Электропривод постоянного тока



Электропривод постоянного тока
Электропривод постоянного тока

 


Владельцы патента RU 2579153:

Открытое акционерное общество "Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва" (ОАО "РКК "Энергия") (RU)
Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт электромеханики" (ОАО "НИИЭМ") (RU)

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах широкого класса изделий в качестве электропривода постоянного тока при автономном источнике электроэнергии ограниченной мощности, например, в служебных системах космических аппаратов. Технический результат заключается в равномерной работе автономного источника электроэнергии, обеспечивающего сетевое электроснабжение, без пиковых нагрузок во время пуска электродвигателя постоянного тока, что повышает надежность и увеличивает срок службы автономного источника электроэнергии ограниченной мощности и усиливает помехозащищенность всей сети электроснабжения. Электропривод постоянного тока при автономном источнике электроэнергии ограниченной мощности содержит соединитель электродвигателя, емкостной накопитель электроэнергии, коммутационные ключи, сетевой разъем (для соединения с сетью электроснабжения), управляющее коммутационное устройство, индикатор оборотов электродвигателя, сопряженный с осью вращения электродвигателя, балластный резистор и диод развязки, включенные последовательно в цепь зарядки емкостного накопителя электроэнергии от сети электроснабжения. Запуск электродвигателя осуществляется от заранее заряженного емкостного накопителя электроэнергии (например, блока ионисторов), который обеспечивает требуемый пусковой ток (а он может превышать номинальный ток в несколько раз). Когда ротор электродвигателя раскрутится, индикатор оборотов посылает сигнал на управляющее коммутационное устройство, которое обеспечивает переключение питания электродвигателя на бортовую сеть электроснабжения. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Назначение

Изобретение предназначено для использования в системах широкого класса изделий в качестве электропривода постоянного тока при автономном источнике электроэнергии ограниченной мощности, например в служебных системах космических аппаратов.

Уровень техники

Известны конструкции электроприводов, описанные в технической литературе, где приведены классические технические решения конструкций электроприводов по системе источник тока - двигатель, в которых регулируемой величиной является электромагнитная мощность [Ильинский Н.Ф. Электроприводы постоянного тока с управляемым моментом. - М: Энергоиздат, 1981, с. 34-38; с. 88-107; с. 114-124].

Примеры технического решения проблем обеспечения качественной работы электропривода сводятся к использованию относительно мощных источников питания: двигатель-генераторов, тиристорных и транзисторных преобразователей и модификаций схем. Во всех случаях предполагается наличие существенного запаса мощности источника питания.

Известны особенности работы систем электропривода в автономных устройствах [Крайцберг М.И. Электропривод при автономном источнике энергии. - М.-Л.: Энергия, 1966, с. 49-52; с. 87-90]. Мощность приводного электродвигателя сопоставима с мощностью системы электроснабжения. В этом случае режим работы приводного двигателя оказывает существенное влияние на систему электроснабжения. При набросе нагрузки на двигатель переходный режим включения может вызвать колебательный режим в сети. Для борьбы с этим явлением необходимо (предлагается) применять в схеме вспомогательный генератор увеличенного возбуждения и схему согласования напряжения питания двигателя и напряжения системы электроснабжения. Наброс нагрузки растягивается на доли секунды в пределах одной секунды, нарастание момента сопротивления соизмеримо с длительностью электромагнитных процессов в регуляторах и цепях возбуждения. Следовательно, по мнению автора, в автономной системе электропривода в конструкции электродвигателя целесообразно применять независимое возбуждение двигателя вместо последовательного.

Недостатком этого технического решения является относительная сложность технической реализации схемы и необходимость использования более сложной конструкции электрического двигателя, его обмоток возбуждения и нахождения дополнительных мощностей для питания и коммутации катушек возбуждения.

Из числа известных аналогов полезной модели ближайшим прототипом может служить электропривод постоянного тока по патенту РФ №2025885. В этом техническом решении в электропривод, содержащий m электродвигателей, n источников электроэнергии и блок преобразователей, введены i блоков накопителей электроэнергии, соединенных с дополнительными входами блока преобразователей энергии, и накопители электроэнергии, один из которых выполнен в виде емкостного накопителя, а другой - в виде аккумуляторной батареи. Блок преобразователей содержит входные, выходные и промежуточные преобразователи.

Недостатком является необходимость существенного запаса мощности источника электроснабжения для его надежной работы и долгого срока службы, так как пиковые нагрузки на него во время пуска двигателя отрицательно сказываются на параметрах этого источника. Запас мощности источника электроснабжения приводит к утяжелению оборудования и снижению КПД (применяются разнотипные накопители электроэнергии: электрохимические аккумуляторные батареи и емкостные накопители, имеющие разные вольт-амперные характеристики, что невыгодно из-за того, что аккумуляторы имеют более низкий ресурс, более высокую скорость деградации и на порядок меньший показатель допустимого числа циклов зарядка/разрядка, то есть аккумуляторы выйдут из строя раньше, чем емкостные накопители, а вместе с аккумуляторами выйдет из строя и прекратит работу электропривод, сократится срок службы). Тем более это не может быть реализовано в системах ограниченной мощности.

