Реверсивный электропривод постоянного тока

 

РЕВЕРСИВНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержгиций электродвигатель , подключенный к четырехтиристорному мосту, обратный диодный мост, задающий генератор, последовательно соединенные датчик частоты вращения, регулятор скорости , регулятор тока, широтно-импульсный модулятор, а также датчик тока, выход которого соединен с вторим входом регулятора тока, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и быстродействия, уменьшения габаритов и стоимости электропривода, в него введены два ключа, индикаторы режима и полярности , два пороговых устройства, два элемента задержки, цва элемента ИЛИ, три элемента И, элемент И-НЕ, триггер , четыре формирователя, причем каждый из ключей соединен с анодной и катодной точками четырехтиристорного и обратного диодного мостов, выход широтно-импульсного модулятора соединен ч4рез первый элемент И и формирователь с входом первого ключа, выход регулятора тока соединен с входом индикатора полярности, оба выхода которого через элементы задержки соединены с входами первого элемента ИЛИ, первый выход которого соединен через второй элемент И и формирователь с входом второго ключа , а второй выход соединен с первым элементом И, вторые выходы элементов задержки соединены через формирователи с управлягацими электродами двух тиристоров четырехтиристорнрго моста, i ( выход датчика тока -соединен . с входами двух пороговых устройств, выход (Л первого порогового устройства соединен через элемент И-НЕ с вторым элементом И и через третий элемент И, второй элемент ИЛИ и триггер - с входом первого элемента И, выход второго порогового устройства соединен с вторым элементом ИЛИ, выходы датчиков частоты вращения и тока соединены с входами индикатора режима, выход которого соединен с элемен том И-НЕ, второй выход триггера . соединен с входом третьего элеменэо эо ел .та И, первый выход задакидего генератора соединен с входом широтноимпульсного модулятора, а второй выход - с входом второго элемен: та И.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А (19) (Н) 3(5п Н 02 P 5/1 6

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABT0PCHQMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ! (21 ) 3426657/24-07 (22 ) 20. 04 ° 82 (46 ) 07.10.83. Бюл. Р 37

;(72 ) Л.A. Шпиглер, М.E. Голь4 и А.Б. Гудзенко (71 ) украинский научно-исследовательский институт станков и инстру- ментов (53 ) 621.316 ° 718.5(088.8) (56 ) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 211118, кл. Н 02 Р 5/16, 1968 °

2. Авторское свидетельство СССР

Р 515233, кл. Н 02 Р 5/16, 1976. (54 ) (57) РЕВЕРСИВНЬЯ ЭЛЕКТРОПРИВОД

ПОСТОНННОГО ТОКА, соДержащий электродвигатель, подключенный к четырехтиристорному мосту, обратный диодный мост, задающий генератор, последовательно соединенные датчик частоты вращения, регулятор скорости, регулятор тока, широтно-импульсный модулятор, а также датчик тока, выход которого соединен с вторым входом регулятора тока, о т л и ч а ю шийся .тем, что, с целью повышения КПД и быстродействия, уменьшения габаритов и стоимости электропривс>да, в него введены два ключа, индикаторы режима и полярности, два пороговых устройства, два

: элемента задержки, два элемента ИЛИ, три элемента И, элемент И-НЕ, триггер, четыре формирователя, причем каждый из ключей соединен с анодной и катодной точками четырехтирис- торного и обратного диодного мостов, выход широтно-импульсного модулятора

