РЕВЕРСИВНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД Российский патент 1994 года по МПК H02P5/16 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к реверсивным тиристорным электроприводам постоянного тока.

Известен реверсивный электропривод, выполненный на магнитных усилителях (авт. св. N 197728, кл. Н 02 Р 7/68).

Его недостатками является низкий КПД, низкое быстродействие и сложность.

Известны реверсивные электроприводы (авт. св. N 243017, N 321191, кл. Н 02 Р 7/28).

Их недостатками является относительно низкая надежность.

Одним из наиболее совершенных реверсивных электроприводов является электропривод "Кемрон" болгарского производства, поставляемый во многие страны мира, в том числе в США и СССР. Этот электропривод включает в себя электродвигатель, подключенный через индуктивные дроссели к двум встречно включенным тиристорным мостам, управляющие входы которых через устройства включения тиристоров и фазосдвигающие устройства подключены к выходу формирователя управляющего сигнала.

Известны фазосдвигающие устройства (авт. св. N 1487135, N 150393), содержащие по накопительному конденсатору, первые выводы которых подключены к общему проводу схемы, а вторые выводы через резисторы или цепи из последовательно соединенных резистора и зарядного конденсатора подключены к шине питающего переменного напряжения, кроме того, вторые выводы этих конденсаторов соединены соответственно с эмиттерами первых транзисторов первой проводимости для данного фазосдвигающего устройства и базами вторых транзисторов той же проводимости, базы первых транзисторов подключены к выходам согласующих устройств, а коллекторы этих первых транзисторов подключены к соответствующим базам третьих транзисторов второй проводимости также для данного фазосдвигающего устройства, эмиттеры вторых и третьих транзисторов подключены к общему проводу схемы, а их коллекторы - к соответствующим входам устройств включения тиристоров. Эти фазосдвигающие устройства являются из известных самыми простыми устройствами.

Известен реверсивный электропривод, в котором между выходами фазосдвигающих устройств и формирователя сигнала управления выполнено два усилителя, собранные на транзисторах противоположной проводимости, имеющие по резистору обратной связи, входному резистору, включенному между выходом формирователя сигнала управления и соответствующим входом усилителей, а также по резистору, включенному между соответствующим входом усилителей и соответствующим источником напряжения смещения, транзисторы фазосдвигающих устройств, функционально включенных в цепь разных силовых тиристорных мостов, имеют по отношению друг к другу противоположную проводимость.

Целью изобретения является оптимизация начального тока через индуктивные дроссели при нулевом напряжении задания и при колебаниях питающего силового напряжения.

Для этого в качестве источников напряжения смещения использованы нестабилизированные источники питания.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого электропривода; на фиг. 2 и 3 - схемы фазосдвигающих устройств.

Реверсивный электропривод включает в себя электродвигатель 1, подключенный через индуктивные дроссели 2, 3 и 4, 5 соответственно к выходам встречного включенных силовых тиристорных мостов, выполненных на тиристорах 6-9 и 10-13. Управляющие входы тиристоров 6-9 и 10-13 соответственно через устройства 14 и 15 включения тиристоров, фазосдвигающие устройства 16 и 17 и согласующие устройства, собранные на транзисторах 18 и 19, подключены к выходу формирователя 20 сигнала управления. Транзисторы 18 и 19 имеют по отношению друг к другу противоположную проводимость. Их коллекторы соответственно через резисторы 21 и 22 подключены к соответствующим источникам напряжения питания.

Транзисторы 18 и 19 имеют резисторы 23 и 24 обратной связи, входные резисторы 25 и 26, соединяющие соответственно базы транзисторов 18 и 19 с выходом формирователя 20 управляющего сигнала, и резисторы 27 и 28, включенные между базами транзисторов 18 и 19 и соответствующими источниками напряжения смещения, в качестве которых используются соответственно нестабилизированные "минусовой" и "плюсовой" источники питания.