Цель изобретения: не увеличивая мощности автономного источника электроэнергии, обеспечить устойчивый запуск электродвигателя, требующего больших пусковых токов. Это повысит надежность и срок службы автономного источника электроэнергии.

Раскрытие изобретения

Предлагаемый электропривод постоянного тока при автономном источнике электроэнергии ограниченной мощности содержит соединитель электродвигателя, емкостной накопитель электроэнергии, коммутационные ключи, сетевой разъем (для соединения с сетью электроснабжения), управляющее коммутационное устройство (например, процессор), индикатор оборотов электродвигателя, сопряженный с осью вращения электродвигателя. Кроме того, электропривод постоянного тока содержит балластный резистор и диод развязки, включенные последовательно в цепь зарядки емкостного накопителя электроэнергии от сети электроснабжения. Первый коммутационный ключ, осуществляющий включение пускового тока электродвигателя от емкостного накопителя электроэнергии и последующее переключение емкостного накопителя на зарядку, параллельно подсоединен одной парой своих выводов к выводам емкостного накопителя электроэнергии, а другой парой - к выводам соединителя электродвигателя, предназначенного для соединения с электродвигателем. Одновременно эта пара выводов подсоединена к паре выводов второго коммутационного ключа, который служит для подключения электродвигателя к сети электроснабжения по сигналу управляющего устройства. Информационный вывод индикатора оборотов электродвигателя соединен с управляющим устройством, к которому независимо подключены также оба коммутирующих ключа.

Совокупность введенных признаков обеспечивает запуск электродвигателя не от маломощного бортового источника электроснабжения, а от заранее заряженного емкостного накопителя электроэнергии (например, блока ионисторов), который обеспечивает требуемый пусковой ток (а он может превышать номинальный ток в несколько раз). Когда двигатель раскрутится, индикатор оборотов посылает сигнал на управляющее коммутационное устройство, которое синхронно отключает первым ключом электродвигатель от емкостного накопителя электроэнергии, а вторым ключом подключает двигатель к цепи электроснабжения. При этом первый ключ подключает емкостной накопитель электроэнергии на подзарядку к сети электроснабжения через балластный резистор и разделительный диод, которые обеспечивают подзарядку емкостного накопителя электроэнергии небольшим током. Это позволяет использовать на борту автономный источник электропитания небольшой мощности, а значит, и небольших габаритов, что весьма важно для космических аппаратов. К тому же равномерная работа источника питания без пиковых нагрузок положительно влияет на его надежность и срок службы, а также на помехозащищенность всей сети электроснабжения.

На фиг. 1. приведена электрическая схема электропривода постоянного тока при автономном источнике электроэнергии ограниченной мощности.

Осуществление изобретения

Электропривод постоянного тока содержит соединитель электродвигателя 1, емкостной накопитель 2 (электроэнергии), два коммутационных ключа 3 и 4, сетевой разъем 5, управляющее коммутационное устройство 6, индикатор оборотов 7 (электродвигателя), балластный резистор 8 и диод развязки 9, включенные последовательно в цепь зарядки емкостного накопителя 2.

Информационный выход индикатора оборотов 7 соединен с входом управляющего коммутационного устройства 6. Первый коммутационный ключ 3, осуществляющий включение пускового тока электродвигателя от емкостного накопителя электроэнергии 2 и последующее переключение емкостного накопителя 2 на зарядку, соединен одной парой выводов с емкостным накопителем 2, другой парой - с соединителем электродвигателя 1 и парой выводов второго коммутационного ключа 4. Другая пара выводов второго коммутационного ключа 4, подключающего электродвигатель к сети электроснабжения, соединена с сетевым разъемом 5.

В качестве управляющего коммутационного устройства 6 может использоваться микропроцессор, в качестве индикатора оборотов 7 может быть использован, например, датчик Холла. В качестве емкостного накопителя энергии 2 предпочтительно применение ионисторов в виде блоков ионисторов, в связи с их высокой стойкостью к климатическим воздействиям и длительным срокам службы. Ионисторы обладают свойством саморегулирования тока зарядки. По мере накопления заряда зарядный ток плавно снижается и при достижении номинального напряжения сети электроснабжения снижается до десятков микроампер, что соответствует величине тока саморазряда ионисторов. Процесс зарядки ионисторов не сопровождается разогревом, кипением электролита или выделением газообразных веществ.

Коммутационные ключи 3 и 4 должны быть выполнены программно-управляемыми, они могут быть электромеханическими, твердотельными или других типов.

Устройство работает следующим образом.

