Электрическая машина с вентильно-механическим коммутатором

 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам постоянного тока. Цель изобретения - упрощение конструкции. Машина содержит механический коллектор с проводящими и изолирующими пластинами, разнополярные группы щеток, подключенные к питающей сети через коммутирующие вентили, выполненные в виде трехфазного мостового выпрямителя, разнополярные выводы которого объединены и подключены к одному из контактов группы щеток, одноименные зажимы переменного тока мостов объединены и подключены к одному из зажимов сети переменного тока через первичные обмотки транформаторов, вторичные обмотки которых через реверсивный выпрямитель подключены к обмотке дополнительных полюсов, образующих совместно с трансформаторами и выпрямителями коммутирующий блок машины. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 H 02 К 13/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н A ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4282693/24 — 07

1 (22) 13. 07. 87 (46) 30, 09. 89. Бюл, № 36 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электромашиностроения (72) В.А.Ломакин и Е,М.Луткин (53) 621.313,2 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 441631, кл. Н 02 К 13/14, 1973.

Авторское свидетельство СССР № 1295497, кл. Н 02 К 13/14, 1985, (54) ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА С ВЕНТИЛЬ- .

НО-МЕХАНИЧЕ СКИМ КОММУТАТОР ОМ (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к электрическим машинам постоянного тока. Цель изобретения — упрощение конструкции.

М

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

Цель изобретения — упрощение конструкции.

На фиг.1 приведена принципиальная электрическая схема машины с вентильно-механическим коммутатором (ВМК); на фиг.2 — функциональная схема машины с ВМК с блок-схемой системы управления; на фиг.3 — функциональная схема выходного устройства; на фиг,4 — функциональная схема блока управления реверсивным узлом; на фиг,5 — диаграммы сигналов управления и токов скользящих контактов, „„SU„„15118О9 А 1

Машина содержит механический коллектор с проводящими и изолирующими пластинами, разнополярные группы щеток, подключенные к питающей сети через коммутирующие вентили, выпол" ненные в виде трехфазного мостового выпрямителя, разнополярные выводы которого объединены и подключены к одному из контактов группы щеток, одноименные зажимы переменного тока мостов объединены и подключены к одному из зажимов сети переменного тока через первичные обмотки трансформаторов, вторичные обмотки которых через реверсивный выпрямитель подключены к обмотке дополнительных полюсов, образующих -совместно с трансформатора9 ми и выпрямителями коммутирующий блок машины, 5 ил, С:

Машина (фиг. 1) содержит обмотку якоря, подключенную к механическому коллектору 1 с проводящими 2-6 и изолирующими 7-10 пластинами, контактирующие с ними разнополярные группы щеток, каждая из которых состоит из двух контактов 11 и 12, подключенных к зажимам источника питания через ключевые элементы 13 и 14, коммутирующий блок 15 и схему 16 управ.ления. Каждый ключевой элемент пред-.. ! ставляет собой мостовой выпрямитель на тиристорах 17-22 и 23-28.

Каждая пара ключевых элементов, связанная с одной группой щеток, обра.— зует выпрямитель-коммутатор (ВК).

Общее число ВК в машине равно и (ВК-1...,,ВК-n) (фиг,2).

1511

Коммутирующий блок содержит трансформатор 29 тока, вторичные обмотки которых через неуправляемый выпрямитель 30 связаны с реверсивным узлом на четырех тиристорах 31-34, выполненным в виде мостовой схемы, в диагональ которой включены дополнительные полюса 35, Схема управления (фиг.2) состоит из датчика 36 поло>кения (ДП), блока

37 управления реверсивным узлом и и входных устройств 38 (BY-1

Ву-n), каждое из которых включает систему 39 импульсно-фазового управления (СИФУ), блок 40 ключей (БК) и блок 41 логики, .

СИФУ (фиг,3) является трехканаль" ной системой„ содержащей формирователи-усилители 42-44 импульсов, логи" 20 ческне элементы 45-47 и 48-50 и вводные устройства 51-56, Каждое вводное устройство содержит по два импульсных трансформатора, первичные обмотки которых через ключевые элементы 57 и 58 (например, на транзисторах) подключаются к источнику питания П

Блок управлепия реверсивным узлом (фиг.4) содержит генератор 59 30 импульсов, логические элементы 60 и 61 и выходные усилители 62 и 63, обеспечивающие включение тиристоров

31 34 или 32 33е !

