Стабилизатор тока

 

Стабилизатор тока возбуждения электродвигателя постоянного тока относится к преобразовательной технике и может быть использован для регулирования и стабилизации напряжения электромашинных генераторов, содержит однофазный двухполупериодный выпрямитель, на выход которого через тиристор подключены последовательно соединенные добавочный резистор и обмотка возбуждения электродвигателя, шунтированные обратным диодом, а управление тиристором осуществляется фазосдвигающей RC-цепью, включенной параллельно тиристору и общая точка соединения резистора и конденсатора которой подключена к управляющему электроду тиристора через переключающий диод, в котором для осуществления простого и наиболее экономичного устройства управления второй вывод конденсатора RC-цепи соединен с катодом тиристора через параллельно включенные диод, резистор и коллекторно-эмиттерный переход оптотранзистора, управляющий светодиод которого через стабилитрон подключен параллельно добавочному резистору в цепи обмотки возбуждения. Технический результат - регулирование в необходимом диапазоне с простым и наиболее экономичным устройством управления. 1 ил.

Изобретение относится к преобразовательной технике, предназначено для регулирования и поддержания заданного значения тока возбуждения электродвигателей постоянного тока и может быть использовано для регулирования и стабилизации напряжения электромашинных генераторов.

Частота вращения большинства механизмов промышленных установок с электродвигателями постоянного тока регулируется изменением напряжения на якоре электродвигателя при неизменном токе возбуждения. Нужное значение тока возбуждения устанавливается включением в цепь обмотки возбуждения регулируемого резистора. При этом ток возбуждения может изменяться в довольно широких пределах с нагревом обмотки от тока возбуждения, от изменения температуры окружающей среды или величины питающего напряжения, что приводит к изменению характеристик электродвигателя и нарушает режим работы привода. В первую очередь это относится к механизмам с многодвигательным электроприводом, т.е. приводимым во вращение несколькими электродвигателями, механически связанными между собой или через редуктор, или транспортируемым материалом и получающими питание от общего преобразователя. В металлургии, например, это электроприводы аглолент, охладителей агломерата, поворота конвертеров, рольгангов установок непрерывной разливки стали и прокатных станов и т.п. От одного преобразователя могут получать питание от двух до десяти электродвигателей, поддержание стабильности токов возбуждения которых обеспечит их устойчивую синхронную работу. Применение для стабилизации тока возбуждения серийных преобразователей не рационально из-за сложности их устройства, относительно больших габаритов и высокой стоимости.

Известно устройство питания активно-индуктивной нагрузки, шунтированной обратным диодом, от однофазного двухполупериодного выпрямителя с регулированием тока нагрузки последовательно включенным тиристором [1. Б.Н. Иванчук, Р. А. Липман, Б.Я. Рувинов. Электроприводы с полупроводниковым управлением. Тиристорные усилители в схемах электропривода. М.-Л.: Энергия, 1966 г., стр. 34]. Известно также устройство управления тиристором с помощью цепи RC-диод, питаемой анодным напряжением, обеспечивающее изменение угла отпирания вентиля в пределах всего полупериода [2. Кремниевые управляемые вентили-тиристоры. Технический справочник. Перевод с английского под редакцией к.т.н. В. А. Лабунцова и А. Ф. Свиридова. М.-Л.: Энергия, 1964 г., стр.90]. Простые схемы для фазового управления можно получить, включив параллельно или последовательно конденсатору RC-цепи триод, величина тока в базе которого будет определять зарядный ток конденсатора и, следовательно, позволит регулировать угол отпирания тиристора [2, стр.83, 84].

Указанные выше устройства наиболее близки к изобретению по совокупности существенных признаков и приняты в качестве прототипа.

Однако ток заряда конденсатора RC-цепи при регулировании угла отпирания тиристора в диапазоне 180^o эл. при минимальном угле регулирования на два порядка выше, чем при максимальном. При управлении углом отпирания тиристора с помощью триода, включенного параллельно конденсатору, предполагается протекание по RC-цепи максимального тока заряда конденсатора во всем диапазоне регулирования, а триод отбирает на себя некоторую часть зарядного тока конденсатора, изменяя тем самым угол регулирования. Такое включение транзистора определяет ограничение минимального угла регулирования на уровне не менее 10^o эл. и удовлетворительную работу схемы только при глубоком регулировании - отношение напряжения питающей сети к напряжению нагрузки должно быть не менее двух [2, стр.200, 201]. Включение последовательно с конденсатором триода, регулирующего ток заряда конденсатора, предполагает выбор триода на полное напряжение питающей сети с током коллектора, соответствующим максимальному току заряда конденсатора. Таким образом, при обоих способах управления углом отпирания тиристора требуется повышенная мощность управления и, соответственно, применение более мощных транзисторов.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является регулирование в необходимом диапазоне и стабилизация на заданном уровне тока возбуждения электродвигателя постоянного тока с простым и наиболее экономичным устройством управления. Для этого на выход однофазного двухполупериодного выпрямителя через тиристор подключаются последовательно соединенные добавочный резистор и обмотка возбуждения электродвигателя, шунтированные обратным диодом, а управление тиристором осуществляется фазосдвигающей RC-цепью, включенной параллельно тиристору и общая точка соединения резистора и конденсатора которой подключена к управляющему электроду тиристора через переключающий диод. Второй вывод конденсатора RC-цепи соединен с катодом тиристора через параллельно включенные диод, резистор и коллекторно-эмиттерный переход оптотранзистора, управляющий светодиод которого через стабилитрон подключен параллельно добавочному резистору в цепи обмотки возбуждения.

