ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ОБМОТКИ ВОЗБУЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ Российский патент 1995 года по МПК H02P5/06 

Изобретение касается автоматизированного электропривода.

Известен источник питания обмотки возбуждения электродвигателя постоянного тока, используемый в тиристорном электроприводе, содержащий тиристорный регулятор скорости двигателя с вышеуказанным регулируемым источником питания обмотки возбуждения электродвигателя постоянного тока. В состав источника питания обмотки возбуждения входит тиристорно-диодный регулятор напряжения, система управления тиристорами, трансформатор тока, выпрямитель, усилитель и пороговый элемент, подключенные к источникам напряжения. При исчезновении тока в обмотке возбуждения срабатывает пороговый элемент и с его выхода сигнал поступает в систему защиты электропривода на его отключение.

Недостаток необходимость сложного возбудителя и трансформатора тока, удорожающих устройство и снижающих его надежность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является источник питания обмотки возбуждения, используемый в электроприводе ЭПУ1 [1]
Источник питания обмотки возбуждения состоит из двух диодов 1 и двух тиристоров 2. Обмотка возбуждения 3 машины подключена на выход тиристорно-диодного преобразователя. Управление тиристорами осуществляется от системы 4 управления. Защита от аварийного режима обрыва тока возбуждения (при котором двигатель "идет в разнос", набирая недопустимо большую скорость вращения) выполнена при помощи устройства 5 защиты на базе трансформатора 19 тока, выпрямителя 20, усилителя 21 с апериодическим фильтром и порогового элемента 11.

При обрыве в цепи обмотки 3 возбуждения или отключении от питающей сети источника питания обмотки возбуждения в трансформаторе 19 тока исчезает сигнал, в результате на выходе порогового элемента 11 исчезает сигнал, что приводит к отключению системы защиты электропривода и остановке двигателя.

Недостаток относительно сложный диодно-тиристорный преобразователь и наличие моточного изделия-трансформатора тока, удорожающих и снижающих надежность устройства в целом.

Цель изобретения упрощение и повышение надежности устройства.

Достигается это тем, что в источник питания обмотки возбуждения электрической машины, содержащий диодно-тиристорный преобразователь, выход которого соединен с обмоткой возбуждения электрической машины, устройство управления тиристорами и устройство защиты от обрыва тока возбуждения, содержащее пороговый элемент, дополнительно введены оптотранзистор, резистор, интегратор и источник напряжения, при этом параллельно тиристору преобразователя подключены обмотка возбуждения и через резистор входная цепь оптотранзистора, выходная цепь которого подсоединена параллельно конденсатору интегратора, вход интегратора соединен с источником напряжения, а его выход с пороговым элементом.

Сущность изобретения заключается в том, что упрощение и повышение надежности достигается за счет оригинальной схемы соединения устройства, содержащей диоды и тиристор, параллельно которому включены обмотка возбуждения и через резистор входная цепь оптотранзистора, выходная цепь которого подключена к конденсатору интегратора, его вход соединен с источником питания, а выход с пороговым элементом. Это позволяет исключить моточное изделие трансформатор тока и выпрямитель, упрощает диодно-тиристорный преобразователь источника питания и повышает надежность.

На фиг. 2 схема предлагаемого источника обмотки возбуждения электрической машины, где 1 диоды; 2 тиристор, 3 обмотка возбуждения электрической машины; 4 система управления тиристорами; 5 устройство защиты от обрыва тока в обмотке возбуждения; 6 оптотранзистор; 7 резистор;8 конденсатор интегратора; 9 интегратор; 10 источник питания; 11 пороговый элемент; 12, 13, 17, 18 резисторы; 14 конденсатор; 15 стабилитрон; 16 динистор; U₀, U₁, U₂ сигналы соответственно источника питания, выхода интегратора, порогового элемента.

Диоды 1 и тиристор 2 образуют преобразователь.

На фиг. 3 приведены диаграмма напряжения U на обмотке 3 возбуждения, ток i в обмотке возбуждения; U_са, U_св соответствующие линейные напряжения между фазами СА и СВ; ω_о циклическая частота питающей сети.

В предлагаемом устройстве диоды 1 преобразователя соединены с тиристором 2, параллельно которому подключена обмотка 3 возбуждения электрической машины, управляющие электроды тиристора 2 подсоединены к системе 4 управления тиристором, параллельно последнему подключено устройство 5 защиты от обрыва тока в обмотке возбуждения при помощи оптотранзистора 6 через резистор 7, при этом выход оптотранзистора 6 подключен к конденсатору 8 интегратора 9, вход которого соединен с источником 10 питания, а выход с пороговым элементом 11; устройство 4 через резисторы 12 и 13 и конденсатор 14 подключено к обмотке 3 возбуждения, параллельно резистору 13 и конденсатору 14 включен стабилитрон 15, а конденсатор 14 через динистор 16 и резисторы 17, 18 соединен с цепью управления тиpистора 2.

Устройство работает следующим образом.

На фиг. 2 приведен вариант 3-фазного источника питания обмотки возбуждения. Возможен также и вариант 2-фазного источника питания, тогда в этом случае вместо двух диодов 1 следует подключить к сети один диод (работают, например, фазы А и С).

Рассмотрим работу 3-фазного устройства. Если принять за угол регулирования диодно-тиристорного преобразователя
α bc ω_o(t₂-t₁), (1) то максимальное и минимальное выпрямленное напряжение на обмотке возбуждения равно:
a) Ud_макс= 2U_msinω_otd(ω_ot) cosω_ot -0,68U
где 0 ≅ ω_ot ≅ , U_m= U б) Ud_мин= Ud_макс- 2U_msinαdα Ud_макс+0,23U -0,45U
где 0 ≅ α ≅
U, U_m соответственно действующее и амплитудное значение сетевого линейного напряжения.

Например, при U 380В имеем Ud_макс260В, Ud_мин 170В. Аналогично можно показать, что для двухфазной схемы (диод из фазы В исключается) соответственно получим
Ud_макс 0,45U, Ud_мин 0.

Регулируется угол α включения тиристора 2, имеем Ud_мин ≅ Ud ≅ Ud_макс (4) Такой источник питания при подключении к сети 380В на три фазы или две фазы позволяет получать стандартные напряжения питания обмотки возбуждения, например, 220В и 110В.

Управление углом регулирования α осуществляется при помощи системы 4. Основу 4 составляет фазосмещающая RC-цепь (12, 13, 14). При достижении на конденсаторе 14 уровня напряжения пробоя динистора 16, на управляющий переход тиристора поступает запускающий импульс, включающий тиристор. Меняя величину резистора 13, изменяется угол α и величина напряжения U_d.

При нормальной работе устройства с углом регулирования α и отсутствии обрыва тока в обмотке возбуждения имеем диаграмму напряжения U и тока i (фиг. 3). В диаграмме напряжения имеются участки отрицательной, положительной и нулевой площади. Положительные участки обуславливаются индуктивным характером нагрузки (при активной нагрузке имеем только отрицательные площади).

В течение отрицательной волны напряжения U и его нулевого значения оптотранзистор 6 закрыт и на выходе интегратора 9 имеем линейно нарастающее напряжение U₁. В этом случае наибольшая величина напряжения U₁ меньше порога срабатывания U_п элемента 11, т. е.

U_1макс < U_п. В результате элемент 11 не срабатывает, его выходная величина U₂ 0, защита электропривода не срабатывает (отсутствие аварии в цепи обмотки возбуждения).

В интервале времени Δ t t₂-t₁ на вход оптотранзистора 6 поступает положительный сигнал, последний открывается и шунтирует конденсатор 8, т. е. U₁ 0. С момента t₂ до t₃ элемент 6 заперт. При аварийном режиме обрыве тока в обмотке 3 возбуждения в диаграмме выпрямленного напряжения U отсутствуют участки положительного напряжения (диаграмма за период сети представляет собой фигуру def с отрицательной площадью).

В результате, начиная с момента t₃, вместо сброса напряжения U₁ до нуля (как это было в момент t₁) пилообразное напряжение в интервале (t₃-t₅) продолжает нарастать. При t₅ на выходе 9 устанавливается максимальное напряжение насыщения, например, 12В, которое не сбрасывается (т. к. нет участка нулевого напряжения U₁ на интервале Δ t t₂-t₁.

В этом случае в момент t₄(t₃ ≅ t₄ ≅ t₅) происходит срабатывание порогового элемента 11: при t ≥ t₄ U₂ ≡ 1, в результате срабатывает защита электропривода.

Преимуществом предлагаемого источника питания по сравнению с известным является упрощение и повышение надежности преобразователя и устройства защиты от обрыва тока в обмотке возбуждения. Известный преобразователь состоит из двух тиристоров и двух диодов, а устройство защиты от обрыва тока в обмотке возбуждения выполнено с использованием трансформатора тока, выпрямителя, усилителя с апериодическим фильтром и порогового элемента.

В предлагаемом устройстве благодаря параллельному включению трех элементов тиристора, обмотки возбуждения и входной цепи оптотранзистора и соединению его с интегратором, а последнего с источником питания и пороговым элементом, достигнуто упрощение и повышение надежности. Упрощение выражается в исключении трансформатора тока и выпрямителя. Исключение трансформатора тока оказалось возможным вследствие того, что признаком протекания тока по обмотке возбуждения наряду с отрицательными площадками напряжения использован факт наличия положительной площадки в диаграмме напряжения в каждом периоде (фиг. 3). Исчезновение указанной положительной площадки (и наличие только отрицательной площадки) является признаком обрыва тока в обмотке возбуждения. Следует отметить, что этим свойством не обладают другие типы преобразователей, например известные, в котором параллельно обмотке возбуждения оказываются включены два последовательно соединенных диода. В результате чего диаграмма выпрямленного напряжения содержит только однополярное напряжение.

Использование: может быть использовано в автоматизированном электроприводе. Сущность: для упрощения и повышения надежности источник питания обмотки возбуждения электрической машины содержит диодно-тиристорный преобразователь, выход которого соединен с обмоткой возбуждения электрической машины, устройство управления тиристорами и устройство защиты от обрыва тока возбуждения, включающее пороговый элемент. Параллельно тиристору преобразователя подключены обмотка возбуждения и через резистор входная цепь оптотранзистора, выходная цепь которого подсоединена параллельно конденсатору интегратора. Вход интегратора соединен с источником напряжения, а его выход с пороговым элементом. 3 ил.

ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ОБМОТКИ ВОЗБУЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержащий диоды и тиристор, соединенные с обмоткой возбуждения электрической машины, устройство управления тиристором и устройство защиты от обрыва обмотки возбуждения, имеющее пороговый элемент, отличающийся тем, что введены оптотранзистор, резистор, интегратор и источник напряжения, при этом параллельно тиристору подключены обмотка возбуждения и через резистор - входная цепь оптотранзистора, выходная цепь которого подсоединена параллельно конденсатору интегратора, вход интегратора соединен с источником напряжения, а его выход с пороговым элементом.