A Г. Буравлев, В. И. Вершинин, Л.Е. Кузнецов, Г.И. Свиридов, В.A. Филиппов и М.К. Ульянов (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ШИРОТНО-ИИПУЛЬСНИЙ РЕГУЛЯТОР СКОРОСТИ

ВРАЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО

ТОКА

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам регулирования двигателей постоянного тока, и может быть использовано в .гребных установках подводных аппара- 5 тов, у которых в качестве главного источника электрической энергии используются аккумуляторные батареи, термоэлектрические или электрохимические генераторы. 10

Известен широтно-импульсный регулятор скорости вращения электродвигателя постоянного тока, содержащий силовой тиристор, включенный последовательно с нагрузкой, и звено ком- 15 мутации, предназначенное для его выключения, состоящее из последовательно соединенных диода, катушки индук-, тивности и конденсатора, включенных параллельно якорным зажимам двигате-. 2p ля, а также вспомогательного тиристора, включенного между обкладкой конденсатора и катодом силового тиристора (1).

Недостатком этого регулятора яв- 25 ляются большие пульсации тока в цепи якоря, возникающие в процессе регулирования частоты вращения двигателя. Последнее обстоятельство объяс- няется тем, что напряжение на выход- 3р

2 ных клеммах регулятора изменяется скачкообразно, принимая два Аиксиро ванных значения: вЂ” минимальное напряжение равно нулю; вЂ” максимальное напряжение равно напряжению источника.

Пульсации тока в цепи якоря в свою очередь ухудшают энергетические виброакустические и электромагнитные характеристики всей гребной установки.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является широтно-импульсный регулятор скорости вращения электродвигателя постоянного тока, содержащий систему управления и силовую часть, состоящую из узла емкостной коммутации, трех тиристоров, каждый из которых соединен последовательно с одной из секций источника питания, например, аккумуляторной батареи, и четырех диодов, два из которых связаны катодами с точками соединения катодов тиристоров и отрицательных выводов секций источника питания, аноды вЂ” с одним из выводов нагрузки, а третий и четвертый диоды катодами подключены к другому выводу нагрузки (2).

771838

Недостатком известного регулятора является то, что в цепи главного тока имеется специальный силовой тиристор, с помощью которого осуществляется широтно-импульсная модуляция, рассчитанный на номинальный ток электродвигателя и имеющий большие габариты и массу. Кроме того, известный регулятор не обеспечивает равномерного разряда секций источника питания, что приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик.

Целью изобретения является улучшение массо-габаритными показателей и эксплуатационных характеристик за счет обеспечения равномерного разряда секций источника питания.

Поставленная цель достигается тем, что в известный регулятор введен дополнительный тиристор, включенный между анодами третьего и четвертого диодов, соединенными соответственно с катодами двух других диодов.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема силовой части и блок-схема системы управления широтно-импульсного регулятора; на фиг. 2, 3 и 4 . вЂ” диаграммы импульсов напряжений, поясняющие работу регулятора.

В состав силовой части 1 широтноимпульсного регулятора входят силовые тиристоры 2, 3 и 4, аноды которых соединяются с положительными полюсами секций источника электрической энергии, силовой тиристор 5,включенный между отрицательными полюсами двух секций источника, две пары силовых диодов 6, 7 и 8, 9, включенных параллельно якорным зажимам двигателя 10, причем точки соединения диодов

6, 7 и 8, 9 включены параллельно силовому тиристору 5. Кроме того, в состав силовой части входит звено коммутации, содержащее тиристор 11, катушку 12 индуктивности и конденсатор 13, соединенные последовательно и включенные параллельно якорным зажимам двигателя, а также тиристор

14, включенный между положительным якорным зажимом двигателя 10 и одной обкладкой конденсатора 13.

Система 15 управления содержит три генератора 16,17 и 1b импульсов, работающих в автоколебательном режиме, пять генераторов 19, 20, 21, 22 и 23 импульсов, работающих в ждущем режиме, четыре дешифратора 24, 25, 26 и 27 импульсов и многопозиционный перключатель 28.

