Электропривод постоянного тока Советский патент 1986 года по МПК H02P5/06 

1

Изобретение от 1осится к электротехнике, а именно к автоматигзиро- ванному электроприводу постоянного тока с импульсным регулированием скорости.

Целью изобретения является повышение надежности и упрощение устройств

На фиг. 1 дана принципиальная схема устройства и Таблица с последовательностью включения его контакторов на фиг. 2 - осциллограммы токов сглаживающего реактора и возбуждения в режиме электрического торможения при высоких скоростях вращения якоря двигателя; на фиг. 3 - регулировоч- .ные характеристики электропривода в режимах электрического торможения; на фиг. 4 - диаграммы изменения коэффициента заполнения импульсного цикла и средних токов якоря и возбуждения при электрическом торможе- НИИ. Электропривод постоянного тока (фиг. О содержит двигатель постоянного тока, источник 1 постоянного напряжения, выходом соединенный с входом входного фильтра 2, выход которого соединен с одним выводом контактора 3, а через контактор 4 соединен с одним выводом сглаживающего реактора 5, преобразователь 6, выход которого подключен к обмотке 7 возбуждения двигателя, шунтированной обратным диодом 8, а вход соединен с анодом диода 9, катод которого соединен с одним выводом конт.актора 10, диод 11, соединенный с одним выводом сглаживающего реактора 5, тормозной резистор 2, один вывод которого соединен с одним выводом контактора 13, контактор 14 и диод 15. Отрицательный вывод источника 1 постоянного напряжения соединен с анодом диода 15, катод которого соединен с анодом диода 11, а через якорную обмотку 16 и контактор 14 соединен с катодом диода 11, анод которого соединен с вторым выводом контактора 13. Катод диода 9 соединен с вторым выводом тормозного резистора 12 и вторым выводом контактора 3. Второй вывод контактора 4 соединен с общей точкой второго диода 1 и контактора 14. Второй вывод сглаживающего реактора 5 соединен с входом преобразователя 6.

Устройство работает следующим образом.

101951

При описании устройства предполагается наличие замкнутой системы регулирования, поддерживающей на уровне уставки больщий из средних

5 токов якоря или возбуждения. Б двигательном режиме включены контакторы 10 и 3, и ток при открытом преобразователе 6 протекает по цепи; положительный полюс источника 1, фильтр

2, контакторы 3 и 10, якорную обмотку 16, диод 11, сглаживающий реактор 5, преобразова- ель 6, обмотку 7 возбуждения, отрицательный полюс источника 1. При закрытом преобразователе

5 6 ток якоря протекает по цепи: якорная обмотка 16, диод 11, сглаживающий реактор 5, диод 9, контактор 10, якорная обмотка 16, а ток возбуждения - через диод 8, Индуктивности

20 обоих контуров достаточны для получения допустимых пульсаций токов якоря и возбуждения. В момент тро- гания ЭДС якоря равна нулю, но сопротивление последовательно соеди25 ненных обмоток 16, возбуждения 7 и сглаживающего реактора 5 достаточно велико, чтобы обеспечить величину тока в этот момент на уровне уставки при использовании двухопе30 рационного тиристорно-импульсного . преобразователя 6, реализующего минимальный коэффициент заполнения импульсного цикла около 0,1. В дальнейшем по мере увеличения скорости

35 вращения якоря для поддержания , токов на уровне заданной усТавки происходит увеличение коэффициента заполнения импульсного цикла до максимального значения, после

40 чего разгон двигателя продолжается по автоматической характеристике двигателя постоянного тока последо- нательного возбуждения.

Для электрического торможения двигателя в зоне высоких скоростей вращения, при которых ЭДС якоря Е превышает питающее напряжение U при токе возбуждения, равном току уставки, используется реостатное 50 торможение при независимом возбуждении от источника 1. Такое возбуждение позволяет избежать необходимости подвозбуждения двигателя в начале электрического торможения, как это 55 требуется при самовозбуждении. В этом режиме включены контакторы 4, 10 и 13. Двигатель не реверсируется по сравнению с двигательным

