Устройство для управления электродвигателем постоянного тока Советский патент 1980 года по МПК H02P5/16 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам для управления электродвигателем по- стоянного тока. Известно устройство для управления электродвигателем постоянного тока с выходным каскадом релейного усилителя на тиристорах Щ. Недостаток указанного устройства автоколебательность. Наиболее близким по технической сущ ности является устройство для управлб-. ВИЯ электродвигателем постоянного тока, содержащее реверсивный мостовой тиристорный преобразователь, выход которого подключен к обмотке якоря двигател1я, и блок реверсирования 2, Недостаток данного устройства заключается в том, что включение и реверс двигателя сопровождаются большими токами, кратность которых по отношению к номинальному току двигателя тем выше, чем больше мощность привода, так как с увеличением мощности двигателя умень щается относительное сопротивление обмотки якоря. Указанный недостаток обусловлен тем, что в релейном приводе ёключение двигателя производится сразу на полное напряжение источника. Ограничить пусковой и тормозной ток можно снижением напряжения питания, что и сделано в прототипе, но это приводит к пропорциональному недоиспол1зЗованию двигателя по мощности. . Цель .изобретения - ограничение пус- , ковых и то эмознык токов двигателя на любом желаемом уровне и при полном использовании двигателя по мощности. Поставленная цель достигается тем, что в цепь питания преобразователя включен последовательно конденсатор, управляющий электрод и катод тиристоров катодных групп шунтированы диодами, подключенными анодами к катодам тиристоров, управлйющий электрод и катод тиристоров анодных групп шунтированы последовательной цепочкой из двух диодов и резисто- pa, шунтированного конденсатором, при чем анод первого диода подключен к катоду тиристора, катод второго диода - к резйстору, второй aiaScHMkoToporo соеди- ней с управляющим электродом тиристора общая точка Двух упомянутых диодов сое динена с управляющим электродом другого тиристора одноименной фазы в одном из плеч каждого моста через униполярны ключ блока реверсирования И цепочку из двух встречно-параллельных ветвей, каждан из которых содержит последовательно соединенные диод и динистор. На чертеже представлено устройство для управления электродвигателетд постоянного тока, выполненное согласно изобретению. Схема содержит мотор 1 постоянного тока независимого возбуждения, якорь которого подключен к цепи выпрямлен- НОРО тока реверсивного тиристорного преобразователя. Преобразователь состоит их двух однофазных мостовых выпр мителей 2 и 3, собранных по встречнопараллельной дхеме и питающихся от сети переменного тока через последовательно включенный в один из проводов конденсатор 4.-.; Управляющие электроды и катоды тиристоров с общими катодами,входящих в состав выпрямителя 2, щунтированы дИодами 5.- Управляющие электроды и катоды тиристоров с общими анодами этого же выпрямителя шунтированы последовательно включенными диодами 6,7 и резистором 8, параллельно которому подключен конденсатор 9. Между управ- лйющиШ элёктродамй тиристоров с обШими катодами и общей точкой диодов 6, 7 в одном плече Моста включена цей содержащая встречно параллельно соединенные диод 1О, динистЬр 11. и диод 12 динистор 13, а также первый замыкающий контакт 14 герконного реле 15. -.... ;. . В другом плече выпрямителя 2 аналйгиШбё соединениевШолнено через замыкающий контакт 16 этого же гер- конного реле и токоограничивающий резистор 17. ЦепиупраМения выпрямителя 3 идентичны цепям управления выпря мителя 2. Контакты 18 и 19 управляют . ся от герконного реле 20, Катушки гер- конных реле 15 и 20 подключены к вы%ьдутрехпозиционнбго реверсивного тран зисторного реле 21. Ко входу реле 21 через регулируемый резистор 22 и конден сатор 23 подключено реле 24, идейтичйое по Схеме и характеристикам с реле 21, Питание обоих реле осуществлено постоянным напряжением 12 В от блока питания 25, Вместо герконных реле к выходу реле 21 могут быть подключены, например, входы оптронных тиристоров, Оптронные тиристоры в этом случае могут быть (совместно с диодными мостами) использованы вместо контактов 14, 16 и 18, 19. Устройство работает следующим образом. При отсутствий сигнала на входе реле 24 напряжение на его выходе равно нулю, поэтому реле 21 тоже выключено и катущки 15, 20 герконных реле обесточень. Контакты 14, 16 и 1.8, 19 разомкнуты, следовательно все силовые .