Все генераторы и дешифраторы сис темы управления соединены между собой таким Образом, что, если щетка переключателя 28 находится в положении "б", то напряжение питания подается на генераторы 16, 19 импульсов и дешифратор 24, если щетка переключателя 28 находится в положении "в", то напряжение питания подается на генераторы 23, 20, 21 импульсов и дЕ шифраторы 25, 26 и, наконец, если щетка переключателя 28 находится в положении "г", то напряжение пита,ния поступает на генераторы 18, 22

23 и дешифратор 27. Трансформаторные выходы генераторов 19, 20 и 22 соединены с цепью управления тиристора

14, трансформаторные выходы дешифраторов 24 и 26 соединены с цепями управления тиристоров 2, 3 и 4, а трансформаторные выходы дешифраторов

25 и 27 соединены с цепями управления тиристоров 2, 3, 4 и 5.

Работу широтно-импульсного регулятора целесообразно рассматривать в трех режимах.

1S В первом режиме напряжение на якорных зажимах двигателя может плавно регулироваться в диапазоне, нижа ний предел которого равен О р,1„вЂ” вЂ” О, а верхний предел равен О щдк = (Ъ ()н

20 (где 0Н вЂ” номинальное напряжение двигателя). Для перевода регулятора в первый режим необходимо установить щетку переключателя 28 в положение "б", в котором напряжение питания системы управления поступает на генераторь. 16, 19 и дешифратор 24.

В момент времени (фиг. 2) генератор

16 импульсов сформирует импульс напряжения. который через дешифратор 24 поступит на управляющий электрод си-ЗО лового тиристора 2, на вход генератора 19 импульсов и на управляющий электрод тиристора 11. При включении тиристоров 2 и 11 якорная цепь двигателя 10 будет подключена к верхней секции источника электрической энергии через тиристор 2 и диод 7, в результате чего напряжение на якорных зажимах двигателя 10 будет равно одной трети номинального напряжения,а

gp конденсатор 13 зарядится до напряжения, в два раза большего. Далее, в момент времени 1 (величина временноГО прОмежутка Ь2-1„ мОжет плавнО изменяться с помощью переменного хронирующего сопротивления генератора

19, которое на фиг. 1 не показано) генератор 19 сформирует импульс напряжения, запускающий генератор 21 и включающий тиристОр 14, при включении . которого конденсатор 13 будет подклю о чен параллельно якорными зажимами двигателя 10, вследствие чего на тиристоре 2 и диоде 7 будет обратное напряжение, выключающее тиристор 2.

После выключения тиристора 2 конденM сатор 13 разрядится через якорную цепь двигателя 10 и напряжение на якорных зажимах двигателя будет равно нулю.

В момент времени генератор 16

d0 импульсов снова сформирует импульс напряжения, который через дешифратор 24 поступит иа управляющий электрод уже тиристора 3, на вход генераторЬ 19 импульсов и на управляющий

65 электрод тиристора 11. При включении

771838 тиристоров 3 и 11 якорная цепь двигателя 10 через тиристор 3 и диоды б и 9 будет подключена теперь к средней секции источника электрической энергии, в результате чего напряжение на якорных .зажимах двигателя 10 снова будет равно одной трети номинального значения, а конденсатор 13 эарядится до напряжения, приблизительно вдвое превышающего эту величину. Далее описанные выше электрические процессы будут повторяться с той лишь разницей, что в момент времени ф якорная цепь через тиристор 4 и диод 8 будет подключена к нижней секции источника, а в момент времени снова к верхней секции. Такое >5 поочередное подключение якорной цепи к трем секциям источника необходимо для равномерного разряда секций,что является обязательным условием эксплуатации источников электрической 2О энергии подводных аппаратов. Плавное регулирование напряжения на якорных зажимах двигателя в диапазоне, оговоренном выше, происходит при изменении временного промежутка с помощью переменного хронирующего сопротивления генератора 19 импульсов,работающего в ждущем режиме.

