ЭЛЕКТРОПРИВОД ГРЕБНОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 1994 года по МПК H02P5/16 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к гребному электроприводу, и может быть использовано в гребных электрических установках постоянного тока судов различного назначения.

Цель изобретения - улучшение массогабаритных характеристик.

На фиг. 1 изображена схема электропривода гребной установки; на фиг. 2 и 3 - диаграммы импульсов, поясняющие его работу.

Электропривод гребной установки содержит источник 1 электрической энергии, к которому посредством контакта контактора 2 подключены коллекторы 3, 4 двухколлекторного двигателя постоянного тока, нагруженного на винт 5 фиксированного шага. Коллекторы 3, 4 и обмотка 6 возбуждения двигателя подключаются к источнику 1 также еще через широтно-импульсный преобразователь, состоящий из силовой части 7 и системы 8 управления. Силовая часть 7 включает в себя силовые тиристоры 9, 10, которые подключают обмотку 6 возбуждения и коллекторы 3, 4 к источнику 1.

Параллельно силовому тиристору 9 подключена цепочка, состоящая из индуктивности 11 и двух вспомогательных тиристоров 12, 13. Последовательно с силовым тиристором 10, зашунтированным диодом 14, включен еще один силовой тиристор 15.

Между точками соединений вспомогательных тиристоров 12, 13 и силовых тиристоров 10, 15 включен конденсатор 16. Коллекторы 3, 4 двигателя зашунтированы диодами 17, 18 и могут соединяться параллельно или последовательно с помощью контакторов 19-21 электромагнитных контакторов. Обмотка 6 возбуждения зашунтирована диодом 22.

Система 8 управления получает питание от источника 1 электрической энергии и состоит из генератора 23 импульсов напряжения, работающего в автоколебательном режиме, и двух генераторов 24, 25 импульсов, работающих в ждущем режиме. Выход генератора 23 соединен с управляющим переходом силового тиристора 9 и входом генератора 24. Выходы генератора 24 соединены с управляющими переходами тиристоров 10, 13 и входом генератора 25 напрямую, а через тумблер 26 - с управляющим переходом тиристора 15. Выход генератора 25 соединен с управляющим переходом тиристора 12.

Электропривод гребной установки работает следующим образом.

В первом режиме замкнуты контакты контакторов 2, 19, 20, контакт контактора 21 и тумблер 26 разомкнуты, а широтно-импульсный преобразователь 8 обеспечивает протекание номинального тока в обмотке 6 возбуждения. В этом режиме коллекторы 3, 4 соединены параллельно, напряжение на каждом коллекторе равно номинальному значению и двигатель работает с номинальной частотой вращения.

Во втором режиме контакты контакторов 2, 19, 20, 21 и тумблер 26 находятся в том же состоянии, а величина тока в обмотке 6 может плавно регулироваться в интервале 1,0 I_вн - 1,5 I_вн с помощью широтно-импульсного преобразователя 7. Таким образом, во втором режиме работы электропривода частота вращения двигателя регулируется в диапазоне 1,0 n_н - 0,75 n_н.

В третьем режиме замкнуты контакты 2 21, а контакты контакторов 19, 20 и тумблер 26 разомкнуты. В этом режиме коллекторы 3, 4 соединены последовательно, напряжение на каждом коллекторе равно половине номинального значения, а широтно-импульсный преобразователь обеспечивает протекание тока в обмотке возбуждения 6, величина которого может плавно изменяться в интервале 0,5 I_вн - 1,5 I_вн. При этом частота вращения двигателя в этом режиме может плавно регулироваться в диапазоне 0,75 n_н - 0,3 n_н.

Во всех перечисленных режимах широтно-импульсный преобразователь работает следующим образом (диаграммы импульсов напряжения, поясняющие его работу в квазистатическом режиме, представлены на фиг. 2).

В момент t₁ генератор формирует импульс напряжения, поступающий на переход тиристора 9 и вход генератора 26. Тиристор 9 при этом включается и к обмотке возбуждения 6 прикладывается напряжение источника электрической энергии 1. В момент времени t₂ (интервал t₂-t₁ зависит от величины сопротивления хронирующего резистора R₁) генератор 24 формирует импульс напряжения, поступающий на управляющие переходы тиристоров 10, 13, которые, включаясь, образуют цепь заряда конденсатора 16 через обмотку возбуждения 6 до напряжения источника со знаком (+) на нижней обкладке. При этом на аноде тиристора 9 в течение времени t₃-t₂ присутствует отрицательное напряжение, выключающее его. После выключения тиристора 9, заряда конденсатора 16 и выключения тиристоров 10, 13 напряжение на обмотке возбуждения 6 становится равным нулю (момент времени t₄).

Затем в момент времени t₆ (интервал времени t₆-t₂ определяется величиной хронирующего резистора R₂) генератор 25 вырабатывает импульс напряжения, поступающий на управляющий переход тиристора 12. При включении тиристора 12 конденсатор 16 начинает перезаряжаться через индуктивность 11 и диод 14 до напряжения, определяемого добротностью колебательного контура. Время перезаряда конденсатора 16 t₆-t₅ равно половине периода колебаний в контуре, т.е. в момент времени t₆ напряжение на обкладках конденсатора достигнет максимального значения. Далее в момент времени t₇ генератор 23 снова включает тиристор 9 и т.д. В результате описанные выше процессы периодически повторяются (моменты времени t₈, t₉, t₁₀, t₁₁, ...), при этом напряжение на обмотке возбуждения 6 носит импульсный характер. Среднее значение этого напряжения и тока в обмотке возбуждения определяется величиной скважности импульcов равной γ= . Величина скважности импульсов напряжения зависит от величины сопротивления хронирующего резистора R₁, которая изменяется в зависимости от требуемой величины частоты вращения двигателя. Величина сопротивления хронирующего резистора R₂ в этих трех режимах работы гребной установки не изменяется и устанавливается такой, чтобы интервал времени t₅-t₂ был не менее времени заряда конденсатора 16 через цепь обмотки возбуждения 6.

