Способ регулирования скорости тягового электродвигателя

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 783071(51)М з В 6015/28 Государственный комитет СССР по делам изобретений н открытий(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ ТЯГОВОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано в тяговых электроприводах электроподвижного состава для регулирования скорости движения.Известен способ регулирования скорости тягового электродвигателя, заключающийся в том, что сравнивают сигнал задания скорости с сигналом фактической скорости и полученный сигнал рассогласования по скорости сравнивают с сигналом обратной связи по току якоря, полученный сигнал рассогласования по току якоря преобразуют в импульсы управления выпрямитель ными мостами преобразователя, напряжением которого воздействуют на якорную цепь двигателя, сигнал задания .тока возбуждения двигателя сравнивают с сигналом фактического тока воэ буждения, полученный сигнал рассогласования подают через вентильный возбудитель на независимую обмотку возбуждения двигателя, при этом из сигнала рассогласования по току якоря 25 вычитают опорный сигнал и разностным сигналом со знаком, противоположным знаку сигнала задания тока возбуждения, воздействуют на обмотку возбуждения двигателя 1, 30 Однако такой способ регулированияскорости двигателя имеет недостаток,заключающийся в том, что несмотря наприменение двух и более ступеней регулирования напряжения на якоре тягового двигателя, на скоростях движенияот 40 до 70 км/ч имеют место заниженные (от 0,6 до 0,8) значения коэффи"циента мощности. Заниженные значениякоэффициента мощности в указанныхдиапазОнах скоростей являются следствием фазового регулирования напряжения на второй и третьей ступенирегулирования якорного напряжениядвигателя,Целью изобретения является повышение коэффициента мощности.Цель достигается тем, что опорныйсигнал определяют как уровни напряжений, равные 0,9 - 1 значения выпрямленного напряжения каждого кромепоследнего моста вентильного преобразователя, питающего якорную цепьдвигателя, а при переходе значенийсигнала рассогласования по току якоря от уровня, равного предшествующему опорному сигналу до 0,9 последующего уровня, сбрасывают сигнал управления ослаблением тока возбуждениядо нуля.На фиг. 1 показана структурная схема электропривода, реализующего способ регулирования скорости тягового электродвигателя; на Фиг. 2 эпюры выходных напряжений усилителя регулятора тока и формирователей в Функции выходного сигнала. Устройство содержит узел сравнения1, сравнивающий сигнал задания скорости и сигнал фактической скоростис датчика скорости 2, сочлененного с рдвигателем постоянного тока 3, регулятор скорости 4, соединенный выходом с узлом сравнения 5, другой входкоторого соединен с датчиком тока якоря б, а выход - с усилителем регулятора 7 тока якорной цепи, выход которого подключен к формирователям 8,9, 10 сигналов управления для каждой:тупени регулирования напряжения наякоре двигателя, Выходы Формирователей соединены соответстненно с фазосцнигающими блоками 11, 12, 13, выходы которых подключены к распределителям 14, 15, 16 импульсов трехступенчатого вентильного преобразователя 17, питающегося от силового трансформатора 18, Вход усилителя 19 сэлементами обратной связи 20, 21, 22соединен с формирователями сигналов8,9 и 10 управления через сопротивления 23, 24, 25, 26, 27, 28, и черезсопротивление 29 ча него подаетсял (иап ),Устройство содержит ключи 30 и 31,Входные цепи которых подключены к выходам триггеров 32 и 33, при этомпервый вход триггера 32 подключен квыходу логического элемента И-НЕ 34,а второй вход соединен через инвертор 35 с логическим элементом И-НЕ36, первый вход триггера 33 подключенк выходу логического элемента И-НЕ 4 О37, а второй вход - через инвертор38 к выходу логическогэлемента И-НЕ39, причел одни из входов логическихэлементов И-НЕ соединены с выходомсоответствующего Фозосдвига цего блоч 3ка, а на вторые входы подается опорноенапряжение Ц, . Узел сравнения 40 соединен своими входами с выходом усилителя 19 и с датчиком тока 41 обмотки возбуждения 42 а выходом - с вентильным преобразователем 43 цепи возбуждения.СпОсОб мОжнО пОнЯть, рассмотреВработу электропривода (Фиг. 1).Сигнал ошибки по скорости, предстанляющий собой разность сигналазадания ЧО 4 и сигнала обратной связи ОС , поступает на регулятор Скорости 4, выходное значение которого,являясь для усилителя регуФтора 7тока задаощим, поступает на узел сра Овнения 5 с сигналом обратной связипо току Дас . Полученная ошибка ре-гулирования тока якорной цепи усилч,.1 пется в регуляторе 7 тока и далее1 зступает ча 1 ормирователи 8, 9, 10, 6 сигналов управления для трех ступеней регулирования напряжения преобразователя 17, эпюры Выходных напряжений усилителя регулятора 7 тока и Формирователей 8, 9, 10 в функции нходного сигнала показаны на Фиг, 2.