Тиристорный импульсный преобразователь для управления двигателем постоянного тока Советский патент 1979 года по МПК H02P5/06 H02M3/135 

(54) ТИРИСТОРНЫЙ ИМПУЛЬСНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ДВИГАТЕЛЕМ постоянного

..ТСЖА 36 вйется к источнику питания возвращается jie только та относительно небольшая энер гия магнитного поля, которая была запасена в коммутационном интервале, но и риачителыю большая энергия, запасенная при протекании нагрузочного тока. После очередного включения основного тиристора эта энергия вновь запасается в магнитном поле. Циркуляция количеств энергии приводит к возрастанию действующего напряжения на обмотках и действующего тока во вторичной обмотке, а это увеличивает потери энергии. Конечное значение индукти 5ности линейного реактора создаёт также дополнительную токовую нагрузку на узел принудительной коммутации, что требует увеличения массы его элементов и ведет к дополнительным потерям, понижает надежность устройства и его КПД. Цель настоящего изобретения - повышение КПД и надежности работы устройства, а тйкже расширение функциональных возможностей преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что тиристорный импульсный преобразователь для управления двигателем постоянного тока, содержаш;ий источник питания, связанный через токоограничивак щий реактор, вторичная обмотка которого включена последовательно с возвратным диодом, а рабочая - связана с катодом обратного диода, и через разделительный диод с узлом последовательной коммутации, непосредственно - с анодом шунтирующего диода, а через основной тиристф - с анодом офатного диода и разделительным реактором, соединенным с клеммой для подключения якоря двигателя, снабжен дополнительным токоограНИЧИЁЙЮ11СИМ реактором с дополнительной подмагничивающей обмоткой, разделитель ным реактором, тормозным тиристфом, тормознымреостатом и тиристором тормозного реостата, причем рабочая и вто ричная обмотки дополнительного токоогр ничивающего реактора включены посйедо. вательно и согласно с соответствующими обмотками токоограничивающего реактора, а подмагничивающиё обмотки вклю чены последовательно и встречно между второй клеммой для подключения якоря двигателя и точкой соединения рабочих обмоток дополнительный разделительный реактор включен между вторым выводом якоря двигателяи точкой соединения катодов шунтирующего диода, тормозного тиристора в тиристора тормозного рео5тата, анод тормозного тиристора и втоой вывод тормозного реостата подклюены к катоду обратного диода. На фиг, 1 приведена схема преобразоателя для управления .двигателем постонного тока; на фиг, 2 - временные диараммы токов и напряжений, протекак их в устройстве в режиме разгона двиателя; на фиг, 3 - перемещение рабо чей точки токоограничивающего реактора в режиме разгона; на фиг, 4 - перемещение рабочей точки дополнительного токоограничивающего реактора в режиме рйзгона; на фиг, 5 - временные диаграммы токов и напряжений, протекающ.их в устройстве в режиме торможения двигателя; на фиг, 6 - перемещение рабочей точки токоограничивающего реактора в режиме торможения; на фиг, 7 - перемещение рабочей точки дополнительного токоограничивающего реактора в режиме торможения. К положительному полюсу источника питания преобразователя подключено начало рабочей обмотки токоограничивающе- го реактора 1, конец рабочей обмотки 2 которого соединен с началом подмагничивающей обмотки 3, а конец этой обмотки соединен с кондом подмагничивающей обмотки 4 Дополнительного токоограничивающего реактора 5, начало обмотки 4 подсоединено к якорю 6 двигателя постоянного тока 7, второй вывод якоря 6 через разделительный реактор 8 и основной тиристор 9 подключен к- отрицательному полюсу источника питания. К общей точке