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

и фильтр с Д 20 напряжения, а также контактор 21, резисторы 22 и 24, переключатель 23 с двумя замыкаюпщми и двумя размыкающими контактами. В начальной фазе разгона П 9 работает в режиме амплитудно-фазовой модуляции. Поддержание среднего значения пускового тока тягового двигателя осуществляется за счет изменения коэффициента заполнения П 9 в функции выходного значения Д 15. По мере разгона двигателя увеличивается коэффициент заполнения П 9, т.е. время его открытого состояния, что достигается работой БУ 14. В момент достижения максимального значения коэффициента заполнения П 9 Б 16 уменьшает свой коэффициент заполнения. При торможении происходит рекуперация энергии в результате работы ТТ

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводу постоянного тока, и может быть использовано в электрическом подвижном составе с тяговыми двигателями пос-- тоянного тока.

Цель изобретения - повышение КПД электропривода.

На фиг.1 изображена схема электропривода постоянного тока, на фиг.2 - схема блока управления; на фиг.З - схема блока реле задатчика установок якоря тока.

Электропривод постоянного тока содержит двигатель с обмоткой якоря 1, последовательно соединенной с j;pocceлeм 2 и обмоткой 3 возбуждения, шунтированной реверсом 4,. 1ДИН вывод которой соединен с анодом диода 5, диод 6, шунтированный контактором 7, контактор 8, преобразователь 9 с тормозным тиристором 10 и датчиком 11 нулевого тока, диоды 12 и 13, блок 14 управления, датчик 15 тока якоря, возбудитель 16. последовательно соединенные выключатель 17 и индуктивно-емкостной фильтр (дроссель 18, конденсатор 19) ; датчиком 20 напряжения на конденсаторе 19, а также контактор 21, луитированный резистором 22, переклю39820

10, позволяющего рассеять избыточную энергию в виде тепла в резисторе 24, Торможение осуществляется при реверсировании двигателей. Поддержанием постоянного напряжения на конденсаторе 19 фильтра осуществляется перераспределение энергии рекуперации между потребителями и резисторами. В аварийном режиме контактор 21 включает диод 5 и формируется сигнал на прекращение работы В 16, Аварийный процесс устраняется. За счет введения указанных элементов и связей обеспечивается более полное использование мощности двигателя при пуске и эффективная рекуперация знергии при торможении , что позволяет сократить расход электроэнергии и повысить КПД. 3 ил.

чатель 23 с двумя замыкающими и двумя размыкающими контактами, резистор 24.

Выход индуктивно-емкостного фильтра 18, 19 через последовательно соединенные возбудитель 16 и обмотку 3 возбуждения соединен с минусовой шиной питания, соединенной через контактор 21 с анодами диодов 12 и 13,

катодом диода 5 и через последовательно соединенные первый замыкающий контакт переключателя 23, обмотку якоря 1, дроссель 2, преобразователь 9, контактор 8 и диод 6 соединенной с выходом индуктивно-емкостного фильтра 18, 19, анод диода 6 через первый размыкающий контакт переключателя 23 соединен с общей точкой соединения обмотки якоря 1 и первого замыкающего контакта переключателя 23, анод диода 6 через последовательно соединенные тормозной резистор 10, резистор 24 и второй замыкающий контакт переключателя 23 соединен с катодом диода 12 и через второй размыкающий контакт переключателя 23 - с выходом преобразователя 9, катод четвертого диода 13 соединен с выходом возбудителя 16, а

блок 14 управления - с управляющими входами возбудителя 16, преобразо3

вателя 9 и выходами датчика 15 тока якоря и датчика 20 напряжения.

Преобразователь 9 состоит из главного тиристора 25, шунтированного диодом 26, перезарядного тиристора 27, шунтированного амплитудным тиристором 28, коммутирующего тиристора 29, коммутирующего контура 30, 31. В цепь контура коммутации включен датчик 11 нулевого тока. Преобразователь также содержит тормозной тиристор 10.

Возбудитель 16 состоит из перезарядного тиристора 32, шунтированного диодом 33, коммутирующего тиристора 34, коммутирующего контура 35,36.

Блок 14 управления содержит (фиг.2) блок 37 генератора тактовой частоты, блоки 38-41 обратной связи.

