Электропривод постоянного тока Советский патент 1993 года по МПК H02P5/16 H02M7/12 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования частоты вращения электродвигателей постоянного тока или величины постоянного напряжения на нагрузке при питании от трехфазной сети переменного тока.

Цель изобретения - улучшение надежности путем повышения частоты пульсаций тока якоря электродвигателя при использовании одного силового управляемого вентильного элемента и одного блока управления им.

По сравнению с устройством-прототипом в изобретении на силовой тиристор подается пульсирующее с утроенной частотой сети напряжение при незначительном усложнении схемы, что и определяет повышение частоты пульсаций тока якоря и надежности. ..

На фиг. 1 представлена схема устройства; на фиг. 2 - пример выполнения блока включения тиристоров: на фиг. 3 - схема варианта устройства, имеющего расширенный диапазон регулирования; на фиг. 4 - временные диаграммы, поясняющие работу схем.

Электропривод постоянного тока фиг. 1 содержит якорь 1 электродвигателя, соединенный последовательно с первым, силовым тиристором 2, блок управления 3, первый вход которого подсоединен к первому входу якоря 1, второй вход блока 3 соединен с общей точкой якоря 1 и анодного вывода тиристора 2, выход блока 3 соединен с выводом управляющего электрода тиристора 2 и второй выход блока 3 соединен с катодом тиристора 2. Последовательная цепочка из якоря 1 и тиристора 2 питается от трехфазной сети переменного тока с первым 4, вторым 5 и третьим 6 выводами через трёхфазный мостовой выпрямитель, образованный первым 7, вторым 8, третьим 9 диодами и вторым 10, третьим 11 и четвертым 12 тиристорами. Для управления тиристорами выпрямителя в схеме имеются одинаковые блоки включения 13, 14 и 15 для

(Л

С

со со

о о

каждого из тиристоров 10, 11 и 12 соответственно. Блоки 13, 14 и 15 имеют первые входы (16, 17 и 19 соответственно), вторые входы (19, 20 и 21 соответственно), первые выходы (22, 23 и 24 соответственно) и рые выходы (25, 26 и 27 соответственно).

Катоды диодов 7, 8 и 9 объединены и соединены с первым выводом якоря двига- .теля 1, аноды тиристоров 10, 11 и 12 объединены с первыми входами 16, 17 и 18 блоков 13, 14 и 15 и соединены с катодом тиристора 2, анод диода 7 соединен с катодом тиристора 10, вторым выходом 25 блока

13и первым выводом сети 4, анод диода 8 соединен с катодом тиристора 11, вторым выходом 26 блока 14 и вторым выводом питающей сети 5, анод диода 9 соединен с катодом тиристора 12, вторым выходом 27 блока 1.5 и третьим выводом сети 6. Первые выходы 22,23 и 24 блоков 13, 14 и 15 соединены с выводами управляющих электродов тиристоров 10, 11 и 12 соответственно, а вторые входы 19, 20 и 21 блоков 13, 14 и 15 объединены.

На фиг. 2 представлен вариант исполнения блока 13 включения тиристора 10, который включает в себя биполярный транзистор 28, четвертый 29 и пятый 30 диоды, первый 31 и второй 32 резисторы и конденсатор 33. В блоке 13 эмиттер транзистора 28 соединен с анодом диода 29 и образует второй выход 25, база транзистора 28 и катод диода 29 соединены с первым выводом резистора 31, второй вывод последнего соединен с первым выводом конденсатора 33, второй вывод которого образует второй вход 19 блока 13, коллектор транзистора 28 соединен с первым выводом резистора 32 и образует первый выход 22 блока 13, второй вывод резистора 32 соединен с катодом диода 30, а анод последнего является первым входом 16 блока 13. Блоки

14и 15 включения тиристоров 11 и 12 одинаковы с блоком 13 и имеют такие же элементы, выводы и схемы соединения.

На фиг. 3 изображен вариант схемы электропривода, в которую введены первый 34 и второй 35 управляемые ключевые элементы, при этом первый вывод элемента 34 соединен со вторым входом 20 блока 14, первый вывод элемента 35 соединен со вторым входом 21 блока 15, вторые выводы элементов 34 и 35 объединены и соединены со вторым входом 19 блока 13.

