Устройство для улучшения коммутации коллекторных электрических машин

(19) П 1) А ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ АВТОРСКОМУ ТЕПЬСТВк ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(46.) 15.06,83, Бюл,22 (72) А. И. Скороспешкин, В. А. Прудников, Э. Г, Чеботков, В. В. Трошин, Н. А. Елшанский и Л. Я. Макаровский (71) .Куйбышевский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт им. В, В. Куйбышева (53) 621.313 (088.8),(56) 1. Авторское свидетельство ССС463200, кл. Н 02 К 23/28, 1972. Патент ФРГ1200930, кл21 д 28 ф 1965.3. Авторское свидетельство СССР по заявке2778468/07,кл. Н 02 К 13/14, 08,06,79,(54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛУЧШБНИЯ КОММУТАОИИ КОЛЛЕКТОРНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН, содержащее управляемый усилитель, подключенный к обмотке дополнительного полюса, элементы управления усилителем, выполненные в виде датчиков тока, и регулятор с пропорционально-интегральным законом изме" кения выходного напряжения, соединенный, с управляемым усилителем, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения статической точности н.улучшения стабильности настройки дополнительных полюсов на середину безыскровой зоны коммутации, два .входа регулятора через резисторы соединены с датчиком тока, а третий вход подключен через резисторобмотке дополнительного полюса,2,0231Изобретение относится к электрическим ким машинам, в частности к средствам улучшения коммутации коллекторных электрических машин с регулируемой в широких пределах частотой врашения, 5Известны устройства для улучшения коммутации коллекторных электрических машин, содержащие регулируемый источник питания, подключенный к основной или вспомогательной обмотке доолнитель 10 ных полюсов, функциональные элементы, датчики ЭДС, Холла, выполняющие функции датчиков тока, потока или множительного устройства, датчик частоты вращения и другие элементы 115Датчики ЭДС Холла, по какой-бы схеме не были включены, в конечном счете на выходе имеют сигнал, пропорционалы ный току якоря с коррекцией по скорости вращения или с компенсацией по по току добавочных полюсов, И в том и вдругом случаях сигнал подаваемый на вход управляемого усилителя, не учитывает в полной мере характера коммутации (замедленная или ускоренная), 25 Хотя только сигнал, пропорциональный добавочному току коммутации, определяет, точность и стабильность настройки ком- мутации на середину беэыскровой зоны,Известно также устройство для улуч-, шения коммутации машин постоянного тока с обмотками добавочных полюсов, содержащее управляемый усилитель, основную или вспомогательную обмотки добавочных полюсов, датчик тока и дат чик напряжения 21Регулирование потока добавочных полксов осуществляется в функции напряжения под сбегающим и набегаюшим краях шетки с коррекцией по току яко ря и происходит до тех пор, пока нвбудет получено значение, благоприятное с точки зрения коммутации.В многополюсных машинах с волновой обмоткой якоря коммутируемая сек ция замыкается накоротко двумя щетками и соединяющей их.шиной. В одной щетке добавочный ток, коммутации совпадает с током параллельной ветви, а в. другой направлен встречно. Плотность 50 тока в щетках одинаковой полярности различна и напряжение между небегаюшим и сбегающим краями какой-либо щетки в этом случае не в полной ме,ре характеризует условия коммутации. 55Наличие .кон актного датчика снижает надежность и стабильность работы усп. ройства, так как при вращении. якоря возможно опрокидывание щетки, отрыв 542ве от коллектора и т.д. Повысить точность, надежность и стабильность работы такого устройства можно, применяя бесконтактный датчик, на выходе которого сигнал пропорционален добавочному току коммутации.Наиболее близким к изобретению является устройство для улучшения коммутации коллекторных электрических машин, содержащее управляемый усилитель подключенный к обмотке добавочных полюсов, на вход которого подается сигнал с бесконтактного датчика добавочного тока коммутации, выполненного в виде двух датчиков тока, при этом один датчик установлен в воздушном зазоре под центром главного полюса, а второй - в воздушном зазоре магнитопровода, обмотка возбуждения которого включена последовательно с основной обмоткой главных полюсов 3Недостатками этого устройства являются низкая статическая точностьуправления током дополнительных полюсов,Целью изобретения является повышение статической точности и улучшениестабильности настройки дополнительныхполюсов на середину безыскровой эоныкоммутации,Цель достигается тем, что в устройся;ве для улучшения коммутации коллекторных, электрических машин, содержащееуправляемый усилитель, подключенный кобмотке дополнительного полюса, элементы управления усилителем, выполненныев виде датчиков тока, и регулятор, соединенный с усилителем, два входа регулятора соединены через резисторы сдатчиками тока, а третий вход подключен через резистор к обмотке дополнительного поноса.