Устройство для импульсного регулирования скорости вращения электродвигателя постоянного тока Советский патент 1983 года по МПК H02P7/28 

Изобретение относится к области силовой полупроводниковой техники, в частности к тиристорным широтноимпульсным преобразователям (ШИП), и может быть использовано для регули рования скорости вращения электродви гателей постоянного тока электротран спорта. , Известны независимые ШИП с параллельной емкостной коммутацией, основанные на том, что коммутирующий конденсатор, предварительно заряженный по цепи, не зависящей от нагрузки, в нужные моменты времени разряжа ется через вспомогательный вентиль, запирая при этом основной тиристор. Известен широтно-импульсный преобразователь, в котором независимый контур с коммутирующим конденсатором получает питание от дополнительного источника. Такой ШИП характеризуется гибким и плавным регулированием частоты вращения, надежной работой элек ропривода, хорошей перегрузочной ; способностью lj. Недостатками ШИП является необходимость иметь дополнительный источник для питания коммутирующих цепей , сложность схемы упранпения тиристорами, не(оторая ограниченность и зависимость диапазона регулирования от нагрузки и от частоты коммутации, подпитка цепи нагрузки дополнительным источником при перезарядке конденсатора. Наиболее близким по техническому решению к предлагаемому является устройство для импульсного регулирования скорости вращения электродвигателя постоянного тока, содержащее управляемую тиристорную цепь переменного тока с коммутирующим конденсатором, включающую зарядный, рабочий и коммутирующий тиристоры, импульсный трансформатор с обмотками управления и обратный диод, включенный 9 (параллельно выводам -,„.., для подключения электродвигателя t2j. Недостатками этого устройства являются возможность коротких замыканий источника питания при повышении входного напряжения, а также обрывах цепей дополнительных обмоток импульсных трансформаторов; .огра ниченный диапазон регулирования скважности малая жесткость внешней характеристики, сравнительно низкая возможная частота коммутации и малая рабочая о-бласть .токов нагрузки из-за отсутствия контура ускоренного разряда коммутирующего конденсатора независимого от силовой цепи; завышенная установленная мощность обратного диода, так как через него замыкаются одновременно токи разряда конденсатора и двигате ля, не гарантировано надежное запирание рабочего тиристора при измене нии входного напряжения, а следовательно, и напряжения на коммутирующем конденсаторе; возможность обрат ного разряда конденсатора через источник питания при резком возрастаНИИ тока нагрузки и падений напряжения источника, т.е. устройство им ет недостаточный диапазон регулирования выходных частот при значитель ных изменениях величины нагрузки, невысокую надежность и сложное управление. Цель изобретения - расширение ди апазона регулирования выходных частот при значительных изменениях величины нагрузки, повышение надежности и упрощение. Поставленная цель достигается тем, что устройство для импульсного регулирования скорости вращения эле родвигателя постоянного тока, содержащее управляемую тиристорную це переменного тока с коммутирующим ко денсатором, включающую зарядный, рабочий и коммутирующий тиристоры, импульсный трансформатор с обмотка управления и обратный диод, включен ный параллельно выводам для подключения электродвигателя, снабжено ин вертором напряжения с выходным разд лительным трансформатором вторична обмотка которого через зарядный тир стор соединена с коммутирующим кон денсатором, включенным параллельно рабочему тиристору,зашунтированному дополнительно введенным диодом, через коммутирующий тиристор. Кроме того, устройство снабжено задающим генератором с выходным импульсным трансформатором, вторичные обмотки которого соединены с цепями управления тиристоров инвертораt непосредственно, а с цепями управления рабочего коммутирующего и зарядного тиристоров - через фазосдвигающие цепи. На фиг. 1 представлена принципиальная схема устройства для импульсного регулирования частоты вращения электродвигателя постоянного тока смешанного возбуждения; на фиг. 2 показана при периоде Т изменения нап-ряжения на нагрузке длительность его импульса без временного сдвига фазосдвигающих цепей и при работе этих цепей. Устройство содержит основной тиристор 1, шунтирующий его диод 2, дроссель 3, якорь двигателя t, обмотки последовательного 5 и независимого 6 возбужденияJ коммутирующий тиристор 7, зарядный тиристор 8,. коммутирующий конденсатор 9, выходной трансформатор 10 , инвертор напряжения 11, задающий генератор 12, обратный диод 13, выходной импульсный трансформатор I с первичной обмоткой 15 и вторичными обмотками 16-22, фазосдвигающую цепь 23 с переменным резистором 2 и фазосдвигающие цепи 25 и 26 со спаренным потенциометрам 27. На фиг. 2 при периоде Т изменения напряжения на нагрузке показана длительность импульса его без временного сдвига фазосдвигающих цепей, ин и tn7 -соответственно при работе фазосдвигающих цепейуправления тиристоров 1 и 7. Устройство работает следующим образом. В момент подачи управляющих импульсов через фазосдвигающие цепи 23 и 26 от выходных обмоток 16 и 18 включаются тиристоры 1 и 8. При этом напряжение подается на нагрузку и через выходной разделительный трансформатор 10 и тиристор 8 происходит заряд коммутирующего конденсатора 9 от инвертора 11 с полярностью, ука.