Многодвигательный электропривод Советский патент 1984 года по МПК H02P7/68 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам управления многодвигательным электроприводом постоянного тока, и может найти применение на транспорте, в электротехнической и других отраслях промьшшенности. Известен многодвигательный электропривод, содержащий электродвигатели постоянного тока, каждый из которых соединен с выводами источника постоянного напряжения через управляемые ключевые элементы, шунтированные обратными диодами, и блок коммутации ключевых элементов ИЗ. К источнику напряжения электродвигатели постоянного, тока подключаются и отключаются одновременно как при постоянной, так и при переменной частоте коммутации управляемых ключевых элементов. Энергия, подводимая к элек родвигателям, регулируется в широком диапазоне, однако без разделения по каждому из них, кроме того, не предусмотрено реверсирование двигателей, а для управления ключевьпу И элементами, переводящими двигатели в тормозной режим, расходуется дополнительная энергия. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является многодвигательный электропривод, содержащи электродвигатели постоянного тока, об мотки которых соединены с выводами ис точника напряжения через управляемые ключевые элементы, шунтированные обратными диодами, и блок коммутации 12 .Однако известное устройство отлича ется сложностью, большим количеством управляемых ключевых элементов, для управления которыми требуется расход дополнительной механической энергии. Таким образом, в известных устройствах обеспечивается регулирование энергии, подводимой и отводимой от нагрузок, однако бесконтактные управляемые и неуправляемые ключевые элементы, входящие в состав импульсных преобразователей, не обеспечивают переход двигателей в режимы торможения и реверсирования. Применение дополнительных механических и электромеханических ключевых элементов для перехода в указанные режимы увеличивает потери энергии в устройстве управления двигателями и снижает его надежность. Целью изобретения является упрощение и снижение потерь энергии на управление ключевыми элементами. Поставленная цель достигается тем, что в многодвигательном электроприводе, содержащем электродвигатели постоянного тока, обмотки которых соединены с выводами источника напряжения через управляемые ключевые элементы, шунтированные обратными диодами, и блок коммутации, первые выводы обмоток всех электродвигателей объединены в общую точку, связанную с выводами источника напряжения через первый и второй управляемые ключевые элементы, а второй вывод обмотки каждого электродвигателя связан с выводами источника напряжения через два других управляемых ключевых элемента. В этой схеме уменьшается количество управляемых ключевых элементов и снижаются потери энергии на управление ими при переходе в другие квадранты внешней характеристики для работы многодвигательного электропривода по полному циклу (двигательный, режим, торможение, реверсирование ). Управляемые ключевые элементы используются также для раздельного регулирования в широком диапазоне подводимой- или отводимой от каждой из нагрузок энергии. На чертеже приведена схема многодвигательного электропривода. Устройство содержит электродвигатели постоянного тока 1, 2 и 3 первые выводы которых объединены в общую точку, связанную с выводами источника 4 напр шения через блок 5 коммутации и два управляемых ключевых элемента 6 и 7, шунтированных обратными диодами 8 и 9. Вторые выводы обмоток 1-3 соединены с источником 4 напряжения через блок 5 коммутации и через два других; управляемых ключевьк элемента 10 и 11, 12и13, 14 и 15 соответственно, шунтированных обратными диодами 16-21. Блок 5 коммутации может быть выполнен, например, на токоограничнвающем реакторе 22, начало рабочей обмотки 23 которого соединено с концом размагничивающей обмотки 24 и положительным выводом источника 4 напряжения, начало обмотки 24 соединено с катодом рекуперирующего диода 25, конец обмотки 23 с анодом разделительного диода 26, катод которого соединен с анодом коммутирующего тиристора 27, шунтированного цепочкой из последовательно соединенных коммутирующего реактора 28 и коммутирующего конденсатора 29.

