Электромашинный усилитель

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советски нСоциалистическиеРеспублик(23) Приоритет СССР но делате изобретений н открытий(54) ЭЛЕКТРОМАШИННЫЙ УСИЛИТЕЛЬ 1Изобретение относится к электрическим машинам и может быть использовано для создания электромашинных усилителей (ЭМУ),В настоящее время известны и широко применяются ЭМУ 1 с поперечнымполем. Эти ЭМУ содержат якорь с двумя комплектами щеток по поперечной и продольной осам. Шетки по поперечной оси замкнуты, а щетки по продольнойтО оси соединены последовательно с компенсационной обмоткой, обмоткой дополнительных полюсов и подключены к нагрузке.5Известен также электромашинный усилитель 2(, содержащий якорь, индуктор, щетки по продольной и поперечной осям, причем щетки по поперечной оси выполнены каждая в виде двух частей, а части противолежащих щеток соединены между собой. По решаемой задаче и технической сущности это устройство наиболее близко к изобретению. 2Недостатком известных ЭМУ явля-,ется малое быстродействие, Увеличениебыстродействия может быть достигнутоувеличением скорости, но с увеличениемскорости резко ухудшается коммутация.Таким образом, улучшением коммутации и повышением скорости может значительно улучшить работу ЭМУ, Следует отьтетить, что улучшение коммутации повышает надежность ЭМУ,Белью настоящего изобретения является увеличение быстродействия иулучшение коммутации ЭМУ. Поставленная цель достигается тем, что последовательно с частями щеток включены электрические вентили, а каждая часть щеток выполнена с шириной, меньшей ширины изоляции между коллекторнымипластинами.Дла дальнейшего повышения быстродействия ЭМУ каждая из щеток, расположенных по продольной оси, может бытьразделена на две части, а последовательно с каждой частью включен вентиль,10 20 25 3035 40 45 50 55 3 73 причем управляемыми могут быть выполнены только часть вентилей.В известных ЭМУ щетки непрерывно замыкают коммутируемые секции, как по поперечной осн, так и по продольной, В результате намагничиваюшая сила яко=Е +ЕР9 - к сгде Г - составляющая за счет коммукстации секции;Г - составляющая от реакцииякоря и вихревых токов.Р - вызывает искрение, ограничивая тем самым скорость вращения, Для устранения влияния искрения на работу ЭМУ, по продольной оси могут быть установлень дополнительные полюсы, которые улучшают коммутацию, но не полностью устраняют искрение, особенно в переходных процессах. Коммутация не может быть обеспечена полностью за счет дополнительных полюсов, так какфС, , то есть ЭДС, создаваемая дополнительными полюсами, никогда не равна реактивной ЭДС коммутируемой секции за счет несовпадения кривых В, ир . Применение вентильной коммутации, особенно управляемой от датчика положения якоря, позволяет создать ЭМУ, у которого коммутируемые секции в момент коммутации замкнуты на очень большие сопротивления встречно включенных вентилей, и в результате искрение отсутствует. Поэтому скорость ЭМУ можно увеличить и за счет этого увеличить добротность.Введение вентильпо-механической коммутации устраняет размагничивающее действие коммутируемой секции и тем самым способствует повышению быстродействия,.Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображены; на фиг. 1 - схема ЭМУ; на фиг. 2 - схема управления; на фиг. 3 - вариант ЭМУ с двумя вентилями в цепи щеток, расположенных по поперечной оси.ЭМУ состоит из якоря 1, индуктора, состоящего из комплекта обмоток. управления 2, дополнительных полюсов 3, компенсационной обмотки 4, шунтирующего управляемого резистора 5. Якорь состоит из обмотки .6, подсоединенной к коллектору 7, состоящему из проводящих пластин 8 и изоляционных пластин 9, На коллекторе 7 установлены комплекты, щеток 10, 11 по поперчной оси А-А и комплекты щеток 12, 13 по продоль нойоси Б-Б, состоящие каждая из двух частей. Все щетки имеют ширинуг 8Ь(Ь где Ь; - толщина изоляции между коллекторны ми пластинами,Как видно из чертежа, комплекты щеток 10 и 11 соединены между .собой через управляемые вентили 14, 15 и 16, 17, а комплекты щеток 12 и 13 соединены через управляемые вентили 18, 19 и 20, 21, через компенсационную обмотку 4 и обмотку дополнительных полюсов 3 с нагрузкой 22. Для ЭМУ небольших мощностей и, с небольшим коэффициентом усиления можно применять все неуправляемые вентили, которые буду работать с естественной коммутацией, Для более тяжелогорежима работы (при среднем коэффициенте усиления) можно применять управляемые вентили только по продольной оси.Для особо тяжелых условий работы применяются все управляемые вентили.Управление вентилями осуществляется согласно схеме управления (фиг. 2) в функции положения якоря от датчика управления 23. Якорь ЭМУ соединен муфтой с приводным двигателем 24.Группы щеток 10, 11 и 12, 13 по поперечной и продольной осям подключены через управляемые вентили согласно через мостовую схему управления, Такие схемы управления подключены и к остальным щеткам (на чертеже не показаны) Мостовая схема состоит из управляемых и полупроводниковых вентилей20, 21 и вспомогательных управляемыхвентилей 25, 26, 27, 28, В диагональАВ моста подключен коммутирующий источник питания постоянного токачерез настроечные сопротивления управления 29, 30, 31, 32, а в диагональ СД включены коммутирующие конденсаторы ЗЗ, 34, отделенные от обмотки усилителя встречно включенными диодами 35, 36. Управляется схема от датчика 23. Аналогичные схемы управления подключены и к остальным щеткам,Силовые управляемые вентили 20, 21, управляемые вспомогательные .