Многодвигательный электропривод

 

МНОГОДВИГАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД , содержащий электродвигатели постоянного тока, обмотки которых соединены с выводами источника напряжения через управляемые ключевые элементы , шунтированные обратными диодами , и блок коммутации, отличающийся тем,что, с целью упрощения и снижения потерь, первые выводы обмоток всех электродвигателей объединены в общую точку, связанную с выводами источника напряжения через первый и второй управляемые ключевые элементы, а второй вывод обмотки каждого электродвигателя связан с выводами источника напряжения через два других управляемых ключевых элемента .

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЩЕЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) . (11) (У1 Н 02 P 7/68

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЮЮЩ КФЛР °

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ll0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (2i) 3548637/24-07 (22) 08.02.83 (46) 23.09.84. Вюл. - 35 (72) Ю.П. Гончаров, Н.А,. Тимченко и В.А. Шеенко (71) Харьковский ордена Ленина политехнический институт им. В.И.,Ленина (53) 621. 316. 718. 5 (088. 8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

У 511662, кл. Н 02 P 7/68, 1973.

2, Заявка Великобритании Ф 2028032, кл. Н 02 P 3/00, 1980. (54) (57) МНОГОДВИГАТРЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий электродвигатели постоянного тока, обмотки которых соединены с выводами источника напряжения через управляемые ключевые элементы, шунтированные обратными диодами, и блок коммутации, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью упрощения и снижения потерь, первые выводы обмоток всех электродвигателей объединены в общую точку, связанную с выводами источника напряжения через первый и второй управляемые ключевые элементы, а второй .вывод обмотки каждого электродвигателя связан с выводами истбчника напряжения через два других управляемых ключевых элемента. 3

1115195

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам управления многодвигательным электроприводом постоянного тока, и может найти применение на транспорте, в электротехнической и других отраслях промьипленности.

Известен многодвигательный электропривод, содержащий электродвигатели постоянного тока, каждый из кото- 10 рых соединен с выводами источника постоянного напряжения через управляемые ключевые элементы, шунтированные обратными диодами, и блок коммутации ключевых элементов 11. 15

К источнику напряжения электродвигатели постоянного тока подключаются и отключаются одновременно как при постоянной, так и при переменной частоте коммутации управляемых ключевых элементов. Энергия, подводимая к электродвигателям, регулируется в широком диапазоне, однако без разделения по каждому из них, кроме того, не предусмотрено реверсирование двигателей, р а для управления ключевыми элементами, переводящими двигатели в тормозной режим, расходуется дополнительная энергия.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является многодвигательный электропривод, содержащий электродвигатели постоянного тока, обмотки которых соединены с выводами источника напряжения через управляемые

35 ключевые элементы, шунтированные обратными диодами, и блок коммутации 121, .Однако известное устройство отлича.— ется сложностью, большим количеством управляемых ключевых элементов, для управления которыми требуется расход дополнительной механической энергии.

Таким образом, в известных устройствах обеспечивается регулирование энергии, подводимой и отводимой от нагрузок, однако бесконтактные управляемые и неуправляемые ключевые элементы, входящие в состав импульсных преобразователей, не обеспечивают пе-50 реход двигателей в режимы торможения и реверсирования. Применение дополнительных механических и электромеханических ключевых элементов для перехода в указанные режимы увеличивает 55 потери энергии в устройстве управления двигателями и снижает его надежность °

Целью изобретения является ynpomeние и снижение потерь энергии на управление ключевыми элементами, Поставленная цель достигается тем, что в многодвигательном электроприводе, содержащем электродвигатели постоянного тока, обмотки которых соединены с выводами источника напряжения через управляемые ключевые элементы, шунтированные обратными диодами, и блок коммутации, первые выводы обмоток всех электродвигателей объединены в общую точку, связанную с выводами источника напряжения через первый и второй управляемые ключевые элементы, а второй вывод обмотки каждого электродвигателя связан с выводами источника напряжения через два других управляемых ключевых элемента.

В этой схеме уменьшается количество управляемых ключевых элементов и снижаются потери энергии на управление ими при переходе в другие квадранты внешней характеристики для работы многодвигательного электропривода по полному циклу (двигательный режим, торможение, реверсирование ).

Управляемые ключевые элементы используются также для раздельного регулирования в широком диапазоне подводимой или отводимой от каждой из нагрузок энергии.

