен с входом запоминающего устройства, его выход и выход датчика тока оптики через второй сумматор соединены с входом пропорционально-ин-,ф тегрального регулятора, а вход датчика тока соединен с обмоткой дополнительных полюсов.

2. Устройство по п.1, о т л ичающееся тем, что, с целью увеличения ресурса безотказной ра1125709 боты машины, выход датчика тока опти»: системыфазового управления бесконтакткидобавочных полюсов связан с входом, ного выключателя сетевого напряжения .

Изобретение относится к электри- ческим машинам, в частности к средствам улучшения коммутации коллекторных электрических машин постоянного тока с широким диапазоном регулирования частоты вращения.

Известно устройство для улучшения коммутации коллекторных электрических машин с волновой обмоткой якоря, содержащее управляемый усилитель, подключенный к обмотке дополнительных полк сов, соединенные со щетками элементы для управления усилителем, выполненные в виде двух датчиков тока, которые установлены в цепи щеток одинаковой полярности, а между датчиками тока и управляемым усилителем включен сумматор. При этом сигнал на выходе сумматора пропорционален разности токов в щетках одноименной полярности. Данное устройство обладает достаточной простотой, оно удобно в реализации Я .

Однако устройство не способно обеспечить стабильную и высокоточную настройку дополнительных полюсов на середину безыскровой зоны,особенно при переходных режимах работы машины. Кроме того, ориентация на волновую обмотку якоря ограничивает область применения устройства.

Известно также устройство для улучшения коммутации коллекторных электрических машин с волновой обмоткой якоря, содержащее управляемый усилитель, подключенный к обмотке дополнительных полюсов, и элементы у травления усилителем, выполненные в виде датчиков тока, установленные в цепи- щеток одноименной полярности.

Для повышения быстродействия и статической точности при одновременном улучшении стабильности настройки дополнительных полюсов на середину безыскровой зоны коммутации оно снабжено подключенным к управляющему усилителю регулятором с пропорционально-интегральным законом . измерения выходного направления

1 два входа которого соединены через резисторы с датчиками тока а третий вход подключен через резистор

5 к обмотке дополнительных полюсов(21.

Однако известное устройство неприменимо для машин с другими типами обмоток якоря, например петлевой.

Уравнительные токи, протекающие в цепи щеток одноименной полярности, только с определенной точностью характеризуют процесс коммутации машины. Устройство не обеспечивает селективности настройки коммутации при малом и большом уровнях искрения на коллекторе. При малом и большом уровнях искрения на коллекторе соответственно требуется изменить автоматически ток дополнительных полюсов или полностью снять напряжение с якоря машины. Кроме того

t известное устройство имеет ограниченную точность, что объясняется температурной и временной погрешностью самого датчика добавочного тока коммутации. Точность устройства повышается при переходе к цифровым устройствам управления.

30"

Цель изобретения - повышение точности и селективности настройки коммутации на .середину безыскровой зоны а также увеличение ресурса безотказной работы машины.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство улучшения коммутации коллекторной электрической машины постоянного тока, управляемой от тиристорного преобразователя

40 по якорной цепи, содержащее управляемый усилитель мощности, подключенный к обмотке дополнительных полюсов, вход которого соединен с выходом регу. лятора с пропорционально-интег45 ральным законом изменения выходного напряжения, и элементы управления, снабжено двумя расширителями импульсов, интегратором, триггером, 11257 двумя усилителями напряжения,сумми- рующим.устройством, релейным элементбм, запоминающим устройством,дву» мя сумматорами, фотодатчиком, датчиком тока оптики добавочных полюсов, бесконтактным выключателем сетевого напряжения, блоком питания, кварцевым генератором, формирователем импульсов и счетчиком импульсов, причем . выход кварцевого генератора через фор10 мирователь импульсов соединен со счетчиком импульсов, выход фотодатчика искрения под щетками соединен с входом первого усилителя напряжения, инвертирующий выход счетчика 15 импульсов соединен с входом первого расширителя импульсов, неинвертирующий выход счетчика импульсов связан со счетным входом триггера, первый вход интегратора соединен с выходом 20 первого расширителя импульсов,и инвертирующим выходом триггера черезпервый сумматор, выход первого усилителя напряжения подсоединен к второму входу интегратора, выход кото- 25 рого связан с первым входом сумми-. рующего устройства, второй вход которого через второй усилитель напряжения соединен с неинвертирующим выходом триггера, третий вход суммирующего устройства соединен с блоком питания, вход которого и .вход тиристорного преобразователя поцключены к сети переменного тока через бесконтактный выключатель сетевого