На фиг. 4 представлены временные диаграммы напряжений на элементах схем, где диаграмма 36 - фазное напряжение на выводе 4 питающей сети; диаграмма 37 - напряжение между базой и эмиттером транзистора 28: диаграммы 38. 39 - аналогич-

ные напряжения, связанные с выводом сети

5и блоком 14; диаграммы 40, 41 - аналогичные напряжения, связанные с выводом сети

6и блоком 15; диаграмма 42 - напряжение между выводами сети 4 и 5; диаграмма 43 напряжение между выводами 5 и 6; диаграмма 44 - напряжение между выводами сети 6 и 4; диаграмма 45 - напряжение на выходе трехфазного мостового выпрямителя из диодов 7, 8 и 9 и тиристоров 10, 11 и 12 в схеме фиг.1; диаграмма 46 - напряжение между базой и эмиттером транзистора 28 блока 13 в схеме фиг.З; диаграмма 47 - напряжение между базой и эмиттером тран5 зистора блока 15 в схеме фиг.З и диаграмма 48 - напряжение на выходе трехфазного мостового выпрямителя из диодов 7, 8 и 9 и тиристоров 10,11 и 12 в схеме фиг.З, причем диаграммы 46, 47 л 48 показаны при усло0 вии, что элемент 34 на фиг.З не проводит ток, а элемент 35 проводит ток.

Электропривод работает следующим образом.

Пульсирующее с тройной частотой сети

5 напряжение на выходе трехфазного мостового выпрямителя имеет место, если каждый из тиристоров 10, 11 и 12 проводит ток в течение трети периода, т.е. 120 эл.градусов, а в конце .интервала проводимости на0 пряжение на его аноде равно нулю (диаграмма 45 фиг,4). Для обеспечения такой кривой выходного напряжения выпрямителя предназначены блоки включения.13, 14 и 15. Формирование трети кривой выход5 ного напряжения ниже описано для тиристора 10, управляемого от блока 13, т.к. процессы включения тиристоров 11 и 12 протекают аналогично включению тиристора 10 со сдвигом 120 и 240 эл.градусов.

0 Как только на аноде тиристора 10 напряжение становится положительным, от первого входа 16 блока 13 к первому выходу 22 начинает протекать то через диод 30 и резистор 32 (фиг.2), который откроет тиристор

5 ю, если управляющий электрод его не за- шунтировзн открытым транзистором 28. К базе транзистора 28 через резистор 31, введенный только для ограничения коммутационных токов, подсоединен конденсатор 33,

0 второй вывод которого объединен со вторыми выводами аналогичных конденсаторов блоков 1-1 и 15 и, таким образом, к этим конденсаторам приложены фазные напряжения сети (диаграммы 36, 38 и 40), а через

5 базовые переходы транзисторов или шунтирующие их диоды (в блоке 13 - диод 29) протекают токи, опережающие фазные напряжения на 90 эл.градусов.

Напряжения между базами и эмиттерами транзисторов из-за этого также олережа . ют на 90 эл.градусов фазные напряжения (показаны на диаграммах 37, 39 и 41). Из диаграмм видно, что тиристор 10 до момента времени ц закрыт, т.к. открыт транзистор 28. и откроется после момента времени ti, когда напряжение на базе транзистора 28 станет отрицательным и он закроется. При этом напряжение на тиристоре 10.положительно (диаграмма 44) и приложено по цепи: вывод сети 6, диод 9, блок управления 3, анод тиристора 10, а отпирающий ток от анода тиристора 10 поступает через первый вход 16 к первому выходу 22 блока 13 (по ц,зпочке: диод 30 и резистор 32 - фиг.2) в управляющий переход тиристора 10 и далее к выводу сети 4. Тиристор 10 открывается и период проводимости его равен 120 эл.градусов, до спадания напряжения на нем до нуля (момент времени ta), после чего аналогично отпирается тиристор 11, далече - тиристор 12 (момент времени т.з), опять тиристор 10 и т.д., формируй кривую выходного пульсирующего напряжения выпрямителя с частотой пульсаций, равной утроен ной частоте сети (диаграмма 45). Это напряжение подается на блок 3 управления силовым тиристором 2, в результате чего на якорь двигателя 1 может быть подано регулируемое напряжение от нуля до 3/4 от максимально возможного при -выпрямлении симметричным трехфазным мостовым выпрямителем (мостом Ларионова).

На фиг. 3 представлен вариант схемы с расширенным диапазоном регулирования напряжения на якорной цепи. Для этой цели последовательно с конденсаторами блоков 14 и 15 введены управляющие ключевые элементы 34 и 35 (контакты реле, переХлю- чателей, оптосимисторы и т.д.).

При состоянии элементов 34 и 35, проводящими ток, схема фиг.З полностью аналогична схеме фиг.1 и может регулировать напряжение на якоре от нуля до 3/4 от номинального. Перевод элемента 34 в непроводящее состояние(например, размыкание контактов реле) делает постоянно открытым тиристор 11, т.к. не может открыться транзистор в блоке 14, шунтирующий его управляющий переход, а по базовым цепям транзисторов блоков 13 и 15 начинают протекать токи, опережающие на 90 эл.граду- сов напряжение между выводами сети б и 4. При этом напряжение на базе транзистора 28 изменяется в соответствии с диаграммой 46, а на базе аналогичного транзистора блока 15 - в соответствии с диаграммой 47, в результате чего выходное напряжение выпрямителя получаем вид, представленный на диаграмме 48.