разделительного реактора 8 и тиристфа 9 подсоединён анод обратного диода 10, катод которого соединен с концом рабочей обмотки 11 токоограничивающего реактора 5, а начало обмотки 11 подключено к общей точке соединения обмоток 2 и 3 реактора 1, Конец вторичной обмотки 12 реактора 1 соединен с началом обмотки 2, а начало обмотки1 12соединено с концомвторичной обмотки 13реактора 5, конец обмотки 13 соединен с катодом возвратного диода 14, анод которого Подключен к отрицательному полюсу источника питания, К точке соединения катода диода Юн конца обмотки 11 подключены анод тормозного тнристора 15, тормозной реостат 16 и узел 17 последовательной коммутации. Катод тирнстсфа 15 через дополнительный разделительный реактор 18 подключен к общей точке якоря 6 и реактора 8. Второй вывод тормозного реостата 16 через тиристор 19 тормозного реостата в прямом направлении соединен с общей точкой тиристора 15 и реактора 18. Катод обратного диода iO соединен с началом вторичной обмотки 20 импульсного трансформатора узла последовательной коммутации 17, а конец обмотки 20 через коммутирующий тиристо ,21 узла последовательной коммутации |И разделительный диод 22 в прямом на.правлении соединен с отрйцатёльйым полюсом источника питания и с анодом Шу :тирующего диода 23, катод которого подключен к катоду тормозного тй рнстора 15. Для питания обмотки возбуждения 24 независимо от обмотки якоря 6 обмотка возбуждения 24 подключена к тому же источнику.) Преобразователь работает следукйцим образом. При подаче напряжения питания происходит заряд конденсаторов узла последовательной коммутации. С вклюHeKHejCi силового тиристс|)а 0 к нагрузке прикладываетсй напряжение 1яйтанйя и йО цепи через рабочую обмОтку 2, подмагничивакмцую обмотку 3 реактора 1, подмагиичивающую обмотку 4 реактора 5, якорь 6 двигателя 7, разделительньй реактор 8, тиристор 9 начинает протв кать ток. Двигатель 7 последовательно возбуждения работает по схеме независимого возбуждения с целью улучшения электромеханических характеристик Привода. При достаточно большом якорном токе под воздействием подмагнйчййания рабочая точка на петле гистерезиса peaiKTqpa 1 (фиг. 3) перемещается в нрлржевне на верхней насыщенной веТви, а рабочая точка реактора 5 (фиг. 4) - в положение . на нижней насыщенной ветви Число витков в обмотках подмагничввани невелико (как правило, Н 1 ) поэтому иевелика и напряженность магнитного поля HQ. В интервале О - t (фиг. 2 а) ток якоря протекает в обмотке 2 и в обмотке 3 согласно, поэтому рабочая точка на петле гистерезиса реактора 1 перемещает ся далыие По верхней насьиценной ветвн в положение 2 (фиг. 3). Реактор 1 в интервале импульса остается насыщенным. Рабочая точка напетле гвстерезвса реактора 5 остается в положении 1 (фиг. 4) до конка импульса. Якорный тол насыщает также разделительный реактор 8, чем улушиается включение ткрвстарй 8 при пуске схемы. В момент времени -t включается коммутирующий тиристор 21 и на вторичной обмотке 20 импульсного трансформатора формируется импульс запирающего напряже {ия, который через диод 22 прикладывается к катоду тиристора 9, а через диод 10 - к аноду тиристора 9. Реактор 8 в двигательном режиме насыщен, реактор 18 - ненасыщен, нагрузка на узел последовательной коммутации снижена, а это повышает надежность ком мутации, так как Исключено снижение Ьапирающего напряжений ва сИловом тиристоре 9. В момент /fc при включении тиристора 21 к обмотке 11 реактора 5 прикладываетсй сумма напряжений источника питания и вторичной обмотки 20 импульсного трансф6рма:тора. В цепи от источника пита11Ия через обмотку 2, обмотку 11, обмотку 20, тиристор 21, диод 22 начинает протекать ток (фиг. 2 в). Рабочая точка peaKTojpa 5 при этом выходит на нёйась1щёнйу1Ь1зё 1ВЬ и успевает за время коммутации