Способ управления тиристорным электроприводом постоянного тока транспортного средства Советский патент 1988 года по МПК H02P5/16 

СП

ОО

со

сриг

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в- тяговых электроприводах.

Цель изобретения - повышение надежности управления электроприводом.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для реализации способа; на фиг. 2 и 3 - схемы блоков устройства; на фиг. 4 - силовая схема электропривода.

Устройство для реализации способа состоит иа генератора 1 треугольного напряжения, выход которого подключен к первому Bxoziy генератора 2 импульсов силового тиристора и второму входу генератора 3 импульсов тиристора искусственной коммутации, выход которого подключен к первому входу элемента И-FIE 4 и первому входу канала 5 управления тиристором искусственной коммутации, выход которого под ключей к первому входу силовой схемы 6. Генератор 2 импульсов силового тиристора подключен к первому входу канала 7 управления силовым тиристором, выход которого подключен к вто- pONry входу силовой схемы 6, подключенной выходом к интегратору 8, выход которого подключен к первым вхо- дам компараторов 9 и 10 напряжения. На второй вход генератора 2 и myльcoв

силового тиристора и первый вход генератора 3 импульсов тиристора искусственной коммутации подключено напряжение задания, к второму входу компаратора 9 напряжения - опорное напряжение верхнего уровня фильтрового кон денсатора 1 , к второму входу компаратора 10 напряжения - опорное напряжение нижнего уровня фильтрового конденсатора Uj. Выход компаратора 9 подключен к дифференцирующему звену 11, дифференцирующему звену 12 и второму входу элемента И-НЕ 4, выход которого подключен к первому входу триггера 13. Выход компаратора напря- сения 10 подключен к дифференцирующему звену 14, подключенному выходом к входу элемента НЕ 15, выход которого подключен к первому входу триггера 16 Выход последнего подключен к входу релейного -элемента 17 и элемента 18 задержки, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ 19. Выход последнего подключен к первому входу элемента И 20, выход релейного элемен та 17 - к третьему входу силовой схемы 6, выход дифференцирующего звена

O

5

0

5

0

5

0

5

0

5

12 - к входу элемента НЕ 21, вьтход которого подключен к вторьм входам триггеров 16 и 22 и первому выходу узла 23 начальной установки триггеров, второй выход которого подключен к второьгу входу триггера 13. Выход триггера 13 подключен к втором пходу элемента И 20, к выходу которого подключены вторые входы канала 7 управг ления силовым тиристором и каната 5 управления тиристором искусственной комм тацил. Выход дифференцирующего звена 11 подключен к входу элемента НЕ 24, подключенного выходом к первому входу триггера 22, выход которого подключен к второму входу элемента ИЛИ 19.

Генератор 1 треугольного напряжения вьтолнен на базе операционных усилителей, генератор 2 импульсов силового тиристора и генератор 3 импульсов тиристора искусственной коммутации выполнены на базе операционных усилителей 25 и 26, работающих в режиме компараторов, и дифференцирующих звеньев, состоящих из конденсаторов 27 и 28 и резисторов 29 и 30. Канал 7 управления силовым тиристором состоит из формирователя импульсов и логического элемента И 31. Канал 5 управления тиристором искусственной коммутации состоит также из формирователя импульсов и логического элемента И 32. Компараторы 9 и 10 напр}гжений вьшол- нены на базе операционных усилителей.

Дифференцирующие звенья 11 и 14 состоят из резисторов 33 и 34 и импульсных трансформаторов 35 и 36, концы первичных и начала-вторичных обмоток которых соединены с общей точкой схемы. Дифференцирующее звено 12 состоит из резистора 37 и импульсного трансформатора 38, концы первичной и вторичной обмоток которого соединены с общей точкой схемы. Обмотки импульсных трансформаторов 35 и 36 включены так, что положительный импульс во вторичных обмотках формируется при отрицательном перепаде напряжения в первичных обмотках,,а обмотки импульсного трансформатора 38 вклЮчеш- так, что положительный импульс в его вторичной обмотке формируется при положительном перепаде напряжения в первичной обмотке.

Релейный элемент 17 содержит ключевой элемент - составной транзистор 39, в коллекторную цепь которого вклю3l

чена обмотка реле 40, контакт 41 которой подключен параллельно кон1акту 42 аппарата управления торможением.

Узел 23 начальной установки триггеров состоит из диодов 43 и 44 и конденсатора 45. Лноды диодов 43 я 4 являются выходами узла 23 начальной установки триггеров, катоды соединены вместе и через конденсатор 45 подключены к обгдей точке схемы.

