Регулятор возбуждения сериесной электрической машины Советский патент 1981 года по МПК B60L15/08 

(54) РЕГУЛЯТОР ВОЗБУЖДЕНИЯ СЕРИЕСНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ

1

Изобретение предназначено для регулирования тока возбуждения сериесных электродвигателей постоянного тока тяговых электроприводов транспортных объектов.

Известен тиристорный регулятор возбуждения сериесной электрической машины, содержащий электрические вентили, часть из которых включена в последовательную цепь, шунтирующую обмотку возбуждения, по крайней мере один из вентилей, включенных в последовательную цепь, управляемый последовательный дроссельно-конденсаторный коммутирующий контур и цепь подзаряда коммутирующего конденсатора 1.

Недостатком этого регулятора является ограниченный диапазон регулирования ослабления поля, особенно при малых значениях тока якоря. Соотнощеиие между током якоря и током в обмотке возбуждения увеличивается лишь при увеличении тока якоря. Это при отсутствии дополнительных обратных связей по току якоря приводит к снижению устойчивости привода.

Цель изобретения - расширение диапазона регулирования, а также снижение массы и габаритов устройства.

Эта цель достигается тем, что параллельно обмотке возбуждения включена дополнительная цель из последовательно соединенных электрических вентилей, по крайней мере один из которых выполнен управляемым, причем каждый из управляемых вентилей связан с дроссельно-конденсаторным коммутирующим контуром, между общей точкой цепей из последовательно соединенных вентилей и обмоткой возбуждения включен линейный дроссель, а каждая цепь из последовательно соединенных вентилей выполнена из неуправляемого и управляемого вентилей, последние из которых шунтирова10ны соответствующим дроссельно-конденсаторным коммутирующим контуром. При этом все последовательно соединенные вентили выполнены управляемыми, а последовательный дроссельно-конденсаторный контур подключен между общими точками последовательно соединенных электрических вентилей.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема регулятора возбуждения с двумя коммутирующими контурами; на фиг. 2 - прин20ципиальная схема регулятора с одним контуром коммутации; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие процесс работы регулятора. Устройство содержит сериесную электрическую машину с якорной обмоткой 1 и обмотдой 2 возбуждения, параллельно которой через дроссель подключены параллельные цепи, состоящие из последовательно включенных управляемых электрических вентилей 4 и 5 и электрических вентилей 6 и 7, которые могут быть управляемыми или неуправляемыми (фиг. 1 и фиг. 2). Каждый управляемый вентиль 4 и 5 шунтирован своим коммутирующим контуром, состоящим из дросселя 8 и конденсатора 9. Для подзаряда коммутирующего конденсатора каждого коммутирующего контура используется цепь подзаряда из токоограничивающего дросселя 11 и двух управляемых вентилей 12 и 13. Для увеличения времени перезаряда коммутирующих конденсаторов в устройство включены нелинейные дроссели 14 и 15. Для снижения пульсации тока возбуждения обмотка 2 возбуждения может быть шунтирована дополнительным диодом 16 и конденсатором 17 (для, схемы фиг. 2 нижний предел регулировани г коэффициента ослабления поля )3 оказывается меньшим когда они отсутствуют). На фиг. 2 в цепи подзаряда коммутирующего конденсатора токоограничивающий дроссель выполнен нелинейным двухобмоточным, который для снижения импульсных перенапряжений шунтирован регулятором 18. Такое исполнение цепи подзаряда позволяет ограничить максимальное напряжение на конденсаторе 9 и снизить импульсные перенапряжения, которые возникают на тиристорах (управляемых вентилях) при подзаряде конденсатора 9. На диаграммах а и б (фиг. 3) показаны напряжения Ui и Us на управляемых вентилях 4 и 5; на в, г, д - напряжение Uj в цепях из последовательно соединенных вентилей 4, 6 и 5, 7. На диаграммах е-л показаны интервалы проводимости электрических вентилей и импульсы управления для включения управляемых -вентилей. Работа регулятора с двумя коммутирующими контурами в моменты времени to-ty осуществляется следующим образом. Пусть в момент времени to включаются управляемые вентили 4 и 13 (фиг. За) .