Электрическая машина постоянного тока с управляемым вентильно-механическим коммутатором

 

О П И С А Н H Е 7З6275

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистииеских

Республик

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04.1037 (21) 2533165/24-07 (5 )М К

Н 02 К 13/14 с присоединекием заявки ¹ (23} Приоритет

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 250530. Бюллетень № 19

Дата опубликования описания 2505.80 (53) УДК 6 2 1. 382 (088. 8) (72) Автор изобретения

В,А. Ломакин (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ МАШИНА ПОСТОЯННОГО ТОКА

С УПРАВЛЯЕМЫМ ВЕНТИЛЬНО-МЕХАНИЧЕСКИМ

КОММУТАТОРОМ

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при разработке электрических машин постоянного тока с вентильномеханиче ским коммутатором, которые могут использоваться в каче ст ве тя- гового электропри вода электрического транспорта для работы в режиме тяги и рекуперативного торможения.

Известны электрические машины постоянного тока с вентильно-механическим коммутатором, содержащие механический коллектор с проводящими и изолирующими пластинами, контактирующие с ним группы щеток и вент ил ьный коммут ат ор с си ст емой управления, обеспечивающий баэыскровую коммутацию тока в секциях обмотки якоря в устрЬйстве. Одновременно осуществляется изменение скорости вращения двигателя путем импульсного регулирования подводимого к якорью напряжения (1) и (2) .

Однако совмещение в вентильном коммутаторе двух функций — коммутации и регулирования скорости достигается за счет усложнения его схемы, содержащей дополнительные коммутирующие тиристоры, которые не используются в обычных машинах с вентильно-механическим коммутатором. Кроме того, в таких машинах не может быть о суще ст влен режим ре купер ати вно го торможения, крайне необходимый в системах электрического транспорта.

Целью изобретения является расширение области применения машины.

10 Это достигается тем, что предложенная машина снабжена переключателем, содержащим два нормально-замкнутых и два нормально-разомкнутых в двигательном режиме контакта, в качестве отсекающих вентилей использованы тиристоры, коммутирующий элемент анодного блока содержит последовательно соединенные конден сатор и дроссель и зашунтирован цепочкой последовательно-встречно соединенных диодов, причем общая.точка линейных дросселей катодной группы соединена через первый нормально-разомкнутый контакт с первым выходным зажимом

25 машины и с общей точкой линейных дросселей анодного блока, через первый нормально-замкнутый контакт с вторым выходным зажимом машины и через второй нормально замкнутый конЗо такт — с объединенными анодами дио736275 дов,шунтирующих коммутирующий элемент анодного блока, соединенный через второй нормально-разомкнутый конт акт с вторым выходным зажимом ма111ины.

Ка чертеже изображена электрическая схема машины, в которой механи— ческий коллектор и обмотка якоря представлены в виде линейной разверт,КИ, Якорная обмотка 1 машины годключена к совмещенному механическому IG коллектору 2 с проводящими 3-10 и изолирующими 11-18 пластинами, контактирующими с раз нополярными группами щеток 19-22. Щетки подключены к электрическим контурам, содержащим последовательно включенные от секающие вентили 2 3-26, . управляемые коммутиру1сщие вентили 27-30, зашунтированные

Обратным1 диодд1 и 31-34, и линейные oссели 35-38, общие точки которых подключены. к соответствующим выходным зажимам для подключения к источнк ку пит ани я. Точки соединения от секающих и коммутирующих вентилей связ аны посредством коьс 1утирую1ци х элементов 39, 40, образующих с ука- 25 занными электрическими контурами анодный 41 и катодный 42 блоки вен— тильного коммутатора, работоспособность которого обеспечивается схемой

y:-:paвления 43. В качестве коммути- 30 рую1цих элементов в катодном блоке у:. ановлен конденсатор, в анодном блоке — электрическая цель из после ОН:=,тельно включенных конденсатора

44 н дросселя 45, шунтированных дио- ъ5 да1 ц1 46, 47, аноды которых через .-. руслу кОнт актОВ 48 пОдключены к 3 ажимам источника питания. Контакты

49 и 50 замкнуты в режиме тяги, а контакты 51,. 52 при этом разомкнуты, 8 режиме рекуперации, наоборот,контак-,ы 49-50 — разомкнуты, а контакы — 1--52 замкнуты. 4aT1ина мОжет работать В режиме тяги — двигателем и в режиме ракунарации — генератором. Схема обеспе- 45 —::гнвает плавное регулирование скорости вра1цаНИЯ двиГателя В большом диапазоне и рекуперативное торможение, вплоть до. полной остановки машины.