Интегратор 8 выполнен на базе операционного усилителя,. Элемент 18 задержки содержит одновибратор 46, вы- псгтненный на базе операционного усил теля, охваченного положительной обратной связью, состоящей из Р,С-депи, дис рференп 1рующее звено 47, состоящее из конденсатора 48 и резистора 49, и логический злемент И 50, яьп-юд которого является выходом элемента 18 задержки. Выход одндвибратора 46 соединен с одним из входов j-огического элемента И 50, второй вход которого соединен с входом диффереициру| 11 1его звена 47 и является входом элементл 18 задержки. Выход дифференц1грук1гаего звена 47 подключен к входу одновиб- рятора 46 (инверсному входу операь и- ониого усилителя). Ма неинвер-пгрую- щий вход операшюнного усил.ите-тя од- новибратора 46 подано положительное Напряжение сме 1ения -Е, поэте гу в исходном состоянии на выходе одновиб ратора 46 положителт ное напряжение.

При положительном пс репаде напряжений на входе элемента 13 задержки дифференцирующее звено 47 формирует импульс, который поступает на вход одновибратора 46. На выходе одновиб- ратора 46 устанавливлется отрицатель Ное напряжение. Время присутствия отрицательного напряжения на выходе одновибратора 46 регулируется постоянной времени ЯС-цепи положительной обратной связи.

Положительное напряжение, возникающее на входе элемента 18 задержки в результате положительного пере- пада напряжений, появляется на выходе элемента задержки с выдержкой времени, равной длительности выходного отрицательного импульса напряжения на выходе одновибратора 46.

Силовая схема 6 содержит KOHTaKTtji моторного режима, содержащий обмотку 51 и замь каюп11гй контакт 52, которьш включен между катодом раявязьшающего диода 53 и Началом якорной обмотки

974

54тягового двигателя, контактор тормозного режима, содержащий обмотку

55и зам1.1кающий контакт 56, который включен между началами якорной обмотки 54 и обмотки 57 возбуждения тягового двигателя, имгп. льс1гый преобразов: - тель 58, включенный междл концом обмотки 57 возбуждения тягового двигателя и отрицательным (минусовым) зажимом источника питании, обратный диод 59, подключенный анодом к концу 57 возбл,гАдения ,а катодом к катоду ра5вчть вающего диода 53, блоКИРУЮП31Й диод 60, подключенный анодом к отрицательному (минусовому) за- источника питания, а катодом к концу икорной обмотки 54, раздслительНЫГ; ДИОД 6 1 , ПОЦКЛЮЧе1иП1и { Г.НОДОГ- ;:

коипу якорной оГ;мотки 54, л кпт- чом к начапу обмотки 57 возбуждения, тор- . -юзиой резистор о2, подключенный одним выподом к oTpnnaTc.nbHot-rv- (минусовому) . исто пшка питания, а

вторым через второй замыклшпшй ко)ггакт 63 контактора тормозного ражима к концу оПмотки 57 возбуждения тягового двигателя, источник 64 оперативного напряжется, подключенн,гй к клтоii;. pa3BH3fc;i ci;vi orо гисда 53, которьп , Т1ерез TOI-C ;ipi- CM)r.iK 65 подк1по- 4GH к ):onoHiiTC, ibi iiNf;s (пл огсномл ) за- жиг- - источника 66 :1Ит Л :ия, Р 1сг;тодом к конденсатору 6 сг ллжияа .сиего ф1-1. ь-тра. Обмотка 51 контактора моторного режима подключе :а к источь ику оперативного напряжения через блок-контакт 68 контактора тормозlioго режима. Контактор моторного режима оснап ен замедлителем 69 времени отключения.

Обмотка 55 контактора тормозного режима подкл11чена к источнику оперативного напряжения через зa tыкaюпIИЙ 1.:онтакт 42 аппарата управления торможрпием (цапр1-гмер, командоконтроллера, концевого выключателя, кнопки управления и др.) .

Способ осуществляют следующим образом.

При исчезновениях напря :ения питающей сети и снижении напряжения )ia конденсаторе сглаживающего фильтра до первого (верхнего) уровня Uj , препятствуют прохождению импульсов системы управления на упрапляюца.е злектродд тиристоров импульсного преобразователя, тяговый двигатель переводится в режим свободного выбега, а энергия

заряда фильтрового конденсатора используется для сохранения работоспособности схемы управления электроприводом, при этом дополнительно контролируют второй (нижний) уровень напряжения на фильтровом конденсаторе и, ниже которого схема управления электроприводом начинает рассыпаться, и при снижении напряжения на фильтровом конденсаторе до этого урон ня электропривод автоматически переводится и режим электродинамического торможения, тяговый двигатель, работая в генераторном режиме, заряжает конденсатор сглаживающего фильтра до напряжения первого (верхнего) уровня Ь , после чего тяговый двигатель снова переводится в режим свободного выбега.

