Устройство для улучшения коммутации коллекторных электрических машин

 

Союз Советски н

Социалистических

Реснублии

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6 l ) Дополнительное к а вт. с вид- ву (22)Заявлено 29.01.81 (21) 3242444/24-07 с присоединением заявки J% (23) Приоритет (5l)h%. Кл.

Н 02 К 13/14

Тоаударстеенный камнтет

СССР

Опубликовано 1 5.1 1.82. Бюллетень М 42

IIo делам нэобретеннй н открытнй (53) УДК621.31 3 (088.8) Дата опубликования описания 17.11.82

Л. Я. Макаровский, B. В.Трошин, В.А. Прудников, А. и Э.Г.Чеботков спешки н (72) Авторы изобретения (- (()азий

Ц И ТЕф ур.

Куйб шева .и „, 13

6ЛНщ .„ (7! ) Заявитель

Куйбышевский политехнический институт им. B. В (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ КОММУТАЦИИ

КОЛЛЕКТОРНЫХ ЗЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

Изобретение относится к электрома: шиностроению и способствует решению проблемы повышения надежности коллекторных машин постоянного тока при управлении как по цепи якоря, так и по цепи обмотки возбуждения.

Известно устройство для улучшения коммутации коллекторных машин, содержащее регулируемый источник питания для подпитки дополнительных полюсов, датчики частоты вращения постоянной переменной составляющих тока якоря, множительное устройство и функциональные преобразователи (1).

В многополюсных машинах постоянно- 15 го тока с волновой обмоткой якоря в процессе коммутации секции замыкаются накоротко двумя щетками и соединяюшейих шиной, через которые протекает добавочный ток коммутации. B одной щетке го добавочный ток коммутации совпадает с током параллельной ветви, а в другойнаправлен встречно. Плотность тока в щетках одинаковой полярности различна и напряжение между набегающим и обегаюшим краями щетки характеризует процесс коммутации с большой погрешностью.

Известно также устройство для коммутации коллекторных электрических машин с волновой обмоткой якоря, где управляю- щие элементы выполнены в виде датчиков тока, которые установлены в цепи щеток одноименной полярности, а между датчиками тока и управляемым усилителем включен сумматор g 2).

Точность настройки коммутации на середину безыскровой зоны зависит от стабильности сопротивления переходного контакта между коллектором и каждой из щеток одноименной полярности. В процессе эксплуатации электрической машины изменение этого сопротивления носит случайный характер и равенство сопротивлений нарушается за счет неравномерной структуры щеточного материала, измене ния усилий прижима щеток к коллектору

3 97450 и других факторов. Это-приводит к неравенству токов, протекающих через щетки одноименной полярности, появлению сигнала на входе усилителя с последующей его отработкой в виде изменения тока дополнительных полюсов. Однако характер коммутации при этом отличен от оптимального, что вызывает неравномерное распределение плотности тока под каждой из щеток одноименной полярности и 10 как следствие, искрение.

Наиболее бли зк о к предлагаемому устройство точной и стабильной автоматической настройки коммутации коллекторных электрических машин ностоянного ts тока с лайм типом обмотки якоря, в котором датчик добавочного тока коммутации выполнен в виде вспомогательной секции, уложенной рядом с основной секцией обмотки якоря, при этом начала щ основной и вспомогательной секций присоединены к коллекторной пластине, а конец вспомогательной секции и отпайка от конца основной секции подключены через контактные кольца ко входу управ- 2S пяемого усилителя $3).

Недостатком устройства является низкое быстродействие при регулировании

:частоты вращения двигателя ослаблением его поля. Кроме того, устройство имеет ограниченные функциональные возможности при настройке коммутации коллекторных электрических машин постоянного тока с любым типом обмотки якоря íà середину безыскровой зоны, причем оба эти 35 недостатка связаны друг с другом. Действительно, настроенный прямолинейный характер коммутации сохраняется с допустимым приближением только в определенной области управления, при превыше нии которой коммутационные процессы носят ускоренный или замедленный характер. Устройство не позволяет внести коррекцию в коммутационные процессы для повышения динамических показателей при регулировании частоты вращения ма шины постоянного тока за счет ослабления поля с прямолинейным законом коммутации, так как имеет ограниченные функциональные возможности.

Целью изобретения является повыше50 ние быстродействия при регулирован щ частоты вращения ослаблением поля коллек орных электрических машин постоянного тока с любым типом обмотки якоря с точной и стабильной автоматической настройкой коммутации на середину безыскррвой зоны, а также расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что устройство снабжено двумя интеграторами, двумя усилителями напряжения с пропорциональным законом изменения выходного напряжения от входного, четырьмя нуль-органами, восемью ключами, одновибратором и элементом памяти, при этом первый усилитель напряжения через. ключ, а также два нуль-органа подключены к выходу датчика добавочного тока коммутации, выход первого нуль-органа подсоединен ко входу одновибратора и двум ключам соответствен« но во входной цепи и цепи обратной связи первого интегратора, выход второго нульоргана присоединен,к четвертому и пятому ключам соответственно во входной цепи и цепи обратной связи второго интегратора, выходы интеграторов и первого усилителя напряжения посредством шестого, седьмого и восьмого ключей соединены со входом второго усилителя напряжения, к выходу которого подключены третий и четвертый нуль-органы, выходы которых соответственно соедине..ны с первым ключом и первым входом элемента памяти, второй вход которого подключен к выходу одновибратора, а выход элемента памяти соединен с тремя ключами на выходе двух интеграторов и первого усилителя напряжения.

