Устройство для импульсного управления электродвигателем постоянного тока

(22) Заввдено 26.1 275 (21) 2305032/24 "07 1) М, Кл.н 02 Р 5/06 Н 02 Р 5/16 присоеаинением заявкиГосударственный комитет СССР по дедам изобретений и открытий.Н.Писк 1) Заивитель 54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИМПУЛЬСНОГО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА Изобретение относится к области электропривода и может быть использовано в системах нереверсивного электропривода и следящих системах постоянного тока с импульсным управлением.Известны устройства для импульсного управления электродвигателями постоянного тока методом последовательной коммутации.Устройства с последовательной коммутацией имеют существенные преи" мущества по сравнению с устройствами, реализующими метод параллельной коммутации, поскольку в устройствах ф с последовательной коммутацией рабочие процессы в нагрузке протекают в значительной мере независимо от электромагнитных процессов в коммутирующих цепях, обеспечивая тем самым более широкий диапазон регулирования и лучшую перспективу применения последовательной коммутации в устройствах управления электродвигателями постоянного тока.Однако устройствам с последовательной коммутацией присущ ряд недостатков, обусловленных особенностями их схем. Так, устройства, описанные в 11 содержат один силовой тиристорный ключ, для выключениякоторого используется зарядный дрос:ель и индуктивно-емкостной контурс трансформаторной связью. Вторичная обмотка трансформатора в такомустройстве включена последовательно с силовым тиристором. Заряд коммутирующего конденсатора в гасящемустройстве осуществляется через линейный дроссель и диод, а перезарядчерез обмотку трансформатора гасящегустройства и вспомогательный тиристор,Коммутирующий конденсатор пере- заряжается в колебательном режиме, Энергия, накопленная в конденсаторе, пропорциональна току нагрузки в момент коммутации. Этот эФфект накопления энергии в колебательном контуре обуславливает хорошую статическую и динамическую способность устройств импульсного управления электродвигателями постоянного тока.Однако эффект накопления энергии в элементах колебательного контура гасящего устройства приводит к рост напряжения на элементах, увеличению установленных мощностей, веса и габаритов и потерь энергии в нихНаиболее близким по техническойсущности к предлагаемому устройствуявляется устройство, представленноев (2 . Оно совпадает с предлагаемым устройством по наибольшему числу существенных признаков и содержитодин силовой тиристор, два диода,вспомогательный тиристор, зарядныйлинейный дроссель, коммутирующийдроссель с насыщающимся сердечником, коммутирующую еь(кость, источник витания и источник питания гася- Ющего устройства,Якорная обмотка двигателя подключена через силовой тиристор к источнику питания двигателя. Обмоткакоммутирующего дросселя подключена 15последовательно с диодом, образуяцепь, шунтирующую якорную обмотку,двигателя, Последовательно соединенные коммутирующий конденсатор зарядный дроссель и диод подключены - 20к источнику питания гасящего устройства. Вспомогательный тиристорподключен между точкой соединенияобмотки коммутирующего дросселя сдиодом и точкой соединения коммутирующего конденсатора с заряднымдросселем.Использование специальной размагничивающей обмотки позволило сместить рабочую точку в область насыщения сердечника и эа счет этого полуЗОчить на интервалах открытого состояния тиристорного ключа очень малыезначения магнитной проницаемости, индуктивности рассеяния, падения напряжения и потерь в меди трансформа- З 8тора гасящего устройства.Однако использование линейного дросселя с большим весом и габаритами для заряда (перезаряда) ком мутирующего конденсатора нз-за ма;яой магнитной проницаемости сердечника приводит к завихрению установленной мощности, дополнительным потерям и снижению КПД устройства, При последовательном гашении и коммутирующем конденсаторе накапливается энергия, что приводит к завышению тока и напряжения на элементах, снижает надежность работы устройства.