ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА Российский патент 2005 года по МПК H02P5/16 

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано в электроприводе постоянного тока, например, для регулирования скорости тяговых двигателей электрического подвижного состава.

Известен электропривод постоянного тока, содержащий последовательно соединенные коммутирующий реактор, рабочий тиристор и нагрузку, шунтированную обратным диодом, которые включены между положительной и отрицательной клеммами источника питания. К аноду рабочего тиристора подключен анод коммутирующего тиристора, катод которого через коммутирующий конденсатор соединен с минусовой клеммой источника питания (см., например, Бирзниекс Л.В. Импульсные преобразователи постоянного тока. М.: Энергия, 1974, с.182).

Недостатками данного устройства являются усложнение схемы из-за необходимости включения дополнительных элементов для формирования требуемой полярности напряжения коммутирующего конденсатора и значительная величина напряжения на конденсаторе.

Известен электропривод постоянного тока, содержащий нагрузку, шунтированную обратным диодом, которая через последовательно соединенные коммутирующий реактор и рабочий тиристор подключена к источнику питания со средней точкой, к аноду рабочего тиристора подключен анод коммутирующего тиристора, катод которого через коммутирующий конденсатор подключен к средней точке источника питания, между клеммой коммутирующего реактора, соединенного с положительной клеммой источника питания, и катодом коммутирующего тиристора включена цепь, содержащая перезарядный реактор и перезарядный тиристор, катод которого соединен с катодом коммутирующего тиристора, а анод - с клеммой перезарядного тиристора, при этом нулевая точка образована путем включения между клеммами источника питания двух последовательно соединенных конденсаторов (см., например, Справочник по преобразовательной технике. /Под ред. И.М.Чиженко. К.: Техника, 1978, с.143).

Недостатками этого известного устройства являются необходимость использования источника питания со средней точкой, что приводит к усложнению схемы, а также невозможность поддержания на коммутирующем конденсаторе требуемого предкоммутационного напряжения для снижения потерь в коммутационном узле и повышения КПД.

По технической сущности наиболее близким к предлагаемому изобретению является устройство, содержащее электродвигатель последовательного возбуждения, шунтированный обратным диодом, катод которого соединен с катодом первого тиристора, анод которого через коммутирующий реактор подключен к положительной клемме источника питания, второй тиристор, катод которого соединен с обкладкой конденсатора, второй реактор, третий тиристор, управляемый ключевой элемент, катод которого соединен с минусовой клеммой источника питания, анод подключен через реактор к катоду второго тиристора и к аноду третьего тиристора, катод которого соединен с плюсовой клеммой источника питания и с другой обкладкой конденсатора (см. а.с. СССР № 2025887, кл. Н 02 Р 15/16, заявлено 01.06.92).

Недостатками устройства, принятого за прототип, являются низкая надежность, обусловленная выбросами напряжения на рабочем тиристоре, влияние пульсаций входного тока на входные цепи источника питания, низкий срок службы двигателя, обусловленный ростом скорости нарастания тока якоря при резких “провалах” напряжения входного источника питания.

Техническим результатом является повышение срока службы, надежности и снижение влияния показателей качества напряжения источника питания на работу устройства.

Достигается это тем, что в электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель последовательного возбуждения, шунтированный обратно включенным диодом, катод которого соединен с катодом тиристора, анод которого через коммутирующий реактор подключен к первой обкладке конденсатора и первому выводу второго реактора, анод обратно включенного диода подключен к минусовой клемме источника питания, согласно изобретению, введены шесть резисторов, контактор, два компаратора, логический элемент И, источник порогового напряжения и блок управления, причем выход блока управления подключен к управляющему электроду тиристора, второй вывод второго реактора через первый резистор подключен к положительной клемме источника питания, к зажимам которого подключен первый делитель напряжения, образованный последовательно соединенными вторым и третьим резисторами, средний вывод которого соединен с первым входом первого компаратора, второй вход которого соединен со средним выводом второго делителя напряжения, образованного последовательно соединенными четвертым и пятым резисторами, который включен между выводом соединения первого резистора и второго реактора и минусовой клеммой источника питания, средний вывод второго делителя напряжения соединен с первым входом второго компаратора, второй вход которого соединен с первым выводом источника порогового напряжения, выходы первого и второго компараторов подключены к соответствующим входам логического элемента И, выход которого соединен с управляющим контактом контактора и входом блока управления, коммутирующий реактор шунтирован последовательно соединенными обратно включенным вторым диодом и шестым резистором, а вторая обкладка конденсатора и второй вывод источника порогового напряжения подключены к минусовой клемме источника питания.

Сущность изобретения заключается в том, что благодаря введению компараторов, логического элемента И, блока управления и источника порогового напряжения повышается надежность за счет снижения выбросов напряжения на тиристоре посредством ограничения заряда конденсатора через первый резистор при пуске и напряжения на коммутирующем дросселе с помощью шунтирующей цепочки из последовательно соединенных второго диода и шестого резистора. Введение второго реактора позволяет снизить влияние на входные цепи источника питания за счет ограничения пульсации входного тока. Повышение срока службы электродвигателя обеспечивается за счет снижения нарастания тока якоря электродвигателя при резких провалах входного напряжения источника питания.

Сравнение предлагаемого устройства с ближайшими аналогами позволяет судить о соответствии критерию “новизна”, а отсутствие отличительных признаков говорит о соответствии критерию “изобретательский уровень”.