Прн работе машин = . двигатели, т,е, э $g режима тяги,. при номинальной скорости вращения (т.е. TIpIT полном напряжении источника на коллекторе}, в

pacc arриваамый момеí — времени ток нагрузки про-.åêà.åò от положительного полюса источника через дроссель 35,, тирнсторы 27, 23, щетку 19, пластину

1сэллактора 4, «бмотку якоря 1 р Через пластину 8, контакт 21, вентили 25, 29, дроссаль 37, контакт 49 к минусу иc;-очника питания. Коммутирующие @ конденсаторы 40, 44 заряжены от вредыдушаго коммутационного цикла до напряжения, ПО11ярность кОтОрогО ОбОзна чена на рисунке без скобок. Скользящиес конт акты перемещаются относит ель- 65 но ксллектора слева направо. При вхождении щеток 20 и 22 и коятакти— ровании с пластинами 5, 9 со схемы упра элен н я пс ступают си гн алы н а включение тиристоров 2 8, 2 4, 30.

Конденсаторы 40 и 44 начинают разряжаться по соответствующим контурам с целью вь.ключения ранее проводящих тнристоров 27 и 29. Б анодном блоке разрядный ток конденсатора 44 протекает через элементы схе1и: 44, 27, 35 36, 28, 45,. 44. В катодном блоке конденсатор 40 разряжается через элементы 30, 38, 37, 29. После того„. как разрядные токи конденсаторов становятся равными току нагрузки двигателя тиристоры 27 и 29 отключаются, а разряд продолжается нар аст аю1цим током в анОднОм бло ке iTe.— рез элементы 44, 31, 35, 36, 28, 45, 44, а в катодчом — через элементы

40,. 30,. 38, 37, 33, 40.

В рассматриваемом коммутационном интервале ток нагрузки протекает через обратные диоды 31, 33, которые поддерживаются в проводящем сОстОянии указ анными разрядными ТО— ками, превышающи1и го абсолютной величине ток нагрузки. Когда разрядные тОки конденсатОрОВ 40 и 44 уменьша1стся до значения тока нагруз— кт обратные диоды 31 и 33 отключа1стся„а ""oê двигателя протекает от источника через —:-:ëeìeíòû 36, 28, 45, 38,. 49 „3 с.=-„ñ×I:ях обмотки якоря на=i=I;íается процесс- реверсирования;îêà, который сопровождает ся продолжающимся перезарядо1 конденсаторов 40:: 44 до н =--:.пр яжени я, полярно ст ь которого обозначена на чертеже в скобках, и постепенным переходом тока нагрузKT B цепи скользящих KGHTBKTGB 20 и 22. По окончании электромагнитного переходного процесса ток в коммутируемях ceKITиях и-меняет свое напряжениее, перез аря цные токи конден саторов 40 и 44 равны нулю, ток нагруз ки г1рс должает проте кать от источни ка через элементь.- схемы: 36, 49 . a C;-:O IIЬЗ я щиe КОНТ aKZЫ 1 с И 2 ) с бе сто чены ..

Рассмотренный электромагнитный процесс происходит значительно рань1це перемещения щеток 19 и 21 с проводящих пластин на изолирующие 13 и 17. Таким образом обеспечивается безыскровая коммутаци я. При лос 1ЕдУ1ощем перемещен 1и скользящих контак-.îH по поверхности колл ктopai Ко Täa щетки 19 и 21 вновь контактируют с

11ластинами б и 10, ко1цтутационные и оцессы в схеме повторяются.

