Устройство для улучшения коммутации коллекторных электрических машин

Союз СоветскихСоциалистическихРеснублии СТВ АВТО. Кл.02 К 13/1 ки Эй соединение 3 Ьаударстеенае камнт(23) Приоритет делам нэобретен н открытнйпубликова ень Дата опубликования описания Макаровский, В, В.Трошин, В,А. Пру и Э.Г.Чеботков в, А пешки(йоюзвя 13 мдтейзю. юнаса Куйбышева фф юВЛНо,.(7) Заявител уйбышевский политехнический инстит 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ КОММУТАЦИИ КОЛЛЕКТОРНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН ой пол бегапроностью.машинравлякздатчико щеток датчием утации на зависит отпереходнои каждой ныт сл ия но ивл сопрвноме ла, нз колле енеторт 1Изобретение относится к электрома:шиностроению и способствует решениюпроблемы повышения надежности коллекторных машин постоянного тока при управлении как по цепи якоря, так и поцепи обмотки возбуждения,Известно устройство для улучшениякоммутации коллекторных машин, содержащее регулируемый источник питаниядля подпитки дополнительных полюсов,датчики частоты вращения постояннойпеременной составляющих тока якоря,множительное устройство и функциональныпреобразователи 1.В многополюсных машинах постоянного тока с волновой обмоткой якоря впроцессе коммутации секции замыкаютсянакоротко двумя щетками и соединяющейих шиной, через которые протекает добавочный ток коммутации. В одной щеткедобавочный ток коммутации совпадает стоком параллельной ветви, а в другойнаправлен встречно. Плотность тока в щетках одинаков ярности разлнапряжение между набегающим и оющнм краями щетки характеризуетцесс коммутации с большой погрешИзвестно также устройство для5талии коллекторных электрическихс волновой обмоткой якоря, где упщие элементы выполнены в видетока, которые установлены в цепиодноименной полярности, а междуками тока и управляемым усилителвключен сумматор2). еТочность настройки коммсередину безыскровой зоныстабильности сопротивленияконтакта между коллекторомщеток одноименной полярноссе эксплуатации электрическизменение этого сопротивлегочайный характер и равенствний нарушается за счет нераструктуры щеточного материния усилий прижима щеток к3 97450и других факторов. Это приводит к неравенству токов, протекающих через щеткиодноименной полярности, появлению сигнала на входе усилителя с последующейего отработкой в виде изменения токадополнительных полюсов. Однако характер коммутации при этом отличен от оптимального, что вызывает неравномерноераспределение плотности тока под каждой иэ щеток одноименной полярности и 10как следствие, искрение,Наиболее близко х предлагаемомуустройство точной и стабильной автоматической настройки коммутации коллекторных электрических машин ностоянного 15тока с любйм типом обмотки якоря, в котором датчик добавочного тока коммутации выполнен в виде вспомогательнойсекции, уложенной рядом с основной секцией обмотки якоря, при этом начала 20основной и вспомогательной секций присоединены к коллекторной пластине, аконец вспомогательной секции и отпайкаот конца основной секции подключены через контактные кольца ко входу управпяемого усилителя 3.Недостатком устройства является низкое быстродействие при регулированиичастоты вращения двигателя ослаблениемего поля. Кроме того, устройство имеетограниченные функциональны возможности при настройке коммутации коллекторных электрических машин постоянного тока с любым типом обмотки якоря на середину безыскровой зоны, причем оба эти 35недостатка связаны друг с другом. Действительно, настроенный прямолинейныйхарактер коммутации сохраняется с допустимым приближением только в определенной области управления, при превыше,нии которой коммутационные процессыносят ускоренный или замедленный характер. Устройство не позволяет внестикоррекцию в коммутационные процессыдля повышения динамических показателейпри регулировании частоты вращения мадшины постоянного тока за счет ослабления поля с прямолинейным законом коммутации, так как имеет ограниченныефункциональные возможности,Целью изобретения является повыше 50ние быстродействия при регулироващщчастоты вращения ослаблением поля коллекъорных электрических машин постоянного тока с любым типом обмотки якоряс точной И стабильной автоматическойнастройкой коммутации на середину безыскррвой зоны, а также расширение функциональных возможностей. 