РЕВЕРСИВНЫЙ ТИРИСТОРНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД Российский патент 1997 года по МПК H02P5/16 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к области автоматизированного электропривода и преобразовательной технике.

Известен реверсивный электропривод постоянного тока с разделительным управлением комплектами тиристоров преобразователя (см. Р. Шенфельд и др. Автоматизированные электроприводы. Ленинград. Энергоатомиздат, 1985 г. стр. 240 242), содержащий два комплекта тиристоров ("вперед" и "назад"), двигатель, сглаживающий реактор, две системы импульсно-фазового управления (СИФУ) соответственно для управления комплектами тиристоров, логическое переключающее устройство, регуляторы тока и скорости, датчики тока и скорости.

Электропривод имеет широкое распространение, обладает известными преимуществами, но ему присущ недостаток из-за пульсаций тока якоря двигателя возрастает коэффициент формы тока (представляющий собой отношение действующего и среднего значения тока), что приводит к недоиспользованию двигателя по моменту и мощности.

Из известных решений наиболее близким по технической сущности является реверсивный электропривод серии ЭПУ 2 (см. каталог "Электроприводы однофазные унифицированные постоянного тока ЭПУ 2"; 08.41.10-89, Информэлектро, 1989 г.), который взят за прототип.

Электропривод содержит однофазный реверсивный тиристорный преобразователь, двигатель, сглаживающий реактор, СИФУ, логическое переключающее устройство управления преобразователем, устройство линеаризации характеристик (УХЛ) преобразователя в режиме прерывистого тока, содержащее нелинейное звено и положительную связь по э.д.с. двигателя, регулятор и задатчик скорости, датчики скорости и тока. Регулятор скорости и УХЛ образуют блок регуляторов САР.

В зависимости от полярности задающего скорость сигнала устанавливается требуемое направление вращения двигателя, УХЛ обеспечивает высокие динамические свойства электропривода в режиме прерывистого тока, логическое устройство осуществляет переключение импульсов СИФУ на соответствующий комплект тиристоров ("вперед" и "назад") при изменении задания тока двигателя. Сглаживающий реактор предназначен для улучшения формы тока двигателя, улучшения использования двигателя по моменту и мощности.

Недостатком электропривода является недоиспользование двигателя по моменту и мощности вследствие повышенного коэффициента формы тока двигателя.

Улучшить использование двигателя по моменту и мощности и тем самым улучшить характеристики электропривода возможно за счет увеличения индуктивности сглаживающего реактора. Этот распространенный на практике путь приводит к резкому увеличению габаритов указанного реактора, большому расходу материалов, что является недостатком данного способа.

Технический результат заявляемого решения улучшение характеристик электропривода. Технический результат достигается тем, что в тиристорный электропривод, содержащий двухкомплектный тиристорный преобразователь, выход которого через сглаживающий реактор соединен с двигателем, а вход через датчик тока подключен к питающей сети, при этом управляющие входы преобразователя соединены с системой импульсно-фазового управления, вход которой соединен с выходом блока регуляторов, входы которого подключены к датчику тока, тахогенератору и задатчику скорости; логическое устройство раздельного управления комплектами тиристоров преобразователя в зависимости от знака сигнала управления и наличия тока в преобразователе, входами соединенное с выходами блока регуляторов, а выходами со входами системы импульсно-фазового управления, отличающийся тем, что введен блок выделения режима работы комплектов тиристоров преобразователя, входы которого соединены с тахогенератором и выходами логического устройства разделительного управления комплектами тиристоров преобразователя в зависимости от знака сигнала управления и наличия тока в преобразователе, а выходы со входами распределителя импульсов системы импульсно-фазового управления для обеспечения блокирования распределителя импульсов, при этом блок выделения режима работы комплектов тиристоров преобразователя содержит два компаратора, элементы И-НЕ, НЕ и диоды, выход каждого из компараторов соединен со входами элементов И-НЕ, их выходы с одними выводами соответствующих элементов НЕ, выходы которых подключены к диодам, другие выводы которых попарно объединены и образуют выходы блока, а входы компараторов и другие входы И-НЕ его входы.

Сущность изобретения заключается в том, что улучшение характеристик электропривода достигается путем улучшения использования двигателя по моменту и мощности за счет подачи управляющих импульсов одновременно на все тиристоры работающего в данный момент комплекта тиристоров, причем это возможно только в случае полярности противоэдс двигателя, направленной против проводимости тиристоров указанного комплекта тиристоров. Это реализуется введением дополнительного блока выделения режима работы комплектов тиристоров преобразователя и его подключением к распределителю импульсов СИФУ, а также к логическому устройству и тахогенератору.

