Регулируемый электропривод постоянного тока Советский патент 1977 года по МПК H02P5/06 

Изобретеиие может быть использовано при иитании двигателя от аккумуляторов или други.х автономных источников иостоянного тока, обладающих способностью воспринимать энергию иостоянного тока, и где ио условиям работы выгодна рекуперация, а именно в электромобилях, аккумуляторных электровозах, а также нри питании двигателей от сети через выпрямительно-инверторный преобразователь или при питаиии многочислеиных электротранспортных средств от обн1ей сети, например троллейбусов, трамваев, электровозов и т. д.

Известны регулируемые электроприводы постоянного тока, в которых управление скоростью врап1еиия двигателя осуществляется при иомопиг силовых полупроводниковых элемеитов импульсным методом, содержащие, по крайней мере, один тиристор, включенный иоследовательно с двигателем, и схему емкостиого гашения этого тиристора, а также отсекающий диод 1. Такие электроириводы работают в режиме широтно-имиульсного регулироваиия и ие обладают способностью к рекуперации. Недостатками их являются также зависимость режима регулятора от напряжения иитания 1 величины нагрузки и неустойчивость работы ири резком увеличении нагрузки, что сиижает надежность электропривода.

Наиболее близким к изобретению ио технической сущности является электропривод, в котором двигатель постоянного тока подключен к источнику постоянного тока через импульсный преобразователь и ком.мутатор; четыре контакта коммутирующих элементов соедииены иоследовательно; к двум крайним общим точкам их подключен двигатель, а крайние точки соединены с имиульсным преобразователем через диод; импульсный преобразователь представляет собой тиристорноемкостный коммутатор в виде моста с тиристорами в трех плечах, с диодом в четвертом илече и коммутирующим конденсатором в

диагонали моста; между общей точкой диода и тиристора и средней точкой коммутирующих элементов включена последовательная обмотка возбуждения двигателя; резистор, служащий для динамического торможения, щунтирует диод и тиристор; коммутатор замыкает и размыкает цепь обмотки в зависимости от величины скорости и тока двигателя 2. Недостатками этого привода являются отсутствие рек перации эиергпп прп торможении и

больщие пульсации тока якоря, которые обусловлены относительно невысокой частотой работы прерывателя.

Целью изобретения является улучшение энергетических показателей привода. Это достигается тем, что иоследовательная обмотка

нозоуждения вторым выводом через дроесель соединена с общей точкой тиристорно-емкостного моста н диода, включенного между нсT04HIIKOM нитания и мостом встречно тиристорам, и в четвертое плечо моста включен тиристор.

На чертеже дана схема предлагаемого электропривода.

Электропривод содержит источник 1 постоянного тока, преобразователь, выполненный в виде днода 2 и тиристорно-емкостного мостового регулятора с тиристорами 3-5 в трех плечах, двпгатель 6 с обмоткой 7 возбуждения и четыре последовательно включенных коммутирующих элемента 8-11, к двум крайним общим точкам которых подключен якорь двигателя 6. Обмотка 7 возбуждения одним выводом соединена со средней общей точкой ком.мутирующих элементов 9 и 10, а другим выводом через дроссель 12-с общей точкой тиристорно-емкостного моста и диода 2, включенного между источником питания и мостом. В четвертое илечо моста включен тиристор 13.

Электропривод работает следующим образом.

Один импульсный преобразователь используется в двигательном режиме привода, в режиме рекуиеративного динамического торможення и в нодзарядки источника 1 от внещиего источника питания. В двигательном режиме привода (когда есть соиротивлеиие движеиия электромобиля) замкнуты коммутирующие элементы 8 и 10. При включении иары тиристоров, например, 4 и 13 конденсатор 14 заряжается от нанряжеиня источника 1. Ток заряда конденсатора протекает через тиристоры 4 н 13, дроссель 12, обмотку 7, элемент 10, якорь двигателя 6 и элемент 8. Цепь представляет собой колебательный контур. Как известно, напряжение на конденсаторе в этом процессе может достичь иочти двойного напряжения источника 1. В данном случае этого не происходит. Как только напряжение иа конденсаторе в процессе заряда от источиика 1 достигает величины напряжения этого источника, диод 2 отпирается, конденсатор оказывается включенным параллельно источнику 1 и дальиейщего изменения напряжения конденсатора не ироисходит. Следовательно, ток через конденсатор и тиристоры 4 и 13 становится равным нулю. Тирнсторы 4 и 13, таким образом, самозапираются. Ток дросселя 12 и обмотки 7 в этот момент времени ие равен нулю и продолжает протекать через якорь двигателя 6, элементы 8 и 10 и диод 2. При включении другой пары тиристоров 3 и 5 конденсатор 14 начинает нерезаряжаться по указанному колебательному контуру, а диод 2 запирается до того момента, иока наиряжеиие на конденсаторе не сменит полярность и ие станет снова равным нанряжению источника питания. Далее тиристоры 3 и 5 самозаиираются. Перезаряд конденсатора каждый раз ироисходит от напряжения источника 1 одной полярности до того же напряжения

д)угои иолярпостп, т. е. каждый пе|:1езаряд соответствует передаче через имиу,: ьсный коммутатор одного и того же 1юлпчествс1 электричества.

Пропорционально изменению частоты поочередного включения пар тиристоров (4 и 13,

3и 5) измеияется среднее значение тока, иотребляемого от источника 1, т. е. при неизменной частоте включения тиристоров обеспечивается режим иостояиства потребляемой от источника 1 мощности и, соответствеиио, постояиство моп,иости электроиривода. Запирание и.миульспого коммутатора осуществляется ирекрапдением подачи отппраюи1их тиристоры имиульсов.