При значении выходного сигнала усилителя регулятора 7 тока от 0 до 1/3 ОЬ сигнал управления Формируется на Вйходе форми 1:ОВателЯ 8 и далее поступает на фазосднигающий блок 11, где формируются импульсы управления, фазы которых определяются уровнемсигнала управления. С выхода фазосдвигающего блока 11 через распределитель14 импульсы поступают на соответствующие вентили первой ступени регулирования, при этом с распределителей 15, 16 на вентиль второй и третьей ступени подаются упраВляющие импульсы спостоянной фазой, определяощие создание цепи для прохождения тока черездвигатель под действием выходногонапряжения первой ступени регулиронания.При достижении на выходе Формирователя 8 напряжения 0,9 ОВЬ на" макс выходе усилителя 19, предварительно смещенного отрицательным сигналомЦоц , появляется отрицательный сигнал, который, поступая на узел сравнения 40, снижает результирующий сигнал на. его выходе, тем самым определяя снижение тока нозбуждения двигателя и увеличение скорости. Коэффициент усиления кочтура ослабления тока возбуждения выбирается так, чтобы при изменении сигнала на выходе Формирователя 8 От 0,9 до 1,0"быкпроисходило ослабление потока двигателя примерно на 401, это определяет регулиронание скорости в диапазоне с 0,3 номинальной скорости двигателяп) до скорости порядка 0,6 Щ при высоком значении коэффициента мощности, когда напряжение на якоре двигателя будет определяться полным (90 - 100) напряжением, а ток возбуждения двигателя б дет меньше номинального значения и определяется заданной скоростью вращечия днигателя.При регулировании скорости выше 0,6 й,к двигателЯ, опРеделЯемой ЗАД при максимальном выходном напряжении Формирователя 8, на выходе Формирователя 9 появляется напряжение, поступающее на Фазосднигающий блок 12 и определяющее на е.о выходе регулируемые по фазе импульсы управления для второй ступени регулирования напряжения преобразователя, Появившиеся импульсы управления на выходе Фазосдвигающего блока 12 поступают на логический элемент И-НЕ 34, ча второй вход которого поступает опор.ное напряжение Ц , представляющее собой синхронизированное с сетью напряжение . амплитудой, равн й епини 783071це при положительной полуволне питающего напряжения и нулю при отрицательной, При этом в положительныйполупериод питающего напряжения навыходе логического элемента И-НЕ 34будет Формироваться нуль, определяющий на выходе триггера 32 сигнал,включающий ключ 30 и закорачивающийсигнал с выхода формирователя 8 нануль через сопротивление 23, Сигналослабления потока снимается, так10как выходное напряжение усилителя 19становится равным нулю,При достижении выходного сигналаФормирователя 9 0,908 ым на выходеусилителя 19 появ.ляется сигнал ослабления потока двигателя, определяющий 15снижение тока возбуждейия двигателяи осуществляющий регулирование скорости от 0,б до 0,9 Вн за счет изменения;,потока. двигателя с высоким коэффициентом мощности. 20При повышении задания на регуляторскорости выше 0,9 б,н наряду с максимальными сигналами на выходах Формирователей 8, 9 появляется сигнал наФормирователе 10, а также появляютсярегулируемые по Фазе импульсы управления на выходе Фазосдвигающего блока 13, при этом (аналогично описанному выше) на выходе логического элемента И-НЕ 37 появляется нуль, определяющий опрокидывание триггера 33,выходным напряжением которого открывается ключ 31, закорачивающий сигналс выхода Формирователя 9 на нуль через сопротив-,.ение 25. Под действиемсмещения на выходе усилителя 19 устанавливается нулевое значение. Дальнейшее регулирование скорости происходит при малых углах регулированиятретьей ступени и при превышении скорости двигателя 0,9 О за счет ослабленного потока двигателя,Возвращение в исходное состоячиетриггера 33 и размыкание клоча 31 производятся импульсами управления фазосдвигающего блока 12 при отсутствиирегулируемых по фазе импульсов навыходе Фазосдвигаощего блока 13, Исоответственно возврат в исходное состояние триггера 32 и размыкание ключа 30 производятся регулируемыми пофазе импульсами Фазосдвигаощего блока11 при отсутствии регулируемых по Фазе импульсов на выходе Фазосдвигающего блока 12.Формирование опорных уровней, соответствующих 0,9 уровню открытия 55вентилей отдельных мостов многоступенчатого вентильного преобразователя осуществляется в системе управления опорным сигналом Цоп , которыйподают через сопротивление 29 на , б 0вход усилителя 19.Значение напряженияО оп определяется7 макСЦЦ=где 1( коэффициент, определяощий уровень опорногонапряжения и равный 0,9;максимальное значение мсюкс где РП - активная мощность преобразователя;- угол сдвига между током инапрякейном основной частоты на ервп ной обмотке трансформатора;с - угол ре;гпн вопия преобразова.