На фиг. 1, 2 приведена схема заявляемого электропривода, где приняты следующие обозначения:
1, 2 комплекты тиристоров "вперед" и "назад";
3 реверсивный тиристорный преобразователь;
4 сглаживающий реактор;
5 двигатель;
6 датчик тока, состоящий из трансформатора тока и выпрямителя;
7 система импульсно-фазового управления (СИФУ);
8 блок регистров САР, например, регуляторы скорости тока;
9 тахогенератор (датчик скорости);
10 задатчик скорости;
11 логическое устройство разделительного управления комплектами тиристоров преобразователя 3 в зависимости от знака сигнала управления и наличия тока в преобразователе;
12 блок выделения режима работы комплектов преобразователя;
13, 14 компараторы;
15, 16 элементы "И-НЕ";
17, 18 элементы "НЕ";
19, 20 группа диодов;
21, 22 пороговые элементы;
23 генератор пилообразного напряжения (ГПН);
24, 25 диоды;
26 компаратор;
27 формирователь длительности импульсов;
28, 29 резисторы;
30 35 элементы "И-НЕ";
36 генератор высокочастотных импульсов;
37, 38 группа импульсных трансформаторов "вперед" и "назад";
39, 40 ключи "вперед" и "назад".

Элементы 21, 22, 24, 25, 28, 29, 30 и 31 образуют распределитель противофазных импульсов СИФУ.

В предлагаемом устройстве комплекты 1, 2 тиристоров, образующие реверсивный преобразователь 3, соединены между собой и через сглаживающий реактор 4 с двигателем 5, а также с датчиком 6 тока управляющими цепями подключены к системе 7 импульсно-фазового управления (СИФУ), которая соединена с блоком 8 регуляторов САР, входы которого соединены с датчиком 9 скорости, задатчиком 10 скорости и датчиком 6 тока. Управление переключением комплектов 1, 2 осуществляется логическим устройством 11, входы которого подключены к датчику 6 тока и выходу блока 8, а выходы 11 соединены с СИФУ 7 и блоком 12 выделения режима работы комплектов преобразователя, содержащем компараторы 13, 14, соединенные с датчиком 9 скорости и элементами И-НЕ 15, 16, подключенными к элементам НЕ 17, 18, выходные цепи которых через пару диодов 19, 20 подключены к входам распределителя импульсов СИФУ 7. При этом СИФУ 7 состоит из компараторов 21, 22 и генератора 23 пилообразных напряжений, подключенных к соответствующим диодам 24, 25 и компаратору 26, соединенному с формирователем 27 длительности импульсов, выход которого подключен к первым входам элементов И-НЕ 30, 31, а ко вторым входам подключены диоды 24, 25 и резисторы 28, 29, при этом выходы 30, 31 соединены со входами элементов И-НЕ 32, 33, выходы которых подключены к первым входам элементов И-НЕ 34, 35, а к вторым их входам подключен генератор 36 высокочастотных импульсов, выходы элементов И-НЕ 34, 35 соединены с первичными обмотками импульсных трансформаторов 37, 38, которые подключены также к источнику питания через ключи 39, 40, вторичные обмотки трансформаторов 37, 38 соединены с управляющими цепями тиристоров комплектов 1 и 2.

Электропривод работает следующим образом. (см. фиг. 1, 2).