5 4Поставленная цель достигается тем,что устройство снабжено двумя интеграторами, двумя усилителями напряженияс пропорциональным законом изменениявыходного напряжения от входного, четырьмя нуль-органами, восемью ключами, одновибратором и элементом памяти,при этом первый усилитель напряжениячерез. ключ, а также два нуль-органаподключены к выходу датчика добавочного тока коммутации, выход первогонуль-органа подсоединен ко входу одновибратора и двум ключам соответственно во входной цепи и цепи обратной связи первого интегратора, выход второгонуль органа присоединен,к четвертомуи пятому ключам соответственно вовходной цепи и цепи обратной связи второго интегратора, выходы интеграторови 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 входомэлемента памяти, второй вход которогоподключен к выходу одновибратора, авыход элемента памяти соединен с тремяключами на выходе двух интеграторов ипервого усилителя напряжения,На фиг. 1 дано графическое изображение кривых процесса коммутации; нафиг. 2 - схема устройства для улучшениякоммутации коллекторных электрическихмашин.Вспомогательная секция 1 размещенарядом с секцией обмотки якоря 2. Одинконец вспомогательной секции 1 электрически соединен с секцией обмотки якоря2 непосредственно на холлекторной пластине 3, Второй конец вспомогательнойсекции 1 присоединяется к кольцу 4. Отпайка от конца основной секции подключена к контактному кольцу 5, Сигнал сколец 4 и 5, пропорциональный добавочному току коммутации, поступает на входнуль-органов 6 и 7, а с помощью ключа8 поступает на вход усилителя напряжения 9. К выходу нуль-органа 6 подключны ключи 10 и 11, установленные соотсветственно во входной цепи и цепи обратной связи интегратора 12, а такжеодновибратора 13. К выходу нуль-органа7 подключены ключи 14 и 15, установленные соответственно во входной цепии цепи обратной связи интегратора 16.В качестве интеграторов могут использоваться операционные усилители с охва5 97450том их емкостной связью, Выходные на-,пряжения интеграторов 12 или 16, атакже 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 ключей 8, 10, 11, 14 15, 17-19 могутиспользоваться транзисторы, работающие1 Ов ключевом режиме, К выходу усилителянапряжения 20 с пропорциональным законом управления подключены нуль-органы21 и 22, а также усилитель мощности23, регулирующий ток в обмотке дополнительных полюсов 24 при настройкекоммутации на середину безыскровой зоны. Нуш орган 21 управляет работойключа 8, Выход нуль-органа 22 соединен с первым входом элемента памяти 25 Она второй вход которого подается сигналс выхода одновибратора 1 3. К выходуэлемента памяти 25 подключены ключи17-19. 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-преобразующиеи логические функции, составляют блоклогики, включенный между датчиком до- Зобавочного тока (элементы 1-5) коммутации и.управляемым усилителем мощности 23,Устройство работает следующим образом, 3Нуль-органы 6, 7 совместно с интеграторами 12,16 и ключами 10-11, 14-15формируют желаемый закон прямолинейнойкоммутации - двухполярный сигнал, Приположительной полярности напряжения 10датчика добавочного тока коммутациисрабатывает нуль-орган 6, включающийключ 10 и отключающий ключ 11. Интегратор 12 при этом формирует участокАБ желаемого закона прямолинейной комзмутации. При отрицательной полярностинапряжения датчика добавочного токакоммутации ключи 10 и 11 возвращаютсяв исходное положение - ключ 10 размыкается, а ключ 11 замыкается и на вы- рходе интегратора 12 имеет место нулевой сигнал. При отрицательной полярности юлряжения датчика добавочного токакоммутации ключ 14 включается, а ипоч15 отключается за счет срабатываниянуль-органа 7, Интегратор 16 при этомформирует участок ВГ желаемого законапрямолинейной коммутации. При положитель фной полярности напряжения датчика добавоч 5 бного тока коммутации нуль-орган 7 отключен, а ключи 14 и 15 находятся висходном положении - ключ 14 размыкается, а ключ 15 замыкается и на вйходе интегратора 16 имеет место нулевой сигнал, Следовательно, нуль-органы6, 7 совместно с интеграторами 1 2, 1 6и ключами 10-11, 14-15 формируютжелаемую модель процесса прямолинейной коммутации. Напряжение датчика добавочного тока коммутации посредствомключа 8 подается на вход усилителя напряжения 9. Выходное напряжение усилителя 9 характеризует действительныйпроцесс коммутации, который в общемслучае носит ускоренный (кривая АДЕГ)или замедленный (кривая АЖЗГ) характер.