Если в качестве управляемых ключевых элементов 6, 7, 10-15 использованы тиристоры, то к их управляющим выводам подключены выходные устройства управления (не показаны). Если в качестве этих ключевых элементов применены транзисторы, то блок 5 коммутации подключен,параллельно источнику 4 напряжения и совмещает в себе функции управления и коммутации транзисторов, а к его выходам подключены управляющие выводы ключевых элементов 6, 7, 10-15.

В качестве нагрузок могут быть использованы икорные обмотки электродвигателей постоянного тока независимого возбуждении, причем в состав нагрузок входит активная и индуктивная составляющие, а также источник противо- ЭДС. Кроме того, в качестве нагрУзок могут быть использованы также обмотки возбуждения указанных электродвигателей. В обоих случаях подключения электродвигателей независимого возбуждения обмотки второго типа получают питание от отдельного преобразователя.

Электропривод работает следующим образом.

Коммутация всех тиристоров происходит одновременно. Этот момент еледует с постоянной частотой, выбираемой исходя из условия минимальных потерь энергии как в обмотках 1, 2 и 3, так и в блоке 5 коммухации. В пределах периода повторения момента коммутации (межкоммутационного интервала) тиристоры, по которым протекает ток одной обмотки, например 11, 13 и 15 при первом направлении тока в обмотках 1, 2 и 3 или 10, 12 и 14 при втором направлении, управляются короткими управляющими импульсами и могут включаться с различными задержками относительно предыдущего момента коммутации. Вследствие этого достигается взаимный сдвиг во времени между включением каждого из тиристоров, по которому протекает ток одной обмотки. Тиристоры, по которым одновременно протекает ток двух и более обмоток, например тиристор 6 при первом направлении тока в обмотках 1, 2 и 3 У1ли тиристор 7 при втором направлении, управляются постоянными токами управления. Эти токи управления снимаются только при изменении направления тока в обмотках 1-3, Тиристоры 6 или 7 выключаются кратковременно в интервале включенного состояния обратных диодов 8 и 9, пропускающих коммутирующий ток от блока 5 коммутации, а затем повторно включаются.

В результате указанного взаимного сдвига средние значения токов обмоток 1-3 различны, что удовлетворяет требованию раздельного регулирован.,я энергии, подводимой или отводимой от обмоток 1-3. Этот порядок включения и выключения управляемых ключевых элементов сохраняется при работе двигателей в любом из квадрантов внешней характеристики (при движении, торможении или движении после реверса) . В момент .выхода на естественную характеристику двигателей (определяется системой управления) блок 3 коммутации не срабатывает, так как запрещается включение коммутирующего тиристора 27, и коммутация управляемых ключевых элементов не производится. i

