Способ управления тиристорным электроприводом постоянного тока транспортного средства

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в тяговых электроприводах. Целью изобретения является повышение надежности управления. При снижении напряжения питающей сети 66 и снижении напряжения на конденсаторе 67 до уровня и компаратор напряжения переключается и блокируются импульсы управления тиристоров 70, 71. При разряде конденсатора 67 до напряжения U/j другой компаратор напряжения переключается и двигатель переводится в режим электродинамического торможения. Тяговый двигатель подзаряжает конде}{сатор 67, и при достижении напряжения уровня и двигатель переводится в режим свободного выбега. 4 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ÄÄSUÄÄ 1415397 А1 (5p 4 Н 02 P 5/16

ВСЕСсг" -", л"., ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ЬМБЛИО ГаЫ а

К ASTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2 1 ) 4! 85983/24-07 (22) 26.01.87 (46) 07.08.88. Бюл, 11 29 (71) Криворожский горнорудный институт (72) О.Н.Синчук, Э.С.Гузов, Е.В,Афанасьев и И.А.Луценко (53) 621.316,718,5(088,8) (56) Авторское свидетельство СГСР

Ф 577!46, кл. Н 02 М 3/00, 1976.

Авторское свидетельство СГСР

Ì 610285, кл, H 02 М 3/!42, 1978, (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТИРИСТОРН11М

ЭЛЕКТРОПРИВОДОМ ПОСТОЯННОГО ТОКА

ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в тяговых электропрчводах, Целью изобретения является повышение надежности управления. При снижении нагряжения питающей сети 66 и снижении напряжения на конденсаторе 67 до уровня U компаратор напряжения переклюf чается и блокируются импульсы управления тиристоров 70, 71. При разряде конденсатора 67 до напряжения U другой компаратор напряжения переключается и двигатель переводится в режим электродинамического торможения. Тяговый двигатель подзаряжает конденсатор 67, и при достижении напряжения уровня U, двигатель переводится в режим свободного выбега. 4 ил.

1415397

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано втяговых электроприводах.

Цель изобретения — повышение на5 дежности управления электроприводом, На фиг. I представлена блок-схема устройства для реализации способа; на фиг. 2 и 3 — схемы блоков устройства; на фиг. 4 — силовая схема элек-!0 тропривода, Устройство для реализации способа состоит из генератора 1 треугольного напряжения, выход которого подключен к псрвому входу генератора 2 импульсов силового тиристора и второму входу генератора 3 импульсов тиристора искусственной коммутации, выход которого подключен к первому входу элемента И-HE 4 и первому входу ка- 20 нала 5 управления тиристором искусственной коммутации, выход которого подключен к первому входу силовой схемы

6. Генератор 2 импульсов силового тиристора подключен к первому входу 25 канала 7 управления силовым тиристором, выход которого подключен к второму входу силовой схемы 6, подключенной выходом к интегратору 8, выход которого подключен к первым вхо 30 дам компараторов 9 и 10 напряжения.

На второй вход генератора 2 импульсов силового тиристора и первый вход генератора 3 импульсов тиристора искусственной коммутации подключено напря35 жение задания, к второму входу компаратора 9 напряжения — опорное напряжение верхнего уровня фильтрового конденсатора U„, к второму входу компаратора 10 апряжения — Опорное напре- 40 ние нижнего уровня фильтрового конденсатора !1 . Выход компаратора 9 подключен к дифференцирующему звену

11, дифференцирующему звену 12 и второму входу элемента И-НЕ 4, выход ко- 45 торого подключен к первому входу триггера !3. Выход компаратора напря" жения 10 подключен к дифференцирующему звену 14, подключенному выходом к входу элемента НЕ 15, выход которого

50 подключен к первому входу триггера 16.

Выход последнего подключен к входу релейного элемента 17 и элемента 18 задержки, выход которого подключен к первому входу элемента ИЛИ 19. Выход последнего подключен к первому входу

55 элемента И 20, выход релейного элемента 17 — к третьему входу силовой схемы 6, выход дифференцирующего звена!