Предварительные испытания позволяют судить о возможности широкого промышленного применения.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого электропривода постоянного тока.

Электропривод содержит электродвигатель 1 последовательного возбуждения, шунтированный обратным диодом 2, катод которого соединен с катодом тиристора 3, анод которого через коммутирующий реактор 4 соединен с обкладкой конденсатора 5 и через последовательно соединенные второй реактор 6 и первый резистор 7 с положительной клеммой источника 8 питания.

Первый резистор 7 шунтирован контактом контактора 9. К клеммам источника 8 питания подключен первый делитель напряжения, образованный последовательно соединенными вторым резистором 10 и третьим резистором 11, средний вывод которого соединен с первым входом первого компаратора 12, второй вход которого подсоединен к среднему выводу второго делителя напряжения, образованного последовательно соединенными четвертым резистором 13 и пятым резистором 14, который включен между выводом соединения первого резистора 7 и второго реактора 6 и минусовой клеммой источника 8 питания. Средний вывод второго делителя напряжения соединен с первым входом второго компаратора 15, второй вход которого соединен с источником 16 порогового напряжения.

Выходы первого компаратора 12 и второго компаратора 15 подключены к входам логического элемента И 17, выход которого соединен с управляющим контактом контактора 8 и входом блока 18 управления, выход которого соединен с управляющим электродом тиристора 3.

Коммутирующий реактор 4 шунтирован цепью, состоящей из последовательно соединенных второго диода 19 и шестого резистора 20. Вторая обкладка конденсатора 5 и второй вывод источника 16 порогового напряжения подключены к минусовой клемме источника 8 питания.

В качестве блока 18 управления может быть использован широтно-импульсный модулятор (ШИМ).

Электропривод работает следующим образом.

Режим пуска. Осуществляется плавный заряд конденсатора 5 через резистор 7 и реактор 6 до тех пор, пока на выходах компараторов 12 и 15 не появятся сигналы разрешения. Сигнал разрешения на выходе компаратора 12 появляется, когда напряжение на первом входе становится выше напряжения на втором входе. Сигнал разрешения на выходе компаратора 15 появляется, когда напряжение на первом входе становится выше порогового напряжения на втором входе, которое определяет минимальный порог рабочего напряжения.

Рабочий режим. После появления сигналов разрешения на выходе компараторов 12 и 15 срабатывает логический элемент И 17, который вырабатывает сигнал на срабатывание контактора 9, который закорачивает резистор 7. После срабатывания логического элемента И 17 подается сигнал на блок 18 управления, который через заданное время начинает вырабатывать сигнал управления по заданному закону для управляющего электрода тиристора 3. При открытии тиристора 3 ток протекает по цепи: плюсовая клемма источника 8 питания, контактор 9, реактор 6, коммутирующий реактор 4, электродвигатель 1, минусовая клемма источника 8 питания. При закрытии тиристора 3 якорный ток электродвигателя 1 замыкается через обратный диод 2, а ток коммутирующего реактора 4 замыкается через диод 19 и резистор 20, что определяет ограничение выброса напряжения на нем.

Снижение выбросов напряжения на тиристоре 3 достигается ограничением заряда конденсатора 5 через резистор 7 при пуске и напряжения на коммутирующем реакторе 4 путем его шунтирования цепью из последовательно соединенных диода 19 и резистора 20. Второй реактор 6 ограничивает пульсации входного тока.

Таким образом в предлагаемом устройстве достигается поставленный технический результат.

Изобретение относится к преобразовательной технике. Технический результат заключается в повышении срока службы, надежности и в снижении влияния показателей качества напряжения источника питания на работу устройства. Электропривод постоянного тока содержит электродвигатель последовательного возбуждения, шунтированный обратно включенным диодом, катод которого соединен с катодом тиристора, анод которого через коммутирующий реактор подключен к первой обкладке конденсатора и первому выводу второго реактора, анод обратно включенного диода подключен к минусовой клемме источника питания, в электропривод введены шесть резисторов, контактор, два компаратора, логический элемент И, источник порогового напряжения и блок управления. 1 ил.

Электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель последовательного возбуждения, шунтированный обратновключенным диодом, катод которого соединен с катодом тиристора, анод которого через коммутирующий реактор подключен к первой обкладке конденсатора и первому выводу второго реактора, анод обратно включенного диода подключен к минусовой клемме источника питания, отличающийся тем, что введены шесть резисторов, контактор, два компаратора, логический элемент И, источник порогового напряжения и блок управления, причем выход блока управления подключен к управляющему электроду тиристора, второй вывод второго реактора через первый резистор подключен к положительной клемме источника питания, к зажимам которого подключен первый делитель напряжения, образованный последовательно соединенными вторым и третьим резисторами, средний вывод которого соединен с первым входом первого компаратора, второй вход которого соединен со средним выводом второго делителя напряжения, образованного последовательно соединенными четвертым и пятым резисторами, который включен между выводом соединения первого резистора и второго реактора и минусовой клеммой источника питания, средний вывод второго делителя напряжения соединен с первым входом второго компаратора, второй вход которого соединен с первым выводом источника порогового напряжения, выходы первого и второго компараторов подключены к соответствующим входам логического элемента И, выход которого соединен с управляющим контактом контактора и входом блока управления, коммутирующий реактор шунтирован последовательно соединенными обратно включенным вторым диодом и шестым резистором, а вторая обкладка конденсатора и второй вывод источника порогового напряжения подключены к минусовой клемме источника питания.