режимом. Ток якоря протекает по це- пи: якорная обмотка 16, контактор 10, тормозной резистор 12, контактор 13, якорная обмотка 16. Цепь тока возбуждения при открытом преобразователе 6 составляют: положительный полюс источника 1, фильтр 2, контактор 4, сглаживающий реактор 5, преобразователь 6, обмотка 7 возбуждения, отрицательный полюс источника 1. Сопротивление этой цепи меньше сопротивления цепи нарастания тока в двигательном режиме на величину сопротивления обмотки якоря, а ток возбуждения при высоких скоростях вращения якоря должен быть значительно меньше тока уставки, чтобы поддержать на уровне уставки ток якоря, т.е. необходимо глубокое ослабление возбуждения. Эти два фактора приводят к тому, что от системы импульсного регулирования в этом режиме требуется реализация значительно меньшего коэффициента заполнения импульсного цикла по сравнению с моментом трогания двигателя в двигательном режиме. Для реализации рассматриваемого режима используется двухоперацион- ный преобразователь, а в качестве дополнительного ограничителя потребления энергии применяется сгла- живающий реактор 5.

Ограничение потребления энергии происходит следующим образом. При запирании преобразователя 6 ток обмотки 7 возбуждения протекает по иоду 8, а ток сглаживающего реактора 5 по цепи: сглаживающий реактор 5, диод 9, тормозной резистор 12, контактор 13, диод 2, сглаживающий реактор 5. Осциллограммы токов возбуждения ig и сглаживающего реактора 5.1 в рассматриваемом режиме показаны на фиг. 2, где Т - период работы преобразователя 6, А - коэффициент заполнения импульсного цикла работы преобразователя 6, Т - интервал закрытого состояния преобразователя 6, Ig - среднее значе- ние тока возбуждения. В момент вреени t,( i преобразователь 6 закрывается и токи i и i;, начинают

ог о

спадать. Ток i, протекает по тормозному резистору 12, напряже ние на котором равно ЭДС якоря Е, т.е. в контуре спада тока i. имеет- ся значительная противоЭДС. Это об101954

.стоятельство, а также большое со--- противление тормозного резистора 12 приводят к тому, что ток i быстро спадает и носит прерьшистый

5 характер в большом диапазоне изменения коэффициента заполнения и , В момент времени t ток i, становится равным нулю, а в момент 15 происходит включение преобto разователя 6. Ток i, начинает при этом нарастать, -но поскольку в течение интервала времени at i i , , диод 8 не запирается и продолжает шунтировать обмотку 7 возбуждения

15 до момента времени t, когда токи 1- и 1„ становятся равными. Как

и V г

видно из представленной осциллограммы, интервал времени поступления энергии в обмотку 7 возбужде- 20 ния уменьшается на величину t

по,сравнению с интервалом открытого состояния преобразователя 6, т.е. контур тока ig работает с коэффициентом заполнения импульсного

цикла ; - - .

Другими словами, в обмотку 7 возбуждения поступает только часть энергии, потребленной от источника I за

30 время открытого состояния преобра- . зователя 6. Расчеты показьшают, что для реального соотношения параметров тягового электропривода коэффициент заполнения fl может быть на порядок

j, мень-ше коэффициента заполнения . Значительный спад тока i - при закры- том преобразователе 6 приводит к тому, что в период открытого состояния преобразователя 6 потребляется значи Q тельно меньшее количество энергии по сравнению с режимом, при котором ток i спадает до такой же величины,

что и ток 1„. Это объясняется воз- о .

можностью регулирования потока энер- . гии через индуктивность при регулировании количества энергии, запасен- ной в ее магнитном поле, т.е. чем меньше ток сглаживающего реактора 5 меньше количество энергии в магнитном поле реактора) к моменту включения преобразователя 6, тем меньшее количество энергии потребляется за интервал открытого состояния преобразователя 6.