2 — к входу элемента HE 21, выход которого подключен к вторым входам триггеров 16 и 22 и первому выходу узла 23 начальной установки триггеров, второй выход которого подключен к второму входу триггера !3. Выход триггера 13 подключен к второму входу элемента И 20, к выходу которого подключены вторые входы канала 7 управления силовым тиристором и канала 5 управления тиристором искусственной коммутации. Выход дифференцирующего звена ll подключен к входу элемента

HE 24, подключенного выходом к первому входу триггера 22, выход которого подключен к второму входу элемента

ИЛИ 19, Генератор 1 треугольного напряжения выполнен на базе операционных усилителей, генератор 2 импульсов силового тиристора и генератор 3 импульсов тиристора искусственной коммутации выполнены на базе операционных усилителей 25 и 26, работаюших в режиме компараторов, и дифференцирующих звеньев, состоящих иэ конденсаторов 27 и 28 и резисторов 29 и 30. Канал 7 управления силовым тиристором состоит из формирователя импульсов и логического элемента И 31. Канал 5 управления тиристором искусственной коммутации состоит также иэ формирователя импульсов и логического элемента И 32.

Компараторы 9 и 10 напряжений выполнены на базе операционных усилителей.

Дифференцирующие звенья ll и 14 состоят из резисторов 33 и 34 и импульсных трансформаторов 35 и 36, концы первичных и начала-вторичных обмоток которых соединены с общей точкой схемы. Дифференцирующее звено

12 состоит из резистора 37 и импульсного трансформатора 38, концы первичной и вторичной обмоток которого соединены с общей точкой схемы. Обмотки импульсных трансформаторов 35 и 36 включены так, что положительный импульс во вторичных обмотках формируется при отрицательном перепаде напряжения в первичных обмотках, а обмотки импульсного трансформатора 38 включены так, что положительный импульс в его вторичной обмотке формируется при положительном перепаде напряжения в первичной обмотке.

Релейный элемент 17 содержит ключевой элемент — составной транзистор

39, в коллекторную цепь которого вклю1415397 чена обмотка реле 40, контакт 41 которой подключен плрлллел» но контакту

42 аппарата управления торможеlf:Iåì.

Узел 23 начальной установки триг5 геров состоит из диодов 43 и 44 и конденсатора 45. Аноды диодов 43 и 44 являются выходами узла 23 нлчлльной установки триггеров, катоды соединены вместе и через конденсатор 45 10 подключены к общей точке схемы.

Интегратор 8 выполнен на базе операционного "силителя,, Эпемент 18 элдержки содержи г одновибратср 46, выпс»тненньп» на базе операционного усили-15 теля, охваченного голожительной обратной связью, состоя»пей из F<..-цепи, дифференцирующее звено 47, состоя»пее из конденслтора 18 и резистор;-т 19, и логический элемент И 50, в».спс д ко- 2р торого является выхопо»1 элс.fe»ITa 18 задержки. Выход Одн<эвибраторл 46 соеДИНЕН С ОДНИМ Иэ ВХОДОВ .-:ОГИЧЕСКОГО элементл И 50, второй вход которого соединен с входом диффере »циру1<тгieão 25 звена 47 и является входом элементл

18 задержки. Р>ы еод дифференциру: тпе го звена 47 подключен к входу однонибрлторл 46 (инверсному входу операционного ус»»лителя ) . 11л неин 1ерт»»рую- 30 щий вход операц»»о»»ного усили-," » олновибратора 46 подлно положите: ьное

НаПРЯжЕНИЕ С »el lenkf»I ГЕ, ПО т: <Ó В исходном состоя»IHи нл в»пхо;те Одновибратора 46 положител»,Hne напряжение °

При положительном и< реплде напряжений на входе элеменгл I8 злдержки дифференцирующее звено 47 формирует импульс, который поступает на вход одновибратора - 16. Нл вы:-.оде одновиб- 4п ратора 46 устанавлиB»ется отрицательное напряжение. Время присутствия отрицательного напряжения па выходе одновибратора 46 регулируется постоянной времени Я, -цепи положительной 45 обратной связи.

