Электропривод постоянного тока

Электропривод постоянного тока

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение позволяет повысить надежность работы электропривода постоянного тока за счет того, что в электроприводе, содержащем источник постоянного напряжения, через фильтр подключенный к первым выводам первого и второго контакторов (К), вторые вьгооды которых подключены соответственно к точке соединения первого вывода третьего К, первого вывода тормозного резистора и катода первого диода и к точке соединения первого вывода сглаживающего реактора (СР), первого вьшода четвертого К и катода второго диода, второй вьшод СР подключен к входу преобразователя, вьпсод которого через обмотку возбуждения двигателя, зашунтированного обратным ДИОДОМ, соединел с общей шиной и анодом третьего диода, катод которого подключен к аноду второго диода, первому выводу пятого К и через якорную обмотку двигателя - к вторым выводам третьего К и четвертого К, при этом второй вывод пятого контактора соединен с вторым вьшодом тормозного резистора. 4 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

Н02Р50

C е (21) 3804089/24-07 (22) 10.08.84 (46) 07.02.86. Бюл. Ф 5 (72) Ю.П. Гуслин (53) 621.316.718.5(088.8) (56) Сулейманов P.ß. Исследование системы пуска и электрического тор. можения электропоезда постоянного .тока с трехоперационным тиристорным регулятором. Автореф. дис. на соиск. учен. степени канд. техн. наук.

Л. ЛИИЖТ, 1980, 26 с.

Некрасов В.И., Левитский Б.Ю., Чандер О.К. Тиристорно-импульсный преобразователь электропоезда с реостатно-рекуперативным торможением. В кн;, Полупроводниковая техника в устройствах электрических железных дорог. Л. ЛИИЖТ, 1978, с. 68-73. (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА (57) Изобретение позволяет повысить надежность работы электропривода постоянного тока за счет того, что в

„„SU„„! 210195 A электроприводе, содержащем источник постоянного напряжения, через фильтр подключенный к первым выводам первого и второго контакторов (К), вторые выводы которых подключены соответственно к точке соединения первого вывода третьего К, первого вывода тормозного резистора и катода первого диода и к точке соединения первого вывода сглаживающего реактора (СР), первого вывода четвертого К и катода второго диода, второй вывод СР подключен к входу преобразователя, выход которого через обмотку возбуждения двигателя, зашунтированного обратным диодом, соединен с общей шиной и анодом третьего диода, катод которого подключен к аноду второго диода, первому выводу пятого К и через якорную обмотку двигателя — к вторым выводам третьего К и четвертого К, при этом второй вывод пятого контактора соединен с вторым выводом тормоз ного резистора. 4 ил.

1210195

55!

1зобретение относится к электротехнике, а именно к автоматизированному электроприводу постоянного тока с импульсным perулированием скорости.

Целью изобретения является повышение надежности и упрощение устройства

На фиг. 1 дана принципиальная схема устройства и таблица с последовательностью включения его контакторов; на фиг. 2 — осциллограммы токов сглаживающего реактора и возбуждения в режиме электрического торможения при высоких скоростях вращения якоря двигателя; на фиг. 3 — регулировочные характеристики электропривода в режимах электрического торможения; на фиг. 4 — диаграммы изменения коэффициента заполнения импульсного цикла и средних токов якоря и возбуждения при электрическом торможении. Электропривод постоянного тока (фиг. 1) содержит двигатель пос1 ного напряжения, выходом соединенный с входом входного фильтра 2, выход которого соединен с одним выводом контактора 3, а через контактор 4 соединен с одним выводом сглаживающего реактора 5, преобразователь 6, выход которого подключен к обмотке 7 возбуждения .двигателя, шунтированной обратным диодом 8, а вход соединен с анодом диода 9, катод которого соединен с одним выводом контактора !О, диод 11, соединенный с одним выводом сглаживающего реактора 5, тормозной резистор

12, один вывод которого соединен с одним вывоцом контактора 13, контак— тор 14 и диод 15. Отрицательный вывод источника 1 постоянного напряжения соединен с. анодом,циода 15, катод которого соединен с анодом дио— да 11, а через якорную обмотку 16 и контактор 14 соединен с катодом диода 11, анод которого соединен с вторым выводом контактора 13. Катод диода 9 соединен с вторым выводом тормозного резистора 12 и вторым выводом контактора 3. Второй вывод кон":;àêòîðà 4 соединен с общей точкой второго диода ll и контактора .!4.

Второй вывод сглаживающего реактора

5 соединен с входом преобразователя 6.

