Электропривод постоянного тока

 

ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий электродвигатель с обмоткой независимого возбуждения, подключенный якорем к широтно-импульсному регу .ятору напряжения, составленному из «-секционного источника питания, п силовы .х тиристоров, последовательно включенных коммутирующего конденсатора, индуктивности и зарядного тиристора, а также двух вспомогательных тиристоров, блок управления, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, обмотка независимого возбуждения электродвигателя подключена к крайним выводам «-секционного источника питания и введены дополнительно п силовых тиристоров, при этом первые п силовых тиристоров подключены анодами к положительным выводам секций источника питания,& катодами - к первому выводу якорй электродвигателя, другие п силовых тиристоров подключены катодами к отрицательным выводам секций источника питания, а анодами - к второму выводу якоря электродвигателя, последовательно включенные коммутирующий конденсатор, индуктивность и зарядный тиристор подсоединены к крайним выводам «-секционного источника питания, один вспомогательный тиристор включен между точкой соединения S коммутирующего конденсатора с индуктивностью и первым выводом якоря электро (Л двигателя, а другой - между точкой соединения индуктивности с зарядным тиристором и положительным выводом «-секционного источника питания.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ Ф,„-ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2!) 3714249/24-07 (22) 26.03.84 (46) 15.10.85. Ьюл. № 38 (72) В. И. Вершинин, В. В. Рудаков и Е. Н. Рутуль (53) 621..316.718.5 (088.8) (56) 1 лазенко Г. A. Полупроводниковые преобразователи в электроприводах постоянного тока. М.-Л., 1973, с. 69.

Авторское свидетельство СССР № 771838, кл. Н 02 P 5/16, 1980. (54) (57) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий электродвигатель с обмоткой независимого возбуждения, подключенный якорем к широтно-импульсному регу .ятору напряжения, составленному из и-секционного источника питания, и силовых тиристоров, последовательно включенных коммутирующего конденсатора, индуктивности и зарядного тиристора, а также двух вспомогательных тиристоров, блок управления, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массы и габаритов, обмотка

„„SU„„1185520 A сд) 4 Н 02 P 5/16 независимого возбуждения электродвигателя подключена к крайним выводам и-секционного источника питания и введены дополнительно и силовых тиристоров, при этом первые и силовых тиристоров подключены анодами к положительным выводам секций источника питания, а катодами — к первому выводу якоря электродвигателя, другие и силовых тиристоров подключены катодами к отрицательным выводам секций источника питания, а анодами — к второму выводу якоря электродвигателя, последовательно включенные коммутирующий конденсатор, индуктивность и зарядный тиристор подсоединены к крайним выводам и-секционного источника питания, один вспомогательный тиристор включен между точкой соединсния коммутирующего конденсатора с индуктивностью и первым выводом якоря электродвигателя, а другой — между точкой соединения индуктивности с зарядным тиристором и положительным выводом и-секционного источника питания.!

185520

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в электродвигательных комплексах транспортных средств, у которых в качестве источника энергии используются аккумуляторные батареи.

Цель изобретения — уменьшение массы и габаритов электропривода.

На фиг. 1 изображена схема электропривода; на фиг. 2, 3 и 4 — диаграммы нап ряжени и соответствующих элементов, поясняющие его работу (индексы обозначают соответствие элементу) .

Электропривод (фиг. 1) постоянного тока содержит электродвигатель с обмоткой независимого возбуждения 1, подключенный якорем 2 к широтно-импульсному регулятору напряжения, составленному из четырехсекционного источника питания 4, например аккумуляторной батареи, с секциями 5, 6, 7 и 8, четырех силовых тиристоров 9, !0, 11 и 12, последовательно включенных коммутирующего конденсатора 13, индуктивности

l4 и зарядного тиристора 15, двух вспомогательных тиристоров 16 и !7, а также блок управления 18.

Обмотка независимого возбуждения 1 электродвигателя подключена к крайним выводам источника питания 4.

В устройство введены дополнительно четыре силовых тиристора 19, 20, 21 и 22, при этом первые четыре силовых тиристора 9, 10, 11 и 12 подключены анодами к положительным выводам секций 5, 6. 7 и 8 источника питания 4, а катодами — к первому выводу якоря 2 электродвигателя, другие четыре силовых тиристора 19, 20, 2! и 22 подключены катодами к отрицательным выводам секций 5, 6, 7 и 8 источника питания 4, а анодами — к второму выводу якоря 2 электродвигателя, последовательно включенные коммутирующий конденсатор 13, индуктивность 14 и зарядный тиристор 15 подсоединены к крайним выводам источника питания 4. Один вспомогательный тиристор 16 включен между точкой соединения коммутирующего конденсатора 13 с индуктивностью 14 и первым выводом якоря 2 электродвигателя, а другой 17 — между точкой соединения индуктивности 14 с зарядным тиристором 15 и положительным выводом четырехсекционного источника питания 4.