35 напряжения, выход суммирующего устройства через второй расширитель импульсов соединен с входом релей- ного элемента, выход которого соединен с входом запоминающего устрой- 40 ства, его выход и выход датчика тока оптики добавочных полюсов через второй сумматор соединены с входом пропорционально-интегрального регуля. тора, а вход датчика тока оптики добавочных полюсов соединен с обмоткой дополнительных полюсов.

Для увеличения ресурса безотказной работы машины выход датчика тока оптики добавочных полюсов связан

50 с входом системы фазового управления бесконтактного выключателя сетевого напряжения.

На чертеже представлена функционально-блочная схема предлагаемо. 55 го устройства.

Устройство состоит из главного, вспомогательного и силового каналов, 09 4

Главный канал содержит фотодатчик

1, первый усилитель 2 напряжения,интегратор 3, суммирующее устройство

4, второй расширитель S импульсов, релейный элемент 6, запоминающее устройство 7, первый сумматор 8, !. пропорционально-интегральный регулятор 9 и усилитель 10 мощности, управляющий током подпитки обмотки

11 дополнительных полюсов. Вспомогательный канал состоит .из кварцевого генератора 12, формирователя

13 импульсов, счетчика 14 импульсов, триггера 15, второго усилителя !6 напряжения, первого расширителя 17 импульсов, второго сумматора 18. К силовому каналу относятI ся датчик 19 тока, подключенный к измерительному шунту 20, введенного в цепь обмотки добавочного полюса

11, бесконтактный выключатель 21

l сетевого напряжения, тиристорный преобразователь 22, блок 23 питания элементов схемы. Выход Аотодатчика

1 подключен к входу первого усилителя ? напряжения, выход которого соединен с вторым входом интегратора 3. Выход интегратора 3 соединен с первым входом суммирующего устройства 4, второй вход которого связан с выходом второго усилителя

16 напряжения, третий вход которо- го подключен к блоку 23 питания. Выход суммирующего устройства 4 соединен с входом второго расширите ля 5 импульсов, выход которого под- соединен к входу релейного элемента

6. Выход релейного элемента 6 соединен с входом запоминающего устройства 7, выход которого через первый сумматор 8 подключен к входу пропорционально-интегрального ! регулятора 9. На сумматор 8 подается сигнал с датчика 19 тока опти- ки обмотки 11 дополнительных полюсов коллекторной машины 24. Выход регулятора 9 подключен к входу усилителя 10 мощности, выход которого связан с обмоткой 11 дополнительных полюсов и измерительным шунтом 20.

Коллекторно-щеточный узел машины

24 воздействует своим световым потоком на фотодатчик 1. Выход квар цевого генератора 12 соединен с входом формирователя 13 импульсов, вы- ., ход которого подключен к входу счетчика 14 импульсов, инвертирующий выход которого соединен с входом

1125709 первого расширителя 17 импульсов.

Выход расширителя 17 импульсов через второй сумматор 18 соединен с первым входом интегратора 3. Неинвертирующий выход счетчика 14 соединен со счетным входом триггера 15.

Инвертирующий выход триггера 15 через второй сумматор 18 соединен с первым входом интегратора 3.

Неинвертирующий выход триггера 15 10 соединен с входом второго усилителя

16 напряжения. Якорная цепь машины

24 получает питание от тиристорного преобразователя 22. Бесконтактный выключатель 2 1 подает сетевое напряжение на блок 23 питания и тиристорный преобразователь 22. Выход датчика тока оптики 19 соединен с бескойтактнык выключателем 21 °

Устройство для улучшения коммутации машин постоянного тока работает следующим образом.

