Устройство для улучшения коммутации коллекторной электрический машины

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (11) 52 9525

OnИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено10.04,74 (21) 2013697/07 с присоединением заявки №(23) Приоритет— (43) Опубликовано25.09.76. Бюллетень ¹ 35 (45) Дата опубликования описания 14.01.77 (51) М. Кл. -

Н 02 К 13/14

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР

Il0 делам изооретений и открытий (53) УДК621.313.236 (088.8 ) (72) Автор изобретения

В. В. Машкауцан (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ КОММУТАШ4И

КОЛЛЕКТОРНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИН61

Изобретение относится к коллекторным машинам постоянного гока, в частности к машинам средней и большой мощности.

11m обеспечения безыскровой коммутации в коллекторных электрических машинах широко применяются различные схемные решения на основе полупроводниковых приборов, B частности управляемых гирисгоров, При этом основная щетка снабжается дополнительными щетками, соединяемыми с основ- )0 ной посредством полупроводниковых элементов (11. Для обеспечения безискровой коммутации используются схемы с неуправляемыми Г2) и управляемыми выпрямигельными мостами, в частности с тирисгорами. 15

Известное устройство для улучшения коммутации содержит на каждый бракет основных щеток вспомогательные щетки и выпрямигельный полупроводниковый мост, к когорому подключены основная и вспомогательная щетки. К выходу моста подключены соединенные последовательно гиристор и конденсатор, шунгированный цепочкой из последовательно соединеннь.-х катушки индукгивносги, резистора и тирисгора, управляющий электрод которого соединен через узел управления со средней точкой делителя напряжения на выходе моста (31.

Однако такое устройство не обеспечивает достаточной компенсации реактивной э,д.с. при импульсном гоке заряда и разряда конденсатора и приводит к некоторому снижению коэффициента полезного действия машины, Кроме гого, необходимо охлаждение вспомогательного резистора, мощность которого в крупной машине может быть значительной, 11ель изобретения — повышение эффективности компенсации действия реактивной э.д.с. и уменьшение потерь, Это достигается тем, что в предложенном устроисгве указанный полупроводниковый мocr выполнен в виде реверсивного моста на управляемы.; гирисгорах, а индуктивность и отдельный управляемый гирисгор включены последова ельно с дополнительным источником питания и подсоединены параллельно упомянутому конденсатору.

При таком выполнении устройства осуществляется активная коммутация гока в

529525 секции. обмотки якоря за счет напряжения силового конденсатора, включенного на выходе моста, Так как этот процесс проходит с ограниченной скоростью, индуктивность соединительных проводов практически не влияет на эффективность устройства, Поскольку в схеме отсутствует резистор, предназначенный для рассеяния энергии конденсатора, потери энергии в устрой . стве уменьшаются, Включение индуктивности последовательно с источником питания

30 создает условия для заряда конденсатора с минимальными потерями энергии.

На фиг, 1 изображена принципиальная силовая схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — часть устроиства, работающая

l5 при правом вращении машины и условно положи тельном гоке нагр у зки; на фиг. 3— часть устройства, работающая при правом вращении и отрицательном гоке нагрузки; на фиг. 4 — часть устройства, работающая при левом вращении и положительном токе нагрузки; на фиг. 5 — часть устройства, работающая при левом вращении и отрицательном токе нагрузки; на фиг. 6 - часть устройства, работающая при правом вращении И и незаконченной коммутации; на фиг. 7— часть устройства, работающая при левом вращении и незаконченной коммутации.

Основная щетка 1 и вспомогательные щетки 2 и 3 каждого бракета установлены 30 на коллекторе, состоящем из рабочих пласгин 4, 5, 6, 7 и вспомогательных (изолированных) пластин 8, 9, 10, Основная щетка 1 и вспомогательные щетки 2 и 3 подключены к трехфазному реверсивному мос- щ ту ll,выполненому на управляемых тиристорах 12-23. К выходу моста 11 подключены параллельно конденсатор 24 и цепочка из последовательно соединенных управляемого тиристора 25, источника питания 26 40 и индуктивности 27, Источник питания 26 выполнен управляемым.

Стрелкой на фиг, 1 условно показано правое направление движения коллектора, а буквой - условно положительный ток 46 нагрузки машины.

Клемма 28 источника питания машины подключена непосредственно к основной щетке 1. Вспомогательные щетки 2 и 3 по ширине меньше вспомогательных пластин 8 — 60

10 коллектора, а щетка 1 больше этих пластин коллектора, На фиг. 1 устройство изображено в момент, когда все тиристоры моста 11 и огдельный тиристор 25 заперты, вспомогатель55 ные шетки 2 и 3 обесточены, а конденсатор 24 заряжен до напряжения, приблизительно равного двойному напряжению дополнительного источника питания 26. Ток бракета or рабочей пластины 5 через щетку 1

66 поступает на клемму 28 при движении коллектора вправо, ток нагрузки — положител ный. В момент, когда щетка 3 имеет устойчивый контакт с пластиной 6 коллектора, на тиристоры 19 и 23 подаются сигналы управления. Этот же момент отражен и на фиг, 2, Остальные тиристоры моста 11 не показаны, так как в данный момент они не используютс . На схеме показаны токи „ и — i параллельных ветвей обмотки якоря а и ток С секции после завершения ее коммутации щеткой 1, Перед включением тиристоров 19 и 23 ток коммутируемой секции имеет направление, противоположное направлению тока, и равен току — i о . Тиристоры 19 и 23 открываются и начинается разряд конденсатора 24 через эти тиристоры и секцию обмотки якоря, соединенную с пластинами 5 и 6. B индуктивно-емкостной цепи при наличии малых активных сопротивлений разряд конденсатора 24 происходит по гармоническому закону. Параметры схемы выбираются так, чтобы максимальный ток разряда равнялся двойному току параллельной ветви обмотки якоря 2 g, Через четверть периода гармоники напряжение на конденсаторе 24 падает до нуля, а ток разряда станет равен максимальному, т.е. 2,i

