ЭЛЕКТРОПРИВОД Российский патент 1994 года по МПК H02P5/16 H02P3/08 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в электроприводе постоянного тока, а также на электрическом транспорте для регулирования скорости вращения тяговых двигателей постоянного тока.

Известны устройства для регулирования скорости вращения двигателей постоянного тока [1, 2].

Устройство для регулирования частоты вращения тягового электродвигателя [1] содержит рабочий и коммутирующий тиристоры, между катодами которых включен коммутирующий конденсатор. Рабочий тиристор включен в проводящем направлении между источником питания и тяговым двигателем, который шунтирован обратным диодом, последовательно соединенные полностью управляемый ключевой элемент, в качестве которого может быть использован запираемый тиристор или транзистор, зарядный реактор и конденсатор, включенные между коммутирующим конденсатором и минусовой клеммой источника питания, причем зарядный реактор и конденсатор шунтированы диодом, а к обкладкам конденсатора подключена дополнительная нагрузка.

Недостаток данного устройства состоит в значительной зависимости выходного напряжения от тока нагрузки, что приводит к снижению частоты преобразователя и увеличению массы электропривода за счет входного и выходного фильтров.

Известно устройство [2], содержащее электродвигатель последовательного возбуждения, шунтированный обратным диодом и подключенный к выводам питания через рабочий тиристор, анод которого соединен с анодом коммутирующего тиристора, реактор, диод, конденсатор, один вывод которого соединен с отрицательным выводом питания, и управляемый ключ. Катод коммутирующего тириcтора через управляемый ключ и реактор соединен с отрицательным выводом питания, являющимся одним выводом дополнительной нагрузки, вторым выводом которой является второй вывод конденсатора, соединенный через диод с общей точкой соединения реактора и управляемого ключа, в качестве которого может быть использован запираемый тиристор или транзистор. Катоды рабочего и коммутирующего тиристоров соединены через коммутирующий конденсатор.

К недостаткам данного устройства относится зависимость выходного напряжения от тока нагрузки.

Цель изобретения - создание электропривода постоянного тока с уменьшенной массой за счет повышения допустимой частоты регулирования, содержащий электродвигатель последовательного возбуждения, шунтированный обратным диодом, анод которого подключен к первому выводу реактора, первому выводу конденсатора, отрицательному выводу источника питания, являющимся одним выводом дополнительной нагрузки, вторым выводом которой является вывод конденсатора, соединенный через второй диод с общей точкой соединения второго вывода реактора и катода управляемого ключа, анод которого через коммутирующий конденсатор и тиристор подключен к положительному выводу источника питания, который подключен к аноду второго управляемого ключа, в который дополнительно введены коммутирующий реактор, три диода и тиристор, катод которого соединен с анодом обратного диода, а анод соединен с анодом первого управляемого ключа и с катодом третьего диода, анод которого соединен с вторым выводом дополнительной нагрузки, четвертый диод соединен катодом с положительным выводом источника питания, а анодом через пятый диод соединен с катодом обратного диода.

Благодаря тому, что введены новые элементы, обеспечивается независимый перезаряд коммутирующего конденсатора в коммутационном интервале времени, ограничение напряжения на коммутирующем конденсаторе на заданном уровне, передача избыточной энергии коммутирующего реактора через дополнительный тиристор и диод дополнительной нагрузки, что обеспечивает независимость процесса коммутации от тока нагрузки, возможность выбора частоты коммутации тиристоров по максимально допустимому для заданного тока значению, снижению массы входного и выходного фильтров и улучшению массогабаритных показателей электропривода.

На чертеже изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства.

Электропривод постоянного тока содержит: электродвигатель 1 последовательного возбуждения, шунтированный обратным диодом 2, подключенный одним выводом к отрицательному выводу источника питания и первой обкладке конденсатора 3, параллельно которому включена дополнительная нагрузка 4, рабочий тиристор 5 и первый управляемый ключ 6, например, полностью управляемый тиристор, аноды которых объединены и подключены к положительному выводу источника питания, коммутирующий реактор 7, подключенный одним концом к первой обкладке коммутирующего конденсатора 8, вторая обкладка которого подсоединена к катоду рабочего тиристора 5, диод 9, включенный встречно-параллельно рабочему тиристору 5, разделительный диод 10, анод которого подсоединен к катоду рабочего тиристора 5, а катод - к катоду обратного диода 2, последовательно соединенные второй управляемый ключ 11, например, полностью управляемый тиристор, и реактор 12, один конец которого подсоединен к отрицательному выводу источника питания, а второй соединен с катодом диода 13, анод которого соединен с второй обкладкой конденсатора 3 и анодом диода 14, катод которого подключен к точке соединения катода первого управляемого ключа 6 и коммутирующего реактора 7, второй конец которого соединен с анодом второго управляемого ключа 11 и анодом перезарядного тиристора 15, катод которого подключен к отрицательному выводу источника питания.