На чертеже приведена схема многодвигательного электропривода, Устройство содержит электродвига тели постоянного .тока 1, 2 н 3 и рвые выводы которых объединены в общую точку, связанную с выводами источника 4 напряжения через блок 5 коммутации и два управляемых ключевых элемента 6 и 7, шунтированных обратными диодами 8 и 9. Вторые выводы обмоток 1-3 соединены с источником

4 напряжения через блок 5 коммутации и через два других: управляемых ключевых элемента 10 и 11, 12 и 13, 14 и

15 соответственно, шунтированных обратными диодами 16-21. Блок 5 коммутации может быть выполнен, например, на токоограничнвающем реакторе 22, начало рабочей обмотки 23 которого соединено с концом размагничивающей обмотки 24 и положительным выводом источника 4 напряжения, начало обмотки 24 соединено с. катодом рекуперирующего диода 25, конец обмотки 23 с анодом разделительного диода 26, катод которого соединен с анодом ком111519 водится.

1 мутирующего тиристора 27, шунтированного цепочкой иэ последовательно соединенных коммутирующего реактора 28 и коммутирующего конденсатора 29.

Если в качестве управляемых ключевых элементов 6, 7, 10-15 использованы тиристоры, то к их управляющим выводам подключены выходные устройства управления (не показаны) . Если в качестве этих ключевых элементов 1р применены транзисторы, то блок 5 коммутации подключен, параллельно источнику 4 напряжения и совмещает в себе функции управления и коммутации транзисторов, а к его выходам подключе- 1 ны управляющие выводы ключевых элементов 6, 7, 10-15.

В качестве нагрузок могут быть использованы якорные обмотки электродвигателей постоянного тока неэависи- 2б мого возбуждения, причем в состав нагр. зок входит активная и индуктивная составляющие, а также источник противо- ЭДС. Кроме того, в качестве нагрузок могут быть использованы так- 2S же обмотки нозбуждения указанных

1 электродвигателей. В обоих случаях подключения электродвигателей независимого возбуждения обмотки второго типа получают питание от отдельного преобразователя.

Электропривод работает следующим образом.

Коммутация всех тиристоров происходит одновременно. Этот момент сле— 35 дует с постоянной частотой, выбираемой исходя из условия минимальных потерь энергии как в обмотках 1, 2 и 3, так и н блоке 5 коммутации.

В пределах периода повторения момен- 40 та коммутации (межкоммутационного интервала) тиристоры, по которым протекает ток одной обмотки, например 11, 13 и 15 при первом направлении тока в обмотках 1, 2 и 3 или 10, 12 и 14 45 при втором направлении, управляются короткими управляющими импульсами и могут включаться с различными задержками относительно предыдущего момента коммутации. Вследствие этого 50 достигается взаимный сдвиг во времени между включением каждого из тиристоров, по которому протекает ток одной обмотки. Тиристоры, по которым одновременно протекает ток двух и 55 более обмоток, например тиристор 6 при первом направлении тока в обмотках 1, 2 и 3 или тиристор 7 при вто5 4 ром направлении, управляются постоянными токами управления. Э-.и токи управления снимаются только при изменении направления тока в обмотках 1-3.

Тиристоры 6 или 7 выключаются кратковременно в интервале включенного состояния обратных диодов 8 и 9, пропускающих коммутирующий ток от блока 5 коммутации, а затем повторно включаются.

В результате указанного взаимного сдвига средние значения токов обмоток 1-3 различны, что удовлетворяет требованию раздельного регулирова ..я энергии, подводимой или отводимой от обмоток 1-3. Этот порядок включения и выключения управляемых ключевых элементов сохраняется при работе двигателей н любом из квадрантов внешней характеристики (при движении, торможении или движении после реверса). В момент .выхода ка естественную характеристику двигателей (определяется системой управления) блок

5 коммутации не срабатывает, так как запрещается включение коммутирующего тиристора 27, и коммутация управляемых ключевых элементов не произП и подключении к источнику 4 наP

5 пряжения н конденсаторе 29 блока коммутации накапливается энергия для формирования коммутирующего тока.