Включение вентиля 5 приводит к шунтированию обмотки 2 возбуждения цепью: дроссель 3 с последовательно включенными электрическими вентилями 6 и 4. Ток в дросселе 3 нарастает, а в обмотке 2 возбуждения снижается. Одновременно происходит перезаряд конденсатора 9 через дроссель 8, нелинейный дроссель 15 и вентиль 4 до максимального обратного напряжения, после чего .. (с момента времени 12) начинается нарастани е тока в обратном направлении, пока встречный ток через управляемый вентиль 4 не достигает значения тока через дроссель 3. Это приводит к запиранию управляемого вентиля 4. В момент времени t j управляемый вентиль 4 запирается и к нему прикладывается обратное напряжение конденсатора 9 (фиг. За). После запирания управляемого вентиля 4 конденсатор 9 продолжает перезаряжаться через шунтирующий диод 16 и конденсэтор 17 (если они имеются) или непосредственно через обмотку 2 возбуждения и дроссель 3, электрический вентиль 6, несколько увеличивая ток, протекающий по дросселю 3, что приводит к дальнейшему снижению тока возбуждения. В процессе перезаряда конденсатора 9 абсолютное значение обратного напряжения, приложенного к цепочкам электрических вентилей 6, 4 и 7, 5, снижается от максимального значения обратного напряжения Umo (в момент времени ti) до нуля (в момент времени t). Далее напряжение изменяет полярность, становится прямым и нарастает за счет энергии, накопленной в дросселях 3 и 8. Включение электрического вентиля 13, которое произошло вместе с включением электрического вентиля 6, привело к дозаряду конденсатора 9 второго коммутирующего контура, подключенного к электрическому вентилю 5, до максимального прямого напряжения Urn. После дозаряда коммутирующего конденсатора 9 (в момент времени 11) управляемый электрический вентиль 13 запирается, а постоянное значение напряжения Utn, приложенное к электрическому вентилю 5, сохраняется вплоть до момента времени ts. В этот момент времени производится включение электрических вентилей 5 и 12, поэтому напряжение на электрическом вентиле 5 (U4.) скачком снижается до нуля (напряжение на открытом электрическом вентиле близко к нулю), а напряжение на электрическом вентиле 4 (Uj) начинает нарастать до значения Ущ Процесс происходит аналогично вышеописанному для моментов времени ta, t,, t2, tj, t, ty, но в работе участвуют электрические вентили 5, 12 и 7. В интервале включенного состояния любого из электрических вентилей 4 или 5 (от момента времени ti до ts) напряжение УЗ равно нулю. После запирания управляемого электрического вентиля 4 или 5 к ним приложено обратное напряжение,, которое также оказывается приложенным к цепям из последовательно соединенных вентилей 6, 4 и 7, 5. В интервале времени от t4 до ts к одному лз электрических вентилей 4 или приложено максимальное прямое напряжение Urn , а на другом возрастает от О (в момент времени t4) до U перед включением соответствующего перезарядного электрического вентиля 12, 13. Поэтому к цепям из последовательно соединенных электрических ,, v,M,...,xi «ii-ej-v . 1 вентилей 6, 4 и 7, 5 оказывается приложено меньшее нарастающее напряжение. При уве личении частоты включения управляемых электрических вентилей (сокращении времени периода Тп ) интервалы времени от .to ДО ts и от ts до t остаются практически неизменными. Сокращается лишь интервал времени , а тем самым длительность и амплитуда прямого напряжения, прикладываемого к электрическим вентилям 6, 4 и 7, 5. Дальнейшее повышение частоты переключения электрических вентилей приводит к тому, что среднее значение напряжения Us становится отрицательным. Максимальное отрицательное значение U з имеет место при такой частоте, при которой интервал времени t4-t сокращается до нуля. При этой частоте коэффициент ослабления поля имеет отрицательное значение (jS 0). Работа регулятора с одним коммутирующим контуром отличается лишь некоторым изменением порядка работы электрических вентилей. Вентили включаются и находятся в проводящем состоянии в соответствии с временной диаграммой (фиг. 3g-j(, ).