переместиться до некоторого положения 2 (фиг« 4). Ненасыщенный : реактор 5 ограничввает этим короткое ;замыкание источника питания. : Поскольку с включением тиристора 21 К тиристору 9 прикладывается запирак щеё ИафялкёйИе обмотки 20, то трк якоря 6 начинает протекать по цепи через обратный диод 10, обмотку 2О, тиристор 21, диод 22, В момент времени i 2 , (фиг. 2 в) тиристор 21 выключен, напряжение на коммутирующем конденсаторе узла принудительной коммутации становится равным на111 яжёвию Источника питания, разделительный диод 22 запирается и препятствует разряду койденсатора узла принудительной коммутации на источник питания. После запирания диода 22 на обмотке 11 реактора 5 возникает ЭДС самОиндукци пОл ЦОсть напряжения на вторичной обмотке 13 обеспечивает о пирание возвратного диода 14, подключение обмоток 12 и 13 к источнику питания и возврат энергии, накопленной в реакторе 5 за интервал коммутации -Ь -t В интервале t2 -t в цепи: начало обмотки 11, обмотка 3, обмотка 4, якорь 6, реактор 8, диод 10, конец обмотки 11 - HpOTejEaer ток нагрузки. Рабочая точка реактора 5 возвращается на нижнюю ненасыщенную ветвь и успевает остичь положения 3 (фиг. 4), опредеяемого суммой ампервитков обмоток 11 4. Напряжение обмотки 13 становнтся равным нулю и диод 14 запирается источником питания. При последующем включении в момент времени -t (фиг. 2 а) процессы в устройстве повторяются. В случае регулирования длительности импульса напряжения на якоре 6 (фиг. 2 б) изменяется скорость вращения двигателя. Когда среднее напряжение на якоре 6 двигателя 7 (фиг. 2 б) достигает уровня напряжения питания, узел 17 не вклю чается, т. е. управляющие импульсы на тиристор 21 не поступают. По цепи от источника питания через обмотки- 2, 3 и 4, якорь 6, реактор 8, тиристор 9 пр текает постоянный ток и двигатель рабо тает на естественной характеристике. Приращение индукции А В в реакторе 5 определяется лишь напряжением на обмотке реактора 5 в коммутационном интервале и продолжительностью этого интервала. От величины тока якоря при величине этого тока, большей 15-2О% от часовогО| прирашение индукции практически не зависит. При насыщающихся реакторах не запасается энергия магнит ного поля при.протекании нагрузочного тока, поэтому энергия, циркулирующая между источ ником и магнитным полем, уменьшается до малых величин. Кроме того, ненасыщенный реактор 5 обладает большим сопроти1вленйем, в результате чего дополнительная токовая нагрузка н узел йоследовательной коммутации умен шается до малых величин. Все это ведет к снижению потерь 3|Нергии и повышает КПД устройства. Переход к режиму торможения двигателя происходит бесконтактным способо Управляющие импульсы на силовой тирис тор 9 не поступают, а переводятся на тормозной тиристор 15. Ток обмотки во буждения 24 при тор. ожении направления не изменяет. При включении тирисTqpa 15 ток дкоря 6 протекает через н чало обмотки 4, обмотку 3, обмотку 1 тиристор 15, реактор 18. Насыщающийс реактор 18 улучшает процесс включения iтиристора 15. Рабочая точка на петле гистерезиса реактора 1 находится на н ней насыщенной ветви в положении 1 (фиг. 6), рабочая точка реактора 5 на верхней насыщенной ветви в положении (фиг. 7). В момент времени i (фиг, 5 в) включается тиристор 21. За пирающее напряжение обмотки 20 импульсного трансформатора узла принуди тельной коммутации 17 по цепи через 458 тиристбр 21 и диод 23 прикладывается к тиристору 15. Ток якоря 6 протекает по цепи: обмотка 4, обмотка 3, обмотка 11, обмотка 20, тиристор 21, диод 23, peakTOp 18.