Электропривод постоянного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и м.б. использовано в механизмах подач металлообрабатывающих станков, роботов и других машин с высоким быстродействием. Целью изобретения является повышение надежности электропривода. Электропривод содержит электродвигатель 1, подключенный через импульсный преобразователь 2, шунтированный конденсатором 3, к выходу силового выпрямителя 4, Электропривод надежно работает при обрыве разрядной цепи 8 или вкдачения ее при отсутствии сигнала порогового элемента 16, при пробе цепи динамического торможения 15 или.включении ее при ложном сигнале на входе, а также при перенапряжениях в питающей сети. Например , при обрыве разрядной цепи 8 р напряже1 1ие на выходе датчика 9 тока соответствует логическому О. При О) сигнале на выходе порогового элемента 16, равном логической 1, выход

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 Н 02 P 5 06

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3883854/24-07 (22) 08.04.85 (46) 07.12.86. Бюл. 11 45 (21) Украинский научно-исследовательский институт станков и инструментов (72) М.Е.Гольц, А.Б.Гудзенко, Б.В.Гулыманов, В.А.Войтенко,Н.С.Литвин, А.Г.Пличко и А.А.Прокопенко (53) 621.316.718 (088.8) (56) Патент Франции Ф 2210331, кл. Н 02 P 3/00, 1973.

Авторское свидетельство СССР

Ф 832688, кл. Н 02 P 3/14, 1981. (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и м.б. использовано в механизмах подач металлообрабатывающих станков, роботов и других машин с высоким быстродействием. Целью изобретения является повышение надежности электропривода. Электропривод содержит электродвигатель 1, подключенный через импульсный преобразователь 2, шунтированный конденсатором 3 ° к выходу силового выпрямителя 4. Электропривод надежно работает при обрыве разрядной цепи 8 илй включении ве при отсутствии сигнала порогового элемента 16, при пробе цепи динамического торможения 15 или включении ее ври ложном сигнале на входе, а также при перенапряжениях s питающей сети. Например, при обрыве разрядной цепи 8 напряжение на выходе датчика 9 тока соответствует логическому "0"; При сигнале на выходе порогового элемента 16, равном логической "1", вьаюд1 ной сигнал логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 соответствует логической "1". На выходе логического элемента ИЛИ 12 также присутствует логическая "1", что приводит ; cpa275727 батыванию релейного элемента 10 с контактным выходом. Цепь питания маг нитного пускателя размыкается, выключается питание силового выпрямителя. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в механизмах подач металлообрабатывающих станков, преимущественно с ЧПУ, роботов и других машин, в которых требуется высокое быстродействие.

Цель изобретения — повьш ение надежности в работе электропривода.

На фиг, 1 приведена принципиальная блок-схема предлагаемого электропривода; на фиг, 2 — схема цепи динамического торможения.

Электропривод содержит электродвигатель 1, подключенный через импульсный преобразователь 2, шунтиро;ванный конденсатором 3, к выходу сило:вого выпрямителя 4, вход которого соединен с узлом 5 коммутации и вхоцом, выпрямителя 6, выход последнего соединен с нуль-органом 7, разрядную цепь 8, один из выводов которой подключен к выводу конденсатора 3, датчик 9 тока, релейный элемент,0 с контактным выходам, времяимпульсный элемент 11, логические элементы ИЛИ

12, И 13 и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14,„ цепь

15 динамического торможения и пороговый элемент 16. Причем датчик 9 тока включен между свободными выводами конденсатора 3 и разрядной цепи 8, параллельно ей подключена цепь.

15 динамического торможения., управляющий вход которой подключен к выходу логического элемента И 13, к одному входу которого подключен выход нуль-органа 7, а к другому — контактный выход узла 5 коммутации электропривода, выход логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 через элемент

ИЛИ 12 подсоединен к входу релейного элемента 10, контактный выход которого подключен к входу узла 5 коммутации электропривода. Управляющий вход разрядной цепи 8 соединен с входом логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 и с выходом порогового элемента 16, подключенного параллельно конденсатору 3, а другой вход логического элемента ИЛИ 12 подсоеди» нен к выходу времяимпульсного элемента 11, вход которого подключен к выходу датчика 9 тока и свободному входу логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14, Цепь 15,цинамического торможения содержит два последовательно соединенных оптотиристора 17 и 18, причем оптотиристор 17 шунтирован резистором 19, два стабилитрона 20 и 21, два формирователя управляющих сигналов, каждый из которых состоит, соответственно из логических элементов

4И 22 и 23 и резисторов 24 и 25. К входу формирователя управляющего сигнала оптотиристора 17, шунтированного резисгором 19, подключено инерционное звено 26.