Фазосдвигающие устройства 16 и 17 содержат по накопительному конденсатору 29 и 30, первые выводы которых соединены с общим проводом схемы. Вторые выводы накопительных конденсаторов 29 и 30 соответственно через диоды 31 и 32 подключены к эмиттерам первых транзисторов 33 и 34 первой проводимости для данного фазосдвигающего устройства, а также соответственно через диоды 35 и 36 соответственно к базам транзисторов 37 и 38 той же проводимости. Базы первых транзисторов 33 и 34 соответственно через резисторы 39 и 40 подключены к коллекторам транзисторов 18 и 19. Коллекторы первых транзисторов 33 и 34 подключены соответственно к базам третьих транзисторов 41 и 42 второй проводимости. Между базой и эмиттером транзисторов 33 и 34, 37 и 38, 41 и 42 включены соответственно резисторы 43-48. Вторые выводы накопительных конденсаторов 29 и 30 соответственно через цепи из резисторов 49 и 50 и конденсаторов 51 и 52 подключены к шине переменного силового напряжения.

Реверсивный электропривод работает следующим образом.

Соотношение резисторов 23 и 27, а также резисторов 24 и 28 выбраны так, что при нулевом управляющем сигнале, снимаемом с выхода формирователя 20 управляющего сигнала, транзисторы 18 и 19 приоткрыты, в результате чего напряжение на коллекторах транзисторов 18 и 19 составляет, например, 50% от максимальных соответствующих коллекторных напряжений. При этих коллекторных напряжениях транзисторов 18 и 19 фазосдвигающие устройства 16 и 17 соответственно через устройства 14 и 15 включения тиристоров выдают сигналы включения тиристорных мостов [6-9 и 10-13], при которых выходные напряжения этих мостов минимальны. Это соответствует минимальным углам включения силовых тиристоров 6-13. В случае нарастания управляющего сигнала в "плюсовую" сторону транзистор 18 соответствующим образом приоткрывается, а транзистор 19 призакрывается. При этом углы включения тиристоров 6-9 увеличиваются, а углы включения тиристоров 10-13 сначала уменьшаются, а затем не включаются вообще. Таким образом "плюсовым" управляющим сигналом через транзистор 18 управляются тиристоры 6-9, тиристоры 10-13 при этом заперты. При "минусовом" управляющем сигнале через транзистор 19 управляются тиристоры 10-13, а тиристоры 6-9 закрыты.

Соотношение величин резисторов 25 и 26 выбирается из условия обеспечения полного отпирания транзисторов 18 и 19 максимальным соответственно "плюсовым" или "минусовым" управляющим сигналом. Усилители управляющего сигнала, собранные на транзисторах 18 и 19, необходимы при использовании фазосдвигающих устройств, показанных на фиг. 2 и 3, у которых минимальный угол отпирания силовых транзисторов, управляемых данным фазосдвигающим устройством, соответствует максимальному управляющему напряжению на входе этого фазосдвигающего устройства.

Рассмотрим работу фазосдвигающего устройства 16, изображенного на фиг. 2 и 3, управляющее напряжение, подаваемое на вход этого устройства, снимается с коллектора n-p-n транзистора 18. Это напряжение может изменяться от 0 до, например, 12 В. Входы резистора 49 и конденсатора 51 подключены к сети переменного напряжения, например, 220 В. Током через резистор 49 происходит попеременно заряд и разряд накопительного конденсатора 29. При заряде этого конденсатора до напряжения на коллекторе транзистора 18 отпирается транзистор 33, а одновременно с ним - и транзистор 41, которым через устройство 14 включаются соответствующие два тиристора силового тиристорного моста [6-9] . При разряде накопительного конденсатора 29 до нулевого напряжения, точнее до напряжения отпирания базово-эмиттерного перехода транзистора 37, последний отпирается, подавая через устройство 14 сигнал для включения двух других тиристоров силового тиристорного моста [6-9].

Фазосдвигающее устройство 17 работает точно так же, как и устройство 16. Конструктивная разница между ними заключается лишь в том, что эти фазосдвигающие устройства по отношению друг к другу выполнены на транзисторах противоположной проводимости, что необходимо для минимизации количества элементов, включенных между входами фазосдвигающих устройств и выходом формирователя 20 управляющего сигнала. Фазосдвигающие устройства (см. фиг. 2 и 3) могут служить как для двухфазных, так и для трехфазных тиристорных преобразователей. Диоды 31, 32, 35 и 36 являются необязательными. Они служат для снятия обратных напряжений между базой и эмиттерами у транзисторов 33, 34, 37 и 38. Резисторы 43-46 также не обязательны. Они необходимы только при наличии диодов 31, 32, 35 и 36 и служат для исключения протекания обратных коллекторных токов через базы соответствующих транзисторов. Благодаря цепочке из последовательно соединенных резистора 49 и конденсатора 51 импульсы запуска тиристоров оказываются смещенными в строну опережения на 30^о относительно фазы напряжения, подаваемой на вход этих резистивно-емкостных цепочек.