СИФУ выполняет фуысции преобразования сигнала управления Ug в последовательность импульсов управления тиристорами, Номера каналов управления на выходе СИФУ соответствуют номе" рам тиристоров мостовых схем на фиг.l, Одновременно, благодаря связи с блоком логики по каналу U<, СИФУ вырабатывает управляющие импульсы на включение соответствующих групп тиристоров мостовых схем ВК по сигналам датчика положения.

Предлагаемая машина работает следу|ощим образом.

При вращении машины вперед сиг".. нал задания П принимает значение

Ъ логической единицы, обеспечивая прохождение сигналов управления через элементы 45-47 на катодные группы тнрпсторов мостовых схем. При вращении назад сигналы управления проходят соответственно через логическйе элементы 48-50 не анодные группы тиристоров мостовых схем.

809 4

С помощью блока логики обеспечивается выбор соответствующего ключе:т вого элемента 13 или 14 благодаря замыканию ключевого элемента 57 или

58 .в зависимости от знака входного сигнала 11 с датчика положения, Датчик положения дискретного типа, как в вентильном двигателе, вырабатывает серии прямоугольных импульсов,.В каждой серии одному обороту вала двигателя соответствует число импульсов, равное числу проводящих пластин коллектора. В блоке управления реверсивным узлом прн вращении машины вперед так же, как и в СИФУ, сигналы управления на тиристоры 31 и 34 подаются через логический эле" мент 60. При вращении машины назад изменяется полярность напряжения па якоре с помощью ключевых элементов, а также — направление тока в дополнительных полюсах благодаря отключе" нию тиристоров 31 и 34 и включению тиристоров 32 и 33 реверсивного узла.

Сигналы управления на эти тиристоры подаются через логический элемент 61, на вход которого поступает сигнал логической единицы U>.

При работе. машины скользящие контакты перемещаются по рабочей поверхности коллектора слева направо (фиг.l). До момента времени t„ СИФУ разрешает выдачу управляющих импульсов на тиристоры 17 и 23 фазы А. Но в проводящем состоянии находится только тиристор 17 благодаря замкнутому ключу 57, что соответствует наличию в ключевом элементе 13 сигнала логической единицы. Ток якоря

2i протекает от фазы А через тиристор 17, контакт 11, проводящую плас-. тину коллектора 3, обмотку якрря, один из контактов катодной группы и проводящий тиристор мостовой схемы, связанной с этим контактом (не показаны), к фазе В или С источника.

В момент времени t когда скользящие контакты занимают положение> изображенное на фиг,l, выходной сигнал датчика положения U изменя-.

1 ет свою полярность (фиг.5). При этом выходной сигнал блока 41 логики Up становится равным нулю на: время Я,, в течение когорого происходит подготовка формирователейусилителей 42-44 импульсов к выдаче очередных импульсов управления по ка5 15 налам тиристоров 17 и 23 (фиг. 3) .

По истечении времени 0, на выходе блока 41 логики появляется разрешающий сигнал логической единицы, в ка-. нале тиристора 17 выходной сигнал равен логическому нулю (фиг.5) ° Соответственно в блоке 40 ключей ключ 58 замыкается, а ключ 57 размыкается, что обеспечивает появление сигнала управления по каналу тиристора 23 (фиг ° 5 ) °

После включения тиристора 23 в коммутируемой секции, связанной с пластинами 3 и 4 коллектора под действием коммутирующей ЭДС от магнитного потока дополнительных полюсов прямой ток тиристора 17 i „ постепенно уменьшается, а тиристора 23 и контакта 1 2 i<< íàðàñòàåò.

По истечении времени t„ прямой ток тиристора 17 i„,,становится рав-., ным нулю и он отключается, а ток тиристора 23 i < достигает значения

2 i 8,,при этом ток в секции изменяет свое направление (показано пунктиром на фиг. 1). Перемещение контакта

11 с проводящей пластины 3 на изолирующую 8 осуществляется в обесточенном состоянии, что обеспечивает безыскровую работу коллектора. По завершении коммутации в секции ток якоря

2 i продолжает протекать по конту6 ру: фаза А-23-12-4 и далее по ука занному выше контуру, При дальнейшем перемещении контак тов по поверхности коллектора кон .такт 11 проходит изолирующую пластину 8 и начинает переходить на проводящую пластину 4, При этом контакт 12 начинает переходить на изолирующую пластину.9. В момент времени t, когда контакты 11 и 1 2 одновременно контактируют с пластиной 4, выходной сигнал датчика положения U вновь изменяет свою полярность (фиг.5) °

Элементы схемы управления работают аналогично описанному в соответствии с диаграммой на.фиг,5 для момента времени t . По истечении времени 2, появляется сигнал управления U„,,на включение тиристора 17. Начинается процесс перехвата общего тока 2 в контакте 12 на контакт 11 вследствие возрастающего -падения напряжения на сбегающем крае контакта 12.