Импульсный преобразователь 2 выполнен по схеме мостового реверсора: обратный мост образован диодами 27 — 30, а прямой — транзисторными ключами 31 — 34.

В качестве исполнительных может быть использован не один электродви30 гатель I, a несколько (в случае многокоординатного электропривода), каждый из которых через свой импульсный преобразователь подключается параллельно конденсатору 3.

З» Электропривод работает следующим образом.

При включении питания (пусковые аппараты не показаны) через контакт

4О релейного элемента 10 с контактным выходом поступает напряжение на обмотку магнитного пускателя узла 5 коммутации, который включается, и сетевое напряжение поступает на си4» ловой выпрямитель 4.

1275727

В двигательном режиме чередуются этапы: А — электродвигатель 1 через пару диагонально расположенных управляемых ключей импульсного преобразователя 2 подключен к силовому выпрямителю 4 (на этом этапе ток якоря растет) и  — один из управляемых ключей, например 34, выключен и якорный ток уменьшается, замыкаясь через управляемый ключ 31 и обратный диод 29.

При работе электропривода в тормозном режиме имеют место этапы противовключения (когда оба диагонально расположенных управляемых ключа импульсного преобразователя 2 включены) и этапы динамического напряжения (когда один из управляющих ключей выключен, а ток электродвигателя 1 замыкается через другой управляемый ключ и обратный диод). На этапе противовкйючения потребляется энергия от силового выпрямителя 4 (как на этапе А двигательного режи25 ма). На этапе динамического торможения силовой выпрямитель 4 работает на холостом ходу (как на этапе Б).

На этапах противовключения динамического торможения ток в двигателе растет, либо под действием напряже30 ния силового выпрямителя и согласно с ним направленной ЭДС двигателя (на этапе противовключения), либо под действием только ЭДС двигателя (на этапе динамического торможения, при большой скорости двигателя).

Ограничение якорного тока в режиме торможения имеет место на этапах рекуперативного (генераторного) торможения, тогда управляемые ключи

40 импульсного преобразователя 2 заперты, а ток двигателя через два диагонально расположенных обратных диода импульсного преобразователя 2 замыкается, уменьшаясь по своей величине, через конденсатор 3, заряжая его сверх уровня, обусловленного сетевым напряжением силового выпрямителя 4.

Таким образом, происходит умень50 шение, а значит, и ограничение якорного тока, а энергия вращения масс двигателя передается в конденсатор

3, напряжение на котором растет. В

55 режиме торможения с ограничением якорного тока чередуются этапы противовключения, динамического торможения и рекуперацин. Когда в процессе торможения напряжения на конденсаторе 3 становится выше порога срабатывания элемента 16, последний срабатывает, включается разрядная цепь 8 и излишки эйергии, накопленные в конденсаторе 3, рассеиваются разрядной цепью

8 до тех пор, пока напряжение на входе порогового элемента 16 не станет меньше его уровня отпускания,после чего разрядная цепь 8 выключается.

При включении разрядной цепи 8 выходной сигнал датчика 9 тока соответствует логической "1" и, так как оба входных сигнала логического элемента ИСКЛЮЧАНЦЕЕ ИЛИ 14 соответствуют логической "t" его выходной сигнал соответствует логическому "0" а релейный элемент 10 остается в исходном состоянии, при котором его выходной контакт замкнута

При выключении сетевого питания напряжение на выходе узла 5 коммутации, а также выпрямителя 6 сразу же исчезает (так как выпрямитель 6 бесфильтровый), сигнал на выходе нульоргана 7 (на первом входе элемейта И

l3) соответствует логической " 1". На втором входе элемента И 13 соединенном с блок-контактом магнитного пускателя узла 5 коммутации, сигнал также соответствует логической "1" (при включенном состоянии последнего) . Поатому в этом случае на выходе элемента И 13 (и на входе цепи 15 динамического торможения) сигнал соответствует логической "1".