55 Таким образом, можно вьщелить две ; фичины, приводящие к снижению тока ig в предлагаемом устройстве по сравнению с известным при одинаковых значениях коэффициента заполнения для рассматриваемого режима. Бо-перных, имеет место снижение потребления эке гии, а, во-вторых, интервал времени поступления энергии в обмотку возбуждения меньше интервала открытого состояния преобразователя 6, При больших значениях коэффициента заполнения X ток становится непрерьш ным. Изменение токов i и ig в этом

режиме показано на фиг. 2 пунктирными линиями. При передаче энергии сглаживающего реактора 5 в тормозной резистор 12 напряжение на последнем, а следовательно, и на якоре, повыша- ется по сравнению с тем же напряжением при открытом преобразователе 6, поэтому ЭДС якоря должна быть такой, чтобы это перенапряжение не привело к повышению напряжения сверх допусти мого значения для данного типа двигателя. Практически это достигается выбором соответствующей величины сопротивления тормозного резистора 12, а необходимый ток возбуждения при заданной уставке тока якоря автоматически отрабатьшается системой управления. При этом надо учитьшать и наличие ограничения по минимальному коэффициенту ослабления возбужде- НИН. При включении электрического торможения, когда ЭДС якоря еще мала и не достигла установившегося значения, ток 1,

может оказаться не

1, r. (.

прерьшным, поэтому в первый момент торможения возможно перерегулирова- ние. Чтобы его ограничить, в течение переходного процесса при включении электропривода система управления должна поддерживать коэффициент заполнения f. на уровне минимально допустимого значения.

На фиг. 3, где Я - минимально допустимое значение коэффициента заполнения импульсного цикла работ двухоперационного преобразователя 1,.р - значение уставки токов, показана регулировочная характеристика А системы независимого возбуждения предлагаемого устройства. Ее особенностью является наличие двух участков с различным наклоном. Пологий участок характеристики соответствует режиму прерывистого тока ip (сплошные линии на фиг. 2), а крутой - режиму непрерьшного тока

ст

(пунктирные линии на фиг. 2).

Также показана регулировочная харак

теристика Б сист емы возбуждения, в которой ток ig спадает при закрытом преобразователе 6 до такой же величины, что и ток ig, как это 5 :имеет место в известном устройстве. При А 0 характеристики А и Б пересекаются.

На фиг. 4, где

10

is 20 5 о

5

0

5

5

0

игр. .icp - ние за период Т значения токов якоря

и возбуждения, показаны диаграммы изменения величин в процессе электрического торможения. В момент времени tj (фиг, 3,4) в начале электрического торможения при скорости вращения, близкой к максимально допустимой скорости начала торможения, определяемой либо величиной 1 3 либо минимально допустимым коэффициентом ослабления возбуждения, в предлагаемом устройстве реализуется ток возбуждения Ig при коэффициенте заполнения А,, что обеспечивает ток i на уровне уставки. Для получения такого же тока Гц в известном устройстве требуется реализация коэффициента д, который лежит за пределом регулирования двухоперационного преобразователя 6. По мере снижения скорости вращения в процессе торможения для поддержания тока 1 на уровне

я ср

уставки происходит увеличение тока igj, при увеличении коэффициента заполнения Я. В момент времени t« при X2 ток igj, достигает уставки и поддерживается постоянным, что вызьтает уменьшение тока при уменьшении ЭДС -якоря по-мере снижения скорости вращения. В момент времени t ЭДС Е становится меньше напряжения источника I U, и для стаie p осущес и

ср.

билизации токов i,,

вляется переход на с амовоз буждение. Дпя этого вначале включается контактор 14, и диод 11 надежно запирается приложенной в непроводящем направлении ЭДС якоря. Диод 15 остается закрытым, поскольку . Ток i д протекает при этом через тормозной резистор 12, а ток i . при закрытом преобразователе 6 - через диод 9 и контакторы 10 и 14, минуя тормозной резистор 12. Ток i.p становится при этом непрерывным и спадает при закрытом преобразователе 6 примерно до такой же величины, что и ток ig, т.е. работа системы возбуждения переходит на характеристи7 1

ку Б (фиг. 3). Ток i рр стремится при этом к возрастанию, и управления уменьшает коэффициент заполнения до величины Л Р поддержания тока i д на уровне уставки

Ср

при сохранении режима реостатного торможения с независимым возбуждением двигателя. В момент времени t выключаются контакторы 4 и 10, чем и .заканчивается переход к самовоз.буж- дению.

