Рассмотрим процесс электромеханического преобразования энергии в одном из видов электрической машины постоянного тока, а именно: в двигателе постоянного тока с независимым возбуждением.
6.1. Математическое описание процессов преобразования энергии в двигателе постоянного тока с независимым возбуждением
Необходимым условием процесса преобразования энергии является протекание переменных токов хотя бы по части обмоток машины. В двигателе постоянного тока это условие выполняется работой коллектора, коммутирующего постоянный ток, поступающий от источника питания, с частотой ωэл, равный угловой скорости вращения ротора. Таким образом, с точки зрения протекания внутренних процессов двигатель постоянного тока является машиной переменного тока, а, следовательно, его моделью является обобщенная электрическая машина (рис. 6.1а).
Рис.6.1. Двухфазная модель двигателя постоянного тока c независимым возбуждением в осях 
, 
, d, q (а) и в осях ,
Обмотка статора по оси β включена на постоянное напряжение Uв. Обмотки ротора 2 d и 2q получают питание от преобразователя частоты ПЧ, осуществляющего коммутацию токов i2d и i2q в функции угла поворота φэл с частотой ωэл. Если коммутация осуществляется механическим коммутатором-коллектором, то мы имеем обобщенную электрическую модель двигателя постоянного тока. В случае применения в качестве ПЧ вентильного преобразователя частоты, мы имеем модель вентильного двигателя.
МДС статора неподвижна в пространстве; она создается током возбуждения iв= i1β, а ее направление соответствует направлению оси β. Соответственно и МДС ротора при его вращении со скоростью ω должна быть неподвижна относительно статора, что возможно лишь при условии вращения МДС ротора против его вращения со скоростью ω. Это условие выполняется, если обмотки ротора обтекаются токами, изменяющимися по законам:
; 
(6.1)
МДС ротора в этом случае неподвижна относительно статора, поэтому для математического описания динамических процессов преобразования энергии в двигателе постоянного тока целесообразно использовать формулы прямого преобразования координат обобщенной машины: α, β, d, q -› α, β (ωк=0). Для роторных переменных они имеют вид:
(6.2)
Подставив u=α, v=β, 
, получим:
(6.3)
(6.4)
Следовательно, в осях α, β действительным переменным токам обмотки ротора эквивалентна одна якорная обмотка, ось которой совпадает с осью α и которая обтекается постоянным током iя. В реальной машине по оси α расположены также обмотка дополнительных полюсов и компенсационная обмотка. Поэтому модель двигателя постоянного тока в осях α, β будет иметь вид (рис. 6.1б).
Механический преобразователь — частота
Машиной постоянного тока в соответствии с общепринятой терминологией называют двухобмоточ-ную электрическую машину, одна из обмоток которой ( обмотка якоря) соединяется с электрической сетью постоянного тока с помощью механического преобразователя частоты , преобразующего переменный ток в якоре в постоянный ток в сети, а вторая ( обмотка возбуждения) питается постоянным током. [31]
В то же время машины постоянного тока не получили такого широкого распространения, как асинхронные, из-за меньшей надежности, сложности эксплуатации и большей стоимости, обусловленных наличием в их конструкции механического преобразователя частоты коллектора . Эти машины могут иметь различные конструкции коллектора, якоря, обмоток и полюсов. Машины постоянного тока общего назначения, проектирование которых рассмотрено в последующих главах, имеют вращающийся якорь, цилиндрический коллектор и неподвижные полюсы с обмотками возбуждения, расположенными на станине. [32]
Недостатком машин постоянного тока является их относительно высокая стоимость, а также наличие скользящего контакта в виде щеток и коллектора. Механический преобразователь частоты — коллектор встроен в машину и составляет с ней единое целое. Наличие встроенного преобразователя частоты и определяет несколько более высокую стоимость машины постоянного тока по сравнению со стоимостью асинхронных и синхронных машин. [33]
Основным недостатком коллекторных машин переменного тока является плохая коммутация. Механический преобразователь частоты — коллектор в этих машинах работает в режиме преобразования переменного тока в переменный ток регулируемой частоты. [35]
Выполнение обмоток якорей машин постоянного тока принципиально не отличается от двухслойных обмоток переменного тока. Однако наличие механического преобразователя частоты — коллектора — вносит некоторые особенности в технологию изготовления обмоток. [37]
Как отмечалось в § 2.1, машины постоянного тока отличаются от синхронных машин наличием преобразователя постоянного тока в многофазный переменный. Машины постоянного тока с механическим преобразователем частоты имеют коллектор, при этом связь между механической частотой и электрической — жесткая. В машинах постоянного тока с полупроводниковыми коммутаторами эта связь может быть гибкой. [39]
Хотя трехфазные коллекторные машины в настоящее время находят небольшое применение, рабочие процессы в них имеют важное значение для понимания электромеханического преобразования энергии. В современных электроприводах широко применяются полупроводниковые преобразователи частоты, которые заменяют механический преобразователь частоты — коллектор. Знание коллекторных машин дает возможность лучше разобраться в работе полупроводниковых преобразователей совместно с электрическими машинами. [41]