При подключении к источнику 4 напряжения в конденсаторе 29 блока 5 коммутации накапливается энергия для формирования коммутирующего тока. При первом направлении тока в обмотках 1-3 система управления (не показана) обеспечивает следующий порядок управления ключевыми элементами (например, тиристорами). На тиристор 6 подается постоянный управляющий ток, снимаемьп только при необходимости изменить направприио тока в обмотках 1-3. После полачи управляющих импульсов на тиристоры 11, 13 и 15 тки обмоток 1-3 протекают по контурам 4-23-6-1-11-4, 4-23-6-2-13-4 и 4-236-3-15-4. В момент выключения, определяемый системой управления, включается тиристор 27. Ток конденсатора 29, протекая в контуре 29-28-27-29, перезаряжает его и тиристор 27 выключается. Коммутируюпий ток конденсатора 29 протекает и контурах 29-9-626-28-29, 29-11-16-26-28-29, 29-1318-26-28-29 и 29-15-20-26-28-29, обеспечивая выключение тиристоров 6, 11, 13 и 15, после выключения которы избыток коммутирующего тока в течени времени выключения указанных тиристо ров протекает в контурах 29-9-8-26-2 29,29-17-16-26-28-29,29-19-18-26-28и 29-21-20-26-28-29. Под воздействием ЭДС самоиндукции токи обмоток 1-3 протекают в том же направлении, что и до момента коммутации, в контурах - 6-26-28-29-9-}, 2-18-26-28-29-9-2 и 3- 20-26-28-29-9-3 и передают часть энергии, запасенной в индуктивности нагрузок, в конденсатор 29 для воеполнения коммутационных потерь энергии. Несмотря на то, что тиристор 6 пр первом направлении тока управляется постоянным током, при протекании коммутирующего тока через диод 8 к тиристору 6 прикладывается обратное напряжение, равное прямому падению напряжения на диоде 8, и тиристор 6 выключается. При спаде коммутирующег тока в диодах 8, 9, 17, 19 и 21 к ну лю эти диоды выключаются напряжением источника 4. Так как при первом направлении тока обмоток 1-3 на тиристор 6 постоянно подан управлякщий. ток, то за счет ЭДС самоиндукции обмоток 1-3 этот тиристор включается и токи нагрузок замыкаются в контурах 1-16-6-1, 2-18-6-2 и 3-20-6-3. - В следующие периоды процессы повторяются . При втором направлении тока в обмотках 1-3 постоянный управ ляющий ток подается на тиристор 7. До коммутации токи обмоток 1-3 про- текаю т в контурах 4-23-10-1-7-4, 4-23-12-2-7-4 и 4-23-14-3-7-4.После выключения тиристоров 7, 10, 12 и 14 передача энергии в конденсатор 29 происходит токами, протекающими в контурах 1-8-26-28-29-17-1, 2-8-2628-29-19-2 и 3-8-26-28-29-21-3, затем после повторного включения тиристора 7 токи нагрузок протекают в контурах Н7-17-1, 2-7-19-2 и 3-721-3. При работе двигателей на естес веннь1х характеристиках на тиристор 2 блока 5 коммутации управляющие импул сы не подаются и выключение тиристоров 6, 11, 13 и 15 при первом направ лении тока в обмотках 1-3 и тиристоров 7, 10, 12 и 14 при втором направ лении тока не производится, к обмоткам 1-3 приложено постоянное напряже ние источника 4 напряжения. Нагрузоч ные токи, протекающие в контурах 4-23-6-1-11-4, 4-23-6-2-13-4 и 4-236-3-15-4, ограничиваются не только активными сопротивлениями якорльгх обмоток 1-3, но и значениями противо- ЭДС, возникающими на этих обмотках. Для торможениядвигателей рабочая точка переходит из .Т-го в У-й квадрант внешней характеристики.Тиристоры 6, 11, 13 и 15 в ьшлючаются блоком 3 коммутации, а тиристоры 10, 12 и 14 включаются. Под действием противо-ЭДС токи обмоток 1-3 протекают в контурах 1-8-10-1, 2-8-12-2 и 3-8-14-3 до момента выключения тиристоров 10, 12 и 14 блоком 5 коммутации, затем в контурах 1-8-5-17-1, 2-8-5-19-2 и 3-8-5-21-3 до момента отключения блок 5 коммутации при восполнении потерь энергии, затем в контурах 1-8-5-4-17-1, 2-8-5-4-19-2 и 3-8-5-4-21-3. Для раздельного регулирования энергии, отводимой от каждой из обмоток 1-3 в источник 4 напряжения, моменты включения тиристоров 10, 12 и 14 имеют как взаимный сдвиг во времени, так и сдвиг во времени в пределах интервала между моментами срабатывания блока 5 коммутации. Происходит рекуперативное торможение до момента спада противо-ЭДС