Реверсивный электропривод постоянного тока Советский патент 1983 года по МПК H02P5/16 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к импульсному регулированию частоты вращения элек тродвигателя постоянного тока, и может найти применение в системах а томатизированного электропривода бы родействующих станков, прессов с ЧПУ, роботов, измерительных устройств и т.п, . Известен реверсивный электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, подключенный к четырехткристорному мосту с обратным диодньам мостом, логические, устройства, датчик тока, два импульсных коммутирующих трансформатора, каждая из вторичных обмоток которых включена между анодной и катюдной точками тиристорного и диодног-о мос та, коммутирующие, емкости и тиристо ры в цепи первичных обмоток коммути ругощих трансформаторов t 1 . Недостатками известного электропривода являются низкие КПД и быстродействие привода, большие потери и массогабаритные показатели, сложность и низкая надежность, большой пик тока в режиме токоограничения п торможеи.ии, высокая стоимость. Наиболее близким к предлагаемому является реверсивный электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель , подключенный к четырехтиристорному мосту, обратный диодный мост, задающий ген.ератор, последовательно соединенные датчик частоты вращения, регулятор скорое ти, регулятор тока., широтно-импуль. ный г.гадулято.р, а также датчик тока выход которого соединен с вторым входом регулятора тока С 23. f Известный электропривод обладае следующими недостатками: КПД на 8-12% меньше, чем в транзисторных преобразователях вследствие дополнительных потерь в коммутирующих трансформаторах, тиристорах, емкое тях, генерирующих мощные импульсы частотой коммутации для запирания тиристоров моста; более высокие п.тери в электродвигателе, снижающие общий КПД электропривода, опре деляемые более низкой, чем в транз торных электроприводах, частотой . коммутации (1-2 относительно 3-10 кГц), при меньшей ча. ком мутации аг4плитуда пульсации тока и соответственно потери в электродви гателе больше, коммутация .хуже. Ув личение частоты в тиристорном прив де ограничено упомянутыми дополнительными потерями в преобразователе, растущими.с увеличением частоты коммутации, кроме того, из-за неполной управляемости тиристоров в прототипе при торможении возникают пульсации тока с частотой в 3-4 ра за меньше тактовой с соответственно увеличенной амплитудой пульсации тока и соответственно увеличенными потерями в недоиспользовании электродвигателя в режиме частых пусков и торможений. Кроме того, электропривод характеризуется меньшим быстродействием из-за меньшей частоты коммутации и необходимости в процессе реверса управляющего сигнала пропускать не менее двух тактов коммутации для запирания двух тиристоров моста перед включением второй пары. Габариты и масса тиристорного Преобразователя увеличены из-за необходимости в упомянутых коммути- . рующих трансформаторов, тиристоров, емкостей из-за особенностей запирания тиристоров, скважность импульсов напряжения на якоре не превышает 0,9 (в транзисторных электроприводах 0,1 ), что приводит к увеличению габарита силового трансформатора. Высокие уровни напряжения коммутирующих элементов (в несколько раз превьпиающие номинальное напряжение электродвигателя) приводят к усложнению конструкции и снижению надежности, а высокая стоимость высокочастотных и мощных коммутирующих тиристоров и коммутирующих трансформаторов обусловливают высокую стоимость всего электропривода. Цель изобретения - повышенйе КПД и быстродействия, уменьшение габаритов и стоимости электропривода. Поставленная цель достигается тем, что в реверсивный электропри- вод постоянного тока, содержащий электродвигатель, подключенный к четырехтиристорному мосту, обратный диодный мост, задающий генератор, последовательно соединенные датчик частоты вращения, регулятор скорости, регулятор тока, широтноимпульсн1ай модулятор, а также датчик тока, выход которогр соединен с вторым входом регулятора тока, введены два ключа, индикаторы режима и полярности, два пороговых устрой;ства, два элемента задержки, два элемента ИЛИ, три -элемента И, элемент И-НЕ, триггер, четыре формирователя, причем каждый из ключей соединен с анодной и катодной точками четырехтиристорного и обратного диодного мостов, выходширотно-импульсного модулятора соединен через первый элемент И и формирователь с входом первого ключа, выход регулятора тока соединен с входом индикатора полярности, оба выхода которого через элементы задержки соединены с .одами элемента ИЛИ, первый выход которого соединен через второй элемент И и формирователь с входом второго ключа, а второй выход соединен с первЕлм элементом И, вторые выходы