В исходном состоянии электродвигатель подключен к соединителю 1, сетевой разъем 5 соединен с бортовой сетью электроснабжения, коммутационные ключи 3 и 4 разомкнуты, емкостной накопитель электроэнергии 2 заряжен. Пуск электропривода осуществляется в режиме форсирования мощности без подключения электродвигателя к сети электроснабжения следующим образом:

по сигналу с управляющего коммутационного устройства 6 замыкается первый коммутационный ключ 3, и через него емкостной накопитель электроэнергии 2 разряжается на обмотку электродвигателя. Вследствие этого ротор электродвигателя приходит во вращение. Сопряженный с ним индикатор оборотов 7 выдает сигнал на управляющее коммутационное устройство 6, которое формирует управляющий сигнал на размыкание первого коммутационного ключа 3 и на замыкание второго коммутационного ключа 4, через который электродвигатель подключается к бортовой сети электроснабжения. Запущенный от емкостного накопителя электродвигатель продолжает работать в штатном режиме, но уже от бортовой сети электроснабжения. Так как запуск электродвигателя происходит от емкостного накопителя электроэнергии 2, отделенного от сети электроснабжения, скачки напряжения и тока, вызванные пуском электродвигателя, в сеть электроснабжения не попадают, а емкостной накопитель электроэнергии 2 заряжается плавно, без перегрузки сети электроснабжения, через балластный резистор 8 и диод развязки 9.

Технический результат предложенного изобретения выражается в равномерной работе автономного источника электроэнергии, обеспечивающего сетевое электроснабжение, без пиковых нагрузок во время пуска электродвигателя постоянного тока, что повышает надежность и увеличивает срок службы автономного источника электроэнергии ограниченной мощности, а также усиливает помехозащищенность всей сети электроснабжения.

1. Электропривод постоянного тока при автономном источнике энергии ограниченной мощности, содержащий соединитель электродвигателя, емкостной накопитель электроэнергии, коммутационные ключи, сетевой разъем, отличающийся тем, что содержит также индикатор оборотов электродвигателя, сопрягаемый с электродвигателем, управляющее коммутационное устройство, балластный резистор и диод развязки, причем один из коммутационных ключей параллельно подсоединен одной парой своих выводов к выводам емкостного накопителя, а другой парой - к выводам соединителя электродвигателя и одновременно - к одной из пар выводов второго коммутационного ключа, другая пара выводов которого подключена к сетевому разъему, при этом последовательно соединенные балластный резистор с диодом развязки включены в цепь заряда емкостного накопителя от сети электроснабжения между одним из контактов сетевого разъема и одним из выводов емкостного накопителя, а информационный вывод индикатора оборотов электродвигателя соединен с входом управляющего коммутационного устройства, к выходам которого независимо подключены также оба коммутационных ключа.

2. Электропривод по п. 1, отличающийся тем, что емкостной накопитель электроэнергии выполнен на ионисторах.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электродвигателями постоянного тока. .

Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно к устройствам питания электромагнитных приводов постоянного тока, включаемых в цепь однофазного переменного тока, может быть использовано в устройствах промышленной автоматики, устройствах удерживающего действия и др.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для ограничения тока якоря при пуске электроприводов постоянного тока включением последовательно с якорем резистора с последующим его шунтированием.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в приводах общепромышленных механизмов, Целью изобретения является повышение точности и плавности управления запуском электродвигателя постоянного тока.

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в различных устройствах автоматики с изменяющимися режимами пуска электродвигателя. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах с пускателями постоянного тока. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления электродвигателями постоянного тока. .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электродвигателем вентилятора, имеющего большой момент инерции. Технический результат заключается в уменьшении потребления электроэнергии из сети за счет использования энергии инерционных масс вентилятора.

Изобретение относится к устройству инвертора, которое принимает DC мощность из общей шины (15) DC и возбуждает нагрузку. Конфигурация является такой, что переключающий элемент (SW1) размещен в первом пути тока, в котором ток протекает через DC вывод (P) положительной стороны при подаче питания, обратно подключенный диод D1 размещен во втором пути тока, в котором ток протекает через DC вывод (P1) положительной стороны при рекуперации.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для пуска и бесщеточного возбуждения синхронных бесконтактных электрических машин специального назначения, не обладающих самозапуском, например, в бортовых системах переменного тока постоянной частоты 400 Гц.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования скорости вращения двухскоростного трехфазного электродвигателя. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника электроэнергии в автономной системе генерирования. .

Изобретение относится к электроснабжению и управлению электрическими машинами и может быть использовано в горной промышленности и в других отраслях, где применяются крупные двухг.коростные электродвигатели .

Изобретение относится к транспортным средствам, в частности к оборудованию, обеспечивающему автоматическую очистку стекол. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено в устройствах пуска электродвигателей постоянного тока, Целью изобретения является повышение надежности.

Изобретение относится к силовым преобразователям для транспортных средств. Преобразователь питания в системе электропривода транспортного средства содержит источник электропитания, электрогенератор и силовой преобразователь постоянного тока, электрически соединенный с источником электропитания и электрогенератором.
Наверх