Алгебраическая сумма сигналов с моделипрямолинейной коммутации (интеграторы12 или 16) и усилителя 9 выделяетсяна входе усилителя 20 с пропорциональнойзависимостью выходного напряжения отвходного. Нуль-органы 21 и 22 настраиваются на определенный порог срабатывания, характеризующий отклонение действительного процесса коммутации от прямолинейного, При малых отклонениях эталонной модели прямолинейной коммутацииот действительного процесса коммутации,например, на участках АБ и АИ, срабатывает нуль-орган 22, включая элементпамяти 25, который, в свою очередь,включает ключи 17, 18 и 19. Напряжение с интегратора 16 и вход усилителя20 не поступает, поскольку в областиАБ ключ 15 замкнут, а ключ 14 разомкнут. В этом режиме управляющий усилитель 23 настраивается таким образом,чтобы ток, цротекаюший через обмоткудополнительных полюсов 24, соответствовал настройке машины на середину беэыскровой эоны, Если в следующей облаоти, например КЛМ, отклонение эталонноймодели прямолинейной коммутации от действительного процесса коммутации возрастает, то под действием возрастающегонапряжения интегратора 12 увеличиваетсявыходное напряжение усилителя 20, приводящее к срабатыванию нуль-органа 21и замыканию ключа 8. При этом на входусилителя 20 подаются напряжения с интегратора 12 и усилителя 9, и выходноенапряжение усилителя 20 устанавливаетсятаким, чтобы ток в обмотке дополнительных полюсов 24 снова соответствовалнастройке машины на середину безыскровой зоны. При понижении выходного напряжения усилителя 20 нуль-орган 21отключается и ключ 8 размыкается. Ра5 1 О 20 25 30 35 Формула 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 об 7 974бота устройства далее протекает аналогично области МНО и ОП, ключ 8 работает в вибрационном режиме при настройке нуль-органа 21 на определенный порог срабатывания, а при каждом егосрабатывании происходит сравнение напряжения интегратора 12 с выходным напряжением усилителя 9, изменение выходного напряжения усилителя 20 и последующей коррекцией тока дополнмтельныхполюсов 24 для настройки коммутациина середину беэыскровой эоны, При срабатывании нуль-органа 6 на выходе одновибратора 13 появляется узкий импульо,подаваемый на вход элемента памяти, который производит его в первоначальноесостояние и подготавливает к срабатыванию. Заметим, что в области ВГ работапроисходит аналогично описанному, причем формирование эталонной модели процесса прямолинейной коммутации осуществляется интегратором 16. В области ВГсрабатывает нуль-орган 7 и при замыкании ключа 14 и размыкании ключа 15 интегратор 16 формирует эталонную модельпрямолиней ной коммутации,Предлагаемое устройство для улучшения коммутации коллекторных электрических машин путем изменения тока дополнительных полюсов обеспечивает высокое быстродействие при регулировании4частоты вращения коллекторных электрь-.ческих машин постоянного тока с точнойи стабильной автоматической настройкойкоммутации на середину беэыскровой эоны, а также расширяет функциональныевоэможности. мотки якоря при встречно-последовательном соединении основной и вспомогательной секций, о т л и ч а 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 функциональныхвозможностей, устройство снабжено дву-мя интегратора,ми, двумя усилителяминапряжения с пропорциональным закономизменения выходного напряжения от входного, четырьмя нуль-органами, восемьюключами, одновибратором, и элементом памяти, прн этом первый усилитель напряжения через ключ, а также два нул 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 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 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 выходе двух интеграторов и первого усилителя напряжения.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент ФРГ1200980,кл. 21 с 28, 1965.2, Авторское свидетельство СССР630714, кл. Н 02 К 13/14, 1977,3. Авторское свидетельство СССРпо заявке3210978, 1980.974 505 Составитель С, Ш ваедактор С. Тимохина Техред М,Тепер Корректор И. Ватрушкищ уто Заказ 8730/7ВНИИП 30 ент", г. Ужгород, ул, Проектн Филиал ПП Тираж 721 осударственного к делам изобретений Москва, Ж, Р Подписитета СССРоткрытийушская набд. 4/