Блок управления 18 содержит три генератора 23, 24 и 25 импульсов, работающих в автоколебательном режиме, одиннадцать генераторов 26 — 36 импульсов, работающих в ждущем режиме, восемь триггеров 37 — 44 и многопозиционный переключатель 45.

Все генераторы и триггеры системы управления соединены между собой таким образом, что если щетка переключателя 45 находится в положении«а», то напряжение питания подается на генераторы 23, 26, 27, 28 и 29 импульсов и триггеры 37, 38 и 39.

Если щетка переключателя 45 находится в положении «б», то напряжение питания

1О

55 подается на генераторы 24, 30, 31, 32 и 33 и триггеры 40, 41, 42 и 43. Если щетка переключателя 45 находится .в положении «в», то напряжение питания подается на генераторы импульсов 24, 34, 35, 36 и триггер 44.

Трансформаторные выходы триггеров 38, 39, 40, 42, 43 и 44 соединены с цепями управления силовых тиристоров 9, 10, 11, 12, 19, 20, 21 и 22, а трансформаторные выходы генераторов 26 — 36 соединены с цепями управления силовых тиристоров 9 и 19, зарядного тиристора 15 и вспомогательных тиристоров 16 и 17.

Устройство работает следующим образом.

В первом режиме (положение «а») напряжение на якорных зажимах двигателя может плавно регулироваться в диапазоне, нижний предел которого равен V;„= О, а верхний предел U,„= 0,25 Uza (где Uas— напряжение аккумуляторной батареи). В момент времени ti (фиг. 2) генератор 23 формирует импульс напряжения, который одновременно поступает на входы триггера 37 и генератора 26 импульсов. Триггер 37, срабатывая, устанавливается в положение, в котором сигнал на включение через триггер 38 поступает на цепи управления тиристоров 12 и 19. При этом цепь якоря 2 электродвигателя подключена к секции 8 аккумуляторной батареи 4, в результате чего напряжение на якорных зажимах равно одной четверти от напряжения аккумуляторной батареи. Далее, в момент времени t (величина временного интервала tq — ti может плавно изменяться с помощью генератора 26 импульсов) генератор 26 импульсов формирует сигнал, поступающий на цепи управления тиристоров 9, 19 и на вход генератора 27 импульсов. При включении тиристоров 9 и 19 к тиристору 12 приложено отрицательное напряжение, включающее его, а к якорным зажимам электродвигателя— напряжение аккумуляторной батареи 4. 3атем, в момент времени !з генератор 27 импульсов формирует импульс напряжения, поступающий на цепь управления вспомогательного тиристора 16 (временной интервал 1з — 1 равен времени восстановления запирающих свойств тиристора 12 и в процессе работы не изменяется) и вход генератора 28 импульсов. При включении тиристора 16 напряжение предварительно заряженного коммутирующего конденсатора 13 прикладывается к тиристору 9 обратной полярностью относительно анода, выключая его, а конденсатор 13 начинает заряжаться током цепи якоря электродвигателя. В момент времени t генератор 28 импульсов формирует импульс напряжения, включающий тиристор 15 (временной интервал t4 — t равен времени восстановления запирающих свойств тиристора 9 и в процессе работы не изменяется) и поступающий на вход генератора 29 импульсов. Конденсатор 13 начинает заряжаться через индуктивность 14, 1185520 минуя цепь якоря, при этом цепь якоря 2 электродвигателя отключается от аккумуляторной батареи. В момент время tq генератор 29 формирует импульс напряжения, поступающий на цепь управления тиристора 17. При включении тиристора 17 конденсатор 13 начинает перезаряжаться через индуктивность 14 до исходного состояния (знак «плюс» на нижней обкладке).

Далее описанные процессы периодически повторяются с той лишь разницей, что в моменты времени 4, t ai, tie включаются попарно тиристоры 1 и 20, 10 и 21, 9 и 21. Вследствие этого цепь якоря 2 поочередно подключается ко всем секциям аккумуляторной батареи, обеспечивая их равномерный разряд, что является обязательным условием эксплуатации аккумуляторной батареи. Плавное регулирование напряжения цепи якоря в указанном диапазоне происходит при изменении временного промежутка с помощью генератора 26 импульсов, работающего в ждущем режиме. Таким образом, в первом режиме работы напряжение в цепи якоря 2 двигателя принимает значение либо равное одной четвертой от напряжения аккумуляторной батареи, либо равное нулю.