ед,угоко гл: и;д, в птилей. б 5 выходно го си гнала усилителя регулятора 7 тока,Формирование стопроцентного уровняопорного сигнала для первой и второйступени регулирования в системе управления осуществляется в моментыпоявления импульсов, регулируемых поФазе, соответственно на фазосдвигающих блоках 12 и 13.Сброс сигнала управления токомвозбуждения в диапазоне изменения выходного сигнала усилителя регуляторатока от стопроцентного предшествующего уровня опорного сигнала до девяностопроцентного последующего уровняосуществляется путем шунтированиясигналов с выходов Формирователей 8и 9 ключами 30 и 31 соответственнона входе усил теля 19, Управлениеключами 30 и 31 осуществляется логическими схемами, состоящими из триггеров 32 и 33 соответственно и логического элемента И-НЕ 34, инвертора35, логического элемента И-НЕ 36 илогического элемента И-НЕ 37, инвертора 38, логического элемента И-НЕ39 соответственно,Для выделения сигнала управлениятоком возбуждения только при превышении выходным сигналом регулятора тока опорного напряжения в цепи обратной связи усилителя 19 вклочают обратную связь 22.Получение опорного сигнала, состоящего из уровн й напряжений, пропорциональных 0,9 значениям выпрямленных напряжений каждого, кроме последнего моста многоступенчатого вентильного преобразователя, питаощего якорную цепь двигателя, позволяет регулировать скорость двигателя путем ослабления поля двигателя в конце каждойступени регулирования якорного напряжения. Это определяет более высокийкоэффициент мощности преобразователя,питающего якорь двигателя по сравнению со способом, взятым за прототип,и более меньший уровень реактивноймощности.Для управляемых выпрямителей впервом приближении можно принять, чтореактивная мощностьДля оценки снижения реактивной мощности, потребляемой иэ сети преоб разователем, по сравнению с прототипом принимаем, что реализованный коэффициент мощности соЬ ( в системах регулирования по предлагаемому способу будет выше на величину порядка 10- 15, что определяется в основном условиями движения поезда; движением На желтый и красный сигналы, движением с ограниченной скоростью до 15, 25, 40, 50 км/ч при производстве путевых ремонтных работ.Тогда величина снижения реактивной мощности при повышении коэффициента мощности с 0,6 до 0,66-0,69 составит соответственно 21 Ъ и 9 Ъ.За счет снижения потребляемой реактивной мощности снизятся активные потери при передаче ее, а также снизятся потери напряжения в сети на величину2 Огде Я К - компенсируемая реактивная 25мощностьиндуктивное сопротивление;О - напряжение сети.Уменьшенные потери напряжения в сети приведут к повышению производи- ЗО тельности приводов, в частности для электроподвижного состава, одновременНо работающего на линии, что позволит, Например, повысить скорость дви.кения поездов. 35Сбрасывание сигнала управления током возбуждения до нуля в диапазонах значений выходного сигнала усилителя регулятора тока якорной цепи от сто-.процентного предшествующего уровня опорного сигнала до девяностопроцентного последующего уровня позволяет при необходимом интенсивном разгоне привода исключить режим ослабления потока двигателя на промежуточных ступенях регулирования якорного напряжения.Формула изобретенияСпособ регулирования скорости. тягового электродвигателя, заключающийся в том, что сравнивают сигнал задания скорости с сигналом фактическойскорости и полученный сигнал рассогласования по скорости сравнивают с сигналом обратной связи по току якоря,полученный сигнал рассогласования потоку якоря преобразуют в импульсы управления выпрямительными мостами преобразователя, напряжением котороговоздействуют на якорную цепь двигателя, сигнал задания тока возбуждениядвигателя сравнивают с сигналом фактического тока возбуждения, полученный сигнал рассогласования подают через вентильный возбудитель на независимую обмотку возбуждения двигателя,при этом из сигнала рассогласованияпо току якоря вычитают опорный сигнали раэностным сигналом со знаком, противоположным знаку сигнала заданиятока возбуждения, воздействуют наобмотку возбуждения двигателя, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения коэффициента мощности,опорный сигнал определяют как уровнинапряжений, равные 0,9-1 значениявыпрямленного напряжения каждого кроме последнего моста вентильного преобразователя, питающего якорную цепьдвигателя, а при переходе значенийсигнала рассогласования по току якоря от уровня, равного предшествующему опорному сигналу, до 0,9 последующего уровня, сбрасывают сигнал управления ослаблением тока возбуждения до нуля.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Проспект фирмы А 5 ЕА ")пугьог1 о 1 ощочеа омфау ап 4 олог го раярп 1 е й" . Едоп ТВ 22-103 Е, 01. 03. 72.783071 06 ых 7 Фых. чьи Вык Составитель Л,Резниковаедактор Л.Павлова Тахред Ж.Кастелевич Корректор М.Шароши Филиал ППП "Патент", г. УжгОрод, ул. проектная, 4 Заказ 8448 В Госу елам 1 Мос18НИИПИпо д13035,Тираж 763 Подписно арственного комитета СССР изобретений и открытий ва, Ж, Раушская наб.,