При первом напранлении тока н обмотках 1-3 система управления (не показана) обеспечивает следующий порядок управления ключевыми элементами (например, тиристорами). Н» тиристор 6 подается постоянный управляющий ток, снимаемьп только при необходимости изменить направление тока в обмотках 1-3. После подачи управляющих импульсов на тиристоры 11, 13 и 15 токи обмоток 1-3 протекают по контурам

4-23-6-1 — 11-4, 4-23-6-2-13-4 и 4-236-3-15-4. В момент выключения, определяемый системой управления, включается тиристор 27. Ток конденсатора

29, протекая в контуре 29-28-27-29, перезаряжает его и тиристор 27 выключается. Коммутируюп,ий ток конденсатора 29 протекает н контурах 29-9-626-28-29, 29-11-16-26-28-29, 29-1318-26-28-29 и 29-15-20-26-28-29, обеспечивая выключение тиристоров 6, 11, 13 и 15, после выключения которых избыток коммутирующего тока в теченИе времени выключения указанных тиристоS 11151 ров протекает в контурах 29-9-8-26-2829,29-17-16-26-28-29,29- t9-18-26-28-29 и 29-21-20-26-28-29. Под воздействием ЭДС самоиндукции токи обмоток 1-3 протекают в том же направлении, что 5 и до момента коммутации, в контурах

1-16-26-28-29-9-1, 2-18-26-28-29-9-2 и 320-26-28-29-9-3 и передают часть энергии, запасенной в индуктивности нагрузок, в конденсатор 29 для восполнения коммутационных потерь энергии.

Несмотря на то, что тиристор 6 при первом направлении тока управляется постоянным током, при протекании 15 коммутирующего тока через диод 8 к тиристору 6 прикладывается обратное напряжение, равное прямому падению напряжения на диоде. 8, и тиристор 6 выключается. При спаде коммутирующего 20 тока в диодах 8, 9, 17, 19 и 21 к нулю эти диоды выключаются напряжением источника 4. Так как при первом направлении тока обмоток 1-3 на тиристор 6 постоянно подан управляющий. ток, то за счет ЭДС самоиндукции обмоток 1-3 этот тиристор включается и токи нагрузок замыкаются в контурах 1-16-6-1, 2-18-6-2 и 3-20-6-3.

В следующие периоды процессы повторяются. При втором направлении тока в обмотках 1-3 постоянный управляющий ток подается на тиристор 7.

До коммутации токи обмоток 1-3 про35 текают в контурах 4-23-10-1-7-4, 4-23-12-2-7-4 и 4-23-14-3-7-4.После выключения тиристоров 7, 10, 12 и 14 передача энергии в конденсатор 29 происходит токами, протекающими в контурах 1-8-26-28-29-17-1, 2-8-2628-29-19- 2 и 3-8-26-28-29-21-3, затем после повторного включения тиристора 7 токи нагрузок протекают в контурах 1-7-17-1, 2-7-19-2 и 3-745

2 1-3. При работе двигателей на естест венных характеристиках на тиристор 27 блока 5 коммутации управляющие импульсы не подаются и выключение тиристоров 6, 11, 13 и 15 при первом направ.лении тока в обмотках 1-3 и тиристоров 7, 10, 12 и 14 при втором направлении тока не производится, к обмоткам 1-3 приложено постоянное напряжение источника 4 напряжения. Нагрузочные токи, протекающие в контурах

4-23-6-1-11-4, 4-23-6-7-13-4 и 4-236-3-15-4, ограничиваются не только активными сопротивлениями якоряых обмоток 1-3, но и значениями противо- ЭДС, возникающими на этих обмотках.

Для торможения двигателей рабочая точка переходит из 1-ro в 1У-й квадрант внешней характеристики.Тиристоры 6, 11, 13 и 15 вйключаются блоком 5 коммутации, а тиристоры 10, 12 и 14 включаются. Под действием противо-ЭДС токи обмоток 1-3 протекают в контурах 1-8-10-1, 2-8-12-2 и 3-8-14-3 до момента выключения тиристоров 10, 12 и 14 блоком 5 коммутации, затем в контурах 1-8-5-17-1, 2-8-5-19-2 и 3-8-5-21-3 до момента отключения блока 5 коммутации при восполнении потерь энергии, затем в контурах 1-8-5-4-17-1, 2-8-5-4-19-2 и 3-8-5-4-21-3.

Для раздельного регулирования энергии, отводимой от каждой из об- моток 1-3 в источник 4 напряжения, моменты включения тиристоров 10, 12 и 14 имеют как взаимный сдвиг во времени, так и сдвиг во времени в пределах интервала между моментами срабатывания блока 5 коммутации. Происходит рекуперативное торможение до момента спада противо-ЭДС якорных обмоток 1-3 к нулю.