Электрический сигнал с фотодатчи ка 1 при наличии искрения на коллек- торе машины 24 усиливается усилителем 2 напряжения. На первый вход интегратора 3 подается сигнал с сумматора 18, осуществляющего сброс текущего значения выходного напряжения интегратора 3 и в конце цикла

30 измерения. На второй вход интегратора 3 подается сигнал .с усилителя 2. Сигнал с интегратора 3 подается на первый вход суммирующего устройства 4, на входе формируется И импульс, величина которого равна конечному значению сигнала, .проинтегрированного за период измерения.

Расширенный импульс с помощью расширения 5 подается на релейный элемент 6, который имеет нелинейную характеристику с зоной нечувствительности и ограничением по уровню.

Сигнал с элемента 6 поступает на запоминающее устройство 7. При неболь45 шом уровне искрения накопленный сигнал на интеграторе 3 за период измерения тока попадает в зону нечувствительности релейного элемента 6 и выход сигнала этого элемен50 та, а следовательно, и регулятора

9 равен нулю. Ток подпитки обмотки дополнительных полюсов устанавливается в соответствии.с рабочей

55 точкой усилителя 10 и необходимым для настройки коммутации на середину безыскровой зоны. При увеличении искрения выходной сигнал с интегратора 3 после преобразования на элементах 4-5 обеспечивает работу элемента 6 на линейном участке характеристики, и на выходе релейного элементй будет иметь сигнал, пропорциональный энергии искрения, накопленный за период измерения.

Этот сигнал, пройдя через регулятор 9, усилитель 10 мощности, изменяет ток подпитки обмотки 11 дополнительных полюсов, обеспечивая настройку коммутации на середину безыскровой эоны, во вспомогательном канале формируется период измерения длительностью 1 с, а также формируется импульс для сбора в конце каждого цикла измерения, кварцевый генератор 12 вырабатывает синусоидальный сигнал, формирователь 13 импульсов выдает прямоугольные импульсы с крутым передним фронтом, которые подаются на счетчик 14 импульсов. Сигнал с инвертирующего выхода счетчика 14 подается через первый расширитель 17 импульсов на .первый вход интегратора

3, сбрасывает на "0" текущие показания интегратора 3. Созданные счет чиком 14 импульсы частотой, например 1 Гц, включают триггер 15, с инвертирующего выхода триггера 15 подается сигнал на включение интегратора 3 посредством сумматора

18, с неинвертирующего выхода триггера 15 сигнал через усилитель 16 напряжения подается на второй вход сравнивающего устройства 4.

Резюмируем работу устройства — за цикл измерения, например 1 с, на интеграторе 3 накапливается информация об искрении, которая запоьщнается и поступает на обмотку в виде различного эффекта в зависимости от искрения (ток в обмотке

11, в соответствии с начальной рабочей точкой или его измененное значение для работы в зоне безыскро вой коммутации). В зоне цикла осу- ществляется сброс информации и она вновь накапливается за новый цикл измерения с последующей обработкой. Датчик 19 тока воспринимает максимальное значение тока оптики обмотки 11 дополнительного полюса и через бесконтактный выключатель

21 отключает схему от сети. Это аварийный режим, при котором с по1мощью выключателя 21 снимают пи7 1 125709 8 ,тающее напряжение с преобразова- следовательно, к увеличению быстротеля 22. На якоре машины напряжение действия устройства. равно нулю и двигатель останавлива- Предложенное устройство позволяется..Введение отрицательной обратной ет повысить точность настройки комсвязи от датчика 19 тока в регуля- 5 мутации на середину безыскровой зоны тор 9 приводит к уменьшению резуль- и увеличить ресурс безотказной работатирующей постоянной времени, а ты машины.

ВНИИПИ Заказ 8554 Т аж 666 По исное

Филиал НПП Пвтеит, r.Óçà îðîä, ул.Проектная, 4