При малых токах и малых относительных временах включения нагрузки к источнику питания энергия, накапливаемая в обмотке двигателя, является недостаточной для размагничивания сеРдечника коммутирующего дросселя гасящего устройства. В таких условиях сердечник переходит из области насыщения одной полярности (-В) в область насыщения другой полярности (+В) с неустойчивой коммутацией. 60 Неустойчивая коммутация приводит к ее срыву и делает устройство ненадежным в работе.В соответствии с этим цель изоб" плетения - повьааение надежности и коэффициента полезного действия уст.ройства.Эта цель достигается тем, чтоизвестное устройство для импульсного управления электродвигателемпостоянного тока, содержащее силовой тиристор, включенный последовательно с обмоткой якоря, емкостнойделитель входного напряжения из двухконденсаторов, трехобмоточный импульсный трансформатор, одна обмоткакоторого через буферный диод подключена параллельно обмотке якоря, коммутирующий конденсатор, один зажимкоторого подключен к общей точкеконденсаторов емкостного делителя,первая и вторая обмотки импульсноготрансформатора через вспомогательные тиристоры подключены между другим зажимом коммутирующего конденсатора и разноименными входными зажимами емкостного делителя, дополнительно снабжено третьим вспомогательным тиристором и последовательной цепью из реэисторного делителя и диода, включенными параллельно обмотке возбуждения, причем управляющий электрод этого тиристораподключен к средней точке резисторного делителя, а третья обмоткауказанного импульсного трансФорматора соединена последовательно собмоткой возбуждения.На чертеже представлена принципиальная электрическая схема предлагаемого устройства.Предлагаемое устройство для импульсного управления электродвигателем постоянного тока содержитисточн"к питания 1 с делителем напряжения на конденсаторах 2, 3, силовой тиристор 4, гасящее устройство, выполненное на коммутирующемконденсаторе 5, трех вспомогательных тиристорах 6, 7, 8, импульсномтрансФорматоре 9 с насыщающимсясердечником и тремя обмотками 10,11, 12, резисторном делителе напряжения 13,стабилитронах 14, 15 идиодах 16, 17,Электродвигатель 18 постоянноготока имеет обмотку 19 независимоговозбуждения,Первая обмотка 10 трансформатора9 включена последовательно с диодом17, образуя цепь, шунтирующую обмотку якоря электродвигателя 18, Вторая обмотка 11 трансформатора 9через вспомогательный тнристор 7одним концом подключена к выводуотрицательной полярности источникапитания 1, а вторым концом черезкоммутирующий конденсатор 5 - к средней точке делителя напряжения 2, 3и через вспомогательный тиристор6 - к точке соединения первой обмотки 10 с диодом 17. 1 ретья обмотка12 трансФорматора 9 подключена кисточнику питания через третий вспо 647824могательный тиристор 8, который шунтирован обмоткой возбуждения 19электродвигателя 18 и цепью из последовательно соединенных диода 16и резистинного делителя 13 напряжения. Выход последнего через стабион 15 подключен к управляющемувходу тиристора 8, шунтированномустабилитроном 14,Работа предлагаемого устройстваосуществляется следующим образом.,Положим, что в среднем интервале 1 Оимпульса (1.Т) тиристор 4 включен.В конце этого интервала включаетсятиристор 7, ток начинает протекатьпо колебательному контуру 3-5-11"7-8.При этом конденсатор 5 переэаряжается 15(заряжается при первом включении одного из вспомогательных тиристоровгасящего устройства) и на обмотке 11импульсного трансформатора 9 индуктируется ЭДС, которая трансформируется в обмотки 10, 12. Под действиемЭДС в обмотке 10 по цепи ТР-4-17-10будет протекать ток, который закроеттиристор 4. С этого момента начинается интервал паузы (1-)Т, в концекоторого открывается тиристор 4 иначинается следующий (второй) интервал импульса Т. В конце второго интервала Т для гашения тиристора 4 включается тиристор б. Так как напряжение на конденсаторе 5 в перноначаль"ный момент больше питания 1 наконденсаторе 3, то ток течет по цепи 5-2-1-4-17-6-5, При токе, равномнулю, тиристор 4 выключается, послечего контуром перезаряда конденсатора станет цепь 5-2-10-6-5. Далеепроцессы повторяются, обеспечиваявыключение силового тиристора 4 прикаждом включении одного из вспомогательных тиристоров б, 7 гасящего 40устройства. Во время работы тиристоры 6, 7 включаются поочередно.