При подаче задающего сигнала U_s на выходе регуляторов 8 появляется сигнал управления U_у, поступающий на СИФУ 7, в зависимости от которого устанавливается определенный угол регулирования тиристоров α. Логическое устройство 11 в зависимости от знака сигнала U_у подает импульсы управления на тот или иной комплект тиристоров 1 (2) преобразователя 3. Переключение комплектов 1 и 2 осуществляется логическим устройством 11 при изменении полярности сигнала U_у и отсутствии тока в преобразователе. Выходные сигналы с тахогенератора 9 и логического устройства 11 определяют работу блока 12 выделения режима преобразователя 3. Так, например, при работе комплекта тиристоров 1 (комплект 2 заперт) в знаках сигналов, отмеченных кружочками, на выходах 13, 15, 17 соответственно имеем сигналы 1, 01 и через диоды 19 на входы b1, b2 СИФУ поступает сигнал 1, блокируя распределитель импульсов (фиг. 2). В результате на все тиристоры комплекта 1 поступают управляющие импульсы и комплект работает в режиме полууправляемого выпрямителя, обеспечивающего замыкание тока через два последовательно включенных тиристора (так называемый эффект нулевого диода). Тем самым улучшается форма тока в двигателе, улучшается использование двигателя по моменту и мощности. В этом время комплект 2 заперт, а комплект 1 находится в выпрямительном режиме. Однако, если в это время полярность э.д.с. на двигателе сменит свой знак (был плюс, а станет минус), то работающий комплект 1 перейдет в инверторный режим (торможение двигателя). При этом на выходе 17 имеем сигнал 0, на входах b1, b2 распределителя импульсов сигналы равны 0, последний не блокируется и распределяет импульсы в обычном симметричном порядке. В результате в комплекте 1 исчезает эффект нулевого диода, т. к. это привело бы к закорачиванию якоря двигателя. Аналогично работает комплект 2 при закрытом комплекте 1. Но в этом случае выпрямительный режим комплекта обеспечивается при отрицательной (противоположной) полярности э.д.с.

Подключение импульсов к соответствующему комплекту тиристоров осуществляется ключом 39 (40) через импульсные трансформаторы 37 (38).

Таким образом, блок 12 выделения режимов обеспечивает в выпрямительном режиме преобразователя 3 наибольшее использование двигателя 5 по току, улучшая коэффициенты формы тока и коэффициент использования двигателя, исключая аварийные режимы закорачивания двигателя при его торможении и реверсировании.

Преимуществом предлагаемого электропривода по сравнению с прототипом является улучшение характеристик электропривода. Характеристики улучшаются за счет введения и соответствующего построения блока выделения режимов 12 преобразователя, обеспечивающего снижение нагрева двигателя и улучшение его использования по моменту и мощности.

Использование: в автоматизированном электроприводе и преобразовательной технике. Сущность: улучшение характеристик электропривода достигается тем, что в тиристорный электропривод, содержащий преобразователь, выход которого предназначен для подключения к двигателю и сглаживающему реактору, а вход через датчик тока подключен к питающей сети, при этом управляющие цепи преобразователя соединены с системой импульсно-фазового управления, вход которой соединен с блоком регулирования, подключенного входами к датчику тока, тахогенератору и задатчику скорости, устройство логическое соединенное с блоком регуляторов и системой импульсно-фазового управления, введен блок выделения режима работы комплектов тиристоров преобразователя, входы которого соединены с тахогенератором и устройством логическим, а выходы - с входами распределителя импульсов системы импульсно-фазового управления, при этом блок выделения режима работы комплектов тиристоров преобразователя содержит два компаратора, элементы И-НЕ-НЕ и диоды, выход каждого из компараторов соединен с входами элементов И-НЕ, а выходы подключены к соответствующим элементам НЕ, выходы последних подключены к диодам, которые попарно соединены и подключены к входам распределителей импульсов системы импульсно-фазового управления. 2 ил.

Реверсивный тиристорный электропривод, содержащий двухкомплектный тиристорный преобразователь, выход которого через сглаживающий реактор соединен с двигателем, а вход через датчик тока подключен к питающей сети, при этом управляющие входы преобразователя соединены с системой импульсно-фазового управления, вход которой соединен с выходом блока регуляторов, входы которого подключены к датчику тока, тахогенератору и задатчику скорости, логическое устройство раздельного управления комплектами тиристоров преобразователя в зависимости от знака сигнала управления и наличия тока в преобразователе, входами соединенное с выходами блока регуляторов, а выходами с входами системы импульсно-фазового управления, отличающийся тем, что введен блок выделения режима работы комплектов тиристоров преобразователя, входы которого соединены с тахогенератором и выходами логического устройства раздельного управления комплектами тиристоров преобразователя в зависимости от знака сигнала управления и наличия тока в преобразователе, а выходы с входами распределителя импульсов системы импульсно-фазового управления для обеспечения блокирования распределителя импульсов, при этом блок выделения режима работы комплектов тиристоров преобразователя содержит два компаратора, элементы И НЕ, НЕ и диоды, выход каждого из компараторов соединен с одним из входов элементов И НЕ, их выходы с входами соответствующих элементов НЕ, выходы которых подключены к диодам, другие выводы которых попарно объединены и образуют выходы блока, а входы компараторов и другие входы элементов И- НЕ
его входы.