Способ улучшения процесса коммутации коллекторных электрических машин

1 12Изобретение относится к электро- машиностроению, конкретно к способам улучшения процесса коммутации коллекторных электрических машин путем настройки дополнительных полюсов на середину области безыскровой работы, и может быть использовано при разработке автоматических устройств, обеспечивающих оптимальные условия протекания коммутационных процессов.Цель изобретения - повышение точности и помехоэащищенности при автоматической настройке процесса коммутации на середину области безыскрой вой работы коллекторной электрической машины при изменении частоты ее вращения и нагрузки.На фиг, 1 показано изменение выходной величины для различных условий коммутации; на фиг. 2 и 3 - линейные участки пилообразных кривых, соответствующие прямолинейной оптимальной коммутации (т.е, соответствующие прямолинейному оптимальному характеру изменения тока коммутируемой секции) при различных нагрузках (токе якоря); на фиг. 3 - то же, при различных значениях частоты вращения машины; на фиг. 4 - блок-схема устройства, реализующего способ.Согласно известному и предлагаемому способам ток коммутируемой секции с помощью датчика преобразуется в выходную величину, В случае прямолинейной коммутации ток коммутируемой секции, а следовательно, и пропорциональная ему выходная величина 1 вьц (") (Фиг,1) в течение периода коммутации Т (Фиг. 1) изменяется по линейному закону. Для последовательных периодов коммутации график изменения выходной величины в функции времени С имеет вид пилообразной кривой Бь,х (С) (Фиг. 1) . Про замедленной и ускоренной коммутации выходная величина изменяется соответственно по кривым Бььх 2 и Пььвз (фиг. 1). С помощью блока формирования периодических сигналов вырабатывается пилообразный сигнал,соответствующий изменению выходной величины при прямолинейной коммутации. Параф метры пилообразного сигнала (амплитуда и длительность линейного участка) задаются постоянными и выбираются так, чтобы при определенном токе якоря (и пропорциональном ему токе коммутируемой секции) и определенной49657 50 55 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 частоте вращения машины амплитуда пилообразного сигнала была равна выходной величине Б в начале перистых ода коммутации, а длительность линей" ного участка совпадала с длительностью периода коммутации Т . При укакзанных условиях и прямолинейном действительном процессе коммутации машины значение выходной величины.Усовпадает с пилообразной кривой У(С) (фиг 1), сигнал рассогласования равен нулю, и машина работает в оптимальном режиме. При отклонении процесса коммутации от прямолинейного (кривая У(1) илиПвьх(С)фиг. 1) появляется сигнал рассогласования, и ток дополнительных полюсов -изменяется так, чтобы свести это рассогласование к нулевому значению, т,е, приблизить процесс коммутации, к оптимальному прямолинейному. Однако эффективное управление процессом коммутации соглас-, но известному способу возможно только при неизменных значениях тока якоря и частоты вращения машины. При изменении, например увеличении тока якоря, а следовательно, и выходной величины (11 (Т), фиг. 2), и неизменных параметрах пилообразной кривой (У, Фиг. 2) появляется сигнал рассогласования и происходит изменение тока дополнительных полюсов, хотя действительный процесс коммутации остается прямолинейным. Аналогично при изменении частоты вращения машины, а следовательно, и периода коммутации (например, при снижении частоты вращения период коммутации возрастает до значения Т, Фиг. 3), кривая изменения выходной величины (Б (й), Фиг, 3) отличается от пилосбразного сигнала Б,(С) с.постоянными параметрами, что также приводит к появлению сигнала рассогласования и изменению тока дополнительных полюсов, т.е, к ошибочному управлению процессом.Таким образом, известный способ не обеспечивает эффективного и точного управления процессом коммутации в условиях, когда изменяются ток якоря и частота вращения машины.Согласно предлагаемому способу в отличие от известного пилообразный сигнал, соответствующий оптимальной прямблинейной коммутации, Формируют с учетом текущего значения1249657 3тока якоря (и пропорциональных емузначений тока коммутируемой секциии выходной величины) и с учетом текущего значения скорости вращениямашины,Для этого с помощью датчика углаповорота вала машины формируют импульсы, соответствующие моментамначала и окончания процесса коммутации, преобразуют временной интервалмежду .двумя последовательными импульсами в промежуточную величину, запоминают ее, и на текущем периодекоммутации длительность линейноизменяющегося участка пилообразногосигнала с помощью промежуточной величины рстанавливают равной длительности предшествовавшего периода коммутации. Вследствие инерционности машины длительности последовательных периодов коммутации отличаются весьма незначительно и, такимобразом, удается сформироватьлинейно изменяющийся участок пилообразной кривой, совпадающий по длительности с действительным периодом коммутации. Кроме того, амплитуду пилообразного.