При очень малых токах нагрузкиразмагничивание трансформатора 9осуществляется в основном током, 45протекающим через обмотку 12, последовательно включенную с ней обмотку 19, стабилитроны 14, 15 и резис"тор 13. При наличии тока нагрузкиразмагничивание сердечника трансфор)матора 9 осуществляется .дополнительно за счет энергии, накопленной в индуктинности якорной обмотки, Приэтом ток якоря замыкается по цепи18-17-10-18.85Если в коммутирующем контуре воз"никли напряжения, превышающие заданную величину, то во второй фазеперезаряда конденсатора 5 под действием обратной полунолны ЭДС, коммутируемой в обмотке 12, открывается стабилитрон 15 и включается тиристор 8. При этом энергия, накопленная в трансформаторе 9, возвращается в исходное 1 по цепи 12-1-8-12, Напряжение на обмотке 12 и на 65 конденсаторе 5 будет ограничено науровне, устанавливаемом резистором13; Тиристор 8 гасится током, протекающим от источника 1 по цепи1-12-8-1,Таким образом, в предлагаемомустройстве выключение силового тиристора обеспечивается при каждом перезаряде коммутирующего конденсатора, что позволило уменьшить установленную мощность и потери, авместе с тем и повысить КПД,Надежное размагничивание сердечника импульсного трансформатораи перевод его в область насыщенияпозволило значительно увеличитькоммутационную устойчивость гасящего устройства при малых токах нагрузки и за счет этого повысить надежность работы устройства,Надежное ограничение напряженияв коммутирующих элементах на заданном уровне и возврат энергии в источник питания позволили исключитьвоэможность перенапряжений на элементах силового каскада и гасщаего,устройства, повысить надежностьработы устройства, улучшить егоэнергетические показатели.Укаэанными преимуществами предлагаемое устройство для импульсного управления выгодно отличаетсяот известных устройств того же назначения,Предлагаемое устройство без изменения сущности изобретения можетбыть использовано не только для импульсного управления двигателямис независимым возбуждением, но также и двигателями с возбуждением отпостоянных магнитон, последовательным или смешанным возбуждением.В этих случаях некоторые изменения претерпевает лишь цепь, содержащая одну из обмоток двигателя.Формула изобретенияУстройстно для импульсного управления электродвигателем постоянного тока, содержащее силовой тиристор, включенный последовательно с обмоткой якоря, емкостной делитель входного напряжения из двух конденсаторов, трехобмоточный импульсный трансформатор, одна обмотка которого через буферный диодподключена параллельно обмотке якоря, коммутирующий конденсатор, один зажим которого подключен к общей точке конденсаторов емкостного делителя, первая и вторая обмотки импульсного трансформатора через вспомогательные тиристоры подключены между другим зажимом ком- мутирующего конденсатора и разноименными входными зажимами емкостного целителя, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежль В,Кузнецов Петко К СоставиТехред некто И.Иуска Сацомо Заказ 331 Тираж 85 ИПИ Госуда о делам из Москва ЖПо ственного коми бретений и отк 5 Ра ская на писноеета СССРытийай 1 35 А л РДППП Патент, г.ужгород, ул,Проектная,4 ности, оно дополнительно снабженотретьим вспомогательным тиристороми последовательной цепью из реэисторного делителя и диода, включенными параллельно обмотке возбуждения, причем управляющий электродэтого тиристора подключен к среднейточке резисторного делителя, а третья обмотка указанного импульсноготрансформатора соединена последовательно с обмоткой возбуждения. Источники инФормации, принятыево внимание при экспертизе 1. Гольц М.Е. и др. Автоматизированные электроприводы постоянного тока, Энергия, И. 1972,с. 16, 22, 102.2. Глазенко Т.А, Полупроводниковые преобразователи в электроприводах постоянного тока, Энергия,.Л 1973, с. 2 бВ,