1( соединен через первый элемент И и формирователь с входом первого ключа, выход регулятора тока соединен с входом индикатора полярности, оба выхода которого через элементы задержки соединены с входами первого элемента ИЛИ, первый выход которого соединен через второй элемент И и формирователь с входом второго ключа, а второй выход соединен с первым элементом И, вторые выходи элементов задержки соединены через формирователи с управляющими электродами двух тиристоров четырехтиристорного моста, ыход датчика тока соединен.с входа- Е и двух пороговых устройств, выход первого порогового устройства соединен через элемент И-НЕ с вторым элементом И и через третий элемент И, второй элемент ИЛИ и триггер — c входом первого элемента И, выход второго порогового устройства соединен с вторым элементом ИЛИ, выходы датчиков частоты вращения и тока соединены с входами индикатора режима, выход которого соединен с элемен- ( том И-НЕ, второй выход триггера . соединен с входом третьего элемента И, первый выход задающего генератора соединен с входом широтно- ( импульсного модулятора, а второй выход — с входом второго элемен. та И. (i

104á 885

Изобретение относится к электротехнике, а именно к импульсному регулированию частоты вращения электродвигателя постоянного тока, и может найти применение в системах автоматизированного электропривода быст. родействующих станков>, прессов с

ЧПУ, роботов, измерительных устройств и т.п.

Известен реверсивный электропривод постоянного тока, содержащий электродвигатель, подключенный к четырехтиристорно, мосту с обратным диодным мостом, логические устройства, датчик тока, два импульсных коммутирующих трансформатора, 15 каждая из вторичных обмоток которых включена между анодной и катодной точками тиристорного и диодного моста, коммутирующие. емкости и тиристоры в цепи первичных обмоток коммути- 2() рующих трансформаторов (. 1) .

Недостатками известного электропривода являются низкие КПД и быстродействие привода, большие потери и массогабаритные показатели, сложность и низкая надех<ность, большой пик тока в режиме токоограничения при торможении, высокая стоимость.

Наиболее близким к предлагаемому является реверсивный электропривод постоянного тока, содержаций электродвигатель, подключенный к четырехтиристорному мосту, обратный диодный мост, задающий генератор, последовательно соединенные датчик частоты вращения, регулятор скорости, регулятор тока, широтно-импульсный модулятор, а также датчик тока, выход которого соединен с вторым входом регулятора тока 2 . г Известный электропривод обладает 40 следующими недостатками: КПД на

8-12% меньше, чем в транзисторных преобразователях вследствие допол-. нительных потерь в коммутирующих трансформаторах, тиристорах, емкос- 45 тях, генерирующих мощные импульсы с частотой коммутации для запирания тиристоров моста; более высокие и >тери в электродвигателе, снижающие общий КПД электропрнвода, определяемые более низкой, чем в транзисторных электроприводах, частотой коммутации (1-2 относительно

3-10 KILT,), при меньшей частоте коммутации амплитуда пульсации тока и соответственно потери в электродвигателе больше, коммутация хуже . Увеличение частоты в тиристорном приводе ограничено упомянутыми дополнительными потерями в преобразователе, растущими с увеличением частоты 6О коммутации, крогле того, из-за неполной управляемости тиристоров в прототипе при тормо>кении возникают пульсации тока с частотой в 3-4 раза меньше тактовой с соответствен- g5 но увеличенной амплитудой пулЬсации тока и соответственно увеличенными потерями в недоиспользовании электродвигателя в режиме частых пусков и торможений. Кроме того, электропривод характеризуется меньшим быстродействием из-за меньшей частоты коглмутации и необходимости в процессе реверса управляющего сигнала пропускать не менее двух тактов коммутации для запирания двух тиристоров моста перед включением второй пары.

Габариты и масса тиристорного преобразователя увеличены из-за неl обходимости в упомянутых коммутируюцих трансформаторов, тиристоров, емкостей из-за особенностей запира,ния тиристоров,сквах<ность импульсов напряжения на якоре не превышает

0,9 (в транзисторных электроприводах 0,1 ), что приводит к увеличению габарита силового трансформатора, Высокие уровни напряжения коммутирующих элементов (в несколько раз превышающие номинальное напря><ение электродвигателя) приводят к усложнению конструкции и снижению надежности, а высокая стоимость высокочастотных и модных коммутирующих тиристоров и коммутирующих трансфор- маторов об>условливают высокую стоимость всего электропривода. цель изобретения — повышение КПД и быстроцействия, уменьшение габаритов и стоимости электропривода.

