Регулируемый электропривод постоянного тока

 

О П И С А Н И Е (!1) 547023

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 03.08.73 (21) 1950978/07 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 15.02.77. Бюллетень М 6

Дата опубликования описания 15.03.77 (51) М. Кл.з Н 02Р 5/06

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 621.313.2 (088.8) (72) Авторы изобретения

О. А. Захаржевский и Е. Г. Подобедов (71) Заявитель (54) РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА

Изобретение может быть использовано при шггании двигателя от аккумуляторов или других автономных источников постоянного тока, обладающих способностью воспринимать энерппо постоянного тока, и где по условиям работы выгодна рекуперация, а именно в электромобилях, аккумуляторных электровозах, а также при питании двигателей от сети через выпрямительно-ииверторный преобразователь или при питании многочисленных электротранспортных средств от общей сети, наприMåð троллейбусов, трамваев, электровозов и т. д.

Известны регулируемые электроприводы постоянного тока, в которых управление скоростью вращения двигателя осуществляется при помощи силовых полупроводниковых элементов импульсным методом, содержащие, по крайней мере, один тиристор, включенный последовательно с двигателем, и схему емкостного гашения этого тиристора, а также отсекающий диод (1). Такие электроприводы работают в режиме широтно-импульсного регулирования и пс обладают способностью к рекупсрации. Недостатками их являются также зависимость режима регулятора от напряжения питания и величины нагрузки и неустойчивость работы при резком увеличении нагрузки, что снижает надежность электропривода.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является электропривод, в котором двигатель постоянного тока подключен к источнику постоянного тока через импульсный преобразователь и коммутатор; четыре контакта коммутирующих элементов соединены последовательно; к двум крайним общим точкам их подключен двигатель, а крайние точки соединены с импульсным пре10 ооразователем через диод; импульсный преобразователь представляет собой тиристорноемкостный коммутатор в виде моста с тиристорами в трех плечах, с диодом в четвертом плече и коммутирующим конденсатором в

15 диагонали моста; между общей точкой диода и тиристора и средней точкой коммутирующих элементов включена последовательная обмотка возбуждения двигателя; резистор, служащий для динамического торможения, шунти20 рует диод и тиристор; коммутатор замыкает и размыкает цепь обмотки в зависимости от величины скорости и тока двигателя (2). Недостатками этого привода являются отсутствие рекуперацпи энерпш при торможении и

25 большие пульсации тока якоря, которые обусловлены относительно невысокой частотой работы прерывателя.

Целью изобретения является улучшение энергетических показателей привода. Это до30 стигается тем, что последовательная обмотка

547023 возб1ухкде1и1я ьторым выводом через дроссель соединена с общей точкой тиристорно-емкостного моста и диода, включенного между источником питания и мостом встречно тиристорам, и в четвертое плечо моста включен тиристор.

На чертеже дана схема предлагаемого элсктроиривода.

Электропривод содержит источник 1 постоянного тока, преобразователь, выполненный в виде диода 2 и тиристорно-емкостного мостового регулятора с тиристорами 3 — 5 в трех плечах, двигатель 6 с обмоткой 7 возбуждения четыре последовательно включенных коммутирующих элемента 8 — 11, к двум крайним общим точкам которых подключен якорь двигателя 6. Обмотка 7 возбуждения одним выводом соединена со средней общей точкой коммутирующих элементов 9 и 10, а другим выводом через дроссель 12 — с общей точкой тиристорно-емкостного моста и диода 2, включенного между источником питания и мостом.

В четвертое плечо моста включен тиристор 13.

Злектропривод работает следующим образом.

Один импульсный преобразователь используется в двигательном режиме привода, в ре>киме рекуперативного динамического торможettttst и в режиме подзарядки источника 1 от внешнего источника питания. В двигательном режиме привода (когда есть сопротивление движения электромобиля) замкнуты коммутирующие элементы 8 It 10. При включении пары тиристоров, например, 4 и 13 конденсатор 14 заряжается от напряжения источника

1. Ток заряда конденсатора протекает через тиристоры 4 и 13, дроссель 12, обмотку 7, элемент 10, якорь двигателя 6 и элемент 8. Цепь представляет собой колебательный контур.