якорных обмоток 1-3 к нулю. Для реверсирования двигателей рабочая точка переходит в Ш-й квадрант внешней характеристики. Управляющие импульсы, поступающие при первом направлении вращения двигателей на тиристор 6, переключаются при помощи выходных устройств управления на тиристор 7, а с тиристоров 11, 13 и 15 соответственно на элементы 10, 12 и 14, ив контурах 4-23-10-1-7-4, 4-23-12-2-7-4 и 4-23-14-3-7-4 протекает ток до момента срабатывания блока 5 коммутации. Коммутирующий ток от блока 5 коммутации выключает тиристоры 7, 10, 12 и 14 аналогично процессу, описанному при коммутации тиристоров 6, 11, 13 и 15. При нулевом напряжении на выходе преобразователя токи обмоток 1-3 замыкаются в контурах 1-8-5-17-1, 2-8-5-19-2 и 3-8-5-21-3, затем при повторном включении тиристора 7 - в контурах 1-7-17-1, 2-7-18-2 и 3-7-21-3. Энергия, подводимая к обмоткам 1-3, регулируется раздельно. Тиристоры 10, 12 и 14 управляются аналогично тиристорам 11, 13 и 15. 71 Для торможения двигателей рабочая точка переходит из Щ-го во П-й квадрант внешней характеристики. Тиристоры 7,10, 12 и 14 выключаются блоkoM 5 коммутации, а тиристоры 11, 13 и 15 включаются. Под действием противо-ЭДС токи обмоток 1-3 протекают в контурах 1-11-9-1, 2-13-9-2 и 3-159-3 до момента вьпслючения тиристоров 11, 13 и 15 блоком 5 коммутации, а затем в контурах 1-16-5-9-1, 2-18-59-2 и 3-20-5-9-3 до момента отключения блока 5 коммутации при восполнении потерь энергии, затем в контурах 1-16-5-4-9-1, 2-18-5-4-9-2 и 3-20-54-9-3. Энергия, отводимая от каждой из обмоток 1-3, регулируется раздельно. Тиристоры 11, 13 и 15 управляются аналогично тиристорам 10, 12 и 14 Происходит рекуперативное торможение до момента спада противо-ЭДС якорных обмоток 1-3 к нулю. Если в качестве нагрузок использованы обмотки возбуждения двигателей независимого возбуждения, то электромагнитные процессы в квадрантах I и 1Д1 протекают аналогично описанным. Кроме того- энергия, подводимая к каждой из обмоток 1-3, может регулироваться иным способом. Например, если обмотки 1-3 подключены к источнику 4 напряжения тиристорами 6 11, 13 и 15, то при выключении этих тиристоров блоком 5 коммутации энергия, запасенная в индуктивностях обмоток 1-3 возбуждения, может переда5Яваться как в блок 5 коммутации для восполнения потерь. так и в источник 4 напряжения по контурам тока 1-16-. 5-4-9-1, 2-18-5-4-9-2 и 3-20-5-4-9-3. При этом рабочая точка кратковременно переходит во 11-й квадрант. Процессы регулирования энергии, поступающей к обмоткам 1-3, происходят аналогично и при включении тиристоров 10, 12 и 14 для работы в III-м квадранте. Таким образом, при подключении обмоток 1-3 возбуждения рабочая точка может находиться в четырех квадрантах внешней характеристики. Если в качестве управляемых ключевых элементов 6, 7, 10-15 применяются транзисторы, то частота коммутации может быть повьппена в 3-4 раза, при этом блок 5 коммутации в том виде, как он Представлен на чертеже, не требуется. Последовательность переключения транзисторов аналогична рассмотренной, однако контуры протекания тока для восполнения потерь энергии в блоке -5 коммутации исключаются, потери энергии в нем на управление и коммутацию транзисторов снижаются. Таким образом, при повьппении частоты коммутации для многодвигательного электропривода снижаются пульсации тока, потребляемого обмотками электродвигателей от источника напряжения, и потери энергии в нем уменьшаются .

МНОГОДВИГАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий электродвигатели постоянного тока, обмотки которых соединены с выводами источника напряжения через управляемые ключевые элементы, шунтированные обратными диодами, и блок коммутации, отличающийся тем,что, с целью упрощения и снижения потерь, первые выводы обмоток всех электродвигателей объединены в общую точку, связанную с выводами источника напряжения через первый и второй управляемые ключевые элементы, а второй вывод обмотки каждого электродвигателя связан с выводами источника напряжения через два других управляемых ключевых элемента.