Устройство работает следующим образом.

l0

При описании устройства предполагается наличие замкнутой системы регулирования, поддерживающей на уровне уставки больший из средних токов якоря или возбуждения. В двигательном режиме включены контакторы 10 и 3, и ток при открытом преобразователе 6 протекает по цепи; положительный полюс источника 1, фильтр

2, контакторы 3 и 10, якорную обмотку l 6, диод 11, сглаживающий реактор

5, преобразова-ель 6, обмотку 7 возбуждения, отрицательный полюс источника 1. При закрытом преобразователе

6 ток якоря протекает по цепи: якорная обмотка 16, диод 11, сглаживающий реактор 5, диод 9, контактор 10, якорная обмотка 16, а ток возбуждения — через диод 8, Индуктивности обоих контуров достаточны для получения цопустимых пульсаций токов якоря и возбуждения. В момент трогания ЭДС якоря равна нулю, но сопротивление последовательно соединенных обмоток 16, возбуждения 7 и сглаживающего реактора 5 достаточно велико, чтобы обеспечить величину тока в этот момент на уровне уставки при использовании двухоперационного тиристорно-импульсного преобразователя 6, реализующего минимальный коэффициент заполнения импульсного цикла около 0,1. В даль. нейшем по мере увеличения скорости вращения якоря для поддержания, токов на уровне заданной ус тавки происходит увеличение коэффициента заполнения импульсного цикла до максимального значения, после чего разгон двигателя продолжается по автоматической характеристике двигателя постоянного тока последо- вательного возбуждения.

Для электрического торможения двигателя в зоне высоких скоростей вращения, при которых ЭДС якоря

Е превышает питающее напряжение U прп токе возбуждения, равном току уставки, используется реостатное торможение при независимом возбуждении от источника 1. Такое возбуждение позволяет избежать необходимости поцвозбуждения двигателя в начале электрического торможения, как это требуется при самовозбуждении. В этом режиме включены контакторы

4, !0 и 13. Двигатель не реверсируется но сравнению с двигательным

1210195 режимом. Ток якоря протекает по цепи: якорная обмотка 16, контактор

10, тормозной резистор 12, контактор

13, якорная обмотка 16. Цепь тока возбуждения при открытом преобразователе 6 составляют: положительный полюс источника 1, фильтр 2, контактор 4, сглаживающий реактор 5, преобразователь 6, обмотка 7 возбуждения, отрицательный полюс источника

1. Сопротивление этой цепи меньше сопротивления цепи нарастания тока в двигательном режиме на величину сопротивления обмотки якоря, а ток возбуждения при высоких скоростях вращения якоря должен быть значительно меньше тока уставки, чтобы поддержать на уровне уставки ток якоря, т,е. необходимо глубокое ослабление возбуждения. Эти два фактора приводят к тому, что от системы импульсного регулирования в этом режиме требуется реализация значительно меньшего коэффициента заполнения импульсного цикла по сравнению с моментом трогания двигателя в двигательном режиме, Для реализации рассматриваемого режима используется двухоперационный преобразователь, а в качестве дополнительного ограничителя потребления энергии применяется сглаживающий реактор 5.

Ограничение потребления энергии происходит следующим образом, При эапирании преобразователя 6 ток обмотки 7 возбуждения протекает по диоду 8, а ток сглаживающего реактора 5 по цепи: сглаживающий реактор

5, диод 9, тормозной резистор 12, . контактор 13, диод 2, сглаживающий реактор 5. Осциллограммы токов возбуждения д и сглаживающего реактора

5 i в рассматриваемом режиме посг казаны на фиг. 2, где Т вЂ” период работы преобразователя 6, A — коэффициент заполнения импульсного цикла работы преобразователя 6, Тя— интервал закрытого состояния преобразователя 6, I<, — среднее значе.ние тока возбуждения. В момент времени « преобразователь 6 закрывается и токи i u i начинают сг спадать. Ток, протекает по тормозному резистору 12, напряжение на котором равно ЭДС якоря Е, т.е. в контуре спада тока i имеет-ся значительная противоЭДС. Это об. стоятельство, а также большое сопротивление тормозного резистора

12 приводят к тому, что ток ст быстро спадает и носит прерывистый характер в большом диапазоне изменения коэффициента заполнения h, В момент времени t ток 1 становится равным нулю, а в момент

t происходит включение преоб—

10 разователя 6. Ток i,„ íà÷èíàåò при этом нарастать, .но поскольку в течение интервала времени 4t 1 >1