Во втором режиме (положение «б») напряжение на якорных зажимах электродвигателя может плавно регулироваться в диапазоне, нижний предел которого равен

14 „. = 0,2511лв, а верхний предел

U2тах = 0,51.3А 6

В момент времени ti (фиг. 3) генератор 24 импульсов формирует импульсные напряжения, поступающие на входы триггера 40 и генератора 30 импульсов. Триггер 40, срабатывая, устанавливается в положение, в котором сигнал на включение поступает на цепи управления тиристоров 11 и 19. Тиристоры 11 и 19 подсоединяют цепь якоря 2 электродвигателя к секциям 7 и 8, включенным последовательно (напряжение на якорных зажимах электродвигателя равно 0,51 1лв).

Затем в момент времени tz (величина временного промежутка tq — ti может плавно изменяться с помощью генератора 30 гене1 ратор 30 импульсов формирует импульс напряжения, поступающий на цепи управления тиристоров 9 и 19 на вход генератора 31 импульсов. При включении тиристора 2 тиристор 11 выключается, поскольку к нему приложено обратное напряжение, а цепь якоря 2 подключается к четырем секциям аккумуляторной батареи, соединенным последовательно. В момент времени tq (временной промежуток равен времени восстановления запирающих свойств тиристора 11 и в процессе работы не изменяется) генератор 31 импульсов формирует импульс напряжения, поступающий на цепь управления тиристора 16 и на вход генератора 32 импульсов.

При включении тиристора 16 конденсатор

13 начинает перезаряжаться током цепи

to

55 якоря, формируя на тиристоре 9 обратное напряжение, выключающее его. В момент времени 1 4 (времен ной промежуток t4 — t3 равен времени восстановления запирающих свойств тиристора 9 и в процессе работы не изменяется) генератор 32 импульсов формирует импульс напряжения, включающий вспомогательный тиристор 15 и поступающий на вход генератора 33 импульсов. Вследствие этого конденсатор 14 начинает заряжаться через индуктивность 14, минуя цепь якоря. Затем в момент времени 4 (временной промежуток 4 — t4 равен времени заряда конденсатора 14 и в процессе работы не изменяется) генератор 33 импульсов формирует импульс напряжения, поступающий на цепь управления вспомогательного тиристора 17 и на вход триггера 41. При включении тиристора 17 конденсатор 13 начинает перезаряжаться через индуктивность 14 до исходного состояния (знак «плюс» на нижней обкладке). Одновременно с этим триггер 41, срабатывая, устанавливает триггер 42 в положение, в котором импульс напряжения, снимаемый с его выхода, включает тиристоры 12, 19. В результате этого цепь якоря 2 электродвигателя подключается к секции 8 аккумуляторной батареи. Далее описанные выше процессы периодически повторяются с той разницей, что в моменты времени ti>, t I и т. д. якорные зажимы двигателя через тиристоры 9 и 22 подключаются к секциям 5 и 6, соединенным последовательно, а в моменты времени ti1) t2I и т. д. через тиристоры 11 и 19 к секциям 7 и 9, включенным последовательно (такое чередование обеспечивается триггером 40).

Плавное регулирование напряжения цепи якоря в указанном диапазоне происходит при изменении временного промежутка tz — ti с помощью генератора 30 импульсов, работающего в ждущем режиме. Таким образом, во втором режиме работы напряжение в цепи якоря 10 двигателя принимает значение равное либо одной второй от напряжения аккумуляторной батареи, либо одной четвертой. И, наконец, в третьем режиме (положение «в») напряжение на якоре электродвигателя может плавно регулироваться в диапазоне, нижний предел которого равен

Uz; = 0,511Ав, а верхний предел — Uq,„=

= 1/ль. Работа регулятора в этом режиме происходит следующим образом. В момент времени ti (фиг. 4) генератор 25 импульсов формирует импульс напряжения, одновременно поступающий на цепи управления тиристоров 9 и 18 и вход генератора 34 импульсов. При включении тиристоров 2, 9 и 19 цепь якоря подключена к аккумуляторной батарее 4 и напряжение на якоре 2 равно

UA6. Далее в момент времени 4 (временной интервал t — ti может плавно изменяться с помощью генератора 34) генератор 34 импульсов формирует импульс напряжения, поступающий на цепь управления вспомога1185520 тельного тиристора 16 и на вход генератора 35 импульсов. При включении тиристора 16 предварительно заряженный конденсатор 13 начинает перезаряжаться через цепь якоря, формируя на тиристоре 9 отрицательное напряжение включающее его.