Положительное напряжение, возни< кающее на входе элемента 18 задержки в результате положительного пере-пада напряжений, появляется íl выходе

50 элемента задержки с выдержкой времени, равной длите I» HOOTH выходного отрицательного имггульсл »»лпряжения на выходе одновибраторл 46.

Силовая схема 6 с.одержит контакты

55 моторного режима. содержащий Обмотку

51 и з амыкаюпв»й конт акт 5? которьп1 включен между катодом ра.<вяэьгвающего диода 53 и началом якорной Обмотки

54 тягового двигателя, контактор тормозного режима, содержащий обмотку

55 и замыкаюппгй контакт 56, который включен между началами якорной Обмотки 54 и обмотки 57 возбужде»»ия тяговсго двигателя, импульс»гый преобразователь 58, включенный между концом обмотки 57 возбуждения тягового двигателя и отрицательным (минусовым) зажимом источника питани"., Обратный диод 59, подключенный анодом к концу обмотки 57 возбуждения,а катодом к катоду рлзв»»ь»вающего диода 53, блокируюп»ий диод 60, подключе»1»п »й аноДОМ К nTPHIIOTÅËÜ»IOÌÓ (МИНУСОВОМУ) Зажиму исто тника питания, а катодом к концу чкорной обмотки 54, рлэдслительи;-.и» д»»оц 61, поц»ггпзчен»п»й,11»одо; концу»корной О ...1oTI и 54, 1 клт .<»с м к началу Обмотки 57 возбуждения, тормоalfolf резистор б2, подклю<»ен»1»111 Одним в»»в ОДО;. f k; o T T»IIIß Ten<ü»fnf ".,< (111»пУ с Овому, з лжим,< Н<.то 1»IHKil Гп<тл» ия .;l вторь»м через второй зли»кл1<»пий ко»»т лкт

6! контлкторл тормозного рс »:«kf - к к< нцу ОГ1мот».и 57 позбужде11ия тягов<— го дкиглтел», источник 64 оперлти»т1fn ГО 11Д яр я»»..e»111» пО Il

68 контлктора Тор.»оз» го режима. КО»1тлктор моторного режи»»а оснлп»ен замедлителем 69 времени отключения.

Обмотка 55 контактора тормозного режима подключена к источнику оперативного напряжения через элмыка»пщи»1

I îHòлкт 42 аппарата управления Toplfoж»»»Hei; (например, командоконтроллера, концевого выключателя, кнопки управления и др.).

Способ осуществляют следуюпгим образом.

TIpH исчезновениях напряжения питающей сети и сниже »ии напряжения нл конденсаторс сглаживающего фильтра до первого (верхнего1 ypo If»I» . 1, препятствуют прохождению имцул ьсо в системы управления на управ.»яюп»ие электроды тиристоров импульсного прссбрлзоваГ теля, тяговый двигатель переводится в режим свободного выбегл, л энергия

14 153 заряда фильтрового конденсатора используется для сохранения работоспособности схемы управления электроприводом, при этом дополнительно контролируют второй (нижний) уровень напряжения на фильтровом конденсаторе U» ниже которого схема управления электроприводом начинает рассыпаться", и при снижении напряжения на фильтровом конденсаторе до этого уров1 ня электропривод автоматически переводится в режим электродинамического торможения, тяговый двигатель, работая н генераторном режиме, заряжает )5 конденсатор сглаживающего фильтра до напряжения первого (верхнего) уровня

1, 1, после чего тяговый двигатель снова перенодится н режим свободного выбега. 20

При подключении токоприемника 65 к питающей сети 66 к фильтровому конденсатору 67, источнику 64 оперативного напряжения и устройству для управления тяговым двигателем постоян- 25 ного тока транспортного средства прикладывается напряжение. Обтекаются током цепи управления устройством, подключенные к источнику 64 оперативного напряжения. Через блок-контакт 30

68 получает питание обмотка 51 контактора моторного режима, последний срабатывает и контактом 52 подключает обмотки 54 и 57 тягового двигателя к катоду разделительного диода 53.

Устройство подготовлено к работе.