Э ег циод 8 не запирается и продолжает шунтировать обмотку 7 возбуждения

15 до момента времени t, когда токи и i«становятся равными. Как видно из представленной осциллограммыы, интервал в ремени поступления энергии в обмотку 7 воэбужде2р ния уменьшается на величину по,сравнению с интервалом открытого состояния преобразователя 6, т.е. контур тока i работает с коэффициентом заполнения импульсного

25 4t цикла 9 = Я вЂ”вЂ”

Т

Другими словами, в обмотку 7 возбуждения поступает только часть энергии, потребленной от источника I за время открытого состояния преобразователя 6. Расчеты показывают, что, для реального соотношения параметров тягового электропривода коэффициент

I заполнения Я может быть на порядок

35 ньше коэффициента заполнения Я

Значительный спад тока i при закры- сг том преобразователе 6 приводит к тому, что в период открытого состояния преобразователя 6 потребляется значи40 тельно меньшее количество энергии по сравнению с режимом, при котором ток i« спадает до такой же величины, что и ток 1е . Это Объясняется Во3можностью регулирования потока энергии через индуктивность при регулировании количества энергии, запасенной в ее магнитном поле, т.е. чем меньше ток сглаживающего реактора 5 ( меньше количество энергии в магнитном поле реактора) к моменту включения преобразователя 6, тем меньшее количество энергии потребляется за интервал открытого состояния преобразователя 6.

55: Таким образом, можно выделить две, ричины, приводящие к снижению тока в предлагаемом устройстве по сравнению с известным при одинаковых зна1210

На фиг. 3, где „вЂ” минимально допустимое значение коэффициента заполнения импульсного цикла работы двухоперационного преобразователя 6, 1, — значение уставки токов, показана регулировочная характеристика

А системы независимого возбуждения предлагаемого устройства. Ее осо— бенностью является наличие двух участков с различным наклоном. Пологий участок характеристики соответствует режиму прерывистого тока (сплошные линии на фиг. 2), а крутой — режиму непрерывного тока (пунктирные линии на фиг. 2).

Также показана регулировочная харак50

5 чениях коэффициента заполнения для рассматриваемого режима. Во-первых, имеет место снижение потребления энер, гии, а, во-вторых, интервал времени .поступления энергии в обмотку возбуждения меньше интервала открытого состояния преобразователя 6. При больших значениях коэффициента заполнения Я ток а становится непрерыв61 ным. Изменение токов i „- и i в этом !1! режиме показано на фиг. 2 пунктирными линиями. При передаче энергии сглаживающего реактора 5 в тормозной резистор 12 напряжение на последнем, а следовательно, и на якоре повышается по сравнению с тем же напряжением при открытом преобразователе 6, поэтому ЭДС якоря должна быть такой, чтобы это перенапряжение не привело к повышению напряжения сверх допусти- 2р мого значения для данного типа двигателя. Практически это достигается выбором соответствующей величины сопротивления тормозного резистора 12, а необходимый ток возбуждения при заданной уставке тока якоря автоматически отрабатывается системой управления. При этом надо учитывать и наличие ограничения по минимальному коэффициенту ослабления возбуждения. При включении электрического торможения, когда ЭДС якоря еще мала и не достигла установившегося значения, ток i Ä может оказаться не— прерывным, поэтому в первый момент торможения возможно перерегулирование. Чтобы его ограничить, в течение переходного процесса при включении электропривода система. управления должна поддерживать коэффициент заполнения на уровне минимально допустимого значения.

195 теристика Б системы возбуждения, в которой ток i спадает при засг крытом преобразователе 6 до такой же величины, что и ток is как это имеет место в известном устройстве.

При % =0 и =1 характеристики А и Б пересекаются.

На фиг. 4, где 1,!, i - средние за период Т значения токов якоря и возбуждения, показаны диаграммы изменения величин в процессе электрического тор 1ожения. В момент времени С, (фиг, 3,4) B начале электрического торможения при скорости вращения, близкой к максимально допустимой скорости начала торможения, определяемой либо величиной hщ, либо минимально допустимым

Щ1П з коэффициентом ослабления возбуждения, в предлагаемом устройстве реализуется ток возбуждения 1 > при с коэффициенте заполнения 9,, что обеспечивает ток на уРовне ус<ср тавки. Для получения такого же тока ? в известном устройстве требуВо ется реализация коэффициента 9, который лежит за пределом регулирования двухоперационного преобразователя 6. По мере снижения скорости вращения в процессе торможения для

I поддержания тока на уровне

Ср уставки происходит увеличение тока

I при увеличении коэффициента заполнения Я. В момент времени при Ъ ток ig, достигает уставки и поддерживается постоянным, что вызывает уменьшение тока i при уменьшении ЭДС .якоря по мере снижения скорости вращения. В момент вре- мени t ЭДС Е становится меньше напряжения источника 1 U, и для стабилизации токов i< и 1s осущесФ ср сР вляется переход на самовозбуждение.

