УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ КОММУТАЦИЕЙ ТЯГОВОГО КОЛЛЕКТОРНОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМИ ПОЛЮСАМИ

Полезная модель относится к коллекторным электрическим двигателям постоянного тока, и может быть использовано для управления коммутацией коллекторных машин постоянного тока.
Известны устройства для контроля и улучшения коммутации коллекторных машин постоянного тока, в которых в качестве датчика коммутации используются: индукционные датчики, уложенные в открытые аксиальные пазы наконечников добавочных полюсов [Авторское свидетельство СССР №892587, Н02К 13/14]; датчик добавочного тока коммутации, выполненный в виде вспомогательной секции уложенной рядом с основной [Авторское свидетельство СССР №943995, Н02К 13/14]; датчики, регистрирующие световой эффект от искрения на основе фотоэлементов; датчики, содержащие дополнительную щетку вблизи сбегающего края одной из рабочих щеток [Авторское свидетельство СССР №970571, Н02К 13/14]. Перечисленные датчики предполагают либо изменение элементов конструкции машины, либо представляются недостаточно работоспособными для различных условий эксплуатации машины.
Известно устройство для улучшения коммутации по патенту РФ №2119224, в котором устройство формирования устройство формирования коммутирующего поля снабжено блоком синхронизации и блоком расчета, входы которого соединены с выходами датчиков частоты вращения якоря, тока якоря и тока возбуждения главных полюсов, а также с выходами блока синхронизации, вход которого соединен с выходом датчика наличия тока возбуждения главных полюсов. Выходы блока расчета соединены с сигнальными входами усилителей, подающих питание на обмотки возбуждения дополнительных полюсов. Недостатком такого устройства является наличие большого количества датчиков (частоты вращения якоря, тока якоря, тока возбуждения главных полюсов), а также сложность схемы контроля и управления коммутацией, сложность расчетов для подбора коэффициентов, зависящих от параметров независимых обмоток возбуждения дополнительных полюсов, а соответственно, и сложность схемы контроля и управления коммутацией.
Такими же недостатками обладает устройство формирования коммутирующего поля коллекторной электрической машины по патенту РФ №2251780. В этом устройстве, в схеме формирования коммутирующего поля коллекторной машины, содержащей главные полюсы, дополнительные полюсы, компенсационную обмотку и датчик тока якоря, для улучшения коммутации в любом динамическом режиме работы коллекторной электрической машины за счет формирования необходимого коммутирующего поля для паза, находящегося в зоне коммутации, блок управления выбирает необходимый закон для изменения задания для широтно-импульсных преобразователей, питающих дополнительные полюсы, обмотки которых выполнены на вынесенной магнитной системе, для чего в блоке управления обрабатываются сигналы с датчика тока якоря и датчика положения и скорости ротора, считанные для момента, когда в зоне коммутации находился предыдущий паз. Кроме того, недостатком является отсутствие данных об искрении.
Наиболее близким по техническому решению к заявляемому устройству управления коммутацией тягового коллекторного электродвигателя постоянного тока является выбранная в качестве прототипа электрическая машина постоянного тока с устройством улучшения коммутации по патенту РФ №2189101, содержащая главные полюсы, дополнительные полюсы, подключенные к выходу устройства питания, датчик радиосигналов, датчик тока якоря, датчик тока дополнительных полюсов, блок управления. Вышеупомянутая система улучшения коммутации управляет токами независимых обмоток дополнительных полюсов на основании значений тока якоря и сигнала с датчика контроля коммутации, выполненного в виде датчика радиосигналов, и подключенного через резонансный контур, затем через усилитель напряжения, затем через компаратор с регулируемым порогом к входу инкрементного счетчика, выход которого подключен к блоку управления, который рассчитывает и формирует задание на ЦАП, сигнал с выхода которого подключен к входу устройства питания.
По сравнению с заявляемым устройством, указанное устройство имеет следующие недостатки:
- наличие датчика радиосигналов вызывает высокий уровень помех, обработка сигнала с использованием резонансного контура ограничивает возможность оценки уровня искрения, которому соответствует спектр частот;
- сложность схемы управления питанием обмотки дополнительных полюсов, которая требует подключения датчиков тока якоря и тока возбуждения;
- схема предполагает наличие независимой обмотки дополнительных полюсов, тогда как в реальных электродвигателях, как правило, эта обмотка соединена последовательно с обмоткой якоря.