Во время переходного процесса, при нарастании напряжения питания цепей управления регулятора до установившегося значения, $-входы RS-тригге" 40 ров !3, 16 и 22 через диоды 43 и 44 и конденсатор 45 присоединены к общей точке схемы. Этим обеспечивается начальная устанонка БЯ-триггеров 13, 16 и 22. На прямом ныходе RS-тригге- 45 ра 22 устанавливается логическая "1", на инверсных выходах RS-триггеров 13 и 16 — логический "0". После окончания переходных процессов конденсатор

45 заряжается, тем самым отключая S- 50 входы от общей точки схемы, Триггеры готовы к дальнейшей работе.

Генератор 1 треугольного напряжения начинает вырабатывать напряжение треугольной формы, которое поступает на инвертирующий вход компаратора 25 и неинвертирующий вход компаратора

26. На неинвертируемый вход компаратора 25 и инвертирующий вход компа97

6 ратора 26 подается напряжение задания, Эти напряжения сравниваются, и на выходах компараторов 25 и 26 появляются напряжения прямоугольной формы, последние дифференцируются и поступают в каналы 5 и 7 управления тиристорон.

Логический "0 присутствует на выходе НГ-триггера 13, пока напряжение на конденсаторе 67 сглаживающего фильтра не достигает верхнего уровня U, поэтому на выходе логического элемента И 20 присутствует логический ноль

0", запрещающий импульсам системы упранления проходить через канал 7 управления силовым тиристором и канал 5 управления тиристором искусственной коммутации на управляющие электроды тиристоров 70 и 71, На вход интегратора 8 с датчика напряжения поступает напряжение, пропорциональное напряжению на фильтровом конденсаторе 67, Интегратор 8 выделяет постоянную составляющую этого напряжения, После достижения на инверсном входе компаратора 9 напряжения, пропорционального напряжению на фильтровом конденсаторе 67 верхнего уровня U,, компаратор срабатывает и на его выходе напряжение логического

"0" скачком меняется на логическую

11 II

Дифференцирующее звено 12 формирует импульс, который инвертируется элементом НЕ 21 и поступает на К-входы

RS-триггеров 16 и 22. Но так как ВБтриггеры 16 и 22 уже переключились по этим пходам во время переходного процесса при подключении схемы к питающей сети, то их состояние не изменяется. В это же время напряжение логической "1 поступает на второй вход логического элемента И-НЕ 4. Импульсы, поступающие с генератора 3 импульсов тиристора искусственной коммутации на первый вход элемента,И-НЕ 4, инвертируются и поступают на R-вход RSтриггера 13 который первым проинвертированным импульсом, попавшим на

его R-вход, переключается. На инверсном выходе RH-триггера 13 появляется напряжение логической "1"! которая попадает на второй вход элемента И

20. Присутствие на обоих входах элемента И 20 напряжения логической "1" приводит к появлению на выходе этого элемента напряжений логической ".1", которая попадает на второй вход эле1415397 8

RS-триггера 16, переключает его. Ha выходе RH-триггера 16 появляется напряжение логической 1, которое попадает через элементы 18 задержки и

И:1И 19 на первый вход элемента И 20, на выходе которого тоже появляется напряжение логической "1", поступающее на вторые входы элементов И 31 и

1р 32 и открывающее каналы 5 и 7 управления тнристорами.

Напряжение логической "1" с выхода В3-триггера 16 поступает на вход релейного элемента 17, контактом 41 которого включается режим электродинамического торможения. При этом обмотка 55 контактора тормозного режима подключается к источнику 64 опемента И 31 и второй вход элемента И

32, нходящих в каналы 5 и 7 управления тиристорами. Импульсы, вырабатываемые генератором 2 импульсон силового -.èðèñòîðà и генератором 3 импульсов тиристора искусственной коммутации, проходят через каналы 5 и 7 управления тиристорами и поступают на управляемь|е электроды тиристоров

70 и 71. Напряжение на тяговом двигателе регулирует величина относительной продолжительности включения силового тиристора, которая задается напряжением задания