элементов задержки соединены через формирователи с управляицими электродами двух.тиристоров четырехтиристорног9 моста, выход датчика тока соединен с входами двух пороговых устройств, выход первого порогового устройства соединен через элемент И-НЕ с вторым элементом И и одновременно через третий элемент И, второй элемент ИЛИ и триггер - с входом первого элемента И, выход второго порогового устройства соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выходы датчиков частоты вращения и тока соединены с входами индикатора режима, выход которого соединен со входом элемента И-НЕ, второй выход триггера соединен с входом третьего элемента И, первый выход задающего генератора соединен с входом гаиротно-импульсного модулятора, а второй выход - с входом второго элемента И.

. На чертеже показана принципиальая схема реверсивного электроприода постоянного тока.

.. Реверсивный электропривод постоян-: ного тока содерх ит электродвигатель 1, подключенный к четырехтиристорному мосту 2, содержащему тиристоры 3-6J обратный диодный мост 7-10, задающий генератор 11, последовательно соединенные датчик 12 частоты вращения, регулятор 13 скорости, регулятор 14 тока, широтно-импульсный модулятор 15, а также датчик 16 тока, выход которого соединен с вторым входом регулятора 14 тока.

Ключи 17 и 18 (выполненные, например, на транзисторах либо на двУхоперационных управляемых диодах ), Индикатор 19 режима, индикатор 20 полярности, пороговые устройства 21 и, 22, элементы 23 и 24 задержки, элементы ИЛИ 25 и 26, элементы И 27, 28 и 29, элемент И-НЕ 30, триггер 31, формирователи 32-35.

Ключи 17 и 18 соединены с анодной и катодной точками четырехтиристорного моста 2 и обратного диодного моста 7-10, выход широтноимпульсного модулятора 15 соединен через элемент И 27 и формирователь 32 с входом ключа 17, выход регулятора 14 тока - с входом индикатора полярности 20, оба выхода которого через элементы 23 и 24 задержки соединены с входами элемента ИЛИ 25, первый выход которого связан через элемент И 28 и формирователь 33 с входами ключа 18, а второй выход соеинен с входом элемента И 27, вторые выходы элементов 23 и 24 задержки соединены через форг/мрователи 34 и 3S с управляющими электродами тиристоров 3,5 и 4,6 соответственно четырехтиристорного моста. Выход датчика тока 16 соединен с входами пороговых устройств 21 и 22, выход порогового устройства 21 связан через элемент И-НЕ 30 с элементом И 28 и одновременно через элемент И 29, элемент ИЛИ 26 и триггер 31 - с входом- элеме 1та И 27, выход порогового устройства 22 соединен с элементом ИЛИ 26. Выходы датчика 12 частоты . вращения и датчика 16 тока соедине- ны с входами индикатора 19 режима, выход которого связан с входом

0 iэлемента И-НЕ, второй выход триггера соединен с вторым входом элемента И 29.

Первый выход задающего генератора 11 соединен с широтно-импульсным

5 модулятором 15, а второй выход с входом элемента И 2 8.

Реверсивный электропривод работает следующим образом.

При положительной полярности сиг0нала на выходе регулятора 14 тока управляющий сигнал проходит через индикатор 20 полярности, элемент 23 задержки (на1 такт), элемент ИЛИ 25 на входы элементов И 27 и 28. Одно5временно на входы элемента И 28 подаются единицы с выходов задающего генератора 11, элемента. И-НЕ 30, на выходе элемента И 28 появляется единица, которая подается через

0 формирователь 33 на вход ключа 18, ключ 18 замыкается. На вход элемента И 27 подается единица с выхода триггера 31 и ыиротно-импульсный

сигнал С-ВЕЛХОДа ШИРОТНО-И ЛПУЛЬСНО5

го модулятора 11. При этом навыходе элемента ИЛИ 27 появляется широтно-импульсный сигнал, который через формирователь 32 управляет ключом 17.. С выхода элемента 23

0 задержки подается сигнал через формирователь 34 на тиристоры 3 и 5 и включает их. При замкнутом клпче 17 образуется цепь тока якоря: ключ 18тиристор 3 - электродвигатель 1 тиристор 5 - ключ 17,при разомкну5 .том ключе 17 ток якоря замыкается по цепи : ключ 18 - тиристор 3 - электродвигатель 1 - диод 9.

