УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ МАШИНЫ ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 2001 года по МПК H02P7/28 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления тяговыми электродвигателями.

Известно устройство контроля машины постоянного тока, состоящее из двигателя постоянного тока, источника питания, последовательной обмотки возбуждения, параллельной обмотки возбуждения, выключателя и цепи временной задержки [патент США N 1580822, H 02 P 1/18]. Данное устройство позволяет получить меньший пусковой ток в момент появления питающего напряжения за счет того, что сначала напряжение подается на обмотку возбуждения, а затем через цепь задержки по времени на якорь.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству контроля и управления машины постоянного тока является выбранный в качестве прототипа электропривод постоянного тока [aвторское свидетельство СССР N 1374381, H 02 P 1/18], содержащий электродвигатель последовательного возбуждения, якорная обмотка которого подключена к первому выводу источника питания через выключатель, а к другому - через последовательно соединенные обмотки главных и дополнительных полюсов, общая точка которых соединена с первым выводом источника через переключатель тока возбуждения и резистор, а также блок управления, в который с целью повышения надежности при отключении и внезапном восстановлении напряжения источника питания введены размыкающий ключ, замыкающий ключ и два резистора, один из которых включен параллельно обмотке дополнительных полюсов, а другой параллельно обмоткам главных и дополнительных полюсов через размыкающий ключ.

Вышеупомянутый электропривод имеет следующие недостатки.

Во-первых, параметры схемы связаны с известной и неизменяемой величиной тока якоря, поэтому при изменении нагрузки на валу электродвигателя и как следствие изменении тока якоря схема не обеспечивает нужное ограничение тока, то есть исходная схема работоспособна только при постоянной статической нагрузке.

Во-вторых, для случая троллейного питания тягового электродвигателя временной интервал между внезапным пропаданием и восстановлением питающего напряжения - величина изменяющаяся, поэтому при увеличении этого интервала вследствие снижения оборотов двигателя схема может не обеспечить достаточное ЭДС якоря, а значит, приемлемое ограничение тока при восстановлении напряжения питания якоря.

Предлагаемое устройство контроля и управления машины постоянного тока состоит из последовательной обмотки возбуждения, обмотки якоря, параллельно ей включенного датчика ЭДС, первого электронного ключа, коммутирующего цепь якоря, последовательно с ним включенной обмотки дополнительных полюсов и датчика тока якоря, данная цепь питается от источника постоянного напряжения, параллельно источнику включен датчик контроля питающего напряжения якоря. Затем последовательная обмотка через второй электронный ключ соединена с первым регулируемым выпрямителем, потребляемый ток от которого фиксируется датчиком тока последовательной обмотки возбуждения. Затем обмотка дополнительных полюсов через третий электронный ключ соединена со вторым регулируемым выпрямителем, потребляемый ток от которого фиксируется датчиком тока дополнительных полюсов. Сигналы с датчика ЭДС якоря, с датчика тока якоря, с датчика тока последовательной обмотки возбуждения, с датчика тока обмотки дополнительных полюсов, с датчика контроля напряжения, питающего якорную цепь, поступают на блок управления, который формирует задание на первый, регулируемый выпрямитель последовательной обмотки возбуждения, на второй регулируемый выпрямитель обмотки дополнительных полюсов, а также управляет коммутацией первого, второго и третьего электронных ключей.

На чертеже показана схема подключения устройства контроля и управления к машине постоянного тока.

Машина постоянного тока 1, состоящая из якорной обмотки 2, последовательной обмотки возбуждения 3, обмотки дополнительных полюсов 4, подключена к источнику постоянного напряжения 5. Ток якоря фиксируется датчиком тока 8. Цепь якоря коммутирует электронный ключ 6, 7 - датчик ЭДС якоря, 18 - датчик напряжения, питающего якорь. Регулируемый выпрямитель 15, получающий питание от дополнительного источника переменного напряжения 16, через электронный ключ 14 и датчик тока возбуждения 10, подключен к последовательной обмотке возбуждения 3. Регулируемый выпрямитель 12, получающий питание от дополнительного источника переменного напряжения 13 через электронный ключ 11 и датчик тока дополнительных полюсов 9, соединен с обмоткой дополнительных полюсов 4. Входы блока управления 17 соединены с датчиками 7, 8, 9, 10, 18, выходы соединены с ключами 6, 11, 14 и цепями задания регулируемых выпрямителей 12 и 15.

Схема работает следующим образом.