За счет включения в схему устройства регулятора с пропорционально-интегральным законом изменения выходногонапряжения при управлении. током доподнительных полюсов возникает форсировка в переходных процессах, способствующая повышению быстродействия, Настройка жв регулятора с пропорциональнсь-интегральным законом изменения выходного напряжения на постоянную временидополнительных полюсов (наибольшая поотоянная времени контура регулированиярегулятор и управляемый усилитель собмоткой) обеспечивает компенсацию этойпостоянной времени, а следовательно,повышение быстродействия при настройкеполюсов на середину безыскровой зоныЕсли комлутация становится замедлены ной при том же направлении вращения, то изменяется направление потока ф, иъ меняется полярность сигнала на входе усилителя 1 исоответственно, напряже ние тока на выходе усилителя 1, что приводит к увеличению намагничивающей силы добавочных полюсов 3. И также, как в предыдущем случае, автоматическая, настройка коммутации на середину беэыск- ровой зоны.Введение интегральной составляющей в закон управления регулятора сводит 3 10235 коммутации. За счет включения в схему указанного регулятора управление током дополнительных полюсов осуществляется без перерегулирования, а регулирование тока. дополнительных поло при изменении частоты вращения электрической машины в широких пределах отрабатывается с большой точностью, В свою очередь, это положительно отражается на качестве и стабильности процесса коммутации.За счет использования регулятора в совокупности с охватом его вместе с управляемым усилителем отрицательной обратной связью по напряжению дополнительных полюсов повышается статическая точность при одновременномулучшении стабильности настройки дополнительных полюсов на середину безыск- ровой зоны коммутации. 20 На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.Устройство состоит иэ управляемого усилителя 1, подключенного например,25 к основной обмотке 2 добавочных полюсов 3. В качестве управляемого усилителя может быть применен полупроводниковый, магнитный или тиристорный уси литель. Ддя получения сигнала, пропорционального добавочному току коммутации, применены два датчика тока, выполненные в виде двух датчиков ЭДС Холла. Датчик Холла 4 установлен под центром главного полюса 5 и его выходная ЭДС пропорциональна результирующему пото- З 5 ку в воздушном зазоре машины. Датчик Ходда 6 установлен в воздушном зазоре магиитопровода 7 с обмоткой 8, соединенной последовательно с обмоткой возбуждения 9, уложенной на главных полю сах 5. Выходная ЭДСдатчика Холла 6, пропорциональна магнитному потоку, создаваемому обмоткой возбуждения 9 в воздушном зазоре под главным полюсом 5. Токовые цепи обоих датчиков пи таются от независимого источника питания. Холдовские цепи датчиков включены по компенсационной схеме и выходная ЭДС равна разности выходных ЭДС обоих датчиков. Такое включение датчн ков Холла обеспечивает работу устройся ва при регулировании частоты вращения ослаблением поля, Между усилителем 1идатчиками тока 4 и 6 включен регу. лятор 12, который за счет охвата его 55 цепочкой, состоящей из конденсатора 10 и резистора 11 имеет пропорциональноийтеградьную зависимость выходного 42 4напряжения. В качестве регудюгора мо жет быть применен, например операционный усилитель, Алгебраическая сумма .сигналов, пропорциональная добавс - ному току коммутации, выделяется на резисторах 13 и 14, входящих во входную цепь регулятора 12. Управляемый усилитель 1 и РегудЯгор 12 охвачены отрицательной связью цо напряжению обмотки 2 дополнительных полюсов, реализуемой подачей этого напряжения иерез резистор 15 на вход регулятора,Управляемый усилитель 1 настраивается таким образом, что при отсутствии сигнала на его входе он обеспечивает начальный ток, соответствующий настройке дополнительных полюсов на середину эоны безыскровой работы.,При прямолинейной коммутации, когда поток коммутационной реакции якоря 9 отсутствует, сигнал на входе управляемого усилителя 1 равен нулю и по об. мотке 2 добавочных полюсов 3, присоединенной к выходу усилителя 1 дроте- кает только ток якоря.В случае ускоренной коммутации поток коммутационной реакции якоря 90 ккак видно на чертеже, где направления токов показаны для ускоренной коммутации двею гателя постоянного тока нри вращении против часовой стрелки, направлен встречно основному магнитному потоку фо . Результирующий поток под центром главм. ного полюса 5 уменьшается и на входе усилителя 1 появляется раэностная ЭДС определенной полярности. Усилитель 1 отрабатывает этот сигнал и и обмотке 2 протекает ток отпитки, .что приводит к уменьшению налагничивающей силы доб авочных полюсов. Автоматическое уменьшение намагничивающей силы добавочных полюсрв 3 происходит до тех пор пока ,коммутация не становится прямолинейной, что соответствует настройке на середнку беэыскровой зоны.5 1023 ошибку в регулировании токов в щетках одноименной полярности в статическом режиме к нулевому значению, Придание регулятору пропорционально-интегральных свойств и охват его вместе с управляемым усилителем обратной связью по напряжению дополнительных полюсов приводит к существенному снижению резул тирующей постоянной времени всегоконтура (а, следовательно, к повышению 10 быстродействия), что объясняется фон 1 сированным изменением выходного. нап 542 6ряжения регулятора и компенсацией запаздывания, вносимого управляемым усе.лителем и дополнительными полюсами,Повышение быстродействия и статической . точности настройки дополнительных полюсов на середину безыскровой зоны коммутации осуществляется за счет включения регулятора с пропорционально-интегральным законом изменения выходного напряжения между датчиками тока и управляемым усилителем.Составитель С, ШутоваРедактор С. Тимохина Техреп В,Далекорей Корректор Л, БокшанЗаказ 4232/44 Тираж 687 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР,по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Увгород, ул, Проектная, 4