Задача полезной модели: упрощение схемы и алгоритма управления коммутацией без изменения конструкции электродвигателя, осуществление безыскровой коммутации в любых режимах работы тягового электродвигателя, у которого вопросы повышения коммутационной способности и надежности стоят наиболее остро.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве управления коммутацией коллекторного тягового электродвигателя с дополнительными полюсами, содержащем датчик состояния коммутации и блок обработки, а также вспомогательный источник питания, связанный с блоком обработки, в качестве датчика состояния коммутации используется устройство контроля искрения на основе измерительного трансформатора тока, включенного в цепь обмотки якоря, а также соединенного с входами блока обработки, вспомогательный источник питания обмотки дополнительных полюсов связан с блоком обработки через фазочувствительное устройство управления, а обмотка дополнительных полюсов включена последовательно в цепи обмотки якоря электродвигателя.
K
Далее сущность полезной модели поясняется рисунком, на котором представлено: Тяговый электродвигатель постоянного тока 1, содержащий главные полюсы и дополнительные полюсы стандартного исполнения, состоит из обмотки якоря 2, обмотки дополнительных полюсов 3, включенной последовательно в цепи обмотки якоря 2, обмотки возбуждения 4, и подключен к источнику напряжения 5. Обмотка дополнительных полюсов 3 подключена к вспомогательному источнику питания 6. Устройство контроля искрения 7 подключено в цепь обмотки якоря 2. Устройство контроля искрения 7 коллекторных электрических машин постоянного тока с разрезными щетками, выполненное в виде трансформатора тока установленного на одном из щеткодержателей известно из описания к полезной модели №67284. Трансформатор содержит две первичные обмотки, включенные встречно, при этом выводные канатики разных частей разрезной щетки подключены к разным первичным обмоткам, а общая точка первичных обмоток соединена со щеткодержателем. Во вторичную обмотку трансформатора включено нагрузочное сопротивление, параллельно которому подключен регистрирующий прибор. При этом, измеряется дополнительный ток i, возникающий при реверсировании направления тока через секцию в момент, когда эта секция накоротко замкнута обеими частями щетки. Повышенная чувствительность данного устройства индикации обусловлена тем, что с нагрузочного сопротивления вторичной обмотки снимается сигнал, пропорциональный удвоенному значению дополнительного тока ik, a так же фиксируется направление этого тока. При этом устраняется необходимость в дополнительных схемах, устраняющих помехи и повышающих чувствительность аппаратуры. Указанное устройство контроля искрения 7 не требует какого-либо изменения конструкции щеточно-коллекторного узла. Сигнал с устройства контроля искрения 7 поступает на блок обработки 8, блок обработки 8 связан с фазочувствительным устройством управления 9, которое, в свою очередь соединено с вспомогательным источником питания 6, подключенным к обмотке дополнительных полюсов 3.
Устройство работает следующим образом: Устройство контроля искрения 7 измеряет добавочный ток коммутации, действующее значение которого определяет балльность искрения, а среднее значение этого тока определяет характер коммутации (замедленная, ускоренная). Сигналы с устройства контроля искрения 7 обрабатываются в блоке обработки 8, где балльность искрения сравнивается с допустимой балльностью искрения для данного режима работы электродвигателя 1. В зависимости от результата сравнения вырабатывается сигнал подключения вспомогательного источника питания 6 обмотки дополнительных полюсов 3. В этом же блоке 8 по среднему значению измеренного устройством контроля искрения 7 поперечного тока щетки определяется характер коммутационного процесса в электродвигателе 1 и формируется сигнал на фазочувствительное устройство 9, которое изменяет полярность выходного тока вспомогательного источника питания 3 в зависимости от характера коммутационного процесса. При этом, при ускоренной коммутации фазочувствительным устройством управления 9 включается отпитка обмотки дополнительных полюсов 3, если на фазочувствительное устройство управления 9 поступает сигнал замедленной коммутации, то это устройство 9 включает подпитку обмотки дополнительных полюсов 3. При этом обмотка дополнительных полюсов 3 соединена последовательно с обмоткой якоря 2. Следует заметить, что вспомогательный источник питания 6 должен быть гальванически развязан с цепью питания обмотки якоря 2. Для этого в фазочувствительное устройство управления 9 включают понижающий трансформатор, гальванически изолирующий эти цепи питания.
При этом, поскольку искрение и характер коммутации контролируется в любом режиме работы электродвигателя с помощью предлагаемого устройства, то в любом режиме работы с помощью отпитки-подпитки обмотки дополнительных полюсов будет осуществляться безискровая коммутация в коллекторном узле электродвигателя без изменений его конструкции. Устройство существенно проще по сравнению с известными устройствами, в которых используется большое число датчиков, а также сложные схемы и алгоритмы обработки сигналов с этих датчиков.