При пропаданиях напряжения питающей сети 66 и снижении напряжения на конденсаторе 67 сглаживающего фил т ра до верхнего порогового уровня U, компаратор 9 переключается и на его 20 выходе и;п.ряжение логической "1" сменяется логическим 0", Дифференцирующее звено 11 формирует импульс, который иннертируется элементом НЕ

24 и поступает на R-вход НБ-тpигrepа

22, последний переключается, и на его выходе напряжение логической "1" сменяется логическим 0 . Присутствие на входах элемента ИЛИ 19 нап яжения логического 0 приводит к появлению на выходе этого элемента напряжения логического "0", следовательно, и на выходе элемента И 20 тоже появляется напряжение логического "0", которое закрывает каналы

5 и 7 управления тиристорами с помощью элементов И 31 и 32, Импульсы на управляющие электроды тиристоров

70 и 71 не проходят, тяговый двигатель работает в режиме свободного вы- 40 бега. Энергия заряда конденсатора

57 сглаживающего фильтра используется для сохранения работоспособности схемы управления регулятором.

От количества энергии, накоплен- 45 ной конденсатором 67 сглаживающего фильтра, зависит время, в течение которого схема управления регулятором сохраняет свою работоспособность.

При разряде конденсатора 67 сгла- 50 живающего фильтра до напряжения, пропорционального опорному напряжению U< на втором входе компаратора 10 напряжения, последний переключается и на его выходе напряжение логичес- 55 кой "1 сменяется логическим "0" °

Дифференцирующее звено 14 формирует импульс, который инвертируется элементом HF, 15 и, попадая на Р-вход ративного напряжения. Контактор срабатывает и силовыми контактами 56 и 63 производит переключение в цепях обмотки 54 якоря и обмотки 57 возбуждения так, чтобы направление ЭДС обмотки 54 якоря совпало с направлением тока в обмотке 57 возбуждения. Элемент 18 задержки согласует время подачи импульсов на управляющие электроды тиристоров 70 и 71 с временем окончания описанных переключений в цепях обмоток 54 и 57 двигателя. Одновременно блок-контакт 68 контактора тормозного режима разрывает цель обмотки 51 контактора моторного режима, и последняя обесточивается. Но так как контактор моторного режима оснащен замедлителем 69 времени отключения, то якорь контактора остается в притянутом положении в течение времени задержки, создаваемой замедлителем

69. Во время задержки в обмотке 57 возбуждения тягового двигателя создается начальный импульс тока. TOK протекает по цепи полюс" конденсатора 67 сглаживающего фильтра — контакт 52 контактора моторного режима — контакт 56 контактора тормозного режима - обмотка 57 возбуждения — контакт

63 контактора тормозного режима тормозной резистор 62 — "минус" конденсатора сглаживающего фильтра 67.

После раэмыкания контакта 52 контактора моторного режима тяговый двигатель работает в режиме генератора последовательного возбуждения, величина среднего значения тока и ЭДС самоиндукции регулируется импульсным преобразователем 58. Тяговый двигатель импульсами отдает энергию конденсатору 67 сглаживающего фильтра.! 4 5397

Напряжение на последнем нарастает и, достигая напряжения, пропорционального опорному напряжению U< на втором входе компаратора 10, переключает его. На выходе компаратора 10 напряжение логической "1" сменяется на логический "0". При достижении напряжением на конденсаторе 67 сглаживающего фильтра напряжения1пропорцио- lð нального опорному напряжению !1„ на втором входе кбмпаратора, последний переключается, напряжение логического "0" на его выходе сменяется логической "1". Дифференцирующее звено

12 формирует импульс, который инвертируется элементом НЕ 21 и, попадая на Б-входы НБ-триггеров 16 и 22, устанавливает их в исходное состояние.

