Устройство для импульсного управления электродвигателем постоянного тока Советский патент 1979 года по МПК H02P5/06 H02P5/16 

Изобретение относится к области электропривода и может быть использовано в системах нереверсивного электропривода и следящих системах постоянного тока с импульсным управлением. Известны устройства для импульсного управления электродвигателями постоянного тока методом последовательной коммутации. Устройства с последовательной кo ФlyтaциeЙ имеют существенные преи мущества по сравнению с устройствами , реализующими метод параллельной коммутации, поскольку в устройствах с последовательной коммутацией рабочие процессы в нагрузке протекаиот в значительной мере независимо от электромагнитных процессов в коммутирующих цепях, обеспечивая тем самым более широкий диапазон регулирования и лучшую перспективу применения последовательной коммутации в устройствах управления электр двигателями постоянного тока. Однако устройствам с последовательной коммутацией присущ ряд недостатков , обусловленных особенностями их схем. Так, устройства, описанные в l содержат один силовой тиристорный ключ, для выключения которого используется зарядный дроссель и индук±ивно-емкостнрй контур с трансформаторной связью. Вторичная обмотка трансформатора в таком устройстве включена последовательно с силовым тиристором. Заряд коммутирующего конденсатора в гасящем устройстве осуществляется через линейный дроссель и диод, а перезарядчерез обМотку трансформатора гасящего устройства и вспомогательный тиристор.. / , . . . Коммутирующий конденсатор перезаряжается в колебательном режиме. Энергия, накопленная в конденсаторе, пропорциональна току нагрузки в момент коммутации. Этот эффект накопления энергии в колебательном контуре обуславливает хорсшую статическую и динамическую способность устройств импульсного управления электродвигателяьед постоянного тока.Однако эффект накопления энергии в элементах колебательного контура гасящего устройства приводит к росту напряз ения на элементах, увеличению установленных мощностей, веса и габаритов и потерь энергии в них. Наиболее близким по технической cjhaHOCTH к предлагаемому устройству является устройство, представленное 8 2} . Оно совпадает с предлагаемым устройством по наибольшему числу существенных признаков и содержи один силовой тиристор, два диода, вспомогательный тиристор, зарядный линейный ;фосс0ль, коммутируюьщй дроссель с насыщающимся сердечником, коь 1утирующую емкость, источник питания и источник питания гася щего устройства. якорная обмотка ; вига;теля подклю чена через силовой тиристор к источ нику питания двигателя. Обмотка коммутирующего дросселя подключена последовательно с (диодом,образуя цепь, шунтирующую якорную обмотку, двигателя. Последовательно сбединен ные коммутируюйшй конденсатор, зарядный дроссель и диод подключены к источнику питания гасящего устройства . ВспомогательнЕ;(й тиристор подключен между точкой соединения обмотки коммутирующего дросселя с диодом и точкой соединения ко1 в утирующего конденсатора с зарядным дросселем. Использование специальной размаг ничиваквдёй обмотки позволило сместить рабочую точку в область насыще нИя сердечника и за счет этого пОлу чить на интервашах открытого состоя ния тиристорного к/иоча очень маль1е значения магнитной проницаемости, и дуктивности рассеяния, падения напряжения и потерь в меди трансформа тора гасящего устройства. Однако использование линейного дросселя с большим весом и габаритами для заряда (перезаряда) ком:Мутирующего конденсатора из-за малой Магнитной проницаемости сердечника приводит к завышению установяёнйбй мощнЬсти, дополнительным потерям и снижению КПД устройства. Пр последовательном гашении в коммутирующем конденсаторе накапливается энергия, что ПРИВОДИТ к завышению тока и напряжения на элементах, сни жает нгшежность работы устройства, При малых токах и малых относите ных временах включения нагрузки к источнику питания энергия, накапливаемая в обмотке двигателя, являетс недостаточной для размагничивания сердечника кокмутирукяцего дросселя гасящего устройства, В таких условиях сердечник переходит из области насыщения одной полярности (-В) в область насыщения другой полярности (ЬВ) с неустойчивой коммутацией, Неустойчивая коммутация приводит к ее срыву и делает устройство ненадежным в работе, В соответствии с этим цель изобретения - повышение надежности и коэффициента полезного действия устойства. Эта цель достигается тем, что известное устройство для импульсного управления электродвигателем постоянного тока, содержащее силовой тиристор, включенный последовательно с обмоткой якоря, емкостной делитель входного напряжения из двух конденсаторов, трехобмоточный импульсный трансформатор, одна обмотка которого через буферный диод подключена параллельно обмотке якоря, коммутирующий конденсатор, один зажим которого подключен к общей точке конденсаторов емкостного делителя, первая и вторая обмотки импульсного трансформатора через вспомогательные тиристоры подключены между другим зажимом коммутирующего конденсатора и разноименными входными зажимами емкостного делителя, дополнительнр снабжено третьим вспомогательным тиристором и последовательной цепью из резисторного делителя и диода, включенными параллельно обмотке возбуждения, причем управляющий электрод этого тиристора подключен, к средней точке резисторного делителя, а третья обмотка указанного импульсного трансформатора соединена последовательно с обмоткой возбуждения. На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства. Предлагаемое устройство для.