Для реверсирования двигателей рабочая точка переходит в Ш-й квадрант внешней характеристики. Управляющие импульсы, поступающие при первом направлении вращения двигателей на тиристор 6, переключаются при помощи выходных устройств управления на тиристор 7, а с тиристоров 11 13 и 15 соответственно на элементы 10, 12 и 14, и в контурах 4-23-10-1-7-4, 4-23-12-2-7-4 и 4-23-14-3-7-4 протекает ток до момента срабатывания блока 5 коммутации. Коммутирующий ток от блока 5 коммутации выключает тиристоры 7, 10, 12 и 14 аналогично процессу, описанному при коммутации тиристоров 6, 11, 13 и 15. При нулевом напряжении на выходе преобразователя токи обмоток 1-3 замыкаются в контурах 1-8-5-17-1, 2-8-5-19-2 и 3-8-5-21-3, .затем при повторном включении тиристора 7 — в контурах

1-7-17-1, 2-7-18-2 и 3-7-21-3.

Энергия, подводимая к обмоткам

1-3, регулируется раздельно. Тиристоры 10, 12 и 14 управляются аналогично тиристорам 11, 13 и 15.

11151

Составитель Н. Корева

Редактор И. Николайчук Техред A.Лабинец Корректор Е, Сирохман

Заказ 6788/42 Тираж 666 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", -г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Для торможения двигателей рабочая точка переходит из Ш-го во П-й квадрант внешней характеристики. Тиристоры 7, 10, 12 и 14 выключаются блоком 5 коммутации, а тиристоры 11, 13 5 и 15 включаются. Под действием прогиво-ЭДС токи обмоток 1-3 протекают в контурах 1-1 1-9-1, 2-13-9-2 и 3-159-3 до момента выключения тиристоров

11, 13 и 15 блоком 5 коммутации, а затем в контурах 1-16-5-9-1, 2-18-59-2 и 3-20-5-9-3 до момента отключения блока 5 коммутации при восполнении потерь энергии, затем в контурах

1-16-5-4-9-1, 2-18-5-4-9-2 и 3-20-54-9-3. Энергия, огводимая от каждой из обмоток 1-3, регулируется раздельно. Тиристоры 11,- 13 и 15 управляют- ся аналогично тиристорам 10, 12 и 14.

Происходит рекуперативное торможение 2О до момента спада противо-ЭДС якорных обмоток 1-. 3 к нулю.

Если в качестве нагрузок использованы обмотки возбуждения двигателей независимого возбуждения, то электромагнитные процессы в квадрантах I и ЦТ протекают аналогично опи" санным. Кроме того-, энергия, подводимая к каждой из обмоток 1-3, может регулироваться иным способом. Напри- 30 мер, если обмотки 1-3 подключены к источнику 4 напряжения тиристорами 6, 11, 13 и 15, то при выключении этих тиристоров блоком 5 коммутации энергия, запасенная в индуктивностях об.моток 1-3 возбуждения, может переда95 8 ваться как в блок 5 коммутации для восполнения потерь;. так и в источник

4 напряжения по контурам тока 1-!65-4-9-1, 2-18-5-4-9-2 и 3-20-5-4-9-3.

При этом рабочая точка кратковременно переходит so II-й квадрант.

Процессы регулирования энергии, поступающей к обмоткам 1-3, происходят аналогично и при включении тиристоров 10, 12 и 14 для работы в

III-м квадранте. Таким образом, при подключении обмоток 1-3 возбуждения рабочая точка может находиться в четырех квадрантах внешней характеристики.

Если в качестве управляемых ключевых элементов 6, 7, 10-15 применяются транзисторы, то частота коммутации может быть повышена в 3-4 раза, при этом блок 5 коммутации в том виде, как он представлен на чертеже, не требуется. Последовательность переключения транзисторов аналогична рассмотренной, однако контуры протекания тока для восполнения потерь энергии в блоке .5 коммутации исключаются, IIo тери энергии в нем на управление и коммутацию транзисторов снижаются.

Таким образом, при повышении частоты коммутации для многодвнгательного электропривода снижаются пульсации тока, потребляемого обмотками электродвигателей от источника напряжения, и потери энергии в нем уменьшаются.