Напряжение логической "!" на входе 20 релейного элемента 17 сменяется логическим "0", размыкается контакт l отключая от напряжения оперативного источника 64 питания обмотку 55 тор-! моэного контактора и последний раз- 25 мыкает силовые контакты 56 и б 3. 3амыкается блок-контакт 68, подключая обмотку 51 контактора моторного режима к напряжению источника 64 оператинного напряжения. Контактор мотор- 3р ного режима срабатывает и силовым контактом 52 подключает обмотки 54 и

57 тягового двигателя к катоду разнязывающего диода 53, 11 11

Одновременно логическая на первом входе элемента ИЛИ 19 сменяется логическим "0"1, а логический 0 на втором входе элемента ИЛИ 19 сменяется логической . Поэтому на выходе элемента И 20 по-прежнему оста- 4р ется логическая "!" и импульсы системы управления продолжают проходить на управляющие электроды тиристорон

70 и 71. Если напряжение питающей сети 66 не восстановилось, тяговый дви- 45 гатель и цепи управления регулятором снова начинают разряжать конденсатор

67 сглаживающего фильтра. При снижении напряжения на конденсаторе 67 сглаживающего фильтра до верхнего по- 5р рогового уровня 1!, компаратор 9 переключается и на его выходе напряжение логической "1" сменяется логическим

"О", Дифференцирующее звено 11 формирует импульс, который инвертируется элементом HE 24 и поступает на

R-вход R, 3--триггера 22, последний переключается, и на его выходе напряжение логической "1" сменяется логичес11 1! ким О, Присутствие на входах элемента ИЛИ 19 напряжения логического

11 11

0 приводит к появлению на выходе этого элемента напряжения логическо11 11 го О следовательно, на выходе элемента И 20 тоже появляется напряжение логического 0", которое закрывает каналы 5 и 7 управления тиристорами с помощью элементов И 31 и 32 ° Импульсы на управляющие электроды тиристоров 70 и 71 не проходят, тяговый двигатель работает в режиме свободного ныбега, Энергия заряда конденсатора 67 сглаживающего фильтра используется для сохр".Heíèè работоспособности схемы управления регулгтором.

Процесс повторяется, пока не восстановится напряжение питающей сети

66 или не произойдет полная остановка транспортного средства.

При кратковременньж исчезновениях напряжения питающей сети бб, если напряжение на конденсаторе 67 сглаживающего фильтра не успевает снизиться до нижнего уровня, пропорционального опорному напряжению,!2 на нтором входе компаратора 10, силоная схема тиристорного электропривода постоянного тока транспортного средства не переходит н режим электродинамического торможения для подзаряда конденсатора 67 сглаживающего фильтра, а после появления напряжения питающей сети бб тяговый двигатель переводится из режима снободного выбега н режим тяги.

Преимуществом способа является повышение надежности управления электроприводом постоянного тока транспортного средства при исчезновениях напряжения питающей сети за счет выполнения следующих операций: контроль нижнего уровня напряжения на конденсаторе сглажинающего фильтра (ниже которого схема управления электроприводом начинает "рассыпаться автоматический перевод электропринода в режим электродинамического торможения, подзаряд конденсатора г.глажинающего фильтра в режиме электрического торможения за счет ЭДС тягового двигателя. Это позволяет сохранять управляемость электропривода гри длительнь|х исчезновениях напряжения питак1щей сети. При этом увеличивается время свободного выбега тягового двигателя, в течение которого он может перейти

1415397

12 при необходимости в режим экстренного электродинамического торможения или автоматически перейти в моторный режим после восстановления напряжения питающей сети.

Формула изобретения

Способ управления тиристорным электроприводом постоянного тока транспортного средства, по которому контролируют напряжение на конденсаторе сглаживающего фильтра и при снижении напряжения до первого уровня блокируют прохождение управляющих импульсов на управляющие электроды тиристоров импульсного преобразователя, тяговый двигатель переводят в режим свободного выбега, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повьппе- ння надежности управления, дополнительно контролируют второй уровень напряжения на конденсаторе сглаживающего фильтра и при снижении напряжения до этого уровня тяговый двигатель переводят в режим электродинамического торможения, подключают к конденсатору сглаживающего фильтра и при достижении напряжения на конденсаторе первого уровня, тяговый двигатель переводят в режим свободного выбега.

1415397

Фиг. 3

Составитет ь Ю.Трофименко

Редактор В.Петраш Техред Л.олийнык Корректор 0.Кравцова

Закаэ 3884/54

Проиэводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Г ! ! ! ! !

Тираж 583 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 (I ! л(К то юС и.е. Ф!