При подключении токоприемника 65 к питающей сети 66 к фнпьтровому конденсатору 67, источнику 64 оперативного напряжения и устройству для управления тяговым двигателем постоянного тока транспортного средства прикладывается напряжение. Обтекаются током цепи управления устройством, подключенные к источнику 64 оперативного напряжения. Через блок-контакт 68 получает питание обмотка 51 контактора моторного режима, последний срабатьшает и контактом 52 подключает обмотки 54 и 57 тягового двигателя к катоду разделительного диода 53. Устройство подготовлено к работе.

Во время переходного процесса, при нарастании напряжения питания цепей управле1тя регулятора до установившегося значения, Б-входы RS-тригге- ров 13, 16 и 22 через диоды 43 и 44 и конденсатор 45 присоединены к общей точке схемы. Этим обеспечивается начальная установка RS-триггеров 13, 16 и 22. На прямом выходе RS-тригге- ра 22 устанавливается логическая 1, на инверсных выходах RS-триггеров 13 и 16 - логический О. После окончания переходных процессов конденсатор 45 заряжается, тем самым отключая S- входы от общей точки схемы. Триггеры готовы к дальнейшей работе.

Генератор 1 треугольного напряжения начинает вьфабатывать напряжение треугольной формы, которое поступает на инвертирующий вход компаратора 25 и неинвертирующий вход компаратора 26. На неинвертируемый вход компаратора 25 и инвертируюс(ий вход компаратора 26 подается напряжение задания. Эти напряжения сравниваются, и на выходах компараторов 25 и 26 появ- лйются напряжения прямоугольной формы, последние дифференцируются и поступают в каналы 5 и 7 управления тиристоров.

Логический О присутствует на выходе Но-триггера 13, пока напряжение на конденсаторе 67 сглаживающего фильтра не достигает верхнего уровня U, поэтому на выходе логического элемента И 20 присутствует логический ноль

О, запрещающий импульсам системы управления проходить через канал 7 управления силовым тиристором и канал 5 управления тиристором искусственной коммутации на управляющие электроды тиристоров 70 и 71.

На вход интегратора 8 с датчика напряжения поступает напряжение, пропорциональное напряжению на фильтровом конденсаторе 67. Интегратор 8 выделяет постоянную составляющ ю этого напряжения. После достижения на инверсном входе компаратора 9 напряжения, пропорционального напряжению на фильтровом конденсаторе 67 верхнего уровня и, компаратор срабатывает и на его выходе напряжение логического О скачком меняется на логическую

Дифференцирующее звено 12 формирует импульс, которьй инвертируется элементом НЕ 21 и поступает на S-входы RS-триггеров 16 и 22. Но так как RS- триггеры 16 и 22 уже переключились по этим входам во время переходного процесса при подключении схемы к питающей сети, то их состояние не изменяется. В это же время напряжение логической 1 поступает на второй вход логического элемента И-НЕ 4. Импульсы,

поступающие с генератора 3 импульсов тиристора искусственной коммутации на первый вход элемента ,И-НЕ 4, инвертируются и поступают на R-вход RS- триггера 13, который первым проинвертированным импульсом, попавщим на его R-вход, переключается. На инверсном выходе RS-триггера 13 появляется напряжение логической 1 которая попадает на второй вход элемента И

20. Присутствие на обоих входах элемента И 20 напряжения логической 1 приводит к появлению на выходе этого элемента напряжений логической 1, которая попадает на второй вход элемента И 31 и второй вход элемента И 32, входящих в каналы 5 и 7 управления тиристорами. H myльcы, вырабатываемые генератором 2 импульсов сило- впго тиристора и генератором 3 импульсов тиристора искусс венной коммутации, проходят через каналы 5 и 7 управления тиристорами и поступают на управляемые электроды тиристоров 70 и 71. Напряжение на тяговом двигателе регулирует величина относительной продолжительности включения силового тиристора, которая задается напряжением задания Uj.