В режиме работы двигателя постоянное напряжение, подаваемое на щетки машины коллектором, являющимся механическим преобразователем частоты , преобразуется в переменное напряжение секций якоря, и, наоборот, в режиме работы генератора переменное напряжение обмотки якоря преобразуется в постоянное, снимаемое со щеток. [42]
Способ регулирования частоты вращения двигателя постоянного тока путем изменения подводимого к якорю напряжения обеспечивает широкие пределы регулирования. Этот способ по существу сходен с частотным регулированием в машинах переменного тока, так как закон изменения напряжения и частоты близок к ( / / fconst и регулирование происходит при постоянном потоке. Механический преобразователь частоты — коллектор изменяет частоту переменного тока, протекающего в якоре, пропорционально напряжению, приложенному к обмотке якоря. В этой схеме якорь генератора независимого возбуждения питает двигатель. [44]
Номер патента: 74019
Текст
Класс 21 д, 15 ее СССР Лф 74019 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУИ, А. Остряков и Г. Г. Фридолин И 1; 1 О 0-:, п,11мииьнииввпив ппвовпввоввтпнь поптпвинптв товм —В ПЕРЕМЕННЫЙ ИЛИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА В ПОСТОЯННЫЙ Заявлено 26 сентября 1947 года в Комитет по изобретениям и открытиям при Совете Министров СССР за Мо 359009Опубликовано 31 августа 1949 года 173 Предлагаемое устройство служит для преобразования постоянного тока в,переменный или переменного в постоянный при помощи щеток, скользящих по коллектору.Отличительной о согбенностью устройства является такое расположение щеток коллектора и применение такой электрической схемы соединения, при которых обеспечивается значительное уменьшение искрения при коммутацииНа чертеже приведена электрическая схема предлагаемого устройства.Неподвижный коллектор состоит из двух внутренних пластин, к кото,рым подводится постоянный ток и подключены концы от двух первичных обмоток трансформатора, и двух симметричных внешних пластин, к которым подключены вторые концы этих обмоток,Две подвижные щетки, вращаемые маломощным мотором Д, по очереди соединяют между собой внешние и внутренние коллекторные пластины.При замыкании верхней пары пластин,на обмотку П подается напряжение постоянного тока. Благо,даря нарастанию тока в ней, в обмотке 1 индуктируется напряжение того же знака и той же величины, что и в обмотке П. В следующий момент щетка б будет замыкать нижнюю, пару коллекторных пласпин и первичные обмотки 1 и 11 трансформатора будут соединены парал. лельно. тЭто соединение произойдет почти без искры, так как напрякение на конпах обеих обмоток будет почти одинаково. Затем щетка а попадет в межколлекторное пространство и обмотка 11 отключится. Так как на обмотке 1 в это время будет проходить нарастающий постоянный ток, который теперь индуктирует в обмотке 11,напряжение той же величины и знака, что и на концах обмотки 1, то выключение обмотки П также будет происходить без искры,Для полного уничтожения искрения, возмоиного вследствие некоторой разницы в напряжениях на концах нагруженной и не нагруженной обмоток, предусмотрено включение последовательно с,ними компенсационных обмоток, в которых наводится э. д. с. вращающимся элек 1- ромагнитом, насаженным на ось мотора, приводящего в движение щетки,л- +-) 1 -р М, М. Акиши тв. реда 74 Предмет изобретения 1, Механический преобразователь постоянного тока в переменный или переменного тока в постоянный с применением щеток, скользящих по коллекторупластины которого расположены по концентрическим окружностям и соединены с отдельными секциями обмотки трансформато ра, отличающийся тем, что, с целью уменьшения искрения при коммутации, вращающиеся щетки расположены так, что до переключения цепи постоянного тока с одной секции обмотки трансформатора на другую обе секциии обмотки включаются параллельно в цепь постоянного тока,2. Преобразователь по п. 1, отл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения искрения при коммутации, к секциям обмотки трансформатор а,подведено компенсирующее напряжение от обмоток вспомогательного генератора, якорь которого. помещен на общем валу с вращающимися щетками устройства,Редактор А. П. Савельев
Заявка
Остряков И. А, Фридолин Г. Г
МПК / Метки
Код ссылки
Способ определения числа витков обмотки возбуждения машины постоянного тока последовательного возбуждения
Номер патента: 1277027
. машины.Для стабилизации частоты вращения испытуемой машины 1 на уровне номинальной изменяют ток якоря, регулируя напряжение вольтодобавочного генератора 3, Далее измеряют напряже ние на обмотке возбуждения 5 Б и устанавливают в соответствии с нимИ;и с соотношением — напряжение ис 1 нпытуемой машины 1 И,Б =Б -Б ( — 1) н ь В н где Б номинальное напряжение линейного генератора 4. Изменение напряяения производят, регули руя напряжение линейного генератора.После установления частоты вращения и теплового режима производят замер температуры главных, добавочных полюсов якоря и коллектора и сопоставляют максимальную из замеренных температур с допустимой. В случае превышения допустимого значения повторяют цикл изменения соотношения между.