Поставленная цель достигается тем, что в реверсивный электропри— вод постоянного тока, содержащий электродвигатель, подключенный к четырехтиристорному мосту, обратный диодный мост, задающий генератор, последовательно соединенные датчик частоты врацения, регулятор скорости, регулятор тока, широтноимпульсный модулятор, а также датчик тока, выход которого соединен с вторым входом регулятора тока, введены два ключа, индикаторы режима и:полярности, два пороговых устройства, два элемента задержки, два элемента ИЛИ, три:элемента И, элемент И-НН, триггер, четыре формирователя, причем каждый из ключей соединен с анодной и катодной точками четырехтиристорного и обратного диодного мостов, выход широтно-импульсного модулятора соед<инен через первый элемент И и формирователь с входом первого ключа, выход регулятора тока соединен с входом индикатора полярности, оба выхода которого через элементы задержки соединены с входами элемента ИЛИ, первый выход которого соединен через второй элемент И и формирователь с входом второго ключа, а второй выход соединен с первым элементом И, вторые выходы

1046885 элементов задержки соединены через формирователи с управляющими электродами двух тиристоров четырехтиристорного моста, выход датчика тока соединен с входами двух пороговых устройств, выход первого порогового устройства соединен через элемент И-НЕ с вторым элементом И и одновременно через третий элемент И, второй элемент ИЛИ и триггер — с входом первого элемента И, выход второго порогового устройства соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выходы датчиков частоты вращения и тока соединены с входами индикатора режима, выход которого 15 соединен со входом элемента H-HE, второй выход триггера соединен с входом третьего элемента И, первый выход задаищего генератора соединен с входом широтно-импульсного модулятора, а второй выход — с входом второго элемента И.

На чертеже показана принципиаль. ная схема реверсивного электропривода постоянного тока.

Реверсивный электропривод постоян-.

1 ного тока содержит электродвигатель

1, подключенный к четырехтиристорному мосту 2, содержащему тиристоры

3-6, обратный диодный мост 7-10, .задающий генератор 11, последовательно соединенные датчик 12 частоты вращения, регулятор 13 скорости, регулятор 14 тока, широтно-импульсный модулятор 15, а также датчик 16 тока, выход которого соединен с вторым входом регулятора 14 тока.

Ключи 17 и 18 (выполненные, например, на транзисторах либо на двухоперационных управляемых диодах ).

Индикатор 19 режима, индикатор 20 40 полярности, пороговые устройства

21 и. 22, элементы 23 и 24 задержки, элементы ИЛИ 25 и 26, элементы И

27, 28 и 29, элемент И-НЕ 30, триггер 31, формирователи 32-35.

Ключи 17 и 18 соединены с анодной и катодной точками четырехтиристорного моста 2 и обратного диодного моста 7=10, выход широтноимпульсного модулятора 15 соединен, через элемент И 27 и формирователь 32 с входом ключа 17, выход регулятора

14 тока - с входом индикатора по-. лярности 20, оба выхода которого через элементы 23 и 24 задержки соединены с входами элемента ИЛИ 25, первый выход которого связан через элеглент И 28 и формирователь 33 с входами ключа 18, а второй выход соединен с входом элемента И 27, вторые выходы элементов 23 и 24 задержки 60 соединены через формирователи 34 и

35 с управляющими электродами тиристоров 3,5 и 4,6 соответственно четы, рехтиристорного моста. Выход датчика тока 16 соединен с входами поро- 65 говых устройств 21 и 22, выход порогового устройства 21 связан через элемент И-HE 30 с элементом И 28 и одновременно через элемент И 29, элемент ИЛИ 26 и триггер 31 — с входогл элемента И 27, выход порогового устройства 22 соединен с элементом

ИЛИ 26. Выходы датчика 12 частоты вращения и датчика 16 тока соединены с входами индикатора 19 режима, выход которого связан с входогл, элемента И-НЕ, второй выход триггера соединен с .вторым входом элемента И 29.