занной на фиг. 1. Для запирания основного тиристора 1 включается коммутирующий тиристор 7. При этом происходит процесс разряда конденсатора 9 по цепи 7,3 и 2. По окончании процессов заряда и разряда конденсатора тиристоры 7 и 8 запираются естественной комму тацией. Шунтирующий диод 2 обеспечивает уменьшение времени разряда конденсатора и, следовательно, прямоугольную форму импульсов выходного напряжения. Это приводит к увеличению жесткости внешних характеристик., расширению Диапазона регулирования выходного напряжения при значительных изменениях нагрузки. Дроссель 3 со средней точкой дополнительно уменьша ет влияние разряда конденсатора на нагрузку. Так как в предлагаемом устройстве тиристоры 1 и 8 могут включаться в различные.моменты времени первого полупериода импульсов напряжения трансформатора 10, а тиристор 7 - : во втором полупёриоде его, то скважность можно регулировать изменением (моментов включения тиристоров 1 и 7 (фиг. 2) . Минимальная длительность импульсов напряжения получается при включении тиристора 1 в конце первого полупериода, тиристора 7 - в начале второго, а максималь;Ная (со скважностью равной 1) - при включении тиристора I в начале первого полупериода и тиристора 7 в конце второго полупериода. Плавное регулирование скважности от О до 1 достигается тем, что переменный резистор фазосдвигающей цепи 23 позволяет изме нять скважность практически от О до 0,5 в пределах первого полупериода, а потенциометр 27 фазосдвигающей цепи 25 обеспечивает/регулирование скважности в пределах от 0,5 до 1 во втором полупериоде. Применение совместно с фазосдвигающей цепью 25 еще одной цепи 26 со спаренным (общим) потенциометром всегда обеспечивает при включении тиристора 7 выключение тиристора 8, так как управляющие имп/льсы приходят на эти-Тиристоры с временным сдвигом в -4-. В результате, за весь период регулирования нагрузка не подпитывается от источника по цепи 10,8, 7 и 3. Независимость цепей заряда и разряда конденсатора друг от друга и от силовой цепи за весь период регулирования обеспечивает независимость про текающих в них электромагнитных процессов от изменения нагрузки и напряжения на зажимах преобразователя, а также минимальную величину емкости 9 0« , , конденсатрра уменьшение коммутационных потерь, равенство тока рабочего тиристора току нагрузки. Поскольку процессы заряда и разряда конденсатора практически не влияют на величину и форму импульсов . напряжения на нагрузке, то управление частотой вращения электродвигателя получается гибким и плавным в широком диапазоне изменения нагрузки. Инвертор 11 питается от той же се- . ти постоянного, тока что и двигатель. Цепи урравления тиристорами инвертора подключены через диоды к выходным обмоткам трансформатора Н. Первичная обмотка 15 трансформ тора Ц подключена к выходным зажимам задающего генератора 12 с регулируемой или постоянной частотой импульсов. Трансформатор 10 имеет коэф- ; фициент трансформации, при котором конденсатор заряжается до напряжения, достаточного для надежного запирания рабочего тиристора во всем диапазоне изменения нагрузки-. Кроме того, указанный трансформатор электрически отделяет контур 5аряда от силовой цепи.Цепи управления и коммутирующие контуры при работе нагрузки на полном напряжении могут быть отключены размыканием обмотки 1.5, что ведет к дополнительной экономии электроэнергии . Устройство для импульсного регулирования скорости вращения электродвигателя постоянного тока обеспечивает устойчивое управление регулированием частоты вращения электродвигателя постоянного тока при изменении скважности импульсов напряжения практически от О до 1 в широком диаг|.азодиаи ане изменения нагрузки. Формула изобретения 1. Устройство для импульсного регулирования скорости вращения электродвигателя постоянного тока, содержащее управляемую тиристорную цепь переменного тока с коммутирующим коненсатором, включакмцую зарядный, рабоий и коммутирующий тиристоры, импульсный трансформатор с обмотками управения и обратный диод, включенный параллельно выводам для подключения электродвигателя, отличающее с: я .тем, что, с целью расширения

диапазона регулирования выходных частот при значительных изменениях величины нагрузки, повышения надежности И упрощения, оно снабжено инвертором напряжения с выходным разделительным трансформатором, вторичная обмотка которого через зарядный тиристор сое(Динена с коммутирующим конденсатором, включенным параллельно рабочему тиристору, зашунтированному дополнительно введенным диодом, через коммутирующий тиристор.

2. Устройство по п. 1, о т л и чаю.щееся гем, что, с целью расширения диапазона регулирования скважности импульсов напряжения ,оно

снабжено задающим генератором с выходным импульсным трансформатором, вторичные обмотки которого соединены с цепями управления тиристоров инвертора непосредственно, а с цепями управления рабочего, коммутирующего и зарядного тиристоров- через фазосдвигающие.цепи.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 684691, кл. Н 02 М 3/135, 1979.

2.Справочник по преобразовательной технике. Под редакцией чл. кор.

АН УССР И. М, Чиженко, Киев, Техника, 1978, с, 182.

Фиг.2