ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 1994 года по МПК H02P5/16 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в электроприводе постоянного тока, например, для регулирования скорости тяговых двигателей электрического подвижного состава.

Известен электропривод постоянного тока (см., например, Глазенко Т.А. Полупроводниковые преобразователи в электроприводах постоянного тока. Л.: Энергия, 1973, с.68, рис.2-17), содержащий рабочий и коммутирующий тиристоры, между анодами которых и плюсовой клеммой источника питания включен коммутирующий реактор. Нагрузка, шунтированная обратным диодом, включена между катодом рабочего тиристора и минусовой клеммой источника. К вспомогательному источнику подключены последовательно соединенные коммутирующий конденсатор, зарядный реактор и диод в прямом направлении. Одна обкладка конденсатора соединена с катодом коммутирующего тиристора, другая - с общей точкой соединения положительных клемм источников питания.

Недостаток данного электропривода постоянного тока заключается в сложности схемы из-за необходимости использования вспомогательного источника для подзаряда коммутирующего конденсатора.

Известен электропривод постоянного тока (см. например, Бирзниекс Л.В. Импульсные преобразователи постоянного тока. М.: Энергия, 1974, с.182), содержащий последовательно соединенные коммутирующий реактор, рабочий тиристор и нагрузку, шунтированную обратным диодом, которые включены между положительной и отрицательной клеммами источника питания. К аноду рабочего тиристора подключен анод коммутирующего тиристора, катод которого через коммутирующий конденсатор соединен с минусовой клеммой источника питания.

Недостатками данного устройства являются усложнение схемы из-за необходимости включения дополнительных элементов для формирования требуемой полярности напряжения коммутирующего конденсатора и значительная величина напряжения на конденсаторе.

Известен электропривод постоянного тока (см. например, Справочник по преобразовательной технике. / Под ред. И.М.Чиженко. К.: Техника, 1978, с. 143), содержащего нагрузку, шунтированную обратным диодом, которая через последовательно соединенные коммутирующий реактор и рабочий тиристор подключена к источнику питания со средней точкой. К аноду рабочего тиристора подключен анод коммутирующего тиристора, катод которого через коммутирующий конденсатор подключен к средней точке источника питания. Между клеммой коммутирующего реактора, соединенного с положительной клеммой источника питания, и катодом коммутирующего тиристора включена цепь, содержащая перезарядный реактор и перезарядный тиристор, катод которого соединен с катодом коммутирующего тиристора, а анод - с клеммой перезарядного тиристора. Нулевая точка образована путем включения между клеммами источника питания двух последовательно соединенных конденсаторов (цепь последовательного заряда коммутирующего конденсатора на чертеже не показана). Данное устройство принято за прототип.

Недостатками устройства, принятого за прототип, являются необходимость использования источника питания со средней точкой, что приводит к усложнению схемы, а также невозможность поддержания на коммутирующем конденсаторе требуемого предкоммутационного напряжения с целью снижения потерь в коммутационном узле и повышения КПД.

В основу изобретения положена задача создать электропривод постоянного тока с упрощенной схемой за счет снижения максимальной величины напряжения на коммутирующем конденсаторе. Данная задача решена тем, что в электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель последовательного возбуждения, шунтированный обратным диодом, катод которого соединен с катодом первого тиристора, анод которого через коммутирующий реактор подключен к положительной клемме источника питания, второй тиристор, катод которого соединен с обкладкой конденсатора, второй реактор, введены третий тиристор, управляемый ключевой элемент, катод которого соединен с минусовой клеммой источника питания, анод подключен через реактор к катоду второго тиристора и к аноду третьего тиристора, катод которого соединен с плюсовой клеммой источника питания и с другой обкладкой конденсатора. Благодаря тому, что в электропривод введен новый управляемый ключевой элемент, например двухоперационный тиристор, и появились новые связи, обеспечивается возможность регулироваться предкоммутационного напряжения на коммутирующем конденсаторе, что позволяет ограничить максимальное значение напряжения и улучшить показатели массы электропривода.

На чертеже изображена принципиальная электрическая схема предлагаемого электропривода постоянного тока.

Электропривод содержит электродвигатель 1 последовательного возбуждения, шунтированный обратным диодом 2. Между плюсовой клеммой источника 3 питания и катодом шунтирующего диода 2 включены последовательно соединенные коммутирующий реактор 4 и рабочий тиристор 5. К аноду рабочего тиристора 5 подключен анод коммутирующего тиристора 6, катод которого соединен с обкладкой коммутирующего конденсатора 7, вторая обкладка которого подключена к общей точке соединения плюсовой клеммы источника 3 и катода перезарядного тиристора 8. Анод тиристора 8 соединен с клеммой зарядного реактора 9, который второй клеммой подключен к катоду коммутирующего тиристора 6, и с анодом зарядного тиристора 10, катодом соединенного с минусовой клеммой источника 3 питания.

Электропривод работает следующим образом.

При подаче включающего сигнала на электрод управления тиристора 10 начинается (после включения тиристора) процесс заряда коммутирующего конденсатора 7 через реактор 9. Через некоторый промежуток времени тиристор 10 выключается, при этом одновременно включается тиристор 8 и продолжается перезаряд конденсатора 7 за счет энергии, запасенной в реакторе 9. Продолжительность интервала времени, в течение которого ток заряда протекает через тиристор 10, определяет величину напряжения на коммутирующем конденсаторе.

При включении тиристора 5 ток протекает по цепи: источник 3 питания - коммутирующий реактор 4 - рабочий тиристор 5 - тяговый двигатель 1. Для выключения тиристора 5 включается коммутирующий тиристор 6, напряжение коммутирующего конденсатора 7 прикладывается к коммутирующему реактору 4 и рабочий тиристор 5 выключается, при этом тяговый двигатель полностью отключается от источника 3 питания, ток двигателя замыкается через диод 2. Конденсатор 7 перезаряжается через тиристор 6, после чего последний выключается.

Применение управляемого ключевого элемента 10 позволяет регулировать предкоммутационное напряжение, использовать конденсатор и полупроводниковые элементы, рассчитанные на меньшее напряжение, что дает возможность снизить массу и габариты электропривода.

Использование: в тяговом электроприводе электротранспортных средств. Сущность: для упрощения электропривод содержит рабочий тиристор 5, включенный между коммутирующим реактором 4 и тяговым двигателем 1, шунтированным обратным диодом 2. Коммутирующий конденсатор 7 заряжается от источника 3 через реактор 9 и запираемый тиристор 10. Одновременно с выключением тиристора 10 включается тиристор 8. Для выключения тиристора 5 включается тиристор 6, в результате чего перезаряжается конденсатор 7. 1 ил.

ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий электродвигатель последовательного возбуждения, шунтированный обратным диодом, катод которого соединен с катодом первого тиристора, анод которого через коммутирующий реактор подключен к положительной клемме источника питания, второй тиристор, катод которого соединен с обкладкой конденсатора, а анод - с анодом первого тиристора, второй реактор, отличающийся тем, что, в него введены третий тиристор, управляемый ключевой элемент, катод которого соединен с минусовой клеммой источника питания и с анодом обратного диода, анод подключен через второй реактор к катоду второго тиристора и к аноду третьего тиристора, катод которого соединен с плюсовой клеммой источника питания и с другой обкладкой конденсатора.