1

блоки 42-45 импульсов, блоки 47-52 формирователей импульсов силовых тиристоров, схемы 53-59 запрета, схемы 60 и 61 совпадения, блок 62 импульсов, блок 63 измерения скважности, командоаппарат 64, блок 65 реле за- датчика уставок тока якоря.

Блок 65 (фиг.З) содержит D -триггер 66, выход которого через резистор 67 соединен с базой транзистора 69, в коллекторную цепь которого включено шунтированное диодом 68 реле 70. Кроме того, блок 65 содержит последовательно соединенные операционные усилители 71-73,,выход последнего соединен с делителем напряжения на резисторах 74-76, параллельно которому через контакты 77-70 реле 70 включены делители 80-88,шунтированные стабилитроном 89. .

Контакт 90 реле 70 шунтирует операционный усилитель 72. Выход усили- теля 71, шунтированный диодом 91, является выходом блока 65.

Устройство работает следующим образом.

В двигательном режиме включены выключатель 17, контакторы 7,8 и 21, а также замыкающие контакты переключателя 23.

Пуск и разгон электропривода осуществляются при независимом возбуждении двигателя, причем регулирование тока возбуждения осуществляется с помощью возбудителя 16. В первый момент с помощью командоаппара- та 64 в блоке 65 устанавливается заданное значение пускового тока двигателя. После этого начинается пуск

10

15

20

25

30

398204

двигателя при постоянном токе якоря, равном току возбуждения.

В начальной фазе разгона преобразователь 9 работает в режиме амплитудно-фазовой модуляции. В этом режиме импульс от генератора 37 тактовой частоты через схему 53 запрета и блок 46 поступает на управляющий электрод тиристора 27, после этого происходит колебательный перезаряд конденсатора 30,предварительно заряженного до напряжения источника питания. В момент достижения перезарядным током нулевого уровня датчик 11 нулевого тока вьщает сигнал через схему 54 запрета и блок 47 на управляющий электрод тиристора 28 и происходит обратный перезаряд конденсатора 30. Затем в определенный момент времени каналом управления, состоящим из блоков 38, 42 и 48 и схемы 55 запрета, формируется импульс на управляющий электрод тиристора 29 .

Поддержание среднего значения пускового тока тягового двигателя заданным осуществляется за счет изменения коэффициента заполнения преобразователя 9 в функции выходного значения датчика 15 тока якоря. При этом коэффициент заполнения преобразователя изменяется от величины,

близкой к нулю, до 7

где

L, С - величины индуктивности 34 и емкости 30 контура коммутации, а Т - период управления.

Коэффициент заполнения изменяется за счет смещения момента отпирания тиристора 20 по отношению к тиристору 28, что достигается работой блоков 38 и 42. В блоке 38 вычисляется разница текущего значения тока якоря и заданного, что достигается сравнением выходного напряжения датчика 15 тока якоря с заданным значением блока 65.

Блоки обратной связи построены идентично для всех каналов управле- .ния и состоят из интегратора обратной связи и компаратора.

Вычисленная ошибка регулирования поступает на вход блока 42, представляющего собой управляемый момент временной задержки, состоящий из генератора пилосЗразного напряжения и компаратора. Генератор пилообразного напряжения запускается импульсом

от датчика 11, пилообразное напряжение поступает на вход компаратора, где сравнивается с выходным сигналом поступившим с блока 38. В результате сравнения на выходе компаратора по- является П-образный импульс, длительность которого пропорциональна уровню сравнения этих сигналов. На выходе компаратора импульс дифференцируется и поступает через схему 55 запрета в блок 48, где усиливается, формируется и далее поступает на управляющий электрод тиристора 29.

По мере разгона электропоезда увеличивается скважность (коэффициент заполнения) преобразователя, т.е. время его открытого состояния. В момент, когда управляющие импульсы тиристоров 28 и 29 совпадут по времени, схема 60 совпадения, зафикси- ровав этот состояние системы, выдает импульсы в схемы 34 и 35 запрета на запрет управления по этим каналам и в схемы 56 и 57 запрета на разрешение управления тиристором 29 выходны сигналом датчика 11 через схему 56 запрета и тиристором 25 по каналу управления: блоки 39, 43, 49 и схему 57 запрета. После этого преобразователь 9 переходит в режим широтно-им- пульсной модуляции, где коэффициент заполнения регулируется опережением момента отпирания тиристора 25 по отношению к тиристору 27. Коэффициен заполнения регулируется аналогичным- образом как и в режиме амплитудно- фазовой модуляции.