Этот процесс не сопровождается искрением из-за очень малой индуктивности контура: 4-12-23-17-11-4. Когда

11809 6 скользящий контакт 12 полностью переходит на изолирующую пластину 9, ранее проводящий тиристор 23 отключается естественным образом, а полный

5 ток 2 ig протекает через пластину 4, контакт 11 и тиристор 17.

При продолжающемся перемещении контактов по поверхности коллектора

1ð контакт 12 входит в контактирование с проводящей пластиной 5, со схемы

16 управления поступает сигнал вклю чения тнристора 23 и начинается коммутационный процесс реверснрования тока в секции, связанной с пластинами 4 и 5. Этот процесс протекает так же, как в секции, связанной с пластинами 3 и 4.

Рассмотренные коммутационные про

2р цессы соответствуют случаю, когда они по времени не совпадают с сетевой коммутацией тиристоров выпрямителей.

Однако, если начало коммутационного процесса, например, в секциях, под-,;.

25 ключенных к пластинам 3 и 4, совпало по времени с сетевой коммутацией с фазы А на фазу В, при которой одновременно открыты тиристоры 17 и

19, со схемы управления будут поданы импульсы на включение тиристоров 23 и 25 одновременно. При завершении коммутации в секции тиристоры 17 и

19 отключаются коммутирующей ЭДС, далее за счет сетевой коммутации отключается тиристор 23, а полный ток 2 i продолжает протекать от фазы В через тиристор 25. !

При неподвижном якоре и низких частотах вращения, когда ЭДС, наво4р димая в секциях полем дополнительных полюсов, становится соизмеримой с падением напряжения под щетками, коммутация тока в секциях обеспечивается переменным напряжением питаю45 щей сети так же, как в вентильных машинах с циклоконверторами.

При работе машины двигателем вперед в мостовых схемах на ключевых элементах 13 и 14 работают только катодные группы тиристоров 17,!9,21 и 23,25, 27 ° В мостовых схемах, свя занных с катодной группой контактов (не показаны), работают анодные группы тиристоров..В генераторном режиме, т.е. при изменении направления тока якоря (назад), в мостовых схемах на ключевых элементах 13 и 14 вступают в работу анодные группы тиристоров 18,, — l5)1809

20,22 и 24,26,28. В мостовых схемах, связанных с катодными щетками, работают катодные групйы тиристоров.

5 формула изобретения

Электрическая машина с вентильномеханическим коммутатором, содержащая механический коллектор, контактирую- fp щие с ним разнополярные группы щеток, ключевые элементы и схему управления с блоком логики и датчиком положения, отличающаяся тем, что, с целью упрощения конструкции, 15 машина снабжена дополнительными полюФ сами с обмотками, трансформатором тока, выпрямителем и реверсивным уз" . лом, ключевые элементы выполнены в виде анодной и катодной групп тирис-20 торов, одноименные выводы которых, предназначенные для подключения к сети переменного тока, объединены и соединены с первичными обмотками трансформаторов тока, вторичные обмотки которых соединены с обмотками дополнительных полюсов через выпрямитель и реверсивный узел, схема управления снабжена блоком импульсно-фазового управления, блоком ключей, и блоком управления реверсивным узлом, выход которого соединен с управляющими входами реверсивного узла, вход — с входом блока импульсно-фаэо; вого управления, выход которого соединен с блоком ключей, а второй вход — с первым выходом блика логики, второй и третий выходы которого соединены с вторым и третьим входами

1 блока ключей, а вход — с датчиком положения, l5ll809

1511809 sr

Ящ

О 12

Б

Составитель И.Казанцев

Редактор Л,Лежнина Техред И.Верес Корректор.Э.Лоичакова

Заказ 5909/55 Тираж 648 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР !!3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, !О!