Как известно, напряжение на конденсаторе в этом процессе может достичь почти двойного напряжения источника 1. В данном случае этого не происходит. Как только напряжение иа конденсаторе в процессе заряда от источника 1 достигает величины напряжения этого источника, диод 2 отпирается, конденсатор оказывается включенным параллельно источнику 1 и дальнейшего изменения напряжения конденсатора не происходит. Следовательно, ток через конденсатор и тиристоры 4 и 13 становится равным нулю. Тиристоры 4 и 13, таким образом, самозапираются. Ток дросселя

12 и обмотки 7 в этот момент времени не равен нулю и продолжает протекать через якорь двигателя 6, элементы 8 и 10 и диод 2. При включении другой пары тиристоров 3 и 5 конденсатор 14 начинает перезаряжаться по указанному колебательному контуру, а диод 2 запирается до того момента, пока напряжение на конденсаторе не сменит полярность и не станет снова равным напряжению источника питания. Далее тиристоры 3 и 5 самозапираются. Перезаряд конденсатора каждый раз происходит от напряжения источника 1 одной полярности до того же напряжения

1О

15 0

ЗО

65.1,ру1 ой Ilî;Ittðti

Пропорционально изменению частоты поочередного включения пар тиристоров (4 и 13, 3 и 5) изменяется среднее значение тока, потреоляемого от источника 1, т. е. при неизменной частоте включения тиристоров ооеспечивастся режим постоянства потребляемой от источника 1 мощности и, соответственно, 110стоянство мощности электропривода. Запира1111 импульсного коммутатора осуществляется прекращением подачи отпираюпи1х тиристоры импульсов.

Среднее значение тока pttttt.ateля 6 отличается от тока источника 1 и больше его. При уменьшении э.д.с. двигателя 6 примерно обратно пропорционально увеличивается его ток.

Особенностью работы мостового импульсного коммутатора на тиристорах 3 — 5 и 13 является режим замозапирания тиристоров, т. е отсутствие взаимокоммуTBIIIIII и, как с.tå tet вие, устойчивая коммутация вплоть до к. з.— стопорения двигателя.

В режиме рекуперативного динамического торможения замкнуты коммутирующие элементы 9 и 11. Полярность напряжения на якоре двигателя сохраняется такой же, что и в двигательном режиме, т. е. положительный полюс находится в точке В. При включении пары тиристоров, например, 4 и 13 конденсатор 14 начинает заряжаться от э.д. с. двигателя 6 через дроссель 12 и обмотку 7. Включение обмотки 7 в этом режиме остается согласованным с полярностью э. д. с, двигателя

6. Контур заряда конденсатора является колебательным, поэтому конденсатор заряжается почти до двойной величины э. д. с. двигателя 6 с положительным полюсом в точке В.

По истечении времени, равного полупериоду собственных колебаний колебательного контура, ток в контуре прекращается и тиристоры

4 и 13 самозапираются. При включении другой пары тиристоров 3 и 5 происходит перезаряд конденсатора по указанному контуру.

В начале этого интервала при включении тирпсторов 3 и 5 напряжение конденсатора оказывается согласным с э.д.с. двигателя 6 и вдвое больше ее. Поэтому перезаряд конденсатора производится под действием утроенной э.д. с. двигателя 6 до величины примерно в

2 — (2+1) раза большей, чем э. д. с. двигателя.

Так при каждом перезаряде конденсатора его напряжение увеличивается. Имеет место процесс, аналогичный процессу «накачки» в автономном инверторе тока. Но напряжение конденсатора не увеличивается беспредельно, а ограничено напряжением источника 1. Действительно, если в процессе очередного перезаряда иапряхкение конденсатора достигает величины напряжения источника 1, отпирается диод 2 и конденсатор оказывается включенным параллельно источнику 1. Напряжение на конденсаторе больше не изменяется, ток

547023

15 о

Зо

4О

45 через него прекращается. Соответству!ощая пара тнристоров мостового коммутатора (3 и

5 или 4 и 13) самозапирается. 1 ок дросселя

12 в этот момент не становится равным нулю и замыкается через диод 2 и источник 1. Полярность тока, поступающего в этом интервале в источник 1, соответствует рекуперации энергии. По истечении некоторого времени илп при включении очередной пары тиристоров мостового коммутатора ток рекуперации прекращается на время перезаряда конденсатора.

