Устройство для улучшения коммутации коллекторной электрической машины

 

>. ::,*„р „",„ „"„О Il И C А Н И Fai (щ 5 2 о 67 1

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, свид-вуМ406272 .(22) Заявлено 25,02.74 (21) 2001156дуу с присоединением заявки № (23) Приоритет— (43) Опубликовано 05.07.76. Бюллетень %25 (45) Дата опубликовании описании !2,7.р8.76 (51) М. 1 л.о

I H02 K 13/14.

Гасударстееииый комитет

Совета Мииистрав СССР оо делам изооретеиий и открытий (@) УД1<

621.313.236 (088.8) (72) Автор изобретения

В. В. Мяиаяуцан

| (-- .=« (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ КОММУТАЦИИ КОЛЛЕКТОРНОЙ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

Изобретение относится к коллекторным элект ическим машинам, в частности к машинам постоян- ого тока средней и большой мощности.

В решении вопроса безыскровой коммутации коллекторных электрических машинах находят прЦ- б енение различные схемные решения на основе полу; роводниковых приборов. При этом основная щетка, ак правило, снабжается дополнительными щетками етптненными с основной посредством полупровод-, овых элементовК.Улучшенными в части обеспе- 10 I ,чения безыскровой коммутации являются схемы с использованием выпрямительных мостов, Устройство для улучшения коммутации коллек,!горных электрических машин 121имеет основные и . 1ч спомогательные щетки, которые соединены между

; обой через поЛупроводниковый мост, и к выходу . оследнего подключены тиристор и конденсатор, шун. ированный цепочкой из последовательно соединени катушки индуктивности, резистора, и тиристора. y правляющий электрод последнего соединен через

"узел управления со средней точкой делителя напряж;!ния на выходе моста.

Недостаток этого устройства заключается в том, что в машинах средней и большой мощности силовые ч5

2 элементы устройства должны быть рассчитаны на боль шие импульсные токи, сравниваемые с величинами токов в параллельных ветвях обмотки якоря, а емкость конденсатора должна быть порядка 10 -10 мкф для того, чтобы в момент завершения коммутации напряжение между основной и дополнительной щет-! ками не превосходило нескольких волы предельно

:допустимого по условиям искрообразования. Кроме того, устройство должно содержать два одинаковых комплекта — по одному для положительной и отри цательнойй полярности бракетов. Падение напряжения на диодах и тиристорах устройства составляет замет-

f ную долю максимально допустимой величины напря жения между основной и дополнительной щетками, что снижает надежность устройства. !

При выборе диодов и тиристоров на большие токи и, конденсаторов большой емкости возникают:

:,затруднения с размещением устройства на машине

1 из-за его габаритов, a его удаление ог машины нриво,дит квключениюдополнительной((па азитной) индук тнвности между щетками и мостом, что также снижа-! ет надежность устройства.

Цель изобретения —, уменьшить габариты н повь; сить надежность устройства.

520671 (Эта цель достигается тем, что основная и вспомогательная щетки соединены с полупроводниковым мостом через разделительный трансформатор тока.

Это позволяет в несколько раэ повысить максимальное напряжение на конденсаторе, включенном в нагрузке моста, и соответственно уменьшить его емкость и величины токов заряда и разряда при той же величине энергии конденсатора. Благодаря этому уменьшаются габариты и стоимость силовых элементов устррйства. Одновременно уменыпа ются приве денные к первичной стороне трансформатора тока ® величины прямого падения напряжения диодов и тиристоров. Это повышает надежность устройства. Кроме того, основные и вспомогательные щетки бракетов равной полярности можно подключить к независимым первичным обмоткам одного разделительного трансформатора тока. Это позволяет выполнить для бракетов разной полярности один общий узел устройства, включающий полулроводниковый мост, тиристор в его нагрузке и конденсатор, шунтированьп и цепочкой иэ катушки индуктивности, резистора и тиристора, М а также одну схему управления устройством. Зто обеспечивает дополнительное уменьшение габарита и повышение надежности устройства.

На чертеже изображена принципиальная схема предлагае мого уст рой ства. и

Основные щетки 1 и 2 установлены рядом со вспомогательными щетками 3 и 4 на коллекторе, состоящем из рабочих пластин 5,6,7,8,9... и изолированных (вспомогательных) пластин 10,11,12,13... Щетки l и 3 установлены на бракете положительной полярнос- ;р ти, щетки 2 и 4 — браксте отрицательной полярности.

Вспомогательные щетки 3 и 4 установлены в щеткодержателях, изолированных от бракетов. Щетки 3 и 4 по ширине меньше вспомогательных пластин10(11,12...); коллектора. Щетки 1 и 3 подключены к первичной об-: Э11 мотке 14, а щетки 2 и 4 — к первичной обмотке 15 разделительного трансформатора тока 16, вторичная обмотка 17 которого включена на зажимы перемен-!

I ного тока полупро"..",шикового моста 18. К выходу моста 18 подключены соединенные последовательно @ тиристор 19 и конденсатор 20, шуитированный цепочкой из резистора 21, катушки инчуктивности 22 и тиристора 23. Управляющий электрод тиристора 23 соединен через узел управления 24 со средней точкой делителя напряжения на резисторах 25 и 26, включенных на выходе моста 18. Между управляющим электродом тиристора 19 н его анодом включены последовательно стабилитрон 27 и диод 28. Стрелка U„íà ч ртеже обозначает направление движения коллектора.

