Широтно-импульсный регулятор скорости вращения электродвигателя постоянного тока

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 11.0578 (21) 2613810/24-07с присоединением заявки Йо(23) ПриоритетОпубликовано 151080, Бюллетень И 9 38 РМ Кз Н 02 Р 5/16 Н 02 Р 7/28 Государственный комитетСССР по делам изобретений и открытий(53) УДК 621. 316. .718.5(088.8) Дата опубликования описания 151080 А.Г. Буравлев, В.И. Вершинин, Л.Е. Кузнецов, Г.М. Свиридов, В.А. Филиппов и М.К. Ульянов(54) ШИРОТНО-ИИПУЛЬСНИЙ РЕГУЛЯТОР СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ПОСТОЯННОГО ТОКА1Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам регулирования двигателей постоянного тока, и может быть использовано в .гребных установках подводных аппара тов, у которых в качестве главного источника электрической энергии используются аккумуляторные батареи, термоэлектрические или электрохимические генераторы. 10Известен широтно-импульсный регулятор скорости вращения электродвигателя постоянного тока, содержащий силовой тиристор, включенный последовательно с нагрузкой, и звено ком мутации, предназначенное для его выключения, состоящее из последовательно соединенных диода, катушки индук-, тивности и конденсатора, включенных параллельно якорным зажимам двигате ля, а также вспомогательного тиристора, включенного между обкладкой конденсатора и катодом силового тиристора 1.Недостатком этого регулятора яв ляются большие пульсации тока в цепи якоря, возникающие в процессе регулирования частоты вращения двигателя. Последнее обстоятельство объяс- няется тем, что напряжение на выход 2ных клеммах регулятора изменяется скачкообразно, принимая два Аиксиро ванных значения:- минимальное напряжение равно нулю;- 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, аккуму" ляторной батареи, и четырех диодов, два из которых связаны катодами с точками соединения катодов тиристоров и отрицательных выводов секций источника питания, аноды - с одним из выводов нагрузки, а третий и четвертый диоды катодами подключены к другому выводу нагрузки 2.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 . - диаграммы импульсов напряжений, поясняющие работу регулятора.В состав силовой части 1 широтно- импульсного 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 18 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, еслищетка переключателя 28 находится вположении "г", то напряжение пита,ния поступает на генераторы 18, 2223 и дешифратор 27, Трансформаторныевыходы генераторов 19, 20 и 22 соединены с цепью управления тиристора14, трансформаторные выходы дешифраторов 24 и 26 соединены с цепями управления тиристоров 2, 3 и 4, атрансформаторные выходы дешифраторов25 и 27 соединены с цепями управления тиристоров 2, 3, 4 и 5.Работу широтно-импульсного регулятора целесообразно рассматривать втрех режимах.15 В первом режиме напряжение наякорных зажимах двигателя может плав.но регулироваться в диапазоне, нижаний предел которого равен Ор,= О,а верхний предел равен Ощдк = 1( Он щ (где Он - номинальное напряжениедвигателя), Для перевода регуляторав первый режим необходимо установить щетку переключателя 28 в положение "б", в котором напряжение питания системы управления поступает нагенераторы 16, 19 и дешифратор 24.В момент времени 1(фиг. 2) генератор16 импульсов сформирует импульс напряжения, который через дешифратор 24поступит на управляющий электрод си Зо лового тиристора 2, на вход генератора 19 импульсов и на управляющийэлектрод тиристора 11. При включениитиристоров 2 и 11 якорная цепь двигателя 10 будет подключена к верхней З 5 секции источника электрической энергии через тиристор 2 и диод 7, в результате чего напряжение на якорныхзажимах двигателя 10 будет равно одной трети номинального напряжения,а 4 О конденсатор 13 зарядится до напряжения, в два раза большего, Далее, вмомент времени 1(величина временного промежутка Ь - может плавно изменяться с помощью переменного хронирующего сопротивления генератора19, которое на фиг. 1 не показано)генератор 19 сформирует импульс напряжения, запускающий генератор 21 ивключающий тиристор 14, при включении .которого конденсатор 13 будет подклюо чен параллельно якорными зажимамидвигателя 10, вследствие чего на тиристоре 2 и диоде 7 будет обратноенапряжение, выключающее тиристор 2.После выключения тиристора 2 конден сатор 13 разрядится через якорнуюцепь двигателя 10 и напряжение наякорных зажимах двигателя будет равно нулю.В момент временигенератор 16 60 импульсов снова сформирует импульснапряжения, который через дешифратор 24 поступит иа управляющий электрод уже тиристора 3, на вход генератора 19 импульсов и на управляющий 65 электрод тиристора 11. При включениитиристоров 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 результатечего 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 времениякорная цепь через тиристор 4 и диод 8 будет подключена к нижней секции источника, а в момент времениснова к верхней секции. Такое 15 поочередное подключение якорной цепи к трем секциям источника необходимо для равномерного разряда секций,что является обязательным условием эксплуатации источников электрической 20 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 плав-. Но регулироваться в диапазоне,нижний предел которого равен= 1)Ц, 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 Опитпоступает на генераторы 17, 20, 21 импульсов и дешифраторы 25 и 26.В момент времени Ь (Фиг. 3) гене ратор 17 импульсов сформирует импульс напряжения, который поступает на управляющий электрод тиристора 11, проходит через дешифратор 25 и поступает на управляющие электроды 45 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 о 3, 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 зарядится до напряжения, примерно в два раза большего. Далее, в момент времени 1 (величина временного промежутка 1 - бОможет плавно изменяться с помощью переменного хронирующего сопротивления генератора 20, которое на фиг. 1 не показано) генератор 20 сформирует импульс напряжения,вклю- б 5 чающий тиристор 14, при включениикоторого 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 13разрядится через якорную цепь двига.