PL179527B1 - Układ sterowania napędu elektrycznego prądu stałego - Google Patents

Abstract

■ UltłaO starowńapęnapędu ylcktrgczpeąo prądestatago zawierającego co najmniej jedną gałąź obwodu głównego Składającą się z silnika szeregowego prądu stałego połączonego poprzez uzwojenie wzbudzenia z półprzewodnikowym, głównym łącznikiem mocy i zasilaną poprzez filtr wejściowy ze źródła napięcia stałego, bez lub z siecią odciążającą połączoną poprzez filtr wejściowy ze źródłem napięcia stałego i zawierającą gałąź utworzoną z dławika szeregowo połączonego poprzez diodę z kondensatorem, przy czym punkt wspólny diody i kondensatora tej gałęzi jest połączony z punktem wspólnym głównego łącznika mocy 1 uzwojenia wzbudzenia silnika poprzez diodę dodatkową, a także zawierający diodę zerową bocznikującą uzwojenia silnika oraz układ regulacji prądu wzbudzenia bocznikujący uzwojenie wzbudzenia silnika i utworzony z trzech gałęzi równoległych, z których jedna zawiera diodę, znamienny tym, że druga gałąź układu regulacji prądu wzbudzenia (Aj, A2...An) zawiera półprzewodnikowy łącznik mocy (2), który jest włączony przrciwsobnie do znanej diody (1), zaś trzecia gałąź zawiera kondensator (3), który jest połączony szeregowo z dławikiem (4) zbocznikowanym diodą (5), przy czym katoda diody (5) jest połączona z anodą znanej diody (1), a punkt wspólny katody diody (1), kondensatora (3) i łącznika mocy (2) jest połączony z punktem wspólnym twornika silnika (Sj, S2...S„) i jego uzwojenia wzbudzenia (Wz>, Wz^^Wz^ poprzez diodę (6), która jest włączona zgodnie z kierunkiem przewodzenia łącznika mocy (2).

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ sterowania napędu elektrycznego prądu stałego, znajdujący zastosowanie w jedno- lub wielosilnikowych układach napędowych prądu stałego z silnikami szeregowymi, zwłaszcza w przewodowych lokomotywach kopalnianych.

Znany z polskiego opisu patentowego nr 150 766 układ sterowania silników szeregowych prądu stałego zawiera silnik połączony szeregowo z uzwojeniem wzbudzenia, który zasilany jest ze źródła napięcia stałego poprzez szeregowo połączone: tyrystor główny i dławik komutacyjny. Silnik wraz z uzwojeniem wzbudzenia zbocznikowany jest diodą, rozładowującą. Natomiast do szeregowej gałęzi, zawierającej uzwojenie wzbudzenia, tyrystor główny i dławik komutacyjny podłączony jest układ regulacji prądu wzbudzenia, utworzony z równolegle połączonych: kondensatora, diody i tyrystora połączonego szeregowo z dławikiem, przy czym zacisk kondensatora, anoda diody i anoda tyrystora są dołączone do zacisku uzwojenia wzbudzenia połączonego z końcem twornika silnika. Układ zawiera również układ komutacyjny wyposażony w kondensator komutacyjny. Kondensator komutacyjny utworzony jest z dwóch baterii, których jedne zaciski są zwarte i połączone z jednym zaciskiem uzwojenia pierwotnego transformatora oraz z dodatnim biegunem źródła zasilania. Pomiędzy drugie zaciski baterii włączona jest dioda, której anoda poprzez tyrystory komutacyjne połączona jest z katodami tyrystorów układu regulacji prądu wzbudzenia, zaś katoda tej diody połączona jest poprzez drugie tyrystory komutacyjne z katodami tyrystorów głównych. Drugi zacisk uzwojenia pierwotnego transformatora połączony jest poprzez drugą diodę i dławik ze wspólnym punktem baterii kondensatora komutacyjnego i anody pierwszej diody. Ponadto punkt

179 527 wspólny drugiej diody i dławika połączony jest poprzez kolejne dwie diody z ujemnym biegunem źródła zasilania. Uzwojenie wtórne transformatora poprzez następną diodę połączone jest z akumulatorem i równolegle do niego dołączonymi: kondensatorem i obwodami pomocniczymi.

Znany jest również z polskiego opisu patentowego nr 147 360 układ sterowania silnika szeregowego prądu stałego, w którym układ regulacji prądu wzbudzenia bocznikujący uzwojenie wzbudzenia silnika stanowią trzy równolegle połączone gałęzie, z których jedna zawiera kondensator, druga diodę, zaś trzecia tyrystor połączony szeregowo z dławikiem komutacyjnym, natomiast obwód komutacyjny składa się z szeregowo połączonych: dławika komutacyjnego, tyrystora zbocznikowanego diodą i drugiego kondensatora zbocznikowanego rezystorem, przy czym obwód ten zasilany jest bezpośrednio ze źródła napięcia stałego zasilającego silnik.

Znany jest z polskiego opisu patentowego nr 173 154 układ sieci odciążającej przekształtnika impulsowego prądu stałego zasilanego ze źródła napięcia stałego, który zawiera zbocznikowany diodą zerową odbiornik prądu stałego połączony szeregowo z półprzewodnikowym łącznikiem mocy i dławikiem ograniczającym oraz gałąź utworzoną z szeregowo połączonych: diody i dławika. Jeden koniec tej gałęzi połączony jest z punktem wspólnym odbiornika, diody zerowej i dławika ograniczającego, zaś drugi jej koniec jest połączony poprzez drugą diodę z punktem wspólnym odbiornika, diody zerowej oraz łącznika mocy i równocześnie poprzez kondensator z punktem wspólnym łącznika mocy i źródła napięcia stałego.

Układ sterowania napędu elektrycznego prądu stałego, według wynalazku, zawierającego co najmniej jedną gałąź obwodu głównego składającą się z szeregowego prądu stałego połączonego poprzez uzwojenie wzbudzenia z półprzewodnikowym, głównym łącznikiem mocy i zasilaną poprzez filtr wejściowy ze źródła napięcia stałego, bez lub z siecią odciążającą połączoną poprzez filtr wejściowy ze źