ТИРИСТОРНЫЙ ВОЗБУДИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОПРИВОДА Российский патент 1995 года по МПК H02H7/08 H02P5/06 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к автоматизированному электроприводу.

Известен тиристорный возбудитель для питания обмотки возбуждения двигателя постоянного тока, используемый в тиристорном электроприводе серии Мезоматик-V производства Чехословакии (Чернов Б.А. Кузмин В.П. Комплектные электроприводы станков с ЧПУ. Горький: Волго-Вятское книжное издательство, 1989, с. 39-48), содержащий тиристорные преобразователи для питания якоря (якорный преобразователь) и для питания цепи возбуждения (возбудитель) двигателя постоянного тока. В состав возбудителя входят тиристорный преобразователь, подключенный к обмотке возбуждения и питающей сети, система фазового управления, регулятор тока возбуждения, датчик и задатчик тока возбуждения ниже установленного значения. Устройство защиты состоит из компаратора, на вход которого поступает сигнал датчика тока возбуждения, и триггера, вход которого подключен к компаратору, а выход к устройству отключения возбудителя и системы регулирования в целом.

К недостаткам возбудителя следует отнести необходимость качественного датчика тока, позволяющего без искажений передавать сигнал тока возбуждения при изменении его в широких пределах, особенно в двухзонных электроприводах, где ток возбуждения может снижаться в 5-8 раз. Диагностируется только один аварийный режим возбудителя снижение или обрыв тока возбуждения, но не определяется второй аварийный режим выход возбудителя на максимальное напряжение при неисправностях или неправильном функционировании возбудителя. Так, например, в номинальном режиме напряжения на обмотке возбуждения электрической машины имеют напряжение 220 В, а при неисправности в однофазном мостовом тиристорном возбудителе из-за самопроизвольного включения тиристоров напряжение может достигать величины U_d ≃ 0,9х380=340 В. Это ведет к перегреву электрической машины и выходу ее из строя.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является источник питания обмотки возбуждения (возбудитель), используемый в электроприводе широко распространенной серии ЭПУ1 (Электроприводы унифицированные трехфазные серии ЭПУ1. Каталог 08.41.11-89. Информэлектро, 1989, листы 1-9 и фиг. 1). Он состоит из тиристорного возбудителя, подключенного выходом к обмотке возбуждения двигателя электропривода, а входом к сети через трансформатор тока. Выход трансформатора соединен с выпрямителем, а управляющие входы возбудителя подключены к системе импульсно-фазового управления (СИФУ) тиристорами возбудителя, причем вход СИФУ соединен с выходом регулятора тока возбуждения, входы которого соединены с выпрямителем и задатчиком тока возбуждения. Выход выпрямителя соединен с компаратором, который подключен к устройству защиты электропривода.

Возбудитель работает в режиме регулятора тока возбуждения и поддерживает заданный задатчиком ток возбуждения в обмотке. При обрыве тока возбуждения в обмотке, например, по причине сгорания предохранителя в его силовой части и обрыве в цепи обмотки срабатывает компаратор и выдает сигнал в устройство защиты, которое отключает электропривод. Это предупреждает аварийный режим в электроприводе.

К недостаткам данного возбудителя следует отнести сложность, обусловленную высокими требованиями к датчику и выпрямителю, которые должны обеспечивать максимальную чувствительность при большом диапазоне регулирования (уменьшения) тока возбуждения; недостаточную надежность из-за отсутствия защиты при неисправности в силовой части или самопроизвольном включении тиристоров, когда выходное напряжение однофазного возбудителя достигает более 300 В при номинальном напряжении на нагрузке 220 В.

Технический результат заявляемого решения повышение надежности.

Технический результат достигается тем, что в тиристорный возбудитель электропривода, содержащий тиристорный преобразователь, вход которого подключен через трансформатор тока к питающей сети, а выход к обмотке возбуждения электродвигателя, а также СИФУ, подключенную к тиристорному преобразователю и регулятору тока, причем входы последнего соединены с выпрямителем в цепи датчика тока и задатчиком тока возбуждения, выпрямитель подключен к компаратору, выход которого соединен с блоком защиты, введен второй компаратор, при этом входы обоих компараторов объединены и соединены с выходом регулятора тока возбуждения, а выходы компараторов подключены к блоку защиты.

Сущность заключается в том, что введение второго компаратора и оригинальное подключение путем объединения входов обоих компараторов в общую точку и подключения ее к выходу регулятора тока возбуждения, при этом выходы компараторов подключены к блоку защиты электропривода, позволяют обеспечить диагностирование двух аварийных режимов, использовать простой датчик тока и выпрямитель без высоких требований к чувствительности.

На чертеже приведена схема заявляемого тиристорного возбудителя, где 1 тиристорный преобразователь, например, однофазный мостовой, 2 обмотка возбуждения электродвигателя, 3 трансформатор тока, 4 выпрямитель, 5 СИФУ, 6 регулятор тока возбуждения, 7 задатчик тока возбуждения, 8 пороговый элемент, 9 блок защиты, осуществляющий прием информации от датчиков и компараторов и производящий необходимые отключения в электроприводе, 10 компаратор.

Преобразователь 1 соединен выходом с обмоткой 2 возбуждения двигателя, а входом с трансформатором 3 тока, выход которого подключен к выпрямителю 4. Управляющие цепи преобразователя соединены с СИФУ 5, вход которой подключен к выходу регулятора 6 тока возбуждения. Входы последнего соединены с выпрямителем 4 и задатчиком 7 тока возбуждения. Входы порогового элемента 8 и компаратора 10 объединены и подключены к выходу регулятора 6 тока. Выходы порогового элемента 8 и 10 подключены к блоку 9 защиты электропривода.

Возбудитель работает следующим образом.

Установив задатчиком 7 уровень номинального тока возбуждения в обмотке 2, имеют номинальный режим работы возбудителя в системе электропривода. В этом случае на выходе регулятора 6 имеют сигнал U_ун, соответствующий номинальному току в обмотке 2. Пороговый элемент 8 и компаратор 10 на выходе имеют сигналы логической "1", в результате блок 9 не срабатывает (не включает защиту электропривода).

Рассмотрим аварийные режимы.

Обрыв цепи обмотки 2 возбуждения. В результате обрыва на выходе трансформатора 3 и выпрямителя 4 сигнал равен нулю, что приводит к резкому возрастанию сигнала U_у на выходе регулятора 6, т.е.

U_у>U_ун.

Это приводит к срабатыванию порогового элемента 8, на выходе которого появляется сигнал "0", что вызывает срабатывание блока 9 защиты с отключением электропривода. Зависимость между входными U_вх и выходным U_вых напряжениями для порогового элемента 8:
U_вых=
для компаратора 10:
U_вых=
При предварительно отлаженном возбудителе и выведенном в номинальный режим происходит сбой в преобразователе и на выходе преобразователя 1 появляется высокое напряжение (большее номинального напряжения обмотки 2 возбуждения электродвигателя). В результате этого возрастает ток в обмотке 2 (i>i_н), сигнал с выходом трансформатора 3 тока и выпрямителя 4 становится большим, чем с выхода задатчика 7 тока возбуждения, что приводит к резкому уменьшению сигнала на выходе регулятора тока возбуждения, т.е. U_у ≅ 0. Это приводит к срабатыванию компаратора 10, на выходе которого появляется сигнал логического "0". В результате блок 9 защиты срабатывает и отключает электропривод.

Преимуществом предлагаемого тиристорного возбудителя по сравнению с прототипом является повышение надежности за счет более совершенной защиты электропривода с расширенными функциональными возможностями (диагностируются два аварийных режима).

В прототипе для защиты от обрыва тока возбуждения двигателя используется минимальный сигнал с датчика тока и выпрямителя, что обусловлено большой сложностью, так как датчик (трансформатор) 3 тока имеет нелинейную характеристику, а выпрямитель 4 имеет зону нечувствительности в области малых токов. Реализация защиты от обрыва тока возбуждения в электродвигателе особенно усложняется в двухзонном электроприводе, т.е. при снижении тока возбуждения до минимальной величины i_в.мин, определяющей максимальную скорость двигателя, при которой не должна срабатывать защита от обрыва тока возбуждения. Значение i_в.мин может достигать величины 0,1 i_в.ном, в результате сигнал на выходе выпрямителя 4 может быть малым и близким к нулю. Кроме того, в прототипе нет защиты от максимального напряжения на обмотке 2 возбуждения электродвигателя.

В предлагаемом устройстве благодаря двум компараторам с соответствующими характеристиками, входы которых объединены и подключены к выходу регулятора тока возбуждения, а выходы соединены с блоком защиты электропривода, достигается более высокая надежность, так как четко контролируются два аварийных режима в возбудителе. При этом не требуется обработка очень малых сигналов на входе компаратора, как это применяется во всех известных электроприводах.

Изобретение относится к электротехнике, в частности автоматизированному электроприводу, и может найти применение в тиристорных электроприводах. Сущность изобретения: в тиристорный возбудитель электропривода, содержащий тиристорный преобразователь, вход которого подключен через трансформатор тока к питающей сети, а выход к обмотке возбуждения электродвигателя, а также систему импульсно-фазового управления, подключенную к тиристорному преобразователю и регулятору тока, причем входы последнего соединены с выпрямителем в цепи датчика тока и задатчиком тока возбуждения, при этом выпрямитель подключен к пороговому элементу, выход которого соединен с блоком защиты, введен второй компаратор, при этом входы порогового элемента и компаратора объединены и соединены с выходом регулятора тока возбуждения, а выходы подключены к блоку защиты. За счет введения компаратора достигается четкий контроль двух аварийных режимов в возбудителе. 1 ил.

ТИРИСТОРНЫЙ ВОЗБУДИТЕЛЬ ЭЛЕКТРОПРИВОДА, содержащий тиристорный преобразователь, вход которого подключен через трансформатор тока к питающей сети, а выход к обмотке возбуждения электродвигателя, систему импульсно-фазового управления, подключенную к тиристорному преобразователю и регулятору тока, выходы которого соединены с выпрямителем трансформатора тока и задатчиком тока возбуждения, пороговый элемент, выход которого соединен с блоком защиты, отличающийся тем, что введен компаратор, при этом входы порогового элемента и компаратора объединены и соединены с выходом регулятора тока возбуждения, а их выходы подключены к блоку защиты.