Вместе с преобразователем 9 работает возбудитель 16. Последний работает постоянно в режиме амплитудно-фазовой модуляции и получает энергию от источника питания. При этом значение тока возбуждения соответствует выбранному значению уставки тока якора, что достигается управлением возбудителя 16 по выходному сигналу датчика 15, причем коэффициент заполнения возбудителя изменяется от величины, близкой к

- нулю, до А где L,

С - величины индуктивности 36 и емкости 35 контура коммутации, а Т - период управления, одинаковый с периодом управления преобразователем 9.

Скважность-(коэффициент заполнения) изменяется за счет смещения момента отпирания тиристора 34 по от5ю

ts 20 25 о

5

0

5

0

5

ношению к тиристору 32, что достигается работой канала управления, состоящего из элементов 41, 45 и 52 и схемы 59 запрета. Реализация режима амплитудно-фазовой модуляции в возбудителе 16 на отличается от этого же режима в преобразователе 9.

По мере разгона поезда преобразователь 9 достигает максимальной скважности (коэффициента заполнения) близкой к единице, что соответствует выходу двигателя на характеристику полного поля.Этот момент фиксируется блоком 63,представляющим собой схему 61 совпадения и элемент 62 временной задержки, отрабатывающий постоянную задержку запускающего импульса датчика 11. В момент совпадения выходного сигнала с блока 49 и блока 62 схема 61 совпадения выдает сигнал- на увеличение уставки пускового тока.

В момент достижения коэффициентом заполнения максимального значения для широтного режима импульс от блока 63 переводит D-триггер 66 в новое устойчивое состояние. На выходе его устанавливается логический потенциал, открываюш;ий транзистор 69. Реле 70 получает питание по коллекторной цепи этого транзистора. Контакт 77 этого реле замыкается, а контакт 78 размыкается. Напряжение, определяемое делителем на резисторах 74-76, подается на вход операционного усилителя 73, инвертируется этим усилителем и поступает на вход интегратора операционного усилителя 72. Выходное напряжение интегратора изменяется по линейному закону от значения, равного О, до значения, определяемого напряжением питания операционного усилителя 72. Требуемая величина напряжения для изменения уставки тока на заданную величину устанавливается операционным усилителем 7 1 , включен- ным по схеме неинвертирующего усилителя .

При обесточенном состоянии реле 70 его контакт 90 шунтирует операционный усилитель 72 и его выходное напряжение равно нулю. Одновременно для поддержания нового заданного значения тока якоря возбудитель 16 начинает уменьшать свой коэффициент заполнения, ослабляя поле. Разгон электропривода заканчивается выходом на характеристику ослабленного поля. Затем следуют режимы выбега, движения

электропривода по инерции и торможения .

Работа преобразователя 9 и возбудителя 16 при торможении аналогична режиму тяги. Отличие состоит в том, что при снижении потребления рекуперируемой энергии начинает работать тормозной тиристор 10 реостатного торможения, позволяющий рассеять избыточную энергию рекуперации в виде тепловой энергии в резисторе 24. Торможение осуществляется при реверсировании двигателей.

В тормозном режиме собираются следующие цепи силового тока: цепь тормозного тока и цепь тока возбуждения. При этом размыкаются контактор 8, замыкающие контакты переключателя 23 и замыкаются его размыкающие контакты.

Контур тормозного (рекуперативного) тока; (-) источника питания - контактор 21 - диод 12 - размыкающий контакт 23 - дроссель 2 - обмотка якоря 1 - датчик 15 - размыкающий контакт 23 - диод 6 - индуктивно-ем- )остной фильтр 18,19 - выключатель 17 - (+) источника питания.

Контур закорачивания обмотки якоря 1: преобразователь 9 - дроссель

2- обмотка якоря 1 - датчик 15- раз мыкающий контакт 23 - контактор 8 преобразователь 9.

I

Контур тока возбуждения: (+) источника питания - выключатель 17 - индуктивно-емкостной фильтр 18, 19 - возбудитель 16 - обмотка 3 возбуждения - (-) источника питания.

Контур спадания тока возбуждения во время паузы возбудителя: обмотка

3возбуждения - контактор 21 - диод 13 - обмотка 3 возбуждения.