сигнала формируют равнойзначению выходной величины в началетекущего периода коммутации, В результате при прямолинейной коммутации параметры и характер измененияво времени пилообразного сигнала прикаждом значении тока якоря и скорости вращения машины совпадают с параметрами и характером изменениявыходной величины. Так, например;при возрастании тока якоря и выходной величины амплитуда пилообразногосигнала увеличивается до значения11 вьхс, (Фиг. 2) и пилообразный сигнал0(С) совпадает с кривой изменения .выходной величины П,(й)=0. Приизменений периода коммутацйи, например,. до значения Т (фиг. 3) длительность линейно изменяющегося участка пилообразной кривой увеличивается до значения Т, а сама криваяЦ, й) совпадает с кривой изменениявыходной величины ив(й) при прямо-,линейной коммутации, Благодаря этомуобеспечивается высокая точность настройки процесса коммутации на середину области безыскровойработы машины при изменении тока якоря и скорости вращения.Кроме того, сигнал рассогласова-ния, в Функции которого изменяют токдополнительных полюсов, формируют пу тем интегрирования в течение периода коммутации разности междУ выходной величиной и величиной пилообразного сигнала, т,е, определяют интегральное за период коммутации значение отклонения выходной величины отпилообразного сигнала, соответствующего прямолинейной оптимальной коммутации. Благодаря этому обеспечива 10 ется фильтрация высокочастотных помех, наложенных на выходную величину, т,е. высокая помехозащищенностьпри управлении процессом коммутации.Устройство, реализующее предлага 15 емый способ, содержит электрическуюмашину 1, датчик 2 тока коммутируемой секции, импульсный датчик 3 угла поворота вала машины, блок 4 формирования промежуточной величины,2 О блок 5 формирования пилообразногосигнала, блок 6 формирования сигналарассогласования, управляемый преобразователь 7,Датчик 2 преобразует ток коммути 25 руемой секции в выходную величину,которая поступает на, первый входблока 5 формирования пилообразногосигнала и первый вход блока 6 формирования сигнала рассогласования.Импульсы, соответствующие моментамначала и окончания периодов коммутации, с датчика 3 угла поворота валамашины, вал которого механическисоединен с валом машины, поступаютна вход блока 4 формирования проме. 35жуточной величины, На выходе этогоблока, соединенного с вторым. входомблока.5 формирования пилообразногосигнала, вырабатывается напряжение,величина которого пропорциональнадлительности периода коммутации. Навыходе блока 5 Формирования пилообразного сигнала формируется пилообраз-ный сигнал с амплитудой, равной зна"чению выходной величины в начале пе 45риода коммутации, и длительностью,равной длительности периода коммутации. Сигнал с выхода блока 5 поступает на второй вход блока 6 формирования сигнала рассогласования, вы 50ходнои сигнал которого формируетсяпутем интегрирования в течение периода коммутации разности выходной величины и пилообразного сигнала и поступает через управляемый преобраэо 55 ватель 7 на дополнительные полюсамашины 1. Блоки Формирования промежуточной величины, сигнала рассогласования и пилообразного сигнала могутбыть реализованы на операционныхусилителях по известным схемам.Таким образомприменение предлагаемого способа улучшения процесса коммутации коллекторных электрических машин путем изменения тока дополнительных полюсов позволяет повысить:точность автоматической настройки коммутации на середину области 1 Обезыскровой работы машины особеннов условиях, когда частота вращенияи. ток якоря изменяются в широком диапазоне, а также обеспечить помехозащищенность устройств, реализующих 15предлагаемый способ,Достигнутая статическая точностьавтоматической настройки коммутациина середину области безыскровой работы 1 величина смещения средней линии области от оси абсцисс) позволяет при удовлетворительных показателях качества переходных процессовполучить значение диапазона регулирования частоты вращения ослаблением 25поля 10:1, снизить степень искренияв переходных режимах при изменениитока якоря с 2,5 до 1,5 баллов, увеличить полезную мощность машины с42 до 50 кВт по сравнению с известнойЗОмашиной постоянного тока 2 П 250 М,Формула изобретенияСпособ улучшения процесса коммута-З ции коллекторных электрических машин путем автоматической настройки коммутации на середину области безыскро-,вой работы, включающий преобразование текущего значения тока коммутируемой секции в выходную величину,создание с помощью блока периодических сигналов пилообразного сигнала,соответствующего изменению тока коммутируемой секции .при прямолинейнойоптимальной коммутации, формирование сигнала рассогласования и изменение в его функции тока дополни-.тельных полюсов,о т л и ч а ю -щ и й с я тем, что, с целью повышения помехозащищенности и точностинастройки на середину области безыскровой работы машины при изменениичастоты ее цращения и нагрузки, спомощью датчика угла поворота валамашины создают импульсы, соответствующие моментам начала и окончанияпериодов коммутации, формируют и за- .поминают промежуточную величину, про.порциональную длительности периодакоммутации, и с помощью ее на текущем периоде коммутации устанавливаютдлительйость линейно изменяющегосяучастка пилообразного сигнала равнойдлительности предшествовавшего периода коммутации, при этом амплитудупилообразного сигнала уетанавливаютравной значению выходной величиныв начале текущего периода коммутации,.а сигнал рассогласования получаютпутем интегрирования разности выход- .ной величины и пилообразного сигналав течение периода коммутации.