Среднее значение тока двигате.чя 6 отличается от тока источника 1 и больще его. При уменьщении э. д. с. двигателя 6 иримерно обратно иропорционально увеличивается его ток.

Особенностью работы мостового и.мпульсиого коммутатора на тиристорах 3-5 и 13 является режим замозапирания тиристоров, т. е отсутствие взаимокоммутации и, как следствие, устойчивая коммутация вплоть до к. з.-

стопореиия двигателя.

В режиме рекуперативного динамического торможения замкнуты коммутирующие элементы 9 и 11. Полярность наиряжения на якоре двигателя сохраняется такой же, что и в

двигательном режиме, т. е. положптельный полюс находится в точке В. При включении иары тиристоров, наиример, 4 и 13 конденсатор 14 начииает заряжаться от э.д. с. двигателя 6 через дроссель 12 и обмотку 7. Включение обмотки 7 в этом режиме остается согласованным с полярностью э. д. с. двигателя 6. Контур заряда конденсатора является колебательным, поэтому конденсатор заряжается почти до двойной величины э.д. с. двигателя 6 с иоложительиым полюсом в точке В. По истечении времени, равиого полупериоду собствеиных колебаний колебательного контура, ток в контуре прекращается п тиристоры

4и 13 самозаппраются. При включении другой пары тиристоров 3 и 5 нроисходпт перезаряд конденсатора но указанному контуру. В начале этого интервала при включении тиристоров 3 и 5 напряжение конденсатора оказывается согласным с э.д. с. двигателя 6 и

вдвое больпш ее. Поэтому перезаряд конденсатора производится иод действием утроенной э.д. с. двигателя б до величины примерно в 2-(2+1) раза большей, че.м э. д. с. двигателя. Так при каждом перезаряде конденсатора его

иаиряжеиие увеличивается. Имеет место процесс, аиалогичиый ироцессу «накачки в автономном инверторе тока. По наиряжение конденсатора не увеличивается беспредельно, а ограничено иаиряжением источника 1. Действительно, если в процессе очередного перезаряда иапряжепие конденсатора достигает величины напряжения источника 1, отиирается диод 2 и конденсатор оказывается включенным параллельно источнику I. Папряжение

и а конденсаторе больше не изменяется, ток

через него прекращается. Соответствующая пара тиристоров мостового коммутатора (3 и 5 или 4 и 13) самозапирается. Ток дросселя 12 в этот момеит не становится равным нулю и замыкается через диод 2 и источник 1. Полярность тока, поступающего в этом интервале в источник 1, соответствует рекуперации энергии. По истечении некоторого времени или при включении очередной пары тиристоров мостового коммутатора ток рекуперации прекращается на время перезаряда конденсатора. Далее процесс повторяется.

С увеличением частоты включения пар тиристоров мостового коммутатора увеличивается его ток и ток двигателя. Путе.м изменения частоты включения тиристоров мостового коммутатора регулируются величина тока двигателя и величина тормозного момента. Средняя величина эквивалентного сопротивления, на которое включена цепь якоря двигателя, изменяется от величины сопротивления запертых тиристоров мостового коммутатора до величины, близкой активному сопротивлению резонансного контура нерезаряда конденсатора. При весьма малой э.д. с. двигателя 6 (в конце интервала торможения двигателя) напряжение на конденсаторе может не достигать напряжения источника 1.

Импульсный преобразователь молсет быть использован для подзарядки источника 1 от внешнего источника. Для осуществления этого режима все коммутирующие элементы 8- 11 находятся в отключенном состоянии, а внеиший источник подключается к точкам А и В или С и В а полярности зарядки, соответствующей проводящему состояиию мостового коммутатора. Работа схемы происходит аналогично режиму рекуперативного динамического торможения. При этом напряжение внешиего источника может быть любы.м, но не больнге напряжения источника 1. Путем изменения частоты работы мостового коммутатора в это.м режиме осуществляется управление током зарядки источнпка 1. Тиристоры мостового коммутатора при осуществлении рекунерации самозанираются. В это.м случае.

если напряжение конденсатора не достигает напряжения источника 1 по причине .мало) величнны э.д. с. двигателя, может нметь место режим взаимоком.мутацпи тиристоров, но весьма легкий, подобный коммутации на .. х. автономного инвертора тока.

Период работы импульсного мостового коммутатора близок времени иерезаряда конденсатора. Частота работы такого коммутатора на порядок вьине, че.м коммутаторов тииа прерыватель постояиного тока, что иозволяет использовать дроссель меньпшх размеров.

Эффективиость рекуперации энергии тор.можеиия определяется конкретными условиями (дорожны.ми) и режимом эксплуатации электротранспорта.

В качестве коммутирующих элементов 8- 11 могут быть использованы как электромеханические контактные аппараты, так и тиристоры.

Ф о р м } л а изобретения

Регулируемый электропривод постоянного тока, содержащий источник постоянного тока, преобразователь, выполненный в виде диода и тиристорно-емкостиого мостового регулятора с тиристорами в трех плечах, двигатель последовательного возбуждения, не менее четырех последовательно включенных коммутирующих эле.ментов, к двум крайним общим точкам которых подключен якорь двигателя, а обмотка возбуждения одним выводом соединена со средней общей точкой ком.мутирующнх элементов, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью улучшения энергетических ноказателей электропривода, обмотка возбуждения другим выводом через дроссель соединена с общей точкой тиристорпо-емкостного моста и диода, включенного между источником питания и мостом встречно тиристорам, и в четвертое плечо моста включен тиристор.

Источники информащп, принятые во внимание при экспертизе:

1.Патент ФРГ Л 1242289, кл. 21d 69, 1967.

2.Патепт Японии № 3449, кл. 55с 212.1, 1972.