Для этого вначале включается контактор !4, и диод 11 надежно запирается приложенной в непроводящем направлении ЭДС якоря. Диод 15 остается закрытым, поскольку E U. Ток протекает при этом через тормозной резистор 12, а ток i при закрытом преобразователе 6 — через диод 9 и контакторы 10 и 14, минуя тормозной резистор 12. Ток i„„ становится при этом непрерывным и спадает при закрытом преобразователе 6 примерно до такой же величины, что и ток i, т.е. работа системы возбуждения переходит на характеристи19с

7 1210 ку Б (фиг . 3 ) . Ток i стремится при этом к возрастанию, и сис >ема управления уменьшает коэффициент заполнения до величины Яз для поддержания тока i на уровне уставки вср при сохранении режима реостатного торможения с независимым возбуждением двигателя. В момент времени t4 выключаются контакторы 4 и 10, чем и .заканчивается переход к самовозбуждению.

В этом режиме при включенном преобразователе 6 токи i q u i > нарастают по цепи: якорная обмотка 16, контактор 14, сглаживающий реактор

5, преобразователь 6, обмотка 7 возбуждения, диод 15, якорная обмотка

16. При закрытом преобразователе

6 ток i протекает через диод 8, а ток i< в случае реостатного тормо жения поддерживается по цепи: якорная обмотка 16, контактор 14, сглаживающий реактор 5, диод 9, тормоз- ной резистор 12, контактор 13, якорная обмотка 16. Для рекуперативного торможения включается контактор 3 и выключается контактор 13. Ток спадает при этом по цепи: отрицательный полюс источника 1, диод 15, якорная обмотка 16, контактор 14, сглаживающий реактор 5, диод 9, контактор 3, фильтр 2, положительный полюс источника 1. Сопротивление контура нарастания токов 1 и 1 в этих 35 режимах электрического торможения больше сопротивления контура нарастания тока i в режиме электрического торможения с независимым возбуждением, а ЭДС Е меньше питающего напря- 40 жения U. Такому соотношению параметров соответствует регулировочная характеристика (фиг. 3). Расположение этой характеристики показывает, что в момент времени t токи 1< и iп, 45 ср СР стремятся уменьшиться, и для поддержания большего из них на уровне уставки происходит увеличение коэффициента заполнения до величины

Описанная последовательность включе- 50 ния контактора 14 и выключения контакторов 4 и 10 позволяет осуществлять переход к режиму электрического торможения с самовозбуждением двигателя без прерывания токов якоря и обмотки 7 возбуждения, т.е. без прерывания тормозного момента на валу двигателя. В дальнейпем по мере снижения ЭДС якоря в процессе электрического торможения с самовозбуждением двигателя происходит повторное увеличение коэффициента заполнения 7, вплоть до максимального значения при скорости, близкой к нулю.

Таким образом, благодаря использованию двухоперационного тиристорно-импульсного преобразователя повышается надежность и упрощаечся электропривод постоянного тока.

Формула изобретения

Электропривод постоянного тока, содержащий двигатель постоянного тока, источник постоянного напряже— ния, выходом соединенный с входом г входного фильтра, выход которого соеди нен с одним выводом первого контактора, а через второй контактор соединен с одним выводом сглаживающего реактора, преобразователь, выход которого подключен к обмотке возбуждения двигателя, шунтированной обратным диодом, а вход соединен с анодом первого диода, катод которого соединен с одним выводом третьего контактора, второй диод, соединенный с одним выводом сглаживающего реактора, тормозной резистор, один вывод которого соединен с одним выводом четвертого контактора, о т л и - ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения надежности, в него введены пятый контактор и третий диод, при этом отрицательный вывоп источника постоянного напряжения соединен с анодом третьего диода, катод которого соединен с анодом второго диода, а через. якорную обмотку электродвигателя и пятый контактор соединен с катодом второго диода, анод которого соединен с вторым выводом четвертого контактора, катод первого диода соединен с вторым выводом тормозного резистора и вторым выводом первого контактора, второй вывод второго контактора соединен с общей точкой второго диода и пятого контактора, а второй вывод сглаживающего реактора соединен с входом преобразователя.

12) 0195

1210195

12) 0195

Составитель Ю. Воробьев

РедактоР Р. ЦициКа ТехРед М.ПаРоцай КоРРектоР С. Щекмар

Заказ 529/58 Тираж 632 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитет» СССР по делам изобретений и открытий

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

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