УСТРОЙСТВО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА ВОЗБУЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ Российский патент 2000 года по МПК H02P7/28 

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике, в частности к тяговым электроприводам постоянного тока.

Известен электропривод [1], содержащий электродвигатель постоянного тока последовательного возбуждения, шунтирующий резистор ослабления поля, электронный ключ, включенный последовательно с электродвигателем.

Основным недостатком указанного электропривода является низкий КПД из-за значительных потерь напряжения на электронном ключе, особенно при глубоком ослаблении поля электродвигателя.

Известен электропривод для регулирования тока возбуждения тягового электропривода [2] , содержащий электродвигатель постоянного тока последовательного возбуждения и подключенные параллельно к обмотке возбуждения шунтирующий резистор и электронный ключ. Основными недостатками этой схемы являются узкий диапазон регулирования ослабления поля двигателя из-за больших перенапряжений, возникающих на электронном ключе (которые еще более увеличиваются при наличии индуктивности у шунтирующего резистора), малоэффективное использование самого электронного ключа по напряжению и, как следствие, сложность обеспечения устойчивости работы системы управления при глубоких степенях ослабления поля электродвигателя.

По совокупности существенных признаков этот электропривод наиболее близок к предлагаемому устройству и может быть принят в качестве прототипа.

Заявляемое изобретение направлено на расширение диапазона и стабильности регулирования тока возбуждения электродвигателя и повышение надежности устройства за счет снижения максимального напряжения на электронном ключе.

Указанный результат достигается тем, что в устройство регулирования тока возбуждения электродвигателя последовательного возбуждения, содержащее электронный ключ, подключенный своим положительным выводом к одному концу обмотки возбуждения, а отрицательным - к другому концу обмотки возбуждения, и шунтирующий резистор, подключенный параллельно электронному ключу, дополнительно между положительным выводом электронного ключа и выводом шунтирующего резистора включен диод, причем катод диода подключен к резистору, а параллельно шунтирующему резистору подключен конденсатор.

Заявляемое устройство поясняется чертежами.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема устройства.

На фиг. 2 приведены сравнительные диаграммы напряжений на обмотке возбуждения электродвигателя при одинаковом коэффициенте ослабления поля
а) прототипа
б) предлагаемого устройства.

На фиг. 3 приведены сравнительные графические зависимости коэффициента ослабления поля электродвигателя β от коэффициента заполнения λ для прототипа (1 - с учетом индуктивности резистора R_ш, 2 - без учета индуктивности R_ш) и 3 - предлагаемого устройства.

Устройство содержит тяговый электродвигатель с обмоткой якоря 1, обмотку возбуждения 2, электронный ключ 3, подключенный параллельно обмотке возбуждения, шунтирующий резистор 4, диод 5, подключенный анодом к положительному выводу ключа 3, а катодом - к выводу резистора, конденсатор 6, включенный параллельно шунтирующему резистору 4.

Устройство работает следующим образом.

Импульсное регулирование тока возбуждения осуществляется изменением относительной длительности импульсов напряжения, прикладываемых к обмотке возбуждения.

В момент времени t₁ (фиг. 2б) включается электронный ключ 3, по которому начинает протекать разность токов якоря 1 (I_я) и обмотки возбуждения 2 (I_ов) электродвигателя. Коэффициент ослабления поля β при этом равен I_ов/I_я. К обмотке возбуждения приложено напряжение, равное падению напряжения на открытом электронном ключе. Это состояние сохраняется до момента времени t₂, соответствующего выключению электронного ключа. При выключенном электронном ключе разность токов (I_я - I_ов) начинает протекать через диод 5 и распределяется между резистором 4 и конденсатором 6. Напряжение на обмотке возбуждения в этот момент не превышает сумму напряжений на конденсаторе и диоде. Данное состояние сохраняется до момента времени t₃ = (t₁ + Т), где Т - период работы устройства. Коэффициент заполнения λ = (t₂ - t₁)/T. Коэффициент ослабления поля β зависит от коэффициента заполнения λ, меняя который в пределах от 0 до 1 (фиг. 3), можно изменить коэффициент ослабления поля β электродвигателя в пределах от 0,95 до 0.

На фиг. 2а представлена диаграмма напряжений на обмотке возбуждения в соответствии со схемой, принятой в прототипе, где в момент t'₂ происходит выключение электронного ключа и вследствие наличия индуктивности резистора R_ш всплеск напряжения на обмотке возбуждения достигает величины порядка 1500-2000 В, что при глубоком ослаблении поля (β = 0,2-0,25) приводит к необходимости работать при труднодостижимых коэффициентах заполнения λ, равных 0,99-0,995. Например, при периоде работы устройства 1000 мкс длительность импульса, приложенного к обмотке возбуждения, должна составлять всего 5 мкс.

В предлагаемой схеме при периоде работы устройства 1000 мкс и характерном значении сопротивления R_ш = 2 Ом (фиг. 3) и ослаблении поля β = 0,2-0,25 коэффициент заполнения λ меняется в пределах 0,82-0,88, а длительность импульса, приложенного к обмотке возбуждения, составляет 100-120 мкс, при этом максимальная величина среднего напряжения на конденсаторе не превышает 85 В.

Это позволяет при значительном расширении диапазона регулирования тока возбуждения повысить стабильность регулирования, а также повысить надежность устройства за счет снижения напряжения на электронном ключе.

Экономический эффект от применения данного технического решения достигается за счет снижения требований к электронному ключу по величине коммутируемого напряжения.

Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР N 1695485, класс H 02 P 7/28.

2. Гаврилов Я. И., Мнацаканов В.А. "Вагоны метрополитена с импульсными преобразователями". М., Транспорт, 1986, стр. 17, рис. 4б.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к тяговым электроприводам постоянного тока. Технический результат заключается в расширении стабильности и надежности использования электронного ключа по напряжению за счет снижения максимального напряжения на электронном ключе. В устройство регулирования тока возбуждения, содержащее электронный ключ, подключенный своим положительным выводом к одному концу обмотки возбуждения, а отрицательным - к другому концу обмотки возбуждения, и шунтирующий резистор, подключенный параллельно электронному ключу, дополнительно между положительным выводом электронного ключа и выводом шунтирующего резистора включен диод, причем катод диода подключен к резистору, а параллельно шунтирующему резистору подключен конденсатор. 3 ил.

Устройство регулирования тока возбуждения электродвигателя последовательного возбуждения, содержащее электронный ключ, подключенный своим положительным выводом к одному концу обмотки возбуждения, а отрицательным - к другому концу обмотки возбуждения, и шунтирующий резистор, подключенный параллельно электронному ключу, отличающийся тем, что между положительным выводом электронного ключа и выводом шунтирующего резистора включен диод, причем катод диода подключен к резистору, а параллельно шунтирующему резистору подключен конденсатор.