тиристоры заперты и мотор 1 выключен. Появление на входе реле 24 сигнала любой полярности вызывает включение реле 24 и реле 21. Так как оба реле реверсивные, то, в зависимости от полярности входного сигнала, под напряжением оказывается катушка 15 или 2О гврконных реле. Пусть напряжение подано на катушку 15, Тогда замыкаются контакты 14, 16 и в зависимости от полярности напряжения сети в данный момент времени включается одна из диагональных пар тиристорного выпрямителя 2, Заметим, что включение тиристоров происходит лишь когда мгновенное значение напряжения, питаюцего преобразователь, больше напряжения переклю- чения динисТоров 11, 13, При переключении динистора, например, 11, ток, отпирающий диагональную пару тиристоров, проходит по цепи диод 6 - динистор 11ключ 14 - управляющий переход первого тиристора - диод 5 (нижний) - ключ 16 - резистор17 - диод 7 (нижний) - резистор 8 и конденсатор 9 - управляющий переход бторого диагонального тиристора - минус сети. После смены полярности сетевого напряжения аналогичным образом включается вторая пара тиристо- ров, а конденсатор 9 (нижний) разряжается на резистор 8 и, таким образом, подготавливается к следующему циклу. Пока замкнуты контакты 14, 16, к якорю мотора 1 приложено выпрямительное напряжение. Мотор разгоняется, причем пусковой ток его ограничен реактивным сопротивлением конденсатора 4, В зависимости от емкости конденсатора ток : : может быть ограничен на любом желаемом уровне. При уменьшении входного сигнала до величины меньшей, чем напряжение выкл чения реле 24, последнее вы1слючается,и конденсатор 23, ранее заряженный до напряжения, равного падению напряжения на резисторе 22, начинает разряжаться по двум параллельным цепям: через резистор 22 и через сопротивление вмхода реле 24 и входа реле 21. Током разряда конденсатора реле 21 реверсируется. В результате на время, близкое к време ни разряда конденсатора 23, герконное реле 20 оказывается включено и его контакты 18, 19 камкнуты. Происходит включение выпрямителя 3 и торможение мотора 1 противовключением. Тормозной ток мотора ограничен сопротивлением конденсатора 4 и в пределе - при тормо жении с холостого тока. Благодаря наличию динисторов 11, 13 переключение диагональных тиристоров моста происхо- дит при достаточно большом коммутирую щем напряжении, что обеспечивает четкую коммутацию тиристоров и предотвращает короткое замыкание двигателя через два тиристора, подключённых к одной фазе моста. При отсутствии динисторов тиристорный выпрямитель эквивалентен неуправляемому диодному мосту, коммутация происходит в точках перехода напряжения через нуль, т. е. при малом комму- тирующем напряжении.. В режиме противовключения к мосту, кроме напряжения сети, приложено напряжение двигателя в проводящем для моста направлении, поэтому при коммута ции в точках перехода напряжения питания через нуль произошло бы одновремен ное отпирание двух тиристоров одной зы с последующим коротким замыканием двигателя. Такой режим недопустим, так как ток торможения идет, минуя конденсатор 4 и может достигнуть недопустимо величины. Время торможения противовклю чением регулируется резистором 22 и Изменением сопротивления резистора, время разряда конденсатора 23 подбирается таким, чтобы за это время мотор 1 успел остановиться. При смене полярности входного сигнала включается катушка 20 герконного реле, замыкаются контакты 18, 19 и пуск привода происходит аналогично описанному. Следует отметить, что при кратковременных включениях привода скорость дви- гвтеля не достигает номинальной. Конден сатор 23 при этом также не