Способ защиты обмотки якоря электродвигателя постоянного тока от перегрева
Номер патента: 1573499
. двумя потенциометрами, подключенными к источнику питания,Устройство работает следующим образом.Выходное напряжение вентильногопреобразователя 2 определяется сигналами с выхода задатчика 1 скорости,датчика 3 тока, датчика 16 скорости иэлемента 11 сравнения, выходной сигнал которого пропорционален перегреву или, что равноценно, изменениюсопротивления обмотки якоря электродвигателя 4 при нагреве. Величина,пропорциональная падению напряженияв обмотке якоря электродвигателя получается путем суммирования с помощьюсумматора 9 трех сигналов: сигнала сдатчика 5 напряжения якорной цепи,пропущенного через второй фильтр низкой частоты 14 (+0), сигнала с датчика 8 ЭДС (-Е) и сигнала с выходаблока 12 нелинейности, пропорционального падению напряжения.
Преобразователь постоянного напряжения в переменное
Номер патента: 789818
. усилитель 11, термостабильный резистор 12, демодулятор 13, аттенюаторы 14 и 15.Устройство работает следующим образом.При наличии на основной обмотке 7постоянного напряжения 0 х и протекании по дополнительной обмотке 8 тока от генератора 9 магнитопровод 6 преобразователя намагничивается одноИ временно постоянным и переменным магнитными полями. В этом случае дифференциальная магнитная проницаемость магнитопровода 6 содержит переменную 84составляющую с частотой, вдвое больщей частоты генератора 9, В связи с этим на датчиках 1 Холла действуют два магнитные поля, одно из которых характеризуется постоянной индукцией, а другоеиндукцией с удвоенной частотой генератора 9. Амплитуды обеих индухций пропорциональны преобразуемому.
Преобразователь переменного напряжения в переменное
Номер патента: 752675
. между разноименно силовыми электродами пар тиристоров этих мостов, разноименные силовые электроды пар тиристоров одного из упомянутых мостов подключены к разноименным концам входных.дросселей непосредственного нреобразователя частоты, а обмотки всехдросселей выполнены на общем иагнитопро,воде,На чертеже представлена схема преобразователя переменного напряжения в переменное,Преобразователь содержит управляемыйвыпрямитель 1, параллельный инвертор 2тока, непосредственный преобразователь3 и тиристорно-дроссельный регулятор 4 20реактивной мощности с обмотками Ь,выполненными на общем магнитопроводе 11,Преобразователь работает следующимобразом,Работу схемы рассмотрим для случая 25трехфазного выходного напряжения преобразомтеля и реализации.
Симисторный преобразователь переменного напряжения в переменное
Номер патента: 909772
. неограниченной лощности.Включение первичной обмотки трансФорматоров управления к узлам соединения ведущего и ведомого симисторов с нагрузками обеспечивает надежное включение ведомых симисторов,Формула изобретения Снмнсторный преобразователь переменного напряжения в переменное,содержащий И симисторов, один из которых является ведущигл, а остальныеведомыми, и каждый из которых включен между входным и одним из И выходных выводов, блок Фазового управления, выход которого подключен к управляющим выводам ведущего симистора,И — 1 трансформаторов управлений,И — 1 выпрямительных мостов, о т л ич а ю щ и й.с я тем, что, с цельюповышения надежности и упрощения,первичная обьютка каждого иэ трансФорматоров управления включена междуобщей точкой.