При подключении цепочки "управляющий светодиод оптотранзистора - стабилитрон" к делителю выходного напряжения электромашинного генератора постоянного или переменного (через выпрямитель) тока регулятор тока возбуждения обеспечит стабилизацию напряжения генератора.

Схема стабилизатора тока приведена на чертеже.

От однофазного двухполупериодного выпрямителя 1 питаются последовательно соединенные тиристор 2, параллельно которому подключены резистор 3 и конденсатор 4, и добавочный резистор 5 с обмоткой возбуждения 6, шунтированные обратным диодом 7. Общая точка соединения резистора 3 и конденсатора 4 через переключающий диод (динистор) 8 соединена с управляющим электродом тиристора 2. Второй вывод конденсатора 4 через параллельно включенные диод 9, резистор 10 и коллекторно-эмиттерный переход оптотранзистора 11 подключен к катоду тиристора 2. Параллельно добавочному резистору 5 через стабилитрон 12 подсоединен управляющий светодиод оптотранзистора 11.

Диод 9 обеспечивает цепь разряда конденсатора 4 при срабатывании переключающего диода 8 и одновременно защищает коллекторно-эмиттерный переход оптотранзистора от обратного напряжения. Оптотранзистор 11 со стабилитроном 12 осуществляют задержанную обратную связь по току возбуждения, величина которого задается переменным добавочным резистором 5. Величину сопротивления резистора 5 принимают равной 5-10% от сопротивления обмотки возбуждения.

Угол отпирания тиристора зависит от времени нарастания напряжения на цепи конденсатора до уставки срабатывания переключающего диода, определяемого скоростью нарастания анодного напряжения, постоянной времени RC-цепи и величиной падения напряжения от тока заряда конденсатора на коллекторно-эмиттерном переходе оптотранзистора, которое складывается с напряжением на конденсаторе и определяет уровень напряжения, до которого должен зарядиться конденсатор для достижения уставки срабатывания переключающего диода. Величину резистора 3 подбирают такой, чтобы при закороченном резисторе 10 напряжение на выходе стабилизатора обеспечивало минимально допустимый ток возбуждения. Затем подбирают величину резистора 10, при которой напряжение на выходе стабилизатора обеспечивает максимально допустимый ток. Таким образом, напряжение на коллекторно-эмиттерном переходе оптотранзистора не превышает напряжение срабатывания переключающего диода, а коллекторный ток соответствует минимальному току заряда конденсатора при максимальном угле регулирования, что позволяет применить маломощные транзисторы.

Проведенные испытания стабилизатора тока на электродвигателе постоянного тока мощностью 4 кВт показали, что при изменении сопротивления цепи возбуждения на 30% и колебаниях напряжения питающей сети -5 - +15% изменения тока возбуждения не превышали 1% (в схеме использовался оптотранзистор типа АОТ 110).

Очевидно, что от одного однофазного двухполупериодного выпрямителя соответствующей мощности может быть запитано несколько стабилизаторов тока.

Формула изобретения

Стабилизатор тока возбуждения электродвигателя постоянного тока, содержащий однофазный двухполупериодный выпрямитель, на выход которого через тиристор подключены последовательно соединенные добавочный резистор и обмотка возбуждения электродвигателя, шунтированные обратным диодом, а управление тиристором осуществляется фазосдвигающей RC-цепью, включенной параллельно тиристору, и общая точка соединения резистора и конденсатора которой подключена к управляющему электроду тиристора через переключающий диод, отличающийся тем, что второй вывод конденсатора RC-цепи соединен с катодом тиристора через параллельно включенные диод, резистор и коллекторно-эмиттерный переход оптотранзистора, управляющий светодиод которого через стабилитрон подключен параллельно добавочному резистору в цепи обмотки возбуждения.

РИСУНКИ

Рисунок 1