На фиг. 1 дано графическое изображение кривых процесса коммутации; на фиг. 2 — схема устройства для улучшения коммутации коллекторных электрических машин.

Вспомогательная секция 1 размещена рядом с секцией обмотки якоря 2. Один конец вспомогательной секции 1 электрически соединен с секцией обмотки якоря

2 непосредственно на холлекторной пластине 3. Второй конец вспомогательной секции 1 присоединяется к кольцу 4. Отпайка от конца основной секции подключена к контактному кольцу 5. Сигнал с колец 4 и 5, пропорциональный добавочному току коммутации, поступает на вход нуль-органов 6 и 7, а с помощью ключа

8 поступает на вход усилителя напряжения 9. К выходу нуль-органа 6 подключ ны ключи 10 и 11, установленные соот ветственно во входной цепи и цепи обратной связи интегратора 12, а также одновибратора 13. К выходу нуль-органа

7 подключены ключи 14 и 15, установленные соответственно во входной цепи и цепи обратной связи интегратора 16.

В качестве интеграторов могут использоваться операционные усилители с охва5 97450 том их емкостной связью. Выходные на-, пряжения интеграторов 12 или 16, а также усилителя напряжения 9 посредством ключей 17-19 подаются для алгебраического суммирования на входе усилителя напряжения 20, имеющего пропорциональную зависимость выходного напряжения от входного. В качестве zmoчей 8, 10, 11, 14, 15, 17-19 могут использоваться транзисторы, работающие

1О в ключевом режиме. К выходу усилителя напряжения 20 с пропорциональным законом управления подключены нуль-органы

21 и 22, а также усилитель мощности

23, регулирующий ток в обмотке дополнительных полюсов 24 при настройке коммутации на середину безыскровой зоны. Нуш орган 21 управляет работой ключа 8. Выход нуль-органа 22 соединен с первым входом элемента памяти 25. 0 на второй вход которого подается сигнал с выхода одновибратора 1 3. К выходу элемента памяти 25 подключены ключи

17-19. В качестве нуль-органов 6, 7, 21, 22 могут использоваться транзистор- ные варианты, на операционных усилителях и др. Элементы устройства 6-22,25, выполняющие усилительно-преобразующие и логические функции, составляют блок логики, включенный между датчиком добавочного тока (элементы 1-5) коммутации и.управляемым усилителем мощности 23.

Устройство работает следующим oáps-. зом. 3$

Нуль-органы 6, 7 совместно с интеграторами 12,16 и ключами 10-11, 14-15 формируют желаемый закон прямолинейной коммутации - двухполярный сигнал. При положительной полярности напряжения 10 датчика добавочного тока коммутации срабатывает нуль-орган 6, включающий ключ 10 и отключающий ключ 11. Инте» гратор 12 при этом формирует участок

АБ желаемого закона прямолинейной ком-4s мутации. При отрицательной полярности напряжения датчика добавочного тока коммутации ключи 10 и 11 возвращаются в исходное положение — ключ 10 размыкается, а ключ ll замыкается и на вы- р ходе интегратора 12 имеет место нулевой сигнал. При отрицательной полярности юлряжения датчика добавочного тока коммутации ключ 14 включается, а ипоч

15 отключается за счет срабатывания нулт органа 7. Интегратор 16 при этом формирует участок ВГ желаемого закона прямолинейной коммутации. При положитель ной полярности напряжения датчика добавоч5 б ного тока коммутации нуль-орган 7 отключен, а ключи 14 и 15 находятся в исходном положении — ключ 14 размыкается, а ключ 15 замыкается и на вйходе интегратора 16 имеет место нулевой сигнал. Следовательно, нуль-органы

6,7 совместно с интеграторами 12, 16 и ключами 10-11, 14-15 формируют желаемую модель процесса прямолинейной коммутации. Напряжение датчика добавочного тока коммутации посредством ключа 8 подается на вход усилителя напряжения 9. Выходное напряжение усилителя 9 характеризует действительный процесс коммутации, который в общем случае носит ускоренный (кривая АДЕГ) или замедленный (кривая АЖЗГ) характер.