Пси работе машины дви гателем в режиме регулирования скорос=и вра.qeния измен яет ся последовательность включени я тири сторо в ано дно го бло Ка

7362 75 вен тильно го переключателя. При этом за время контактирования контактов

20 и 22 с пластинами 5 и 9 коллектора тиристоры 24, 28 анодного блока работают в ключевом режиме, обеспечивая частотно-импульсное регулированияя н апряжени я н а якоре дви гателя.

A при контактировании контактов 19, 21 с пластинами б, 10 в ключевом режиме работают тиристоры 2 3, 2 7. Катодный блок вентильного переключателя при регулировании скорости работает так же, как и при номинальной скорости двигателя. рассмотрим особенности работы двигателя при регулировании скорости.

В исходном состоянии и при вращении двигателя со скоростью меньшей номинальнойй ток н агруз ки проте кает от источника питания через элементы схемы 36, 28, 24, 20, 5, 1, 9, 22, 26, 30, 38, 49. Конденсатор 44 заряжен от предыдуще го коммутацион:

Для подачи напряжения на якорь двигателя со схемы управления подаются управляющие сигналы на тиристоры

24, 28. Вначале от сети протекает ток через элементы схемы 36, 28, 47, 50, 49. В момент времени, когда указанный ток становится равным току в шунтирующем контуре дви гателя, вентиль 47 запирается, а ток нагрузки продолжает прот е кат ь от сети чере з элементы 36, 28, 24, 20, 5, 1, 9, 22, 26, 30, 38, 49.

Конден сатор 44 перезаряжает ся до напр яжени я и сходной полярности (о ба з— начено в скобках) через элементы 31, 35, Зб, 28, 45 анодного блока. При постоянном времени от крытия вентилей

28, 24 среднее напряжение на якоре дви гателя ре гулирует ся и з менением длительности бе стоковой паузы тиристора 28. В аналогичном режиме работают вентили 2 3, 27 при прохождении тока ты 19, 21.

Для работы машины генератором в режиме рекуперативного торможения размыкаются контакты 49, 50 и замыкаются контакты 51, 52. Одновременно изменяются направление тока в обмотке возбуждения и, соответственно, ЭДС обмотки якоря. Ток рекуперации регулируется частотно-импульсным способом с помощью тиристоров анодного блока, работающих в ключевом режиме, Катодный блок вентильнога переключателя в режиме рекуперации работает так же, как и в режиме тяги. В исходном состоянии при отдаче энергии в сеть вентили

27, 28, зак ыты, а ток якоря машины протекает через обмот ку 1, конт акты

20, 22, вентили 26, 30 дроссель 38, контакт 51, к плюсу источника питания, через внутреннее сопротивление источника к минусу, через контакт 52, вентили 47, 24, контакты 20, 5 и далее через обмотку якоря 1. Конденсатор

4 4 з ар яжея от предыдуще го коьмут ационкого цикла до напряжения источника пит ани я, полярность которого обоз начен а н а чертеже без скобок. При уменьшении среднего тока я коря машины до некотopoÀ заданной величины

;дат чи к среднe ro тока входит в схему управления 4 3) включается тири стор

28. При =-том в первый момент от источникa питания через элементы схеми Зб, 28, 47, 5" протекает интенсивно нараст ю - .и ток. Когда этот ток становится Равным прямому току через диод 47, пасв.едний отключается, а машина гереходит в режим короткого замыкания, при котором ток якоря быстро возрастает и протекает по кон:-уру: 1, 9, 22, 26, 30, 38, 51, Зб, 28, 24, 20, 51. Конденсатор 44 перез аряжает ся до н апряжени я, полярность которого обозначена на чертеже в скобках, па контуру: 44, 31, 35, 36, 28, 45, 44.