Задачей устройства является повышение надежности ограничения тока якоря и коммутационной способности коллекторного узла тягового электродвигателя при отключении и внезапном восстановлении напряжения источника питания, при различных нагрузках на валу. В рабочем режиме, когда ключ 6 замкнут, а ключи 11 и 14 разомкнуты, блок управления 17 постоянно измеряет ток якоря датчиком 8 и напряжение питающей сети датчиком 18. Электронные ключи 6, 11 и 14 выполнены на тиристорах с принудительной коммутацией. В момент пропадания напряжения питания электронный ключ 6 вследствие отсутствия тока якоря автоматически закрывается. После восстановления питающего напряжения, что фиксируется датчиком 18, блок управления 17 включает ключ 14 и на основе датчика ЭДС 7 формирует задание на регулируемый выпрямитель 15, питающий последовательную обмотку возбуждения 3, с целью поддержания необходимой ЭДС якоря. Исправность выпрямителя 15 контролирует датчик тока последовательной обмотки возбуждения 10. Одновременно с ключом 14 блок управления 17 замыкает ключ 11 и на основе ранее полученного значения тока якоря через регулируемый выпрямитель 12 формирует необходимый ток дополнительных полюсов 4, контроль которого ведется по датчику 9. После достижения необходимых значений тока обмотки дополнительных полюсов 4 и ЭДС якоря 2 блок управления 17 размыкает ключи 11, 14 и замыкает ключ 6, переводя схему в рабочий режим. Таким образом, перед восстановлением питающего напряжения якоря путем воздействия на последовательную обмотку возбуждения формируется необходимая ЭДС якоря, а путем воздействия на обмотку дополнительных полюсов необходимый коммутирующий поток, соотнесенный со статическим током якоря, что ограничивает ток якоря в момент восстановления питания. Регулируемые выпрямители 12 и 15 позволяют в достаточно широких пределах изменять ток возбуждения и ток дополнительных полюсов. Так как мощность последовательной обмотки возбуждения и обмотки дополнительных полюсов примерно на порядок меньше мощности, потребляемой обмоткой якоря, то и установленная мощность регулируемых выпрямителей 12 и 15 много меньше мощности выпрямителя цепи якоря. Переменное напряжение для питания регулируемых выпрямителей 12 и 15 (13 и 16 соответственно) можно взять с отводов многоступенчатого трансформатора питающей сети.

Изобретение может быть использовано для управления тяговыми электродвигателями. Устройство контроля и управления содержит машину постоянного тока с последовательной обмоткой возбуждения и обмоткой дополнительных полюсов, датчик контроля ЭДС якоря, датчик контроля напряжения, питающего якорь, первого электронного ключа в цепи якоря, первого регулируемого выпрямителя предварительного питания последовательной обмотки возбуждения, соединенного с последней через второй управляемый ключ и датчик контроля тока возбуждения, второго регулируемого выпрямителя предварительного питания обмотки дополнительных полюсов, соединенного с последней через третий управляемый ключ и датчик контроля тока, и блок управления, первым, вторым и третьим электронными ключами, и цепями задания первого, второго регулируемого выпрямителя. Перед восстановлением питающего напряжения через первый регулируемый выпрямитель создается необходимый ток последовательной обмотки возбуждения, что контролируется по датчику ЭДС якоря. Исправность цепи предварительного питания контролируется по датчику тока возбуждения. Через второй регулируемый выпрямитель создается необходимый коммутирующий поток от дополнительных полюсов, контролируя по току возбуждения дополнительных полюсов и сравнивая с ранее зафиксированным током якоря. Технический результат заключается в ограничении тока якоря и улучшении коммутационной способности коллекторного узла при отключении и внезапном восстановлении напряжения источника питания. 1 ил.

Устройство контроля и управления машины постоянного тока, содержащее якорь, последовательную обмотку главных полюсов, обмотку дополнительных полюсов, электронные ключи в цепи якоря, в цепях предварительного питания последовательной обмотки возбуждения и обмотки дополнительных полюсов, блок управления, к которому подключены датчик ЭДС и датчик контроля напряжения питания, отличающееся тем, что первый регулируемый выпрямитель, получающий питание от дополнительного источника переменного напряжения, через электронный ключ и датчик тока возбуждения подключен к последовательной обмотке возбуждения, второй регулируемый выпрямитель, получающий питание от другого дополнительного источника переменного напряжения, через другой электронный ключ и датчик тока дополнительных полюсов соединен с обмоткой дополнительных полюсов, входы блока управления соединены с датчиком тока якоря, датчиком тока дополнительных полюсов, датчиком тока возбуждения, а выходы соединены с цепями задания регулируемых выпрямителей и с электронными ключами, блок управления постоянно измеряет ток якоря и напряжение питающей сети до момента пропадания напряжения питания, после восстановления питающего напряжения блок управления на основе датчика ЭДС формирует задание на первый регулируемый выпрямитель, питающий последовательную обмотку возбуждения, для поддержания необходимой ЭДС якоря, и на основе ранее полученного значения тока якоря через второй регулируемый выпрямитель формирует необходимый ток дополнительных полюсов, после достижения необходимых значений тока обмотки дополнительных полюсов и ЭДС якоря блок управления отключает регулируемые выпрямители и переводит схему в рабочий режим.