теля 10 и .напряжение на якорных зажймах двигателя будет равно нулю(момент времени 1,), В момент време"ни 1 генератор 21 импульсов, времен.ная задержка которого равна длительности разряда конденсатора 13 приминимальном токе якоря во втором режиме и в процессе работы не регулируется, сформирует импульс напряжения, проходящий через дешифратор 26и поступающий на управляющий электрод тиристора 2, при включении которого якорная цепь двигателя 10 черезтиристор 2 и диод 7 будет подключенак верхней секции источника электрической энергии (напряжение на якорныхзажимах двигателя 10 будет равно одной трети номинального значения). Далее в момент времени 14 генератор 17импульсов снова сформирует импульснапряжения, который поступит на управляющий электрод тиристора 11, запустит генератор 20 и через дешифратор 25 поступит на управляющие электроды теперь .тиристоров 2 и 3. Привключении тиристоров 2 и 3 якорнаяцепь двигателя 10 через тиристоры2, 3 и диод 9 будет подключена теперьк средней и верхней секциям источника, соединенным последовательно, врезультате чего напряжение на якорных зажимах снова будет равно двумтретьим номинального значения, аконденсатор 13 зарядится до напряжения, приблизительно вдвое превышающего эту величину. Далее, описанныевыше электрические процессы будутповторяться с той лишь разницей,чтов момент времени 1 якорная цепь двигателя через тиристор 4 будет подключена к нижней секции источника, ав момент времени . -через тиристоры 2,4 и 5 к верхней и нижней секциям источника электрической энергии, соединенным последовательно. Такое поочередное подключение якорной цепи ксекциям источника необходимо, какуже говорилось выше, для равномерного разряда секций. Плавное регулировочное напряжение на якорных зажимахдвигателя.в диапазоне, оговоренномвыше, происходит при изменении временного промежутка 1 - с помощьюхронирующего сопротивления генератора 20 импульсов,И, наконец, в третьем режиме напряжение на якорных зажимах двигателя может плавно регулироваться в диапазоне, нижний предел которого равен ОЗ, = 2 Э Он, а верхний пределравен Ц с, = Он . Для перевода регулятора в третий режим необходимоустановить щетку переключателя 28 вположение "г", при котором напряжение питания системы управления 0 пит,поступает на генераторы 18, 22, 23и дешифратор 27. В момент времени +л(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 генера.тора 22. При включении тиристорон2, 3, 4 и 11 якорная цепь двигателя10 будет подключена к трем секциямисточника электрической энергии,соединенным последовательно, в результате чего напряжение на якорныхзажимах двигателя будет равно номинальному значению, а конденсатор 13зарядится через катушку 12 индуктинности до напряжения, примерно н двараза большего, Далее, в момент времени 4 (величина временного промежутка т, в мож плавно изменятьсяс помощью переменного хронирующегосопротивления 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 соединенпараллельно якорным зажимам двигателя 10, вследствие чего на тиристорах 2, 3 и 4 будет обратное напряжение, выключающее их. После выключения тиристоров 2, 3 и 4 конденсатор13 разрядится через якорную цепь двигателя 10 и напряжение на якорныхзажимах двигателя будет равно нулю.В момент нремени 49 генератор 23 импульсов, нременная задержка которого равна длительности разряда конденсатора 13 при минимальном токеякоря в третьем режиме и в процессеработы не регулируется, сформируетимпульс напряжения, проходящий черездешифратор 27 и поступакеий на управляющие электроды тиристорон 3 и 4,при включении которых якорная цепьдвигателя 10 через тиристоры 3, 4 идиод б будет подключена к нижнейи средней секциям источника электрической энергии, соединенным последовательно (напряжение на якорных зажимах двигателя будет равно двумтретям номинального значения), Далеев момент времени 14 генератор 18 им ляторной батареи, и четырех диодов,36 дна из которых связаны катодами с 5 1 О 1 э 20 25 35 40 45 50 пульсон снова сформирует 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 16 импульс, сформированный генератором 23, пройдет через дешифратор и включит тиристоры 2 и 3, а в момент времени- тиристоры92, 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-1 с помощью переменного хронирующего сопротивления генератора 22 импульсов, работающего в ищущем режиме.Формула изобретенияширотно-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 секцийисточника питания, например, аккуму-. точками соединения катодов тиристоров и отрицательных выводов секцийисточника питания, анодами - с однимиз выводов нагрузки, а третий и четвертый диоды катодами подключены кдругому выводу нагрузки, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюулучшения массо-габаритных показателей и эксплуатационных характеристик за счет обеспечения равномерногоразряда секций источника питания,внего введен дополнительный тиристор,включенный между анодами третьего ичетвертого диодов, соединенными соответственно с катодами двух другихдиодов.Источники информации,принятые но внимание при экспертизе1, Глазенко Т.А. Полупроводниковые преобразователи в электроприводах постоянного тока. М-.П "Энергия",1973, с. 69, рис. 2-18 б,2. Заявка ВеликобританииФ 1450790, кл. Н 2 3, публ, )76.771838 Составитель Н. Кореваактор Т. Лошкарева Техред Н.вабурка Корректор И. Муск ака Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 17/70 Тираж 783 ВНИИПИ Государственногопо делам изобретений и 113035, Москва, 3-35, Р Подписномитета СССРоткрытийушская наб., д. 4/