Поэтому ток t. g коммутируемой секции изменяется or — L с, до i > . За это же время ток щетки 1 изменяется от значения

2 до нуля, а ток щетки 3 — от нуля до значения 2 L - 1. Напряжение на конденсаторе 24, продолжая изменяться, становится отрицательным. При появлении на конденсаторе отрицательного напряжения сигнал управления подается на тиристор 14, который открывается и шунтирует конденсатор 24 вместе с тиристором 23. Тиристор 23 гаснет, и ток конденсатора 24 становится равным нулю. Ток нагрузки 3 =2 i протекает or щетки 3 через тиристоры 14 и 19 к клемме 28 до того момента, когда щетка 1 перекроет изолированную пластину

9 и вступит в контакт с рабочей пластиной

6, шунтируя цепь щетки 3 с тиристорами

14 и 19. Тиристоры 14 и 19 гаснут, ток щетки 3 падает до нуля, а ток щетки 1 возрастает от нуля до значения 2 1 О = 1.

При этом ток пластины 5 остается равным нулю, а ток секции i <=-i> вплоть до момента отрыва щетки 1 от пластины 6 благодаря достаточно большой постоянной времени секции. Такое состояние продолжается до тех пор, пока щетка 3 не вступит в контакт со следующей рабочей пластиной 7 коллектора. Затем процесс повторяется через тиристор 25 и индуктивность 27 от источника питания 2о в течение времени, пока тиристоры моста 11 заперты, Благодаря индуктивности 27 заряд конденсатора

529525 происходит по гармоническому закону почти без потерь энергии. При этом максимальное напряжение на конденсаторе приближается к двойному напряжению источника питания 26, Так как амплитуда тока разряда конденсатора 24 зависит ог его начального напряжения и должна быть равна двойному току иараллельной ветви обмотки якоря, напряжение источника питания 26 регулируется в зависимости от тока нагрузки машины.

При правом вращении якоря и отрицательном токе нагрузки устройство работает аналогично описанному с использованием гирисгоров 13, 20 и 22 (см, фиг, 3).

При левом вращении якоря и обоих направлениях гока нагрузки устройство работает гак, как показано на фиг. 4 и 5. Разница по сравнению с фиг. 2 и 3 состоит в том, что активная коммутация секции осуществляется через вспомогательнУю щетку2.

При небольших скоростях вращения (по сравнению с номинальной) возможно, что ток коммутируемой секции, замкнутой основной щеткой 1 после завершения коммутации, не сохраняется равным току паральлельной ветви обмотки якоря к моменту, когда сбегающая пластина данной секции потеряет контакт с щеткой 1 (посгоянная времени секции при медленном вращении недостаточно велика, чтобы сохранить ток секции неизменным). Устранение искрения основной щетки 1 обеспечивается в таком случае за счет подключения коммутируемой секции через часть моста 11 к незаряженному конденсатору 24, На фиг. 6 показан момент, когда щетка 1 сходит с пластины 4 при токе этой пластины, не равном нулю. Вращение якоря правое, а ток нагрузки положительный, Сигналы управления подаются на гиристоры 12, 16 моста 1 1. После открытия этих тиристоров - епь тока пластины 4 коллектора замыкаегся через щетку 2, гиристоры

12 и 16 и конденсатор 24, При увеличении напряжения на конденсаторе 24 ток щетки 2 падает or начального значения до нуля и она сходит с пластины 4 без гока и искрения. Затем конденсатор 24 заряжается от источника питания 26 до напряжения, необходимого для коммутации следующей секции. При отрицательном гоке нагрузки включаются тирисгоры 13 и 15. При левом вращении якоря используются щетка

3 и гирисгоры 13, 17 и 14, 16 моста 11 (см. фиг. 7).

Управление гирисгорами моста 11 осуществляется or системы управления, измерительный орган которой определяет направление гока нагрузки, направление вращения и положение щеток 1-3 относительно коллектора. Система управления источника питания 26 измеряет ток нагрузки машины по абсолютной величине, 20

Формула изобретения

Устройство для улучшения коммутации коллекторной электрической машины, содержащее на каждый бракег основных щеток вспомогагельные щетки, подключенный к щеткам полупроводниковый мост с включеными на его выходе конденсатором, отдельным управляемым гирисгором и индуктивносгью, î r л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности компенсации действия реактивной э,д.с, и уменьшения потерь, полупроводниковый мост выполнен реверсивным на управляемых гиристорах, а индуктивность и отдельный управляемый гирисгор включены последовательно с дополнительным источником питания и подсоединены параллельно конденсатору.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство СССР

¹ 230949, кл. Н 02 к 13/14, 1964.

2. Авторское свидетельство СССР № 130960, кл, Н 02 к 13/14, 1957.

3. Авторское свидетельство СССР

Л" 406272, кл. Н 02 к 13/14, 1972.

2В ф р

Zb .t

Составитель Е. Князев

Редактор Т. Загребельная Техред .М. Ликович Корректор Д. Мельщщен

Заказ 5341/92 Тираж 882 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

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