вентили 25, 26, 27, 28 с конденсаторами ЗЗ, 34 и источником вспомогателього питания О, вместес настроечными сопротивлениями образуют один управляемый переключатель,который по команде датчика уп 15 авления23 осуществляет безискровую коммутацию обмотки якоря. Использование вентильно-механической ,коммутации делает возможным применение щеток с малым удельным сопротивленнем, так как здесь величина сопротивления щетки не влияет на процесс коммутации,На фиг. 3 представлен вариант ЭМУ,который отличается от основного (фиг. 1)тем, что по поперечной оси установленотолько два управляемых или неуправляемых вентиля 14, 15, Такой вариант упрощает схему управления. Применение вместо управляемых вентилей 20 и 21 неуправляемых также ведет к упрощению схемы управления, хотя и несколько снижает функциональные возможности ЭМУ.Предлагаемый ЭМУ работает следующим образом. 15Приводной двигатель 24 вращает якорь 1 в магнитном поле, созданном совокупностью обмоток управления 2. На обмотке 6 индуктируется ЭДС , которая через щетки, находящиеся на проводящих щ пластинах поперечной,оси А-А, создает ток, Зтот ток будет все время протекать между комплектами щеток 10 и 11 через вентили 14, 17 и через вентили 15, 16, Ток через вентили 15, 16 про ходит тогда, когда щетки, подсоединенные к ним, будут соединены с проводящими пластинами коллектора.Импульсы на включение вентилей15, 16 от датчика положения якоря пос- Зотупают раньше, чем на отключение вентилей 14, 17,Так как комплект шеток 10 и комплект щеток 11 не замыкают коммутируемую секцию накоротко, то коммутация по оси А-А будет проходить за счет управляемых вентилей 14, 15 и 16, 17 без искрения. Поле рекции якоря создается ЗДС на продольной оси Б-Б, и если эта ЭДС будет приложена к нагруз- ф ке 22, то появится ток через щетки 12 и 13. 55 6Работа схемы поясняется на примере моста подсоединенного к комплектам щеток 13. Пусть левый комплект щеток 13 касается проводящей коллекторной пластины В этом случае ток нагрузки нроходит через открытый силовой вентиль 20, диод 35, щетки и обмотку якоря 6 на щетки 12.Остальные вентили моста закрыты. Конденсаторы 33 и 34 заряжены. При вращении якор 0 правый комплект щеток13 попадает на проводящуюпластинуколлектора, при этом датчик управления 23 вырабатывает сигнал на включение вентилей 25, 26 и 21, 22. Открытие вентиля 26 создает разрядный ток конденсатора 33 через щетки 13, и он закрывается, а конденсаторы перезаряжаются. Ток проходит через вентили 21, 36, щетки и обмотку. Дальше цикл повторяется.Во всех случаях сначала включается управляемый вентиль проводящей коллекторной пластины, а затем отключается вентиль сходящий с проводящей пластины, Такая работа обеспечивает безискровую коммутацию. При работе ЭМУ (фиг, 3) коммутируемый контур поперечной оси образуется секцией, подключенной к щеткам 10, ,:управляемыми вентилями 14 и 15, щетками 11 и секцией, подключенной к этим щеткам. Таким образом, в коммутации участвуют две секции, ЗДС которых направлены в контуре встречно. В результате коммутация обеспечивается управляемыми вентилями 14, 15 и встречно действующими ЭДС коммутируемых секций.Аналогично щеткам 10, 11 работают комплекты шеток 12 и 13 по оси .Б-Б, где безискровая коммутация осу:ществляется управляемыми вентилями 18, 19 и 20, 21. Необходимо отметить, что щетки и вентили, работающие по оси Б-Бвыбираются на больший ток, чем щетки и вентили по оси А-А. Регулирование выходной величины, поступающей на нагрузку, осуществляется, как и у обычных ЗМУ, за счет обмоток управления, хотя возможно и комбинированное управление; за счет управляемых вентилей и за счет обмоток управления. а 5 50 55 формула изобретения 1,Электромашинный усилитель, содержащий якорь, индуктор, коллектор с проводящими и изолирующими пластинами,щетки по продольной и поперечной осяммашины, щетки по поперечной оси вы -полнены каждая из двух частей, а частипротиволежащих щеток соединены междусобой, о т л и ч а ю щ и й с я тем,,что, с цепью повышения быстродействияи улучшения коммутации, последовательнос каждой частью щеток включены электрические вентили, а ширина каждой части щеток меньше ширины изолирующейпластины коллектора,5 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Вольдек А, И. Электрический машины. МфЭнергия", 1974, с 234-235.7 738065 82. Усилитель по и. 1, о т л и ч а -выполнены только вентили, соединенныею щ и й с я тем, что каждая из цветок со щетками, расположенными по продольраспопоженных по продольной оси, так- ной оси,же разделена на две части, между каждой из которых и внешней цепью включенвентиль.3. Усилитель по пп. 1, 2, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что все вентиливыполнены неуправляемыми.4. Усититель по п.п. 1, 2 о т л и - 10 2. Авторское свидетельство СССРч а ю щ и й с я тем, чу управляемыми М 147642, кл. Н 02 К 23/20, 1961,