Первый выход задающего генератора 11 соединен с широтно-импульсным модулятором 15, а второй выход с входом элемента И 28.

Реверсивный электропривод работает следующим образом.

При положительной полярности сигнала на выходе регулятора 14 тока управляющий сигнал проходит через индикатор 20 полярности, элемент 23 задержки (на 1 такт ), элемент ИЛИ 25 на входы элементов И 27 и 28. Одновременно на входы элемента И 28 подаются единицы с выходов задающего генератора 11, элемента И-НЕ 30, на выходе элемента И 28 появляется единица, которая подается через формирователь 33 на вход ключа 18, ключ 18 замыкается. На вход элемента И 27 подается единица с выхода триггера 31 и широтно-импульсный сигнал с-выхода широтно-импульсного модулятора 11. При этом на вы.ходе элемента ИЛИ 27 появляется широтно-импульсный сигнал, который через формирователь 32 управляет 1, ключом 17.. С выхода элемента 23 задержки подается сигнал через формирователь 34 на тиристоры 3 и 5 и включает их. При замкнутом кличе 17 образуется цепь тока якоря: клич 18тиристор 3 — электродвигатель 1 тиристор 5 — ключ 17,при разомкнутом ключе 17 ток якоря замыкается по ° цепи : ключ 18 — тиристор 3 — электродвигатель 1 — диод 9.

При подаче команды на торможение (с возможным реверсом) на выходе регулятора 14 тока изменяется полярность сигнала. При этом на первом выходе индикатора 20 полярности и вы-. ходе элемента 23 задержки сигнал становится равным нулю. Появляется сигнал на втором выходе индикатора 20 полярности и на входе элеглента 24 задержки, но на выходе элемента 24 задержки сигнал появится с выдерж:кой времени в 1 такт коммутации.. В течение этого интервала времени на

1входы элемента HJIH 25 подаются нули, на выходах элемента ИЛИ 25 и на входах элементов И 27 и 28 будут также нули и, следовательно, ключи

17 и 18 заперты. Ток якоря заиы1046885 кается по цепи: диод 10 — электродвигатель 1 — диод 9. С тиристоров

3 и 5 при этом снято напряжение и сигнал управления, в течение указанного интервала времени(1 такт коммутации ) они восстанавливают свои запирающие свойтсва. В конце указанного интервала на выходах элемента

24 задержки появляется единица, поэ. тому появляются единицы на выходе элемента ИЛИ 25, на входах элемен- 10 тов И 27 и 28 замыкается ключ 18, начинает коммутировать ключ 17 со скважностью, определяемой широтноимпульсным модулятором 11. С второго выхода элемента 24 задержки 15 единица через формирователь 35 подается на тиристоры 4 и б. Начинается режим противовключения, при котором по цепи: ключ .18 — тиристор. б - электродвигатель 1 — тиристор 4 - ключ 17 быстро нараста-, ет тормозной ток. Когда значение тока достигает нижнего уровня токо- . ограничения, сигнал датчика тока 16 на входе порогового устройства 21 вызывает его срабатывание и появле-, ние единицы на его выходе, соединенном с входом- элемента Й-НЕ 30.

На выходе элемента И-НЕ 30 и на входе элемента И 28 появляется ноль.