При подачб команды на торможение (с возможным реверсом) на выходе

0 ;регулятора 14 тока изменяется полярность сигнала. При этом на первом выходе индикатора 20 полярности и выходе элемента 23 задержки сигнал становится равным нулю. Появляется сиг5нал на втором выходе индикатора 20 полярности и на входе элемента 24 задержки, но на выходе элемента 24 задержки сигнал появится с выдерж:1 ой времени в 1 такт коммутации., В

0 течение этого интервала времени на 1входы элемента ИЛИ 25 подаются нули, на выходах элемента ИЛИ 25 и на входах элементов И 27 и 28 будут также нули и, следовательно, ключи .17 и 18 заперты. Ток якоря замы5

кается по цепи: диод 10 - электро-, двигатель 1 - диод 9. С тиристоров 3 и 5 при этом снято напряжение и сигнал управления, в течение указанного интервала времени(1 такт-коммутации ) они восстанавливают свои запирающие свойтсва. В конце указанного интервала на выходах элемента 24 эадерлски появляется единица, поэтому появляются единицы на выходе элемента ИЛИ 25, на входах элементов И 27 и 28 замыкается ключ 18, начинает коммутировать ключ 17 со скважностью, определяемой широтноимпульсным модулятором 11. С второго выхода элемента 24 задержки единица через формирователь 35 подается на тиристоры 4 и 6. Н ачинается противовключения, при котором по цепи: ключ-18 - тиристор б - электродвигатель 1 - тиристор 4 - ключ 17 быстро нараста-т ет тормозной ток. Когда значение тока достигает нижнего уровня токоограничения, сигнал датчика тока 16 на входе порогового устройства 21 вызывает его срабатывание и появление единицы на его выходе, соединенном с входом- элег1ента И-НЕ 30. На выходе элемента И-НЕ 30 и на входе элемента И 28 появляется ноль Ключ 18 запирается, ток якоря замыкается по цепи: электродвигатель 1 - тиристор 4 - ключ 17 -. ди-од 7 и продолжает расти под действием ЭДС электродвигателя, осу1аествляется режш-1 динамического торможения. Когда значение тока достигнет верхнего уровня токоограничения, на выходе порогового устройства 23 появляется единица. Вследствие этого единицы появляются на выходе элемента ИЛИ 26-и на входе триггера 31. Триггер 31 меняет свое состояние, при этом на его первом выходе и на входе элемента И 27 появляется ноль, ключ 17 запирается. Ток электродвигателя замыкается по цепл: диод 7 - электродвигатель 1 диоды 8-10, происходит рекуперативное торможение, при котором ток уменьшается. На втором выходе триггера 31, связанном с входом элемент и И 20, появляется единица. При это единицы появляются на выходе элемента И 29, соединенном с входом элемента ИЛИ 26, что позволяет сохранить возникшее состояние релейного регулятора при уменьшении тока и появлении нуля на выходе порогового устройства 22. .Когда уровень тока якоря достигнет нижнего уровня токоограничения, на выходе порогового устройства 21 появляется ноль, поэтму ноль возникает на выходах элементов И 29, ИЛИ 26, триггер 31 возвращается в исходное состояние, на входе элемента И 27 появляется единица, снова включается ключ 17, замыкая цепь динамического торможения Ток снова нарастает до верхнего уровня токоограничения и т.д. На по леднем этапе торможения, когда скорость близка к нулю, ЭДС электродвигателя в режиме динаг шческого торможения не может увеличить ток до верхнего уровня токоограничения, поэтому выполняется только динамичекое торможение (без перехода в рекуперативное ). Самый последний этап торможения выполняется при открытых ключах 17 и 18 по цепи: ключ 18 тиристор 6 - электродвигатель 1 тиристор 4 - .ключ 17. Если на входе привода U3Qq,0, то в конце торможения сигнала регулятора 14 тока становится равным нулю, на выходах индикат.ора полярности 20 появляются нули, ключи 17 и 18 и все тиристоры отключаются, процесс заканчивается.