Затем в момент времени tq (величина временного промежутка ta — 4 равна времени восстановления запирающих свойств тиристора 9 и в процессе работы не регулируется) генератор 35 импульсов формирует импульс напряжения, поступающий на цепь управления тиристора 15. Вследствие этого конденсатор 13 начинает заряжаться через индуктивность 14, минуя цепь якоря 2, а сама цепь якоря отключается от аккумуляторной батареи. В момент времени t4 (величина временного промежутка t.> — -t> равна времени заряда конденсатора 13 и в процессе работы не регулируетя) генератор 3, формирует и м пульс напряжения, поступающий на цепь управления тиристора 17 и вход триггера 44. При включении тиристора 7 конденсатор 13 начинает перезаряжаться через индуктивность 14 до исходного состояния (знак «плюс» на нижней обкладке).

В этот же момент времени триггер 44, срабатывая, устанавливается B положение, в котором импульс напряжения с его выхода поступает на цепи управления тиристоров 11 и 19. Тиристоры 11 и 19, включаясь, подключают цепь якоря электродвигателя к секциям 7 и 8, соединенным последовательно (напряжение на якорных зажимах равно 0,5 Ups).

Далее описанные выше процессы периодически повторяются с той лишь разницей, что в моменты времени t4, i>p и т. д. цепь

1О якоря 2 подключается к секциям 7, 8, в моменты времени 4, ti и т. д. к секциям 5, 6.

Такое чередование обеспечивается с помощью триггера 44 и необходимо для равномерного разряда всех секций аккумулятор15 ной батареи. Плавное регулирование напряжения на якорных зажимах двигателя в этом режиме обеспечивается за счет изменения временного промежутка Ь вЂ” ti посредством генератора 34 импульсов.

20 Таким образом, при регулировании напряжения на якоре электродвигателя напряжение на выводах обмотки независимого возбуждения остается постоянным. В результате нет необходимости иметь дополнительный источник питания, следовательно, достигается поставленная цель.

Фиг г

Ууар фар /и игис

Veau григ

V8s r

Яигг

Vdcrrr

Vð о г ю

0 ю и

Фг 3 (!(5520

Л

/ — — м" — 7 с ) с /,, !

О (»с/Ь»Х ч, !

Г

/- Й/Х »»! 1 I 1 ! !

) а. „/ !

) (1(/д ! с 7!

1:. „,, / (!!

t (1 . i (/-"5 ( ("!

J/ ! (!

uÙ/J(. )g, !

/, /,./! (1 ((1 ! ! (( ( (/ () (/ //1/1I .

I, / i ((! ()

1 ! ( (1. 1 1

) !

1

) (! ! (! (1 (! ()

I с„ ((,»

)!» (((1 (,. / ! ! !! (!

1 (1

) 1

r с

// //р..

//// - ( ( ((1 ((1

) ) ( (i 1 (( () ( ! / (/1

I (1 1 () (f

1 ! !

»! (;(; / ! ((/1 ((1./ (/

:1!

1/ ! (! (1

// (/, / - рф (1 (, ( (! ((!

1 ( ( ()(:

3 (((! (,. (!

,,.Л

„. -- ! (i (! (; (!!

У„ (-1- (-с-= (! (1

-т ! !! (J — — —.с.ы ы"; 4,.;Ii: ГГЛ.) j! (I II((1;:, (,()11;)(, В j;t 1,1(„ (. ((. !, (, С 1) (), !) !с Г I )! ) 1 1 . ) (/(11 (1 1 » I, t I l

:);(.:: 6(.(.:. : 4 i() „:„„, В(:1(((11(! г ()С(. Р(КТВ(/(1И)Г();i))1.,11;/т;1 (,,/ (() ! (3(.(3;), М(:: 1(ы. /К:)5, ()Я:, .1. )с/)л I;(I!)..

Ф111и/11 ((! 1(! (сг(/)) (1: —,:, Г jж) () (и) „ .,; (1!)()с)/1/(»1 4

I ! (!

1 ( (/ (i

-"а ! !

j ! (!

1 (!.: !

l (! ! (((1( ((!

) (1 !

Ij! ((! ! (! !

I

) („(L,. () (() .(, ( (((. 1

/--= (j ( ( (, (1 ( () у ( ( (l !! ( (((,(!

1 1 (!

I((1.(Е