В случае уменьшения потребления, рекуперативной энергии начинает возрастать напряжение на конденсаторе 19. При достижении некоторого заране выбранного уровня напряжения на конденсаторе 19 датчик 20 напряжения выдает сигнал, пропорциональньй этому уровню, при этом схема 58 запрета пропустит этот сигнал в блок 40, гд определяется разность текущего значения напряжения на конденсаторе фильтра и заданного. Блок 40 вьщает сигнал в блок 44, где формируется сигнал на отпирание тормозного тиристора 10. Момент отпирания тормозного тиристора 10 обусловлен величиной разности сигналов, вычисленной в блоке 40.

Таким образом, поддерживая постоянное напряжение на конденсаторе фильтра, осуществляют перераспределение энергии рекуперации между потребителем и резисторами.

В аварийном режиме при торможении например, пробое якоря на землю срабатывает на отключение контактор 21, включается тиристор 5 и формируется сигнал в схему 59 запрета на Ьрекра- щение работы возбудителя 16. Создается контур размагничивания двигателя : (-) источника питания - обмотки 3 возбуждения - тиристор 5 - диод 12 - размыкающий контакт переключателя 23 - дроссель 2 - обмотка якоря 1 - (-) источника шатания.

Таким образом, двигатель размагничивается, а аварийный процесс локализуется. Контактор 8 позволяет разорвать цепь контура короткого замыкания преобразователя при аварийном процессе.

Таким образом, за счет более полного использования мощности двигателя при пуске и эффективной рекуперации энергии при торможении сокращается расход электроэнергии при работе электропривода, т.е. увеличивается КПД.

Формула изобретения

Электропривод постоянного тока, содержащий двигатель с обмоткой якоря, последовательно соединенной с дросселем и обмоткой возб-уждения, шунтированной реверсором, один вывод которой соединен с анодом первого диода, второй диод, шунтированный первым контактором, второй контактор, преобразователь с тормозным тиристором и датчиком нулевого тока, третий и четвертый диоды,блок управления, датчик тока якоря, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД в него введены возбудитель, последовательно соединенные выключатель и индуктивно-емкостной фильтр с датчиком напряжения, а также третий контактор, шунтированный первым резистором,переключатель с двумя замыкающими и двумя размыкающими контактами, второй резистор, при этом выход индуктивно-емкостного фильтра через последовательно соединенные возбу9

дитель и обмотку возбуждения соединен .с минусовой шнной питания, соединенной через третий контактор с анодами третьего и четвертого диодоь катодом первого диода и через последовательно соединенные первый замыкающий контакт переключателя, обмотку якоря, дроссель, преобразователь, второй контактор и второй диод - с выходом индуктивно-емкостного фильтра, анод второго диода через первый размыкающий контакт переключателя соединен с общей точкой соединения обмотки якоря и первого

3982010

замыкающего контакта переключателя, анод второго диода через последовательно соединенные тормозной тиристор, второй резистор и второй замы- с кающий контакт переключателя соединен с катодом третьего диода и череь второй размыкаю1ций контакт переключателя - с выходом преобразователя, катод четвертого диода соединен с 10 выходом возбудителя, а блок управления - с управляющими входами возбудителя, преобразователя и выходами датчика тока якоря и датчика напряжения.

Изобретение относится к электро- технике, а именно к электроприводу постоянного тока. Цель изобретения - повышение КПД. Электропривод содержит двигатель с обмоткой якоря 1, дроссель 2, обмотку 3 возбуждения, реверсор 4, диоды 5 и 6, контакторы 7 и 8, преобразователь (П) 9 с тормозным тиристором (ТТ) 10 и датчиком 11 нулевого тока, диоды 12 и 13,блок 14 управления (БУ) и датчик (D) 15 тока якоря. В электропривод введены возбудитель (В) 16, выключатель 17 ;ч 4-f-; W tS5 со со 00 ГчЭ о

К 5,5

От 75

ОпГб5

К (JynpZ6

к

К 57

fj4,5

Sr

56

От 61

От 15

От 37

JL,

f/VwJ2

К. 15

От 61

59

Т

M IhОт 17

,.2.

Редактор А. Шандор

Составитель Ю. Воробьев

Техред М.Ходанич Корректор М. Демчик аказ 3405/54 Тираж 631Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

;Троизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул.. Проектная,4