Если торможение осуществлялось вследствие подачи на вход привода ( ) команды на реверс, на выходе элемента 24 задержки остается единица и.скорость электродвигателя 1 меняет знак, начинается разгон. При разгоне на выходе индикатора 19 режима появляется ноль и, следовательно, в процессе всего разгона на выходе элемента И-НЕ 30 все время будет единица и ключ 18 будет замкнут, независимо от сигнала на выходе порогового устройства 21. Ток в цепи: ключ 18 - тиристор 6 - электродвигатель 1 - тиристор 4 - ключ 1 увеличивается и достигает верхнего уровня токоограничения. На выходе порогового устройства 22 и элемента ИЛИ 26 появляются единицы, на выходе триггера 31, связанного с входом элемента И 26, - ноль. Ключ 17 запирается, ток замыкается по цепи: электродвигатель 1 - диод 8 - ключ 18 - .тиристор 6..и уменьшается. Когда ток достигнет нижнего уровня токоограничения, на выходе порогового элемента 21 появляется ноль, на выходе элемента ИЛИ 26 - также ноль, триггер 31 возвращается в исходное положение/ ключ 17 замыкается, ток начинает расти до достижения установившегося значения тока, при котором на выходах пороговых устройств 21 и 22 стабильно сохраняются нули.

Таким образом, при пуске амплиту да пульсаций тока ограничена теми же заданными уровнями токоограничения и может быть выбрана благодаря этому, независимо-от параметров якорной цепи электродвигателя. Частота пульсаций в режимах пуска и реверса может быть равной и превышать частоту коммутации, что позволяет снизить потери до минимального

уровня, т.е. повысить КПД электропривода.

Так как в процессе реверса для отключения тиристоров необходим только один период коммутации, быстродействие электропривода повышается. Кроме того, за счет уменьшения потерь в преобразователе величина периода коммутации уменьшена в несколько раз. Уменьшение количества коммутирующих элементов позволяет уменыаить габариты и стоимость электропривода.

РЕВЕРСИВНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержгиций электродвигатель , подключенный к четырехтиристорному мосту, обратный диодный мост, задающий генератор, последовательно соединенные датчик частоты вращения, регулятор скорости, регулятор тока, широтно-импульсный модулятор, а также датчик тока, выход которого соединен с вторим входом регулятора тока, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и быстродействия, уменьшения габаритов и стоимости электропривода, в него введены два ключа, индикаторы режима и полярности, два пороговых устройства, два элемента задержки, цва элемента ИЛИ, три элемента И, элемент И-НЕ, триггер, четыре формирователя, причем каждый из ключей соединен с анодной и катодной точками четырехтирис- торного и обратного диодного мостов, выход широтно-импульсного модулятора соединен ч4рез первый элемент И и формирователь с входом первого ключа, выход регулятора тока соединен с входом индикатора полярности, оба выхода которого через элементы задержки соединены с входами первого элемента ИЛИ, первый выход которого соединен через второй элемент И и формирователь с входом второго ключа, а второй выход соединен с первым элементом И, вторые выходы элементов задержки соединены через формирователи с управлягацими электродами двух тиристоров четырехтиристорнрго моста, i (выход датчика тока -соединен . с входами двух пороговых устройств, выход (Л первого порогового устройства соединен через элемент И-НЕ с вторым элементом И и через третий элемент И, второй элемент ИЛИ и триггер - с входом первого элемента И, выход второго порогового устройства соединен с вторым элементом ИЛИ, выходы датчиков частоты вращения и тока соединены с входами индикатора режима, выход которого соединен с элемен том И-НЕ, второй выход триггера . соединен с входом третьего элеменэо эо ел .та И, первый выход задакидего генератора соединен с входом широтноимпульсного модулятора, а второй выход - с входом второго элемен: та И.

W

i

/fjj

. I fItJU

i l5Fi