Так в момент времени to подаются включающие импульсы на управляющие электроды электрических вентилей 6, 4 и 13. Вследствие этого включаются электрические вентили 6 и 13. Вентиль 4 был включен раньше и при непрерывном токе, протекающем по дросселю 3 к моменту времени toi, проводит ток дросселя 3 через конденсатор 9 и дроссель 8. Включенная вентильная цепь из электрических вентилей 4 и 6 щунтирует через дроссель 3 обмотку 2 возбуждения, а через электрический вентиль 13 осуществляет дозаряд коммутирующего конденсатора 9, который кончается к моменту времени t и электрический вентиль 13 запирается. В момент времени tj, который может быть выбран произвольно больщим (но меньщим прлупериода частоты подачи импульсов управления), подается импульс управления на электрический вентиль 5 и он включается. Напряжение U мгновенно снижается до нуля и коммутирующий контур оказывается подключенным к ранее включенному электрическому вентилю 4 и к моменту времени ta выключает электрический вентиль 4, а к нему прикладывается импульс обратного напряжения. Далее происходит процесс перезаряда коммутирующего конденсатора током, протекающим по дросселю 3. До момента времени t4 ток в дросселе продолжает нарастать, а после этого момента начинает снижаться, а конденсатор продолжает заряжаться за счет энергии, запасенной в дросселе 3 до момента времени ts , аналогичного to, при котором импульсы управления подаются на вентили б, 5, 12 происходит дозаряд конденсатора до значения Um. Обмотка 2 возбуждения теперь вновь шунтируется цепочкой электри1.еских вентилей 5 и 7. Далее в момент времени tj включается электрический вентиль 4, к моменту ta выключается электрический вентиль 5 и на нем возникает импульс обратного напряжения, далее процесс протекает описанным выше образом. Повышение частоты подачи импульсов уп равления, сокращение времени Т - периода цикла управления, также приводит к снижению среднего значения прямого напряжения, приложенного к вентильным цепочкам 6, 4 и 7, 5 до тех пор, пока оно не снизится до нуля (фиг. Зг) или даже не достигнет максимального обратного значения (фиг. 3 д), при котором значение будет минимально. Поскольку амплитуда обратного импульса напряжения и его длительность (от t до i) определяются при выбранных параметрах контура коммутации максимальным значением тока, протекающего по дросселю 3 перед коммутацией соответствующего электрического вентиля 4 или 5, то увеличение тока якоря при том же j3 приводит к увеличению тока через дроссель 3 и снижает напряжение U m, Поэтому при постоянной частоте переключе.ния электрических вентилей это вызывает увеличение среднего значения напряжения а это ограничивает дальнейший рост тока по дросселю и даже увеличивает значение коэффициента j9, особенно при значениях Jj меньших, чем то, которое будет иметь место при постоянном включении любой из вентильных цепей. Это позволяет так вы бирать элементы регулятора, что при работе в режиме ослабления поля, ток будет ограничен и не превысит допустимых пределов. Это повышает устойчивость привода и его надежность. Формула изобретения Регулятор возбуждения сериесной электрической машины содержащий электрические вентили, часть из которых включена в последовательную цепь, шунтирующую обмотку возбуждения, по крайней мере один из вентилей, включенных в последовательную цепь, управляемый последовательный дроссельноконденсаторный коммутирующий контур и цепь подзаряда коммутирующего конденсатора, отличающийся тем, что, с целью расщиренйя диапазона регулирования, параллельно обмотке возбуждения включена дополнительная цепь, из последовательно соединенных электрических вентилей, по крайней мере один из которых выполнен управляемым, причем каждый из управляемых вентилей связан с дроссельно-конденсаторным коммутирующим контуром. 2.Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что между общей точкой цепей из последовательно соединенных вентилей и обмоткой возбуждения включен линейный дроссель. 3.Регулятор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что каждая цепь из последовательно соединенных вентилей выполнена из неуправляемого и управляемого вентилей, последние из которых шунтированы соответствующим россельно-конденсаторным коммутирующим контуром. 4. Регулятор по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью снижения массы и габаритов, все последова гельно соединенные вентили выполнены уп1 авляемыми, а последовательный дроссельно-конденсаторный контур подключен между общими точками последо- 5 вательно соединенных электрических веитилей. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 402484, кл. В 60 L 15/08, 1973.

+я

V5 V

ГГ

п

Ц15

I I Ц

,ii i

г

0we. I

1

-I

Э

76 V7

а

Ui АЛЛА VY и У У ККТ 5 tz ь. ,ъ т /////.. . 5 71 tj to tz ti, il tj У. tt %3 tv у//////////////. . /У//////// у//////////х/л. 6У////////// . 3