Далее процесс повторяется.

С увеличением частоты включения пар тиристоров мостового коммутатора увеличивается его ток и ток двигателя. Путем изменения частоты включения тиристоров мостового коммутатора регулируются величина тока двигателя и величина тормозного момента. Средняя величина эквивалентного сопротивления, на которое включена цепь якоря двигателя, изменяется от величины сопротивления запертых тиристоров мостового коммутатора до величины, близкой активному сопротивлению резонансного контура перезаряда конденсатора.

При весьма малой э.д. с. двигателя б (в конце интервала торможения двигателя) напряжение на конденсаторе может не достигать напряжения источника 1.

Импульсный преобразователь может быть использован для подзарядки источника 1 от внешнего источника. Для осуществления этого ре>кима все коммутирующие элементы 8—

11 находятся в отключенном состоянии, а внешний источник подключается к точкам А и В или С и В в полярности зарядки, соответствующей проводящему состоянию мостового коммутатора. Работа схемы происходит аналогично режиму рекуперативного динамического тормо>кения. При этом напряжение внешнего источника может быть любым, но не больше напряжения источника 1. Путем изменения частоты работы мостового коммутатора в этом ре>киме осуществляется управле ие током зарядки источника 1. Т!!ристоры мостового коммутатора при осуществлении рекуперации самозапираются. В этом случае, если напряжение конденсатора не достигает напряжения источника I по причине малой величины э. д. с. двигателя, мо;кет иметь место режим взаимокоммутацип тирпсторов, но весьма легкий, подобный коммутации на ... x. автономного инвертора тока.

Пер од работы импульсного мостовогокоммутатора близок времени перезаряда конденсатора. Частота работы такого коммутатора на порядок выше, чем коммутаторов типа прерыватель постоянного тока, что позволяет использовать дроссель меныпих размеров.

Эффективность рскуперацпи энергии торможения определяется конкретными условияxIII (дорожными) 11 ре>к11 !Ом эксп, !1 атац!1!1 электротранспорта.

В качестве коммутирующих элементов 8—

11 могут быть использованы как электромеханические контактные аппараты, так и тиристоры.

Формула изобретения

Регулируемый электропривод постоянного тока, содержащий источник постоянного тока, преобразователь, выполненный в виде диода и тиристорно-емкостного мостового регулятора с тиристорами в трех плечах, двигатель последовательного возбуждения, не менее четырех последовательно включенных коммутирующих элементов, к двум крайним общим точкам которых подкгночен якорь двигателя, а обмотка возбу>кдения одним выводом соединена со средней общей точкой коммутирующ1гх элементов, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей электропр1!вода, обмотка возбужде!!ия другим выводом через дроссель соедннена с общей точкой тиристорно-емкостного моста и диода, включенного между источником питания и мостом встречно тиристорам, и в четвертое пле Io моста включен тирпстор.

Источники информации, принятые во Bllllмание при экспертизе:

1. Патент ФРГ ¹ 1242289, кл. 21d 69, 19б7.

2. Патент Япон1111 ¹ 3449, кл. 55с 212.1, 1972.

Редактор А. Пейсоченко

Составитель В. Кузнецова

Техред T. Гревцова

Коррсктор О. Тюрина

Заказ 336/15 Изд. ¹ 189 Тираж 899 Подписное

1(1!И!!ПИ Государственного комитета Совета Министров ГГСР

TIo дел l)l изобрстсиий и открытий! !3035, Москва, Ж-35), Раушская иа()., д. 4/5

Тииосf)(l(l)II%I III) СnliVl!Onn)