Во втором режиме напряжение на якорных зажимах двигателя может плавно регулироваться в диапазоне,нижний предел которого равен() „ „„= CJ>U, а верхний предел равенО „„ = 2 ЪОн.

Для перевода регулятора во второй режим работы необходимо щетку переключателя 28 установить в положение

"в", при котором напряжение питания системы управления()дц поступает на генераторы 17, 20, 21 импульсов и дешифраторы 25 и 26.

В момент времени Ьд (фиг. 3) гене- 40 ратор 17 импульсов сформирует импульс напряжения, который поступает на управляющий электрод тиристора

11, проходит через дешифратор 25 и поступает на управляющие электроды 4 тиристоров 3 и 4, а также запускает генератор 20, работающий в ждущем режиме.При включении тиристоров 3,4 и 11 якорная цепь двигателя 10 будет подключена к нижней и средней секциям источника электрической энергии, соединенным последовательно, через тиристоры о3, 4 и диод б, в результате чего напряжение на якорных зажимах двигателя 10 будет равно двум третьим номинального напряжения, а конденсатор 13 через тиристор 11 и катушку 12 индуктивности эарядится до напряжения, примерно в два раза большего. Далее, в момент времени 1 (величина временного промежутка вЂ” бО может плавно изменяться с помощью переменного хронирующего сопротивления генератора 20, которое на фиг. 1 не показано) генератор 20 сформирует импульс напряжения,вклю- б5 чающий тиристор 14, при включении которого конденсатор 13 будет соединен параллельно якорным зажимам двигателя 10, вследствие чего на тиристорах 3 и 4 будет обратное напряжение, выключающее их. После выключения тиристоров 3 и 4 конденсатор 13 разрядится через якорную цепь двигателя 10 и.напряжение на якорных за жймах двигателя будет равно нулю (момент времени 4>), В момент времени 1 генератор 21 импульсов, времен.ная эадержка которого равна длительности разряда конденсатора 13 при минимальном токе якоря во втором режиме и в процессе работы не регулируется, сформирует импульс напряжения, проходящий через дешифратор 26 и поступающий на управляющий электрод тиристора 2, при включении которого якорная цепь двигателя 10 через тиристор 2 и диод 7 будет подключена к верхней секции источника электрической энергии (напряжение на якорных зажимах двигателя 10 будет равно одной трети номинального значения). Далее в момент времени t4 генератор 17 импульсов снова сформирует импульс напряжения, который поступит на управляющий электрод тиристора 11, запустит генератор 20 и через дешифратор 25 поступит на управляющие электроды теперь .тиристоров 2 и 3. При включении тиристоров 2 и 3 якорная цепь двигателя 10 через тиристоры

2, 3 и диод 9 будет подключена теперь к средней и верхней секциям источника, соединенным последовательно, в результате чего напряжение на якорных зажимах снова будет равно двум третьим номинального значения, а конденсатор 13 зарядится до напряжения, приблизительно вдвое превышающего эту величину. Далее, описанные выше электрические процессы будут повторяться с той лишь разницей,что в момент времени 1 якорная цепь двигателя через тиристор 4 будет подключена к нижней секции источника, а в момент времени Ь -через тиристоры 2, 4 и 5 к верхней и нижней секциям источника электрической энергии, соединенным последовательно. Такое поочередное подключение якорной цепи к секциям источника необходимо, как уже говорилось выше, для равномерного разряда секций. Плавное регулировочное напряжение на якорных зажимах двигателя.в диапазоне, оговоренном выше, происходит при изменении временного промежутка -Q с помощью хронирующего сопротивления генератора 20 импульсов.