При поступлении сигнала на вход цепи 15 динамического торможения (фиг. 2) на выходе логического элемента 4И 23, устанавливается сигнал логической "1", который превышает порог срабатывания стабилитрона 21, и тиристор 18 включается, образуя цепь разряда конденсатора 3 через резистор 19. Включение оптотиристора 17 происходит с задержкой, определяемой параметрами инерционного звена 26 и порогом срабатывания логического элемента 4И 22, нагрузкой которого является резистор 24. Стабилитрон 20 (21) предназначен для того, чтобы сигнал, соответствующий логическому "0" на выходе элемента 4И

22 (23) не поступал на управляющий вход оптотиристора 17 (18). Напряжение питания (+15B) формирователей управляющих сигналов цепи 15 динамичес1275727 кого торможения осуществляется от выпрямителя с конденсаторным фильтром .(не показан) для того, чтобы в момент включения оптотиристора 17 напряжение

+15B еще сохранялось. При включении тиристора 17 остаток заряда конденсатора 3 разряжается через оптотиристоры 18 и 17, минуя резистор 19. Динамическое торможение электродвигателя 1О

1 начинается с момента, когда убывающее в процессе разряда напряжение конденсатора 3 становится меньше, чем

ЭДС вращающегося двигателя и вначале цепь динамического торможения нключа- 15 ет в себя резистор 19, который огра" ничивает ток разряда конденсатора 3 и ток электродвигателя 1.

По мере разряда конденсатора 3 и уменьшения ЭДС двигателя необходимость ограничения тока через orn отиристор 18 исчезает, и для увеличения тока двигателя и, следовательно, интенсивности торможения включается оптотиристор 17, шунтирующий ограничительный резистор 19.

Возможны следующие аварийные режимы в электроприводе:

Обрыв разрядной цепи 8 при выходе из строя ее элементов или сра- ЗО батывании ее защиты из-за перегрузки;

II. Включение разрядной цепи 8 при отсутствии выходного сигнала порогового элемента 16;

III. Пробой цепи 15 динамического я5 торможения или включение ее при лож- . ном сигнале на входе„

IV. Перенапряжение в питающей сети, обусловленное резким сбросом нагрузки, неустойчивостью сети. 40

Режим 1 может привести к выходу из строя элементов импульсного преобразователя 2 из-за перенапряжений при рекуперативном торможении, так как энергия вращающихся масс электро-45 двигателя 1 направлена в этом случае йа заряд конденсатора 3, а разрядная цепь 8 не обеспечивает (ввиду ее обрыва) разряд конденсатора 3. Напряжение на выходе датчика 9 тока соот- О ветствует логическому "0",и как только в режиме торможения сигнал на выходе порогового элемента 1I6 будет соответствовать логической " 1"„ выходной сигнал логического элемента 55

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 будет соответствовать логической "1". На входе логического элемента ИЛИ 12 присутствует логическая "1", на выходе логического элемента ИЛИ 12 также логическая

"1", что приводит к срабатыванию релейного элемента 10 с контактным выходом, который размыкает цепь питания обмотки магнитного пускателя узла 5 коммутации, питание силового выпрямителя 4 выключается. При выключении питания исчезает выходное напряжение выпрямителя 6 и на выходе нуль-органа 7„ т.е. на входе логического элемента И 13 появляется логическая единица.

При срабатывании блок-контакта магнитного пускателя узла 5 коммутации на другом входе логического элемента И 13 также появляется сигнал, соответствующий логической "1".

Вследствие этого на выходе элемента

И 13 появляется сигнал, соответствующий логической "1 ", цепь 15 динамического торможения включается и якорный ток замыкается по цепи: якорь электродвигателя 1, диод 28 (30), цепь 15 динамического торможения ; датчик 9 тока, диод 29 (27). При неисправности в цепи подачи управляющего сигнала в разрядную цепь 8 или при неисправности разрядной цепи, приводящей к длительному включению последней, срабатывает времяимпульсный элемент 11 и выключается силовое пи ание электропривода, чем устраняется опасность выхода из строя элементов силового выпрямителя 4 и разрядной цепи 8 из-за перегрузок по току.