В четвертом режиме работы гребной установки замкнуты контакт контактора 21 и тумблер 26, а контакты контакторов 2, 19, 20 разомкнуты. Широтно-импульсный преобразователь (7, 8) обеспечивает изменение тока в цепи возбуждения в интервале 1,5 I_вн - -1,0 I_вн и одновременно обеспечивает плавное изменение напряжения на коллекторах 3, 4. Частота вращения двигателя в этом режиме регулируется в диапазоне 0-0,3 n_н при постоянном КПД.

Широтно-импульсный преобразователь в четвертом режиме функционирует следующим образом.

До момента времени t₁ (диаграммы импульсов напряжения показаны на фиг. 3) элементы широтно-импульсного преобразователя находятся в следующем состоянии. Тиристоры 10, 15 включены и коллекторы 3, 4, соединенные последовательно, подключены к источнику электрической энергии 1. Тиристор 9 выключен, напряжение на обмотке возбуждения 6 равно нулю, а конденсатор 16 заряжен примерно до напряжения источника со знаком "+" на нижней обкладке. В момент времени t₁ генератор 23 вырабатывает импульс напряжения, поступающий на управляющий переход силового тиристора 9 и на вход генератора 24. При выключении тиристора 9 напряжение источника электрической энергии поступает на обмотку возбуждения 6. Затем в момент времени t₂, определяемый величиной сопротивления хронирующего резистора R₂, генератор 25 формирует импульс напряжения, поступающий на управляющий переход тиристора 12. Тиристор 12, включаясь, образует цепь перезаряда конденсатора 16 через индуктивность 11 и сначала через тиристор 10, а после его выключения через диод 14. В момент времени t₃ перезаряд конденсатора заканчивается, напряжение на его обкладках становится приблизительно равным напряжению питания, знак "+" на верхней обкладке. В этот же момент обесточивается тиристор 15 и напряжение на коллекторах 3, 4 становится равным нулю. Далее в момент времени t₄ генератор 24 формирует импульс напряжения, поступающий на управляющие переходы тиристоров 10, 13, 15 и на вход генератора 25.

После включения этих тиристоров напряжение источника электрической энергии 1 снова поступает на коллекторы 3, 4, соединенные последовательно, а конденсатор 16 начинает заряжаться через тиристор 13 и обмотку возбуждения 6 до напряжения источника со знаком "+" на нижней обкладке. При этом в течение времени t₅-t₄ на аноде тиристора 9 присутствует отрицательное напряжение, выключающее его. После заряда конденсатора и выключения тиристора 13 (момент времени t₆) напряжение на обмотке возбуждения 6 становится равным нулю. Затем в момент времени t₇ генератор 23 вырабатывает импульс напряжения, поступающий на управляющий переход тиристора 9, и далее описанные процессы периодически повторяются. В результате этого напряжение на обмотке возбуждения 6 может регулироваться, обеспечивая протекание тока в обмотке возбуждения, изменяющегося в интервале 1,5 I_вн - 1,0 I_вн, величина напряжения на коллекторах 3, 4, соединенных последовательно, может плавно регулироваться приблизительно от нуля до номинального значения. Величина этого напряжения зависит от соотношения временных интервалов t₉-t₄ и t₇-t₁, которое определяется величиной сопротивления хронирующего резистора.

Использование: в гребных электрических установках постоянного тока судов различного назначения. Сущность: электропривод гребной установки содержит источник электрической энергии, к которому через контакты контакторов подключаются коллекторы двухколлекторного двигателя, зашунтированные диодами, широтно-импульсный преобразователь, подключающий обмотку возбуждения, зашунтированную диодом, и коллекторы двигателя к источнику электрической энергии. При этом в широтно-импульсном преобразователе параллельно силовому тиристору,включенному в цепь обмотки возбуждения, подключена цепочка, состоящая из индуктивности и двух вспомогательных тиристоров, а последовательно с силовым тиристором, включенным в цепь якоря и зашунтированным диодом, включен еще один силовой тиристор. 3 ил.

ЭЛЕКТРОПРИВОД ГРЕБНОЙ УСТАНОВКИ, содержащий источник электрической энергии, к которому через контакты контакторов подключены коллекторы двухколлекторного двигателя, зашунтированные диодами, широтно-импульсный преобразователь, содержащий два силовых тиристора, включенных в цепь обмотки возбуждения и в цепь якоря соответственно, два вспомогательных тиристора, диод, индуктивность и конденсатор, отличающийся тем, что, с целью улучшения массогабаритных характеристик, в широтно-импульсном преобразователе параллельно силовому тиристору, включенному в цепь обмотки возбуждения, подключена цепочка, состоящая из индуктивности и двух вспомогательных тиристоров, а последовательно с силовым тиристором, включенным в цепь якоря и зашунтированным диодом, включен второй силовой тиристор, между точкой соединений которых и точкой соединения вспомогательных тиристоров включен конденсатор.