Ключ 18 запирается, ток якоря замыкается по цепи: электродвигатель

1 — тиристор 4 — ключ 17 †.диод 7 и продолжает расти под действием

ЭДС электродвигателя, осуществляется рехсим динамического торможе- 35 ния. Когда значение тока достигнет верхнего уровня токоограничения, на выходе порогового устройства 23 появляется единица. Вследствие этого единицы появляются на выходе элемента ИЛИ 26 и на входе триггера 31. Триггер 31 меняет свое состояние, при этом на его первом выходе и на входе элемента И 27 появля ется ноль, ключ 17 запирается. Ток электродвигателя замыкается по цег л: диод 7 — электродвигатель 1 иоды 8-10, происходит рекуперативное торможение, при котором ток уменьшается. На втором выходе триггера 31, связанном с входом элемента и И 20, появляется единица. При этом единицы появляются на выходе элемента И 29, соединенном.с входом элемента ИЛИ 26, что позволяет сохранить возникшее состояние релейного регулятора при уменьшении тока и появлении нуля на выходе порогового устройства 22. Когда уровень тока якоря достигнет нижнего уровня токоограничения, на выходе порогового 60 устройства 21 появляется ноль, поэтому ноль возникает на выходах элементов И 29, ИЛИ 26, триггер 31 возвращается в исходное состояние, на входе элемента И 27 появляется еди- щ ница, снова включается ключ 17, замыкая цепь динамического торможения.

Ток снова нарастает до верхнего уровня токоограничения и т.д. На пос. леднем этапе торможения, когда скорость близка к нулю, ЭДС электродвигателя в режиме динамического торможения не может увеличить ток до верхнего уровня токоограничения, поэтому выполняется только динамическое торможение (без перехода в рекуперативное ). Самый последний этап торможения выполняется при открытых ключах 17 и 18 по цепи: ключ 18 тиристор б - электродвигатель 1 тиристор 4 — .ключ 17. Если на входе привода Uзо =0, то в конце торможения сигнала регулятора 14 тока становится равным нулю, на выходах индикатора полярности 20 появляются нули, ключи 17 и 18 и все тиристоры отключаются, процесс заканчивается..

Если тормох<ение осуществлялось вследствие подачи на вход привода (0 „ ) команды на реверс, на выходе элемента 24 задержки остается единица и скорость электродвигателя 1 меняет знак, начинается разгон. При разгоне на выходе индикатора 19 режима появляется ноль и, следовательно, в процессе всего разгона на выходе элемента И-. НЕ 30 все время будет единица и ключ 18 будет замкнут, независимо от сигнала на выходе порогового устройства 21. Ток в цепи: ключ 1 8 — тиристор б — электродвигатель 1 — тиристор 4 — ключ 17 увеличивается и достигает верхнего уровня токоограничения, На выходе порогового устройства 22 и.элемента

ИЛИ 26 появляются единицы, на выходе триггера 31, связанного с входом элемента И 26, — ноль. Ключ 17 запирается, ток замыкается по цепи: электродвигатель 1 — диод 8 - ключ

18 вЂ,тиристор б.и уменьшается. Ког- да ток достигнет нижнего уровня токоограничения, на выходе порогового элемента 21 появляется ноль, на выходе элемента ИЛИ 26 — также ноль, триггер 31 возвращается в исходное положение, ключ 17 замыкается, ток начинает расти до достижения установившегося, значения тока, при котором на выходах пороговых устройств 21 и 22 стабильно сохраняются нули.

Таким образом, при пуске амплиту" да пульсаций тока ограничена теми же заданными уровнями токоограничения и может быть выбрана благодаря этому, независимо.от параметров якорной цепи электродвигателя. Частота пульсаций в режимах пуска и реверса может быть равной и превышать частоту коммутации, что позволяет снизить потери до минимального

1046885

Составитель Ю. Воробьев

Редактор H. Безродная Техред И. Гайду Корректор А. Зимо косов

Заказ 7 i48/54 Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, _#_-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 уровня, т.е. повысить КПД электропривода.

Так как в процессе реверса для отключения тиристоров необходим только один период коммутации, быстродействие электропривода повышается. Кроме того, за счет уменьшения потерь в преобразователе величина периода коммутации уменьшена в несколько раз. Уменьшение количества коммутирующих элементов позволяет уменьшить габариты и стоимость электропривода.