В этом режиме при включенном преобразователе 6 токи i и i g нарастают по цепи: якорная обмотка 16, контактор 14, сглаживающий реактор 5, преобразователь 6, обмотка 7 возбуждения, диод 15, якорная обмотка- 16. При закрытом преобразователе 6 ток ig протекает через диод 8, а ток ij, в случае реостатного торможения поддерживается по цепи: якорная обмотка 16, контактор 14, сглаживающий реактор 5, диод 9, тормозной резистор 12, контактор 13, якорная обмотка 16. Для рекуперативного торможения включается контактор 3 и выключается контактор 13. Ток If спсщает при этом по цепи: отрицательный полюс источника 1, диод 15, якорная обмотка 16, контактор 14, сглаживающий реактор 5, диод 9, контактор 3, фильтр 2, положительный полюс источника 1. Сопротивление контура нарастания токов 1 и i j в этих режимах электрического торможения больше сопротивления контура нарастания тока ij в режиме электрического торможения с независимым возбуждением, а ЭДС Е меньше питающего напряжения и. Такому соотношению параметро соответствует регулировочная характеристика (фиг. З). Расположение этой характеристики показывает, что в момент времени t4 токи ij, ig, стремятся уменьшиться, и для поддержания большего из них на уровне уставки происходит увеличение коэффициента заполнения до величины -л

4

Описанная последовательность включения контактора 14 и выключения контакторов 4 и 10 позволяет осуществлять переход к режиму электрического торможения с самовозбуждением двигателя без прерьшания токов якоря и обмотки 7 возбуждения, т.е. без

58

прерьшания тормозного момента на валу двигателя. В дальней- глем по мере снижения ЭДС .якоря в процессе электрического торможёния с самовозбуждением двигателя происходит повторное увеличение коэффициента заполнения вплоть до максимального значения при скорости, близкой к нулю.

Таким образом, благодаря использованию двухоперационного тиристор- но-импульсного преобразователя повышается надежность и упрощается электропривод постоянного тока.

Формула изобретения

Q

Электропривод постоянного тока, содержащий двигатель постоянного тока, источник постоянного напряжения, выходом соединенный с входом

0

X...

входного фильтра,выход которого соеди- I нен с одним выводом первого контактора, а через второй контактор соединен с одним вьшодом сглаживающего реактора, преобразователь, выход которого подключен к обмотке возбуждения двигателя, шунтированной обратным диодом, а вход соединен с анодом первого диода, катод которого соединен с одним выводом третьего контактора, второй диод, соединенный с одним вьшодом сглаживающего реактора, тормозной резистор, один вы5 вод которого соединен с одним вьшодом четвертого контактора, о т л и- чающийся тем, что, с целью повьшзения надежности, в него введены пятый контактор и третий диод,

0 при этом отрицательный вывод источника постоянного напряжения соединен с анодом третьего диода, катод которого соединен с анодом второго диода, а через-якорную обмотку электро5 двигателя и пятый контактор соединен с катодом второго диода, анод которого соединен с вторым вьшодом четвертого контактора, катод первого диода соединен с вторым выводом

0 тормозного резистора и вторым выводом первого контактора, второй вывод второго контактора соединен с общей точкой второго диода и пятого контактора, а второй вьшод сглаживающего

5 реактора соединен с входом преобразователя.

/7 / Л в Лтм Л, Л, Л4

Фиг.

л 1

Изобретение позволяет повысить надежность работы электропривода постоянного тока за счет того, что в электроприводе, содержащем источник постоянного напряжения, через фильтр подключенный к первым выводам первого и второго контакторов (К), вторые вьгооды которых подключены соответственно к точке соединения первого вывода третьего К, первого вывода тор- мозного резистора и катода первого диода и к точке соединения первого вывода сглаживающего реактора (СР), первого вьшода четвертого К и катода второго диода, второй вьшод СР подключен к входу преобразователя, вьпсод которого через обмотку возбуждения двигателя, зашунтированного обратным ДИОДОМ, соединел с общей шиной и анодом третьего диода, катод которого подключен к аноду второго диода, первому выводу пятого К и через якорную обмотку двигателя - к вторым вы- водам третьего К и четвертого К, при этом второй вывод пятого контактора соединен с вторым вьшодом тормоз- ного резистора. 4 ил. (Л

ус/п

чср

(.

,Х

/

« ч

о t,

Фиг4

Составитель Ю. Воробьев Редактор Р. ЦициКа Техред М.ГТароцай Корректор с. Шекмар

Заказ 529/58 Тираж 632Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ПГШ Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

о-о

t, и