Устройство работает следующим образом.

При подаче сигналов управления на тиристор 5 и управляемый ключ 11 начинается перезаряд коммутирующего конденсатора 8 (в исходном состоянии он был заряжен до напряжения, необходимого по условиях коммутации, зависящего от тока нагрузки, полярностью, указанной на чертеже) по цепи: плюсовая клемма источника питания - тиристор 5 - коммутирующий конденсатор 8, управляемый ключ 11, реактор 12, минусовая клемма источника питания. После достижения на коммутирующем конденсаторе 8 требуемой по условиям коммутации величины напряжения выключается управляемый ключ 11 и энергия, запасенная в реакторе 12, передается конденсатору 3, так как ток протекает по контуру: реактор 12 - конденсатор 3 - диод 13. Затем энергия с конденсатора 3 передается дополнительной нагрузке 4.

Включение тиристора 5 приводит к потреблению энергии электродвигателем 1 от источника питания. Продолжительность этого интервала определяется режимом работы электродвигателя 1.

Включение управляемого ключа 6 приводит к выключению рабочего тиристора 5, однако коммутирующий конденсатор 8 продолжает перезаряжаться по цепи: верхняя обкладка конденсатора - диод 9 - управляемый ключ 6, коммутирующий реактор 7 - нижняя обкладка конденсатора. После достижения на конденсаторе 8 необходимого уровня напряжения выключается управляемый ключ 6 и включается тиристор 15. Энергия, запасенная в коммутирующем реакторе 7, передается конденсатору 3, так как ток протекает по цепи: реактор 7 - тиристор 15 - конденсатор 3 - диод 14 - реактор 7. После уменьшения тока до нуля тиристор 15 закрывается и энергия с конденсатора 3 передается на дополнительную нагрузку 4.

Выключение управляемого ключа 6 после достижения на коммутирующем конденсаторе 8 необходимого уровня напряжения позволяет применить коммутирующий конденсатор, рассчитанный на более низкое напряжение, а следовательно обладающий меньшей массой и габаритами.

Кроме того выключение управляемого ключа 6 приводит к уменьшению времени потребления энергии электродвигателем 1, что позволяет при заданном минимальном напряжении на двигателе (например, в момент пуска) повысить частоту работы преобразователя, уменьшить массогабаритные показатели фильтров и, таким образом, улучшить массогабаритные показатели электропривода.

Избыточная энергия, накопленная в коммутирующем реакторе 7, передается дополнительной нагрузке 4 и может быть полезно использована, например, на охлаждение преобразователя (в этом случае в качестве дополнительной нагрузки принимается двигатель вентилятора).

Использование: на электрическом транспорте для регулирования скорости вращения тяговых двигателей постоянного тока. Сущность изобретения: перезаряд коммутирующего конденсатора 8 осуществляется по цепи: плюсовая клемма источника питания - тиристор 5 коммутирующий конденсатор 8 - управляемый ключ 11 - реактор 12 - минусовая клемма источника питания. После достижения на коммутирующем конденсаторе 8 требуемой по условиям коммутации величины напряжения выключается управляемый ключ 11, энергия, запасенная в реакторе 12, передается конденсатору 3, так как ток протекает по контуру: реактор 12 - конденсатор 3 - диод 13, энергия с конденсатора 3 передается дополнительной нагрузке 4. Включение управляемого ключа 6 приводит к выключению рабочего тиристора 5. Включение управляемого ключа 6 позволяет уменьшить время потребления энергии двигателем 1, что при заданном минимальном напряжении на двигателе повышает частоту работы преобразователя, уменьшает массо-габаритные показатели фильтров и улучшает массо-габаритные показатели электропривода. 1 ил.

ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий электродвигатель последовательного возбуждения, шунтированный первым диодом, анод которого подключен к первому выводу реактора, первому выводу конденсатора, отрицательному выводу источника питания, являющемуся одним выводом дополнительной нагрузки, вторым выводом которой является второй вывод конденсатора, соединенный через второй диод с общей точкой соединения второго вывода реактора и катода первого управляемого ключа, анод которого через коммутирующий конденсатор и первый тиристор подключен к положительному выводу источника питания, который подключен к аноду второго управляемого ключа, отличающийся тем, что в него введены коммутирующий реактор, три диода и второй тиристор, катод которого соединен с анодом первого диода, а анод соединен с анодом первого управляемого ключа и через коммутирующий реактор - с катодом второго управляемого ключа и с катодом третьего диода, анод которого соединен с вторым выводом дополнительной нагрузки, четвертый диод соединен катодом с положительным выводом источника питания, а анодом через пятый диод соединен с катодом первого диода.