Алгебраическая сумма сигналов с модели прямолинейной коммутации (интеграторы

12 или 16) и усилителя 9 выделяется на входе усилителя 20 с пропорциональной зависимостью выходного напряжения от входного. Нуль-органы 21 и 22 настраиваются на определенный порог срабатывания, характеризующий отклонение действительного процесса коммутации от прямолинейного. При малых отклонениях эталонной модели прямолинейной коммутации от действительного процесса коммутации, например, на участках АБ и АИ, срабатывает нуль-орган 22, включая элемент памяти 25,. который, в свою очередь, включает ключи 17, 18 и 19. Напряжение с интегратора 16 и вход усилителя

20 не поступает, поскольку в области

АБ ключ 15 замкнут, а ключ 14 разомкнут. В этом режиме управляющий уси литель 23 настраивается таким образом, чтобы ток, протекающий через обмотку дополнительных полюсов 24, соответствовал настройке машины на середину беэыскровой эоны. Если в следующей облаоти, например КЛМ, отклонение эталонной модели прямолинейной коммутации от действительного процесса коммутации возрастает, то под действием возрастающего напряжения интегратора 12 увеличивается выходное напряжение усилителя 20, приводящее к срабатыванию нуль-органа 21 и замыканию ключа 8. При этом на вход усилителя 20 подаются напряжения с интегратора 12 и усилителя 9, at выходное налряжение усилителя 20 устанавливается таким, чтобы ток в обмотке дополнительных полюсов 24 снова соответствовал настройке машины на середину безыскровой зоны. При понижении выходного на« пряжения усилителя 20 нуль-орган 21 отключается и ключ 8 размыкается. РаS

15

2S

7 974 бота устройства далее протекает аналогично области МНО и ОП, ключ 8 работает в вибрационном режиме при настрой ке нуль-органа 21 на определенный порог срабатывания, а при каждом его срабатывании происходит сравнение напряжения интегратора 12 с выходным напряжением усилителя 9, изменение выходного напряжения усилителя 20 и последующей коррекцией тока дополнмтельных полюсов 24 для настройки коммутации на середину беэыскровой эоны. При срабатывании нуль-органа 6 на выходе одновибратора 13 появляется узкий импульо, подаваемый на вход элемента памяти, который производит его в первоначальное состояние и подготавливает к срабаты ванию. Заметим, что в области ВГ работа происходит аналогично описанному, причем формирование эталонной модели процесса прямолинейной коммутации осущест» вляется интегратором 16. В области ВГ срабатывает нуль-орган 7 и при замыка - нии ключа 14 и размыкании ключа 15 интегратор 16 формирует эталонную модель прямолиней ной коммутации.

Предлагаемое устройство для улучшения коммутации коллекторных электричес ких машин путем изменения тока дополнительных полюсов обеспечивает высокое быстродействие при регулировании ф частоты вращения коллекторных электри -. ческих машин постоянного тока с точной и стабильной автоматической настройкой коммутации на середину беэыскровой эоны, а также расширяет функциональные воэможности.

505 8 мотки якоря при встречно»последователь» ном соединении основной и вспомогательной секций, о т л и ч s ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия при регулировании частоты вращения ослаблением поля коллекторных электрических машин постоянного тока с точной и стабильной автоматической настройкой коммутации на середину беэыскровой эоны и расширения функциональных возможностей, устройство снабжено дву мя интегратора,ми, двумя усилителями напряжения с пропорциональным законом изменения выходного напряжения от входного, четырьмя нуль-органами, восемью ключами, одновибратором, и элементом памяти, прн этом первый усилитель напряжения через ключ, а также два нуль органа подключены к выходу датчика добавочного тока коммутации, выход первого нуль-органа подсоединен ко входу одновибратора и двум ключам соответственно во входной цепи и цепи обратной связи первого интегратора, выход второго нуль-органа присоединен к четвертому и пятому ключам соответственно во входной цепи и цепи обратной связи второго интегратора, выходы HHTeI pQTo» ров и первого усилителя напряжения посредством шестого, седьмого и восьмого ключей соединены со входом второго усилителя напряжения, к выходу которого подключены третий и четвертый нуль органы, выходы которых соответственно соединены с первым ключом и первым входом элемента памяти, второй вход которого подключен к выходу одновибра- . тора, а выход элемента памяти соединен с тремя ключами соответственно на выФормула изобретения

Устройство для улучшения коммутации коллекторных электрических машин, содержащее управляемый усилитель, подключенный к основной или вспомогательной обмоткам дополнительных полюсов, и датчик добавочного тока коммутации, выполненный в виде вспомогательной секции, уложенной рядом с основной секцией об40

45 ходе двух интеграторов и первого усилителя напряжения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент ФРГ М 1200980, кл. 21 с 28, 1965.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 630714, кл. Н 02 К 13/14, 1977.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке № 3210978, 1980.

37450:>

Составитель С. Шутова

Редактор С. Тимохина Техред M.Tenep Корректор И. Ватрушкищ

Заказ 8730/74 Тираж 721 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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