56

На чертеже устройство изображено в момент завершения коммутации секции якорной обмотки, соединенной с рабочими пластииамн 5 и 6 коллектора. В этот момент щетка 1 теряет контакт с рабочей пластиной 5, а вспомоггтел.иая щетка 3 занимает на пластине 5 устойчивое л. 1..сли к этому моменту процесс коммутации нс завершился, т.е. ток коммутируемой секции сщс ис равен току параллельной ветви обмотки якоря, а ток сбегаюгцей коллскторной лластины 5 не раасн нулю, то между иге гками 1 и 3 возни кает импульс комм утациг лиьэгo иаиряжсиия. (Зто напряжение по амплиту це может быть порядка 2 — 3 в н не вызывать искрения щеток) Коммутационное напряжение трансформируется на вторичную сторону разде- лительного трансформатора тока 16 и подается на вход моста 18. В рассматриваемый момент времени тиристоры 19 и 23 закрыты, а конденсатор 20 разряжен, его напряжение равно нулю. Напряжение, появившееся на выходе моста 18, через незаряженный конденса тор 20 подается в цець управления тиристора 19, состоящего иэ стабилитрона 27 и диода 28, и вызывает открытие тиристора 19. C открытием тиристора 19 начинается заряд конденсатора 20 по гармоническому закону от индуктивности коммутируемой секции через разделительный трансформатор тока 16.

К тому моменту, когда напряжение на конденсаторе 20 достигает максимума, ток заряда падает до нуля, и тиристор 19 запирается. Продолжительность периода конденсатора 20 и, следовательно, скорость изменении напряжения между щетками 1 и 3 зависит от параметров цепи заряда, в частности от величины емкости конденсатора 20. Зто позволяет регулировать процесс изменения напряжения между щеткой 1 и пластиной 5 таким образом, чтобы избежать искрения щетки 1 при завершении коммутации. Диод 28 ограничивает отрицательный ток управления тиристора 19 при заряженном конденсаторе 20.

В процессе заряда конденсатора 20 нагрузка трансформатора тока 16 изменяется от короткого замыкания до холостого хода. При характеристике намагничивания сердечника трансформатора тока 16, близкой к идеальной, отсутствии потерь в сердечнике и потоков рассеяния обмоток 14 и 17 сопротивление цепи, включенной между щетками 1 и 3 и эквивалентной трансформатору тока 16 с нагоузкой, изменяется от нуля до бесконечности. Поэтому ток вспомогательной щетки 3 и первичной обмотки 14 разделительного трансформатора тока 16 изменяется от некоторого начального значения до нуля. Период заряда конденсатора 20 до максимального напряжения и падение тока щетки 3 до нуля должен завершиться до того момента, когда щетка 3 потеряет контакт с пластиной 5 лри движении коллектора. В этом случае щетка 3 покидает рабочую пластину 5 в обесточенном состоянии и искрение под щеткой 3 не воэникает.

Схема измерсиии, включающая узел управления 24 и делитель 25,26, фиксирует те моменты, когда вспомогательная щетка 3 псреходит полностью на изолированную пластину 10 и теряет контакт с обмоткой якоря (шетка 3 по ширине меньше пластины 10 и поэтому не замыкает соссдних рабочих пластин 5 и 6).В этот момент напряжение на делителе 25, 26 проходит через нуль. После этого-узел 24 дает сигнал управления иа гиристор 23. С открытием тиристора 23 конденсатор 20 Разряжается через резистор 21, индуктивность 22 и тлрлстор 23. Энергия кондснсатора 20 рассеивается резистором 21. Подбор парамет* роп резистора 21 и иидуктииюсти 22 позволяет осуществить разряд конденсатора 20 ло периодическому или апериодичсскому закону. После завершения разряда конденсатора 20 устройство готово к следующс му коммутациощюх1у i шклу.

520671

I. Устройство для улучшения коммутации коллекторной электрической машины по авт.св. И 40(2 о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения, габаритов устройства и повышения его надежности и работе, основная и вспомогательная щетки соединен ,с полупроводниковым мостом через разделительный трансформатор тока.

2. Устройство по и,1, о т л и ч а ю щ е е с я !

Э .тем, что вспомогательные и основные щетки бракаго разной полярности подключены к независимым пер,вичным обмоткам одного разделительного трансформатора тока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авт,св. СССР N 230949 М. кл. Н02к 13/14 от 1961 r.

2. Авт.св. СССР йе 406272 М. кл. Н02к I 3/14 © от!972 r.

I Состзвитечк Р Князев

Теяред А. демьянова.

Корректор Н Ковалева

Заказ:311 а/233 тираж 884 Подписное

ЦНИИПИ Государе венного комитета Совета Министров СССР ио делам изооретениа и открытий

l! 3035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. д. 4/5 филиал ППП "Патент", r. Ужгород, уи. Проектная, 4

По мере дальнейшего движения коллектора щетка 1 перекрывает изолированную пластину 11 н замыкает две рабочие пластины б и 7. Начинается процесс коммутации следующей секции якоря под действием коммутирующей з.д.с. Шетка 3 в течение какого — ro времени находится на пластине 6 одновременно с щеткой I. Ho пока тиристор 19 закрыт и вторичная обмотка 17 трансформатора тока 16 разомкнута, полное сопротивление цепи щетки 3 весьма велико, и ток щетки 3 пренебрежимо мал, Прн сходе щетки 1 с рабочей пластины 6 возникает импульс коммутационного напряжения, и процесс повторяется.

Процессы в цепи щеток 2 н 4 на бракете отрицательной полярности аналогичны описанным выше.

При точной разбивке бракетов моменты коммутации секций под ними совпадают. Поэтому конденсатор 20 воспринимает энергию от двух коммутируемых секций одновременно через две независимые

Первичные обмотки 14 и 15 одного разделительного трансформатора тока.

Формула изобретения