Устройство для управления тяговым электродвигателем транспортного средства Советский патент 1992 года по МПК B60L15/04 

Изобретение относится к автоматизированному электроприводу и предназначено для управления импульсным электроприводом постоянного тока транспортных средств.

Известно устройство для управления тяговым электродвигателем транспортного средства, содержащее импульсный тири- сторный прерыватель, один вывод которого соединен с одним из полюсов источника питания, другой - с анодом обратного диода и одним из выводов обмотки возбуждения тягового электродвигателя, соединенной другим выводом через первый ходовой контактор с одним из выводов обмотки якоря электродвигателя, подключенной другим выводом через тормозной контактор к другому выводу обмотки возбуждения и через второй ходовой контактор - к другому полюсу источника питания, соединенному с катодом обратного диода. Кроме того, устройство содержит блокирующий диод, подключенный катодом к одному из выводов обмотки якоря, а анодом - к одному из выводов тормозного регистра, и тормозной диод, анод которого подключен к одному из полюсов источника питания, а катод - к аноду блокирующего диода, при этом тормозной резистор соединен другим выводом с анодом обратного диода.

Недостатком такого устройства является низкая эффективность, во-первых, из-за снижения быстродействия привода по причине замедления коммутационных процессов в импульсном тиристорном прерывателе, с помощью которого осуществляется импульсное регулирование, при введении в работу в движущем режиме тормозного сопротивления; во-вторых, из-за невозможности полного устранения в приводе обратных перенапряжений вследствие значительного сопротивления ветви тормозных регистра и диода, шунтирующей главный тиристор импульсного прерывателя при импульсном регулировании частоты вращения двигателя; и в-третьих, из-за посл

С

vj о

ел

ON

ниженныхэнергетических показателей привода, обусловленных дополнительными потерями энергии на тормозном резисторе в движущем режиме.

Целью изобретения является повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления тяговым электродвигателем транспортного средства, содержащее тиристорный прерыватель, вход которого подключен через обратный диод к одному, а выход- к другому полюсам источника питания, последовательно соединенные тормозной резистор и тормозной диод, включенные параллельно тиристорному прерывателю, первый ходовой контактор, контакты которого включены между первым полюсом источника питания и одним из выводом якорной обмотки электродвигателя, второй ходовой контактор, контакты которого включены между вторым выводом якорной обмотки и первым выводом обмотки возбуждения электродвигателя, тормозной контактор, контакты которого включены между первым выводом якорной обмотки и первым выводом обмотки возбуждения электродвигателя, и блокирующий диод, катод которого подключен ко второму выводу якорной обмотки электродвигателя, а анод

-к катоду тормозного диода, снабжено ком- мутационным блоком, функциональным преобразователем, датчиком тока и шунтом, включенным между вторым выводом обмотки возбуждения электродвигателя и входом тиристорного прерывателя, причем к выходу шунта подключен датчик тока, соединенный выходом через функциональный преобразователь со входом коммутационного блока, один выход которого подключен к тормозному контактору, а другие выходы

-к тормозному резистору.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для управления тяговым электродвигателем транспортного средства.

Устройство для управления тяговым электродвигателем транспортного средства содержит тиристорный прерыватель 1, один из выводов которого соединен с одним из полюсов источника 2 питания и анодом тормозного диода 3, а другим выводом - к одному из выводов шунта датчика тока 4, аноду обратного диода 5 и выводу тормозного резистора 6. Другой вывод тормозного резистора б соединен с катодом тормозного диода 3 и анодом блокирующего диода 7, Другой полюс источника 2 питания соединен с катодом обратного диода 5 и через первый ходовой контактор 8 с одним из выводов обмотки 9 якоря электродвигателя.

Другой вывод обмотки 9 якоря соединен с катодом блокирующего диода 7 и через второй ходовой контактор 10 с одним из выводов обмотки возбуждения 11

электродвигателя, другой вывод которой подключен к второму выводу шунта датчика тока 4. Датчик тока 4 через последовательно соединенные функциональный преобразователь 12 и коммутационный блок 13 под0 ключей к тормозному резистору 6. Параллельно обмотке 9 якоря и второму ходовому контактору 10 включен тормозной контактор 14.

Тиристорный прерыватель 1 содержит

5 подключенные катодами к полюсу источника 2 питания главный 15 и коммутирующий 16 тиристоры, аноды которых соответственно соединены с анодом и катодом разделительного диода 17 прерывателя 1. Кроме

0 этого, прерыватель 1 включает LC-цепочку из коммутирующих конденсатора 18 и дросселя 18, подсоединенную параллельно главному тиристору 15.

Предлагаемое устройство для управле5 ния тяговым электродвигателем транспортного средства работает следующим образом.

В режиме тяги контакторы 8 и 10 включены и цепи обмоток 9 и 11 тягового элект0 родвигателя подсоединены к источнику 2 питания. Тиристорный прерыватель 1 с заданной относительной продолжительностью включения осуществляет подключение тягового электродвигателя к источнику пи5 тания 2. В этот промежуток времени ток в цепи обмоток 9 и 11 электродвигателя нарастает.

После выключения тиристорного прерывателя 1 ток электродвигателя продолжа0 ет протекать по цепи: обратный диод 5, контактор 8, якорная обмотка 9, контактор 10,обмотка 11 возбуждения. Одновременно по цепи, состоящей из тормозного резистора 6 и блокирующего диода 7, протекает

5 разрядный ток обмотки 11 возбуждения тягового двигателя. В результате ток в обмотке 11 возбуждения спадает медленнее, чем в якорной обмотке 9, и магнитный поток, создаваемый обмоткой 11 возбуждения, из0 меняется в меньших пределах. Так, тормозной резистор 6 используется и в ходовом режиме для шунтирования цепи обмотки возбуждения 11, что ведет к уменьшению пульсаций тока электродвигателя.

5 Цепочка тормозных диода 3 и резистора 6 шунтирует главный тиристор 15, поэтому при коммутации тока нагрузки после выключения главного тиристора 15 ток резонансного перезаряда, обратный для главного тиристора 15, течет по цепи тормозные диод

3 - резистор 6, снимая тем самым обратное перенапряжение с главного тиристора 15 и с привода в целом. Чем меньше сопротивление ветви, шунтирующей главный тиристор 15, тем быстрее этой ветвью перехватывается ток резонансного перезаряда. Однако скорость перевода тока резонансного перезаряда в ветвь тормозных диода 3 и резистора 6 должна быть ограничена условием надежной коммутации тока.

Процесс коммутации тока прерывателем 1 базируется на способе выключения силовых тиристоров по аноду, состоящем в том, что между анодом и катодом подается запирающее напряжение коммутирующего конденсатора 18. При этом ток через тиристор меняет направление или же снижается до значений, меньших тока выключения.

Как известно, при выключенном состоянии Р-n-P-n структуры все Р-n переходы имеют прямое смещение, внутренние базовые области модулированы неосновными носителями, падение напряжения на тиристоре мало. Избыток накапливающихся во время работы неосновных и основных носителей заряда пропорционален прямому току.

При коммутации тока нагрузки напряжением коммутирующего конденсатора 16 в первый момент ток через тиристор 10бр UcK/Ro, где UCK - напряжение на коммутирующем конденсаторе 18; RO - суммарное активное сопротивление коммутирующего тиристора и дросселя, а также соединительных проводов.

До тех пор, пока в Р-базе имеется заряд неосновных носителей и на переходе Р-ба- за - катод прямое смещение, ток остается постоянным.

Затем напряжение на переходе Р-ба- за - катод падает до нуля и меняет знак. К следующему моменту времени переход база Р-типа - катод пробивается, и на нем устанавливается прямое напряжение между Р-базой и катодом.

Обратный ток уменьшается и становится равным

UCK Unpp-кат

Вследствие уменьшения концентрации избыточных электронов в базе n-типа главным образом из-за рекомбинации в некоторый момент времени напряжение на переходе анод-п-база пройдет через нуль и в дальнейшем будет возрастать (по абсолютной величине). За время 1-2 мкс амплитуда обратного тока спадает до величины порядка 0,1 UCK/RO.

Во время выключения тиристоров в базе n-типа сохраняется значительный заряд избыточных носителей, и при подаче положительного напряжения между анодом и катодом элемент включается. Следует отметить, что в большинстве случаев продолжительность процесса выключения Р-п- Р-п структуры в несколько раз превышает время включения и колеблется у различных

0 тиристоров в больших пределах: 0,1-ЗОГ мкс.

Принципиальная разница, имеющая место между процессом восстановления обратного сопротивления в обычных полупр

5 водниковых диодах и процессе выключения в четырехслойных приборах, заключающаяся в том, что увеличение обратного напряжения (тока) при рассасывании в диодах вызывает более быстрый уход

0 избыточных носителей из базы, и время восстановления уменьшается. В то же время увеличение обратного напряжения (тока) при выключении четырехслойных элементов не приводит к более быстрому исчезно5 вению заряда в широкой базе, если ток, обусловленный электронными носителями на переходе п-база - Р-база приближается к нулю. Время включения диода, как и тиристора, значительно меньше времени его вы0 ключения. Следовательно, разница во времени включении диода и выключении тиристора еще более значительна. Поэтому при коммутации больших токов нагрузки в случае недостаточного сопротивления вет5 ви тормозной диод 3 - тормозной резистор 6 возможен перевод тока резонансного перезаряда в указанную ветвь до момента полного восстановления обратного сопротивления главного тиристора 15. Для пред0 отвращения этого при определении минимального значения сопротивления части тормозного резистора, вводимой в работу з режиме тяги, отстраиваются от разности во времени включения тормозного диода 3 и выключения главного тиристора

5 15 при коммутации минимально возможного тока. Это нижний предел регулирования сопротивления тормозного резистора. Верхний предел получают из условия выравнивания времени включения тормозного

0 диода 3 и выключения главного тиристора 15 при коммутации максимально возможного тока. Для каждого типа используемых в схемах силовых диодов и тиристоров эти пределы различны. Их предварительно вы5 числяют исходя из характеристик,установ- ленных в силовой части схемы элементов. Закон регулирования величины сопротивления тормозного резистора 6 заложен в фун- кциональном преобразователе 12 (см.

чертеж). Регулирование осуществляется в функции тока нагрузки, так как продолжительность регенеративного процесса тиристора пропорциональна количеству накапливающихся преимущественно в ба- зах во время работы тиристора неосновных и основных носителей заряда, зависящему от прямого тока, т.е. тока нагрузки.

В качестве функционального преобразователя 12 можно использовать аппрокси- матор.

Коммутационный блок 13 может быть реализован релейно-контакторной схемой, обеспечивающей ступенчатое изменение сопротивления тормозного резистора 6; ре- гулирование сопротивления можно осуществлять непрерывно, используя регулируемый резистор в качестве тормозного.

Перевод двигателя в тормозной режим производится путем отключения контакторов 8 и 10 и последующего включения тормозного контактора 14. Блок-контакты контактора 14 отключают коммутационный блок 13, и тормозной резистор 6 полностью вводится в рабочую часть схемы, так как сопротивление тормозного резистора 6 выбрано из условия обеспечения надежного реостатного торможения двигателя. Ток проходит по цепи: якорная обмотка 9 - тор- мозной контактор 14 - обмотка 11 возбуждения - тормозной резистор 6 - блокирующий диод 7. При включении прерывателя 1 ток проходит через него и тормозной диод 3. В моменты выключения импульсного прерывателя 1 осуществляется отдача энергии с источника 2 импульсами через обратный диод 5 и тормозной диод 3.

Таким образом, величина сопротивления тормозного резистора регулируется при работе привода в движущем режиме, что

наряду с уменьшением пульсаций тока электродвигателя, ведет к устранению в приводе обратных перенапряжений, повышению быстродействия и энергетических показателей. Все это повышает эффективность управления тяговым электродвигателем транспортного средства.

Формула изобретения Устройство для управления тяговым электродвигателем транспортного средства, содержащее тиристорный прерыватель, вход которого подключен через обратный диод к одному, а выход к другому полюсам питания, последовательно соединенные тормозной резистор и тормозной диод, включенные параллельно тиристорному прерывателю, первый ходовой контактор, контакты которого включены между первым полюсом источника питания и одним из выводов якорной обмотки электродвигателя, второй ходовой контактор, контакты которого включены между вторым выводом якорной обмотки и первым выводом обмотки возбуждения электродвигателя, и блокирующий диод, катод которого подключен ко второму выводу якорной обмотки электродвигателя, а анод - к катоду тормозного диода, отличающееся тем, что, с целью повышения быстродействия, оно снабжено коммутационным блоком, функциональным преобразователем, датчиком тока и шунтом, включенным между вторым выводом обмотки возбуждения электродвигателя и входом тиристорного прерывателя, причем к выходу шунта подключен датчик тока, соединенный выходом через функциональный преобразователь с входом коммутационного блока, один выход которого подключен к тормозному контактору, а другие выходы - к тормозному резистору.

Г

I

I

Использование: электропривод тран ,- портного средства с двигателями постоянного тока и импульсным регулированием. Сущность изобретения: изменение величины сопротивления тормозного резистора, включенного параллельно главному тиристору прерывателя, в тяговом режиме работы. Достигаемый эффект - повышение быстродействия. 1 ил.

Г

А

Ј

Т

iJ±I

7

V

MS

А

ia

ItxV

J