импульсного управления электродвигателем постоянного тока содержит источн к питания 1 с делителем напряжения на конденсаторах 2, 3, силовой тиристор 4, гасящее устройство , выполненное на коммутирующем конденсаторе 5, трех вспомогательных тиристорах 6, 7, 8, импульсном трансформаторе 9 с насыщающимся сердечником и тремя обмотками 10, 11, 12, резисторном делителе напряжения 13,стабилитронах 14, 15 и диодах 16/ 17. Электродвигатель 18 постоянного тока имеет обмотку 19 независимого возбуждения. Первая обмотка 10 трансформатора 9 включена последовательно с диодом 17, образуя цепь, шунтирующую обмотку Якоря электродвигателя 18, Вторая обмотка 11 трансформатора 9 через вспомогательный тиристор 7 одним концом подключена к выводу отрицательной полярности источника питания 1, а вторым концом через коммутирующий конденсатор 5 - к средней точке делителя напряжения 2, 3 . и через вспомогательный тиристор 6 - к точке соединения первой обмотки 10 с диодом 17. Третья обмотка 12 трансформатора 9 подключена к источнику питания через третий вспомогательный тиристор 8, который шун тирован обмоткой возбуждения 19 электродвигателя 18 и цепью из последовательно соединенных диода 16 и реэистивного делителя- 13 напряжения. Выход последнего через стабилитрон 15 подключен к управляющему входу тиристора 8, шунтированному стабилитроном 14. Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образс,, Положим, что в среднем интервгипе импульса (-уТ) тиристор 4 включен. В конце этого интервала включается тиристор 7, ток начинает протекать по колебательному контуру 3-5-11-7При этом конденсатор 5 перезаряжает (заряжается при первом включении од ного из вспомогательных тиристоров гасящего устройства) и на обмотке 1 импульсного трансформатора 9 индуктируется ЭДС, которая трансформируется, в обмотки 10, 12. Под действие ЭДС в обмотке 10 по цепи Тр-1-4-17будет протекать ток, который закрое тиристор 4. С этого момента .начинается интервал паузы (1--у)Т, в конце которого открывается тиристор 4 и начинается следующий (второй) интер вал импульса TfТ. В конце второго ин тервала Т для гашения тиристора 4 вк чается тиристор 6. Так как напряжение на конденсаторе 5 в первоначаль ный момент больше питания 1 на конденсаторе 3, то ток течет по цепи 5-2-1-4-17-6-5. При токе, равном нулю, тиристор 4 выключается, после чего контуром перезаряда конденсатора станет цепь 5-2-10-6-5. Далее процессы повторяются, обеспечивая выключение силового тиристора 4 при каждом включении одного из вспомогательных тиристоров 6, 7 гасящего устройства. Во время работы тиристо ры 6,7 включаются поочередно. При очень малых токах нагрузки размагничивание трансформатора 9 осуществляется в основном током, протекающим через обмотку 12, пос ледовательно включенную с ней обмот ку 19, стабилитроны 14, 15 и резистор 13. При наличии тока нагрузки размагничивание сердечника трансфор матора 9 осуществляется .дополнитель но за счет энергии, накопленной в и дуктивности якорной обмотки. При этом ток якоря замыкается по цепи 18-17-10-18. Если в коммутирующем контуре воз никли напряжения, превышающие заданную величину, то во второй фазе перезаряда конденсатора 5 под действием обратной полуволны ЭДС, коммутируемой в обмотке 12, открывается стабилитрон 15 и включается тиристор 8. При этом энергия, накопленная в трансформаторе 9, возвращается в исходное 1 по цепи 12-1-8-12. Напряжение на обмотке 12 и на конденсаторе 5 будет ограничено на уровне, устанавливаемом резистором 13. Тиристор 8 гасится током, протекающим от источника 1 по цепи 1-12-8-1. Таким образом, в предлагаемом устройстве выключение силового тиристора обеспечивается при каждом перезаряде коммутирующего конденсатора, что позволило уменьшить установленную мощность и потери, а вместе с тем и повысить КПД. Надежное размагничивание сердечника импульсного трансформатора и перевод его в область насьлдения позволило значительно увеличить коммутационную устойчивость гасящего устройства при малых токах нагрузки и за счет этого повысить надежность работы устройства. Надежное ограничение напряжения в коммутирующих элементах на заданном уровне и возврат энергии в источник питания позволили исключить возможность перенапряжений на элементах силового каскада и гасящего . устройства, повысить надежность работы устройства, улучшить его энергетические показатели.Указанными преимуществами предлагаемое устройство для импульсного управления выгодно отличается от известных устройств того же назначения. Предлагаемое устройство без .изменения сущности изобретения может быть использовано не только для импульсного управления двигателями с независи1 в 4 возбуждением, но также и двигател.ями с возбуждением от прстояниых магнитов, последовательным или .смешанным возбуждением. В этих, случаях некоторые изменения претерпевает лишь цепь, содержащая одну из обмоток двигателя. Формула изобретения Устройство для импульсного управления электродвигателем постоянного тока, содержащее силовой тиристор, включенный последовательно с обмоткой якоря, емкостной делитель входного напряжения из двух конденсаторов, трехобмоточный импульсный трансформатор, одна обмотка которого через буферный диод- подключена параллельно обмотке якоря, коммутирующий конденсатор, один зажим которого подключен к общей точке Конденсаторйв емкостного делителя, первая и вторая обмотки импульсного трансформатора через вспомогательные тиристоры подключены между другим зажимом коммутирующего конденсатора и разноименными входными зажимами емкостного делителя, отличающееся тем, что, с целью повьапения надежности, оно дополнительно снабжено третьим вспомогательнь1м тиристором и последовательной цепью из реэисторного делителя и диода, включенными параллельно обмотке возбуждения, причём управляющий электрод этого тиристора подключен к средней точке реэйсторного делителя, а третья обмотка указанного импульсного трансформатора соединена последовательно с обмоткой возбуждения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Гольц М.Е. и др. Автоматизированные электроприводы постоянного тока , Энергия, М., 1972, с. 16, 22, 102.

2.Глазенко Т.Д. Полупроводниковые преобразователи в электропривоЭнергия,

дах постоянного тока Л., 1973, с. 268.