успевает зарядиться до максимального напряжения, поэтому время его разряда, а значит и время торможения противовключением уменьшается. образом, схема обладает свойством самонастройки: чем меньше скорость привода в начале торможения, тем меньше и время его противовключения. Наличие в силовой цепи конденсатора 4 придает преобразователю свойства источника тока: даже при Коротком замыкании или заклинивании двигателя ток не может превысить величины . питающей -напряжение сети, -проводимость конденсатора (подобранная . из условий ограничения Полупроводниковые реде 21 к 24 собираются из двух типовых релейных элементов серии, например, Логика-Т (Т-202). Работа только в ключевом режиме всех элементов управления предопределяет высокую надежность и малые потери в схеме. В классических системах импульсно- фазового управления тиристорными преобразователями отпирающие импульсы тока подаются на управляющие электроды тиристоров от Постороннего источника, что не только усложняет схему, но и затрудняет работу привода в прерывистых токов, (при малой нагрузке или на холостом ходу) отпирающие импульсы могут подаваться в моменты времени, когда на анодах тиристоров отрицательное напряжение. В предлагаемой схеме источником отпирающих импульсов является напряжение на силовых тиристорах, что обеспечивает появление отпирающих импульсов только при положительном анодном напряжении тиристоров и устойчивую работу привода в режиме прерывистых токов. .Динисторы 11, 13 (и аналогичные динисторы в выпрямителе 3) должны выбираться на напряжение переключения меньшее, чем амплитуда, питающего мосты напряжения при пусковом токе двига.-: теля. Причем, чем меньшее напряжение переключения динисторов, тем выше максимальное выпрямленное напряжение на якоре двигателя, что создает возмож Шс ydtaHoiekW максимальной скорости привода в (зависимости от требований технологии и согШсрвания выпрямлённо го напряжения преобразователя с номинальным напряжением двигателя. В отличие от классических регулируемых электроприводов в предлагаемой схеме не требуется раздельное управлейие выпр ягМительными мостами с токовой блокировкой; возникающий между мостами ток (в момент переклк; чения мостов) о1 раничиваёт сл конденсатором 4 и, в твчен1яе полу периода напряжения сети, с:падавт до нуля. В прототипе указанная задать решена применением реверсив:ноГо усилителя с искусственнс)й коммутацией. В предлагаемой схеме ис1сусствённой коколутации (со вспомогательными тиристорами и конденсаторами) нет, что упрощает привод и повышает его надежность. Ф о р мул а и 3 о б р е Устро|ст1в6 для у1П равления электроД:виГй1Йпем й{5стдян) тЬкаГ независимо го возбуждения, содержащее реверсивный мостовой тиристорный преобразователь, ВЫкод которого подключен к обмотке яко ря двигателя,и блок реверсирования, о т л И ч а ю щ е ё с я тем, что, с целью ограничения пусковых и тормозны токов двигателя на заданном уровне в цепь питания преобразователя включен, последовательно конденсатор, управляющий электрод и катод тиристоров катодных групп шунтированы диодами, подключешпьзмч анодами к катодам тиристоров, управляющий электрод и катод тиристоров анодных групп шунтированы йоследо- вательной цепочкой из двух диодов и резистора, шунтированного конденсатором, причем анод первого диода подключен к катоду тиристора, катод второго диода к резистору, второй зажим которого соединен с управляющим электродом тиристора, общая точка двух упомянутых диодов соединена с управляющим электродом друГоГо тиристора одноименной фазы в ОДНОМ из плеч каждого моста через униполярный ключ блока реверсирования и резистор, а в другом плече - через униполярный ключ блока реверсирования и цепочку из двух встречнс-параллельных ветвей, каждая из которых содержит последовательно соэдиненные диод.и ди- нистор. : Источники информации. Принятые йо вниманич- при экспертизе 1.Полупроводниковые приборы и преобразовательные устройства, вып. 3, Саранск, 1973, с. 72,рис. 1. 2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2389103/24-07 28.06.77.