Аварийный режим II .может привести к выходу из строя элементов разрядной цепи 8 и силового выпрямителя 4 из-sa того, что в этом случае резко возрастает уровень среднего значения тока разрядной цепи, который становится равным пиковому значению.

Напряжение на выходе датчика 9 тока соответствует логической "1", а напряжение на выходе порогового элемента 16 в двигательном режиме—

"0", т..е. так же, как и в предыдущем случае, сигналы на выходах логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

14 неодинаковы и его выходной сигнал соответствует логической "1".

Далее работа электропривода завершается по алгоритму, описанному в аварийном режиме

7 1275

В аварийном режиме III через датчик 9 тока протекает ток от силового выпрямителя 4 через цепь 15 динамического торможения. Логический элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 14 срабатывает и питание силового выпрямителя 4 отключается таким же образом, как при аварийных режимах 1 и II.

В случае аварийного режима IV срабатывает пороговый элемент 16,вы- 1О ходной сигнал которого поступает на управляющий вход разрядной цепи 8.

Если перенапряжения в сети кратко временны, то вследствие срабатывания разрядной цепи 8 перенапряжения на 15 конденсаторе 3 уменьшаются и опасность пробоя элементов импульсного преобразователя 2 устраняется. Если перенапряжения в питающей сети имеют длительный характер, то соответствен- 20 но увеличивается длительность сигнала на выходе датчика 9 тока, вследствие чего времяимпульсный элемент 11 срабатывает и его выходной сигнал через элемент ИЛИ 12 поступает на вход релейного элемента 10, срабатывание которого ведет к выключению питания силового выпрямителя 4 и торможению электродвигателя 1, Зб

Формула изобретения

1. Электропривод постоянного тока,, содержащий электродвигатель, подключенный через импульсный преобразова- 3> тель, шунтированный конденсатором, к выходу силового выпрямителя, вход которого соединен с узлом коммутации и входом выпрямителя, выход выпрямителя соединен с нуль-органом, разрядную4О цепь, один из выводов которой подключен к выводу конденсатора, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности в работе, в него введены датчик тока, релейный эле-45

727 мент с контактным выходом, времяимпульсный элемент, логические элементы ИЛИ, И и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, цепь динамического торможения и пороговый элемент, причем датчик тока включен между свободными выводами конденсатора и разрядной цепи, .параллельно ей подключена цепь динамического торможения, управляющий вход которой подключен к выходу логического элемента И, к одному входу которого подключен выход нуль-органа, а к другому — контактный выход узла коммутации электропривода, выход логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ через элемент

ИЛИ подсоединен к входу релейного элемента, контактный выход которого подключен к входу узла коммутации электропривода, управляющий вход разрядной цепи соединен с входом логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и

> с выходом порогового элемента, подключенного параллельно конденсатору, а другой вход элемента ИЛИ подсоедиг нен к выходу времяимлульс элемента, вход которого подключен к выходу датчика тока и свободному входу логического элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ.

2. Злектропривод по п. 1, о т— л и ч а ю шийся тем, что Цепь динамического торможения выполнена из двух последовательно соединенных оптотиристоров, один из которых шунтирован резистором, двух стабилитронов, двух формирователей управляющего сигнала, каждый из которых состо" ит из логического элемента 4И и резистора, причем к входу формирователя управляющего сигнала оптотирис" тора, шунтированного резистором, под. ключено инерционное звено, а выхо.— ды формирователей управляющего сиг нала через стабилитроны подключены к управляющим входам оптотиристоров.

1275727

18 !

I

Составитель Т.Рожкова

Редактор В.Петраш Техред Jj.Îëåéíèê Корректор В.Бутяга

Заказ 6579/55 Тираж 631 .Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 1 3035 р Москвау Ж 35, Раушская наб °, д 4/5

Производственно-полиграфическое прелпои тле- г. Ужгопол. ул. Проектная, 4