Отличительной особенностью данного электропривода является обеспечение оптимизации начального тока через индуктивные дроссели 2-5 при колебаниях сетевого питающего напряжения и нулевом задающем напряжении. Проблема заключается в том, что минимальный угол включения тиристоров получается при максимальной амплитуде напряжения на конденсаторах 29 и 30 фазосдвигающих устройств. Причем величина этой амплитуды напряжения зависит от величины переменного напряжения сети: чем больше напряжение сети, тем больше максимальная амплитуда напряжения на конденсаторах 29 и 30. Поскольку максимальная амплитуда напряжения на конденсаторах 29 и 30 пропорциональна величине питающего напряжения, то и максимальные напряжения на коллекторах транзисторов 18 и 19 также должны быть пропорциональны величине сетевого напряжения, только в этом случае при колебаниях сетевого напряжения минимальный угол включения тиристоров сохранится постоянным. Следовательно, если выполнить транзисторные усилители такими, чтобы напряжение на их коллекторах стало бы пропорциональным амплитуде питающего напряжения, то при нулевом задающем напряжении можно выполнить некоторый оптимальный угол включения тиристоров, который не зависел бы от величины этого сетевого напряжения.

Это условие выполняется при использовании в качестве питающих напряжений усилителей нестабилизированных источников. Рассмотрим величину коллекторного напряжения транзистора 18 при нулевом напряжении на выходе задатчика при стабилизированном "плюсовом" и нестабилизированном "минусовом" источниках питающего напряжения. Если пренебречь величиной тока базы этого транзистора, то можно записать
U_вых.18 = U_см, где U_см - источник напряжения смещения (отрицательный источник напряжения).

Из этого выражения видно, что необходимую пропорциональность практически можно считать достигнутой.

Использование: для управления электродвигателями постоянного тока. Сущность: в данном электроприводе напряжение на коллекторах транзисторных усилителей пропорционально амплитуде питающего напряжения. При нулевом задающем напряжении обеспечивается оптимальный угол включения тиристоров, который не зависит от величины этого питающего напряжения. 3 ил.

РЕВЕРСИВНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий электродвигатель постоянного тока, якорная обмотка которого через индуктивные дроссели подключена к выходам встречно включенных двух силовых тиристорных мостов, управляющие входы которых через соответствующие устройства включения тиристоров, первое и второе фазосдвигающие устройства, усилители мощности подключены к выходу формирователя управляющего сигнала, отличающийся тем, что в него дополнительно введены нестабилизированный источник напряжения смещения, а каждый усилитель мощности содержит последовательно соединенные первый резистор, первый и второй транзисторы противоположной проводимости, второй резистор, эмиттеры транзисторов объединены с общей шиной, два последовательно соединенных диода, общая точка которых соединена с общей шиной, а другие силовые выводы диодов соединены с базами транзисторов, два резистора обратной связи, включенные между базами и коллекторами транзисторов, два входных резистора, одни выводы которых объединены и являются входом усилителей мощности, а другие соединены с базами транзисторов, третий и четвертый резисторы, одни выводы которых соединены с базами транзисторов, а другие объединены с вторыми выводами первого и второго резисторов и подключены к нестабилизированному источнику напряжения смещения, каждое из фазосдвигающих устройств содержит три транзистора, три резистора, зарядный и накопительный конденсаторы, первые выводы накопительных конденсаторов подключены к общей шине схемы, а вторые их выводы через цепи из последовательно соединенных первого резистора и зарядного конденсатора подключены к шине источника переменного напряжения, вторые выводы накопительных конденсаторов соединены соответственно с эмиттерами первых транзисторов первого типа проводимости для данного фазосдвигающего устройства и с базами вторых транзисторов того же типа проводимости, базы первых транзисторов связаны с соответствующими выходами усилителей мощности, а коллекторы первых транзисторов подключены к соответствующим базам третьих транзисторов второго типа проводимости для данного фазосдвигающего устройства, эмиттеры вторых и третьих транзисторов подключены к общей шине схемы, а их коллекторы к соответствующим входам устройств включения тиристоров, первые выводы накопительного конденсатора через третий резистор соединен с базой третьего транзистора, при этом источник переменного напряжения и источник напряжения смещения соединены между собой.