При пропаданиях напряжения питающей сети 66 и снижении напряжения на конденсаторе 67 сглажииаюшего фильтра до верхнего порогового уровня U компаратор 9 переключается и на его выходе напряжение логической 1 сменяется логическим О. Дифференцирующее звено 11 с|юрмирует импульс, который инвертируется элементом НЕ 2А и поступает на Р-вход КЯ-триггера 22, последний переключается, и на его выходе напряжение логической 1 сменяется логическим О. Присутствие на входах элемента ИПИ 19 ндпря- жения логического О привод т к появлению на выходе этого элемента напряжения логического О, следовательно, и на выходе элемента И 20 тоже появляется напряжение логического О, которое закрывает каналы 5 и 7 управления тиристорами с помощью элементов И 31 и 32. Импульсы на управляющие электроды тиристоров 70 и 71 не проходят, тяговый двигатель работает в режиме свободного выбега. Энергия заряда конденсатора 67 сглаживающего фильтра используется для сохранения работоспособности схемы управления регулятором.

От количества энергии, накопленной конденсатором 67 сглаживающего фильтра, зависит время, в течение которого схема управления регулятором сохраняет свою работоспособность

При разряде конденсатора 67 сглаживающего фильтра до напряжения, пропорционального опорному напряжению и/ на втором входе компаратора 1 напряжения, последний переключается и на его выходе напряжение логической 1 сменяется логическим О,

Дифференцирующее звено 14 формирует импульс, который инвертируется элементом НЕ 15 и, попадая на Р.-вход

RS-триггера 16, переключает его. На выходе RS-триггера 16 появляется напряжение логической 1, которое по- падает через элементы 18 задержки-и HJBi 19 на первый вход элемента И 20, на выходе которого тоже появляется напряжение логической 1, поступающее на вторые входы элементов И 31 и

32 и открывающее каналы 5 и 7 управления тиристорами.

Напряжение логической 1 с выхода Ro-триггера 16 поступает на вход релейного элемента 17, контактом 41

которого включается режим электродинамического торможения. При этом обмотка 55 контактора тормозного режима подключается к источнику 64 оперативного напряжения. Контактор

срабатывает и силовыми контактами 56 и 63 производит переключение в цепях обмотки 54 якоря и обмотки 57 возбуждения так, чтобы направление ЭДС обмотки 54 якоря совпало с направлением

тока в обмотке 57 возбуждения. Элемент 18 задержки согласует время подачи импульсов на управляющие электроды тиристоров 70 и 71 с временем окончания описанных переключений в

цепях обмоток 54 и 57 двигателя. Одновременно блок-контакт 68 контактора тормозного режима разрывает цепь обмотки 51 контактора моторного режима, и последняя обесточивается. Но так

как контактор моторного режима оснащен замедлителем 69 отключения, то якорь контактора остается в притянутом положении в течение времени задержки, создаваемой замедлителем

69. Во время задержки в обмотке 57 возбуждения тягового двигателя создается Начальный импульс тока. Ток протекает по цепи плюс конденсатора 67 сглаживающего фильтра - контакт 52

контактора моторного режима - контакт 56 контактора тормозного режима - обмотка 57 возбуждения - контакт 63 контактора тормозного режима - тормозной резистор 62 - минус конденсатора сглаживающего фильтра 67.

После размыкания контакта 52 контактора моторного режима тяговый двигатель работает в режиме генератора последовательного возбуждения, величина среднего значения тока и ЭДС самоиндукции регулируется импульсным преобразователем 58. Тяговый двигатель импульсами отдает энергию конденсатору 67 сглаживающего фильтра.

Напряжение на последнем нарастает и, достигая напряжения, пропорционального опорному напряжению U на втором входе компаратора 10, переключает его. На выходе компаратора 10 напряжение логической 1 сменяется на логический О. При достижении напряжением на конденсаторе 67 сглаживающего фильтра напряжения пропорционального опорному напряжению U на втором входе компаратора, последний переключается, напряжение логического О на его выходе сменяется логической 1. Дифференцирующее звено 12 формирует импульс, который инвертируется элементом НЕ 21, и, попадая на о-входы КЗ-триггеров 16 и 22, устанавливает их в исходное состояние. Напряжение логической 1 на входе релейного элемента 17 сменяется логическим О, размыкается контакт 4, отключая от напряжения оперативного источника 64 питания обмотку 55 тор- моэного контактора и последн гй размыкает силовые контакты 56 и 63. Замыкается блок-контакт 68, подключая обмотку 51 контактора моторного режима к напряжению источника 64 оперативного напряжения. Контактор моторного режима срабатывает и силовым контактом 52 подключает обмотки 54 и 57 тягового двигателя к катоду развязывающего диода 53.