Когда возрастающий ток якоря дости гнет неко". орой з аданной величины, со cõåìà управления подаются импульсы на включение тиристора 27, который с помощью коммутирующего конденсатора

44 от ключает проводящий тири стор 28

à-".àrEoãê÷ío описанному при работе машины с номинальной скоростью. По сле отключения обратного диода 32 машина з QBE> отдает энергию в питающую сеть, якорный >oê протекает через элементы схемы 1, 9, 22, 26, 30, 38, - ), через внутренн ее сопротивление источника 52, 47, 24, 20, 5, 1. Кон- д:-=я сатop —,.ерез аряжает ся от сети до нагЕр жeния исходной полярности через элементы 35, 27, 44,. 45, 47, 52.Далее коммутационные процессы повторяют ся.

В анодном и катодном блоках вен- тильного переключателя коммутирующие элементы:-: 1EK7 неодинаковую структуру.

736275

В катодном блоке установлен конденсатор 40, в анодном — кон ден сатор 44 и дроссель 45. Неоднородность схем объясняется тем, что эти блоки работают в различных режимах. Элементы катодного блока во всех режимах работы машины находятся в одинаковых условиях и выполняют функцию переключателя тока, протекающего через контакты 21,22. Напряжение на конденсаторе 40 в таком режиме работы определяется только величиной реактивной

ЭДС на коммутируемых секциях обмотки якоря, которая в свою очередь зависит от нагрузки и по величине значительно меньше напряжения источника пит аии я.

Элементы анодного блока вентильного переключателя выполняют созыв щенную функцию коммутатора и регулятора напряжения. При работе машины с номинальной скоростью вращения конденсатор 44. работает в тех же условиях, что и конденсатор- 40. Напряжение на нем определяется процессом подзаряда конденсатора энергией коммутируемых се кций, которая з ависит от параметров секции и от нагрузки.

В этих условиях (при постоянстве энергии, получаемой от секции) с уменьшением емкости конденсатора. напряжение на нем возрастает. Одновременно, при работе машины в режиме регулирования скорости конденсатор

44 переэаряжается до полного напряжения источника питания..

Для выравнивания потенциальных условий работы конденсатора 44 анодного блока во всех режимах работы машины его емкость выбирают такой величины, чтобы напряжение на нем при номинальной скорости двигателя было бы равно напряжению источника пит ани я .

Выравнивание потенциальных условий работы конденсатора 44 обеспечивает постоянство. времени выключеФормула и во брет ения

Электрическая машина постоянного тока с управляеьвм вентильно-механиче ским коммутатором, содержащая два механических коллектора, каждый иэ которых контактирует с разнополярными щетками, а каждая иэ щеток одной полярности соединена последовательно с отсекающим вентилем, управляеьь м коммутирующим вентилем, шунтированным обратным диодом, и линейным дросселем, линейные дроссели соединены между собой, между точками соединения отсекающих и коммути1О рующих вентилей подключены коммутирующие элементы, образующие с перечи слен ньвп элементами, свя з анными с щетками одной полярности анодный и катодныи блоки, о т л и ч а ю15 щ а я с я тем, что, с целью расширения области применения, машина снабжена переключателем, содержащим два нормальна-замкнутых и два нормально-разомкнутых в двигательном режиме

Щ контакта, в качестве отсекающих вентилей использованы тиристоры, коммутирующий элемент анодного блока содержит последовательно соединенные конденсатор и дроссель и зашунтирован цепочкой последовательно-встречно соединенных диодов, причем общая точка линейных дросселей катодной группы соединена через первый нормально-разомкнутый контакт с первым выходным зажимом машины и с общей точкой линейных дросселей анодного блока, через первый нормально-з амкнутый контакт с вторым выходным зажимом машины и черeç второй нормально замкнутый контакт — с объединенными ано,дами диодов, шунтирующих коммутирующий элемент анодного блока, соединенный через второй нормально-разомкнутый контакт с вторым выходным зажимом машины.

Источники информации р принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидет ель ст во СССР

Р 377943, кл. Н 02 13/14, 1970.

2 „Автор cкое свидет ель ст во СССР

Р 38?207, кл. Н 02 К 13/14, 1970„

736275

Тираж 783 Подпи сное

ПНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

11 30 35, Москва,- Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 2440/44

Фи.:пал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель A. Санталов

Редактор E. Кравцова Техред И. сталош Корректор E. Папл