И, наконец, в третьем режиме напряжение на якорных зажимах двигателя может плавно регулироваться в диапазоне, нижний предел которого равен Оэщ„ = 2(3 ()н, а верхний предел равен U> > = Он . Для перевода ре771838 гулятора в третий режим необходимо установить щетку переключателя 28 в положение "г", при котором напряжение питания системы управления U n поступает на генераторы 18, 22, 23 и дешифратор 27. В момент времени .4 (фиг. 4) генератор 18 сформирует импульс напряжения, который с трансформаторных выходов генератора поступит на управляющие электроды тиристоров 2, 3, 4 и 11 и на вход генератора 22. При включении тиристорон

2, 3, 4 и 11 якорная цепь двигателя

10 будет подключена к трем секциям источника электрической энергии, соединенным последовательно, в результате чего напряжение на якорных зажимах двигателя будет равно номинальному значению, а конденсатор 13 зарядится через катушку 12 индуктинности до напряжения, примерно н два раза большего. Далее, в момент времени 4< (величина временного промежутка вЂ мож плавно изменяться с помощью переменного хронирующего сопротивления генератора 22, которое на фиг. 1 не показано), генератор 22 сформирует импульс напряжения, запускающий генератор 23 и включающий тиристор 14, при включении которого конденсатор 13 будет соединен параллельно якорным зажимам двигателя 10, вследствие чего на тиристорах 2, 3 и 4 будет обратное напряжение, выключающее их. После выключения тиристорон 2, 3 и 4 конденсатор

13 разрядится через якорную цепь двигателя 10 и напряжение на якорных зажимах двигателя будет равно нулю.

В момент нремени 49 генератор 23 импульсов, нременная задержка которого равна длительности разряда конденсатора 13 при минимальном токе якоря в третьем режиме и в процессе работы не регулируется, сформирует импульс напряжения, проходящий через дешифратор 27 и поступакхций на управляющие электроды тиристорон 3 и 4, при включении которых якорная цепь двигателя 10 через тиристоры 3, 4 и диод 6 будет подключена к нижней и средней секциям источника электрической энергии, соединенным последовательно (напряжение на якорных зажимах двигателя будет равно двум третям номинального значения). Далее в момент времени 14 генератор 18 имляторной батареи, и четырех диодов, 36 дна из которых связаны катодами с

50 пульсов снова сфорглирует импульсы напряжения, которые поступят на управляющие электроды тиристорон 2,3, 4 и 11, и описанные выше электрические процессы будут периодически повторяться с той лишь разницей,что в момент времени 6импульс, сформированный генератором 23, пройдет через дешифратор и включит тиристоры 2 и

3, а в момент времени 4 вЂ” тиристоры

2, 4 и 5. Такое включение разных тиристоров необходимо для равномерного разряда всех секций источника электрической энергии. Плавное регулирование напряжения на якорных зажимах двигателя в этом режиме происходит при изменении временного промежутка -t.л с помощью переменного хронирующего сопротивления генератора 22 импульсов, работающего в ждущем режиме.

Формула изобретения широтно-импульсный регулятор скорости вращения электродвигателя постоянного тока, содержащий систему управления и силовую часть, состоящую из узла емкостной коммутации, трех тиристоров каждый из которых соединен последовательно с одной из секций источника питания, например, аккуму-. точками соединения катодов тиристоров и отрицательных выводов секций источника питания, анодами вЂ” с одним из выводов нагрузки, а третий и четвертый диоды катодами подключены к другому выводу нагрузки, о т л ивЂ” ч а ю шийся тем, что, с целью улучшения массо-габаритных показателей и эксплуатационных характеристик за счет обеспечения равномерного разряда секций источника питания,в него введен дополнительный тиристор, включенный между анодами третьего и четвертого диодов, соединенными соответственно с катодами двух других диодов.

Источники информации, принятые но внимание при экспертизе

1. Глазенко Т.A. Полупроводниковые преобразователи в электроприводах постоянного тока. M-TI., "Энергия", 1973, с. 69, рис. 2-18б.

2. Заявка Беликобритании

9 1450790, кл. Н 2 3, публ. ) 76.

771838

Фиг4

Составитель Н. Корева

Редактор T. Лошкарева Техред И.цабурка Корректор И. Муска

Заказ 6717/70 Тираж 783 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4