Одновременно логическая 1 на первом входе элемента ИЛИ 19 сменяется логическим О, а логический О на втором входе элемента ИЛИ 19 сменяется логической . Поэтому на выходе элемента И 20 по-прежнему остается логическая 1 и импульсы системы управления продолжают проходить на управляющие электроды тиристоров 70 и 71. Если напряжение питающей сети 66 не восстановилось, тяговый двигатель и цепи управления регулятором снова начинают разряжать конденсатор 67 сглаживающего фильтра. При снижении напряжения на конденсаторе 67 сглаживающего фильтра до верхнего порогового уровня Ц компаратор 9 переключается и на его выходе напряжение логической 1 сменяется логическим О. Дифференцирующее звено 11 формирует импульс, который инвертируется элементом НЕ 24 и поступает на R-вход РБ-триггера 22, последний переключается, и на его выходе напряжение логической 1 сменяется логическим О. Присутствие на входах элемента ИЛИ 19 напряжения логического о приводит к появлению на выходе этого элемента напряжения логического О, следовательно, на Выходе элемента И 20 тоже появляется напряжение логического О, которое закрывает каналы 5 и 7 управления тиристорами с помощью элементов И 31 и 32. Импульсы на управляющие электроды тиристоров 70 и 71 не проходят, тяговый двигатель работает в режиме свободного выбега. Энергия заряда конденсатора 67 сглаживающего фильтра используется для сохранении работоспособности схемы управления регулятором.

Процесс повторяется, пока не вос

становится напряжение питающей сети 66 или не произойдет полная остановка транспортного средства.

При кратковременных исчезновениях Напряжения питающей сети 66, если

напряжение на конденсаторе 67 сглаживающего фильтра не успевает снизиться до нижнего уровня, пропорционального опорному напряжению U на втором входе компаратора 10, силовая схема

тиристорного электропривода постоянного тока транспортного средства не переходит в режим электродинамического торможения для подзаряда конденсатора 67 сглаживающего фильтра, а поеле появления напряжения питающей сети 66 тяговый двигатель переводится из режима свободного выбега в режим тяги.

Преимуществом способа является

повышение надежности управления электроприводом постоянного тока транспортного средства при исчезновениях напряжения гштающей сети за счет выполнения следующих операций: контроль

нижнего уровня напряжения па конденсаторе сглаживающего фильтра (ниже которого схема управления электроприводом начинает рассыпаться автоматический перевод электропривода в

режим электродинамического торможения, подзаряд конденсатора сглаживающего фильтра в режиме электрического торможения,за счет ЭДС тягового двигателя. Это позволяет сохранять управляемость электропривода при длительных исчезновениях напряжения питающей сети. При этом увеличивается вг-емя свободного выбега тягового двигателя, в течение которого он может перейти

при необходимости в режим экстренного электродинамического торможения или автоматически перейти в моторный режим после восстановления напряже- ния питающей сети.

Формула изобретения

Способ управления тиристорнъгм электроприводом постоянного тока

транспортного средства, по которому контролируют напряжение на конденсаторе сглаживающего фильтра и при снижении напряжения до первого уровня блокируют прохождение управляющих им- пульсов на управляющие электроды тиристоров импульсного преобразователя, тяговый двигатель переводят в режим свободного выбега, о тлич аю- щ и и с я тем, что, с целью повьщ1е- ния надежности управления, дополнительно контролируют второй уровень напряжения на конденсаторе сглаживающего фильтра и при снижении напряжения до этого уровня тяговый двигатель переводят в режим электродинамического торможения, подключают к конденсатору сглаживающего фильтра и при достижении напряжения на конденсаторе перво го уровня, тяговый двигатель переводят в режим свободного выбега.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в тяговых электроприводах. Целью изобретения является повышение надежности управления. При снижении напряжения питающей сети 66 и снижении напряжения на конденсаторе 67 до уровня и компаратор напряжения переключается и блокируются импульсы управления тиристоров 70, 71. При разряде конденсатора 67 до напряжения U/j другой компаратор напряжения переключается и двигатель переводится в режим электродинамического торможения. Тяговый двигатель подзаряжает конде}{са- тор 67, и при достижении напряжения уровня и двигатель переводится в режим свободного выбега. 4 ил. (Л

PllZ.1

Фиг. г

Uf

rf к точней

фиг.

., Kmov/fpC

.

I Т F i 4

J

jrN; ш1пЬ

Ifnifflrf/K ipue.

I I JJ ll

r« tlRl U-,

1

;№

Kfrreifffea ifue.2