В режиме торможения ток якоря 6 через разделительный реактор 8 не протекает, так как тиристор 9 не включается, а диод 1О заперт под действием ЭДС двигателя. Ненасыщенный разделительный реактор 8 повышает надежность коммутации, так как исключает короткое замыкани;е запирающего напряжения обмотки 2О по цепи: тиристор 21, диод 22, диод 23, реактор 18, реактор 8, диод 10, обмотка 20. ; При включении тиристора 21 начинает протекать ток и от источника питания по цепи: обмотка 2, обмотка 11, обмотка 20, тиристор 21, диод 22. Рабочая точ.ка реактора 1 переходит на ненасыщенную ветвь в положение 2 (фиг. 6), этим ограничивается короткое замыкание источника питания. После выключения тиристора 21 происходит заряд коммутирующего конденсатора узла принудительной коммутации. При равенстве напряжений источника питания и коммутирующего конденсатора разделительный диод 22 запирается. ЭДС самоиндукции реактора 1 обеспечивает отпирание возвратного диода 14, подключение обмоток 12 и 13 к источнику питания и возврат энергии, накопленной в реакторе 1 при коммутации. Ток якфя 6 под действием ЭДС двигателя протекает в источник питания по цепи: обмотка 4, обмотка 3, обмотка 2, диод 23 и насыщенный реактор 18 (фиг, 5 г). Реактор 1 насыщается (рабочая точка 3 на фиг, 6), диод 14 .запирается. Происходит передача энергии от нагрузки в обратном направлении в источник, т. е, рекуперативное торможение. Если мощность источника питания недостаточна для принятия всей энергии, поступающей от двигателя в режиме рекуперации, то напряжение источника повыщается. При пре ьплении напряжения источника питания вьние установленного предела дальнейшая передача энергии от двига- . Геля в источник прекращается, включает v ся тиристор 19 тормозного реостата 16, Ток якоря 6 замыкается в цепи: обмотка 4, обмотка 3, обмотка 11, тфмозной реостат 16,. тиристор 19, разделительный реактор 18, Запасенная в двигателе энергия передается в обратном направлении в тормозной реостат 16, т. е. осущестВ1Ляется реостатное торможение. При включении тормозного тиристора 15 в момент времени fc (фиг. 5 а) ток чере тормозйой реостат 16 прерывается, процессы в устройстве повторяются до полного торможения,. Формула изобретения Тиристорный импульсный преобразователь для управления двигателем постоянного тока, содержащий источник постоянного тока, связанный через токоограничнвающий реактор, вторичная обмотка которого включена последовательно с возвратным диодом, а рабочая - связана с катодом обратного диода, и через разделитель ный диод с узлом последователь ой коммутации, непосредственно - с анодом шун тирующегчх диода, а через основной тиристор - с анодом обратного диода и раздели тельным реактором, соединенным с клёммой: для подключения якоря двигателя, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и надежности, а также расширения функциональных возмож ностей преофазователя, он снабжен дополнительным токоограничивающнм реактором с дополнительной подмагничивающей обмоткой, разделительным реактором, 6 45 тормозным тиристором, тормозным реостатом и тиристором тормозного реостата, причем рабочая и вторичная обмотки дополнительного токоограничивающего реактора включены последовательно и согласно с соответствующими обмотками токоограничивающего реактора, а подмагничивакадие обмотки включены последовательно и встречно между второй клеммой для подключения якоря двигателя и точкой соединения рабочих обмоток,дополнительный разделительный реактор включен между клеммой для подключения якоря двигателя в точкой соединения катодов шунтирующего диода, тормозного ти{1 истора п тиристора тормозного реостата анод тормозного тиристора и втфой вывод тормозного реостата подключены к катоду обратного диода. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР N 531238, кл. Н 02 М 3/135, 1974. 2.Патент ФРГ № 2424369,, кл. Н 02 М 7/1S5, 1974. 3.Автономные инверторы. Под ред. Тончарова КХП,-; Кишинев Щтиинда, 1974, стр. 144, рис. в9 (прототип).

Фм.г

...