Вид кривой напряжения до момента времени и определяется тем. что проводят ток диод 7 и постоянно открытый тиристор 11, а тиристор 12 закрыт, т.к. его управляю- 5 щий переход зашунтирован открытым транзистором в блоке 15 (напряжение на его базовом переходе - диаграмма 47). В момент времени ы открывается тиристор 12 и до момента времени ts проводит ток совме0 стно с диодом 7, а далее, до момента времени te - совместно с диодом 8. В интервале времени от t6 до т. ток из сети проходит через диод 9-и открытый тиристор 11, после чего открывается тиристор 10 (напряжение

.5 на базовом переходе транзистора 28, шунтирующем управляющий переход тиристора 10 - диаграмма 46) и проводит ток до момента времени te, где напряжение на аноде открытого тиристора 11 становится боль0 ше напряжения на аноде тиристора 10 и последний запирается.

Далее, до момента времени t4 + Т проводит ток тиристор 11 сначала с диодом 9 (до момента времени tg), а затем с диодом 7.

5 Величина напряжения, показанного на диаграмме 48, составляет 5/6 от максимально возможного напряжения на выходе трехфазного моста, т.е. при запертом состоянии ключа 34 с помощью тиристора 2 на нагруз0 ку можно подавать пульсирующее напряже- ние, начиная с величины 5/6 от максимального с частотой пульсации, равной частоте сети.

В случае, если в запертом состоянии (не

5 проводящем ток) находятся ключевые элементы 34 и 35, транзисторы в блоках 13, 14 и 15 заперты и тиристоры 10, 11 и 12 открыты. На нагрузку при открытом тиристоре 2 подается постоянное напряжение, равное

0 выпрямленному трехфазным симметричным диодным мостом.

Таким образом, предлагаемое устройство при простой схеме может подавать на нагрузку либо регулируемое пульсирующее

5 напряжение с частотой пульсаций, равной утроенной частоте сети, величиной 3/4 и ниже от выпрямленного диодным симметричным трехфазным мостом, либо регулируемое пульсирующее напряжение с частотой

0 пульсаций, равной частоте сети, величиной 5/6 и ниже от той же величины, либо постоянное, равное выпрямленному диодным симметричным трехфазным мостом при несложном переходе от одного режима рабо5 ты к другому. ,

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 1, Электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, силовой тиристор, три диода и блок управления силовым тиристором, первый вывод якоря электродвигателя соединен с объединенными катодами трех диодов и первым входом блока управления силовым тиристором, анод первого диода соединен с первым выводом для подключения к сети переменного тока, анод второго диода соединен с вторым выводом для подключения х сети переменного тока, второй вывод якоря электродвигателя сое- динен с вторым входом блока управления силовым тиристором и анодом силового ти- ристора, управляющий электрод которого соединен с выходом блокауправления силовым тиристором, вторым выходом подключенным к катоду силового тиристора, отличающийся тем, что, с целью улучшения надежности путем повышения частоты пульсации тока якоря электродвигателя, он снабжен третьим выводом для подключения (с сети переменного тока, введены три тиристора с соответствующими блоками включе-

ния, аноды тиристоров и первые входы блоков включения объединены и соединены с катодом силового тиристора, вторые входы блоков включения соединены, а первые выходы подключены соответственно к управляющим электродам каждого из тиристоров, катод каждого тиристора подключен к второму выходу блока включения и к соответствующему выводу для подключения сети переменного тока.

2.Электропривод по п.1, отличающийся тем, что введен первый управляемый ключевой элемент, включенный между вторыми входами первого и второго блоков включения.

3.Электропривод по п.2, о т л и ч а ю- щ и и с я тем, что введен второй управляемый ключевой элемент, включенный между вторыми входами первого и третьего блоков включения, . ./ ,

Использование: в электротехнике для регулирования скорости в электроприводах постоянного тока. Сущность: повышение частоты пульсаций тока в якорной цепи двигателя до тройной частоты питающей сети достигается питанием схемы от трехфазной сети через диоды, включаемых с помощью одинаковых блоков включения с интервалом проводимости каждого тиристора в одну третью часть периода напряжения сети со спаданием напряжения в конце интервала до нуля. Реулирование напряжения на якоре двигателя осуществляется силовым тиристором с помощью блока управления. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

5 б

фиг.З

t« tgttt tt .tg

фиг. 4.

-Ј