одноякорный преобразователь

Формула изобретения

Одноякорный преобразователь, содержащий якорь с коллектором и контактными кольцами, а также главные и добавочные полюсы традиционного исполнения, отличающийся тем, что он дополнен независимой компенсирующей системой, в состав которой входят последовательно соединенные обмотки добавочных полюсов и компенсационная, расположенная на главных полюсах вместо беличьей клетки, датчик синусоидального тока и фазометр, включенные в одну из фаз, датчик постоянного тока, микроконтроллер, на входы которого поступают сигналы с датчиков тока и фазометра, и блок питания обмоток постоянным током, построенный на основе широтно-импульсного преобразователя, на вход которого с микроконтроллера поступает управляющий сигнал, обеспечивающий заданный уровень компенсации МДС якоря в коммутационной зоне машины в любом режиме работы.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электромеханике и может быть использовано в двух вариантах преобразования энергии.

Известен одноякорный преобразователь, содержащий якорь с коллектором и контактными кольцами, а также главные и добавочные полюсы традиционного исполнения [Г.Н.Петров. Электрические машины. Часть третья. М.: Энергия. 1968. С. 145]. Аналог одноякорного преобразователя с независимой компенсирующей системой не обнаружен.

В первом характерном варианте машина работает преобразователем рода тока и не требует приводного двигателя. При этом в статическом режиме преобразования трехфазного тока в постоянный машина не нуждается в компенсационной обмотке, поскольку составляющие МДС якоря и , соответствующие переменной и постоянной составляющим тока якоря по всей длине окружности якоря, развернутой вдоль угловой координаты , практически сбалансированы. При переходных процессах, вызванных ударными нагрузками со стороны потребителя постоянного тока, баланс и временно нарушается за счет неконтролируемого преобразования кинетической энергии вращающегося якоря, и добавочные полюсы в своем традиционном применении со своей задачей не справляются, что приводит к опасным нарушениям коммутации. По тем же причинам может нарушаться баланс и и при переходных процессах в режиме преобразования постоянного тока в трехфазный. Кроме того, в этом режиме баланс составляющих МДС якоря и сильно зависит от характера трехфазного тока, то есть от cos , поскольку график смещается относительно оси коммутационной зоны в ту или иную сторону на электрический угол .

Во втором характерном варианте применения одноякорный преобразователь, приводимый во вращение первичным двигателем, работает генератором двойного тока, питая потребителей со стороны контактных колец трехфазным током, а со стороны коллектора - постоянным. В этом случае и действуют согласно, резко усложняя условия в коммутационной зоне и потенциальные условия на коллекторе. Неопределенность этих условий осложняется и изменениями cos .

В любом из перечисленных режимов дополнительные полюсы при традиционном включении принципиально неадекватны, так как не могут реагировать на существование и изменение , поскольку их обмотка обтекается только постоянной составляющей тока якоря.

Задачей усовершенствования объекта заявки на изобретение является компенсация результирующей МДС якоря F_А( ) в коммутационной зоне до заданного уровня, включая возможность перекомпенсации в любом из указанных вариантов использования машины.

В предлагаемом одноякорном преобразователе для решения этой задачи предназначена независимая компенсирующая система, в состав которой входят последовательно соединенные обмотки добавочных полюсов и компенсационная, расположенная на главных полюсах вместо беличьей клетки или вместе с ней, датчик переменного тока и фазометр, включенные в одну из фаз, датчик постоянного тока, микроконтроллер, на входы которого поступают сигналы с датчиков тока и фазометра, и блок питания обмоток постоянным током, построенный на основе широтно-импульсного преобразователя, на вход которого с микроконтроллера поступает управляющий сигнал, обеспечивающий заданный уровень компенсации результирующей МДС якоря в коммутационной зоне, включая возможность перекомпенсации, в любом режиме работы машины.

Отказ от беличьей клетки не исключает возможности асинхронного пуска преобразователя трехфазного тока в постоянный, когда ее роль принимают на себя замкнутые на резисторы цепи обмоток возбуждения и компенсационной, а в других режимах машина в пусковой беличьей клетке не нуждается. Упомянутые резисторы и соответствующая коммутационная аппаратура в конструкцию одноякорного преобразователя не входят.

На фиг.1 представлены диаграммы МДС постоянного и переменного токов, а также диаграмма результирующей МДС F _А( ) для варианта работы машины преобразователем рода тока в случае =0°. На той же фигуре представлены диаграммы МДС постоянного и переменного токов, а также диаграмма результирующей МДС F' _А( ) для варианта работы машины преобразователем рода тока в случае =30°.

На фиг.2 представлены диаграммы МДС постоянного и переменного токов, а также диаграмма результирующей МДС F _A( ) для варианта работы одноякорного преобразователя генератором двойного тока в случае =0°.

На фиг.3 представлена блок-схема заявляемого одноякорного преобразователя. Якорь 1 через контактные кольца может соединяться с трехфазной цепью, а через коллектор - с цепью постоянного тока. В любом варианте конструктивное исполнение якоря - с единой обмоткой, обтекаемой одновременно трехфазным и постоянным токами, или с раздельными обмотками для трехфазного и постоянного токов - принципиального значения не имеет. Обмотка возбуждения 2, как и в большинстве случаев, соединена параллельно с якорем. Обмотки добавочных полюсов 3 и компенсационная 4 соединены последовательно и включены на блок питания компенсирующей системы 5, построенный на основе широтно-импульсного преобразователя. Род тока источника электроэнергии для блока 5 значения не имеет. В цепь одной из фаз включены датчик переменного тока 6 и фазометр 7, а в цепь постоянного тока - датчик постоянного тока 8. Сигналы с датчиков тока и фазометра, содержащие необходимую и достаточную информацию о режиме работы одноякорного преобразователя, поступают на входы микроконтроллера 9. Способ передачи этой информации - цифровой или аналоговый - значения не имеет. Под микроконтроллером подразумевается функционально-техническое единство микропроцессора, устройств памяти, управления, ввода/вывода и периферийных устройств. С выхода микроконтроллера сигнал управления, обеспечивающий заданный уровень компенсации м.д.с. якоря, обусловленной совместным действием постоянной и переменной составляющих тока якоря, подается на вход блока 5, питающего постоянным током последовательно соединенные обмотки 3 и 4. Способ формирования управляющего сигнала - цифровой или аналоговый - значения не имеет.

Алгоритм компенсации результирующей МДС якоря в коммутационной зоне до заданного на стадии проектирования машины уровня основывается на обработке информации об отклонениях фактического режима работы машины от эталонного, например, номинального. Задача управления компенсирующей системой сводится к минимизации до заданного уровня разности площадей S, ограниченных расчетными графиками результирующей МДС якоря F_A( ) и МДС компенсирующей системы F_C( ) на двух участках окружности якоря, развернутой вдоль угловой координаты . Первый участок начинается на оси дополнительного полюса ( =0) и заканчивается на оси главного полюса . Второй участок начинается на оси главного полюса и заканчивается на оси дополнительного полюса ( = ). Математической основой этого алгоритма является метод наименьших квадратов, а структурная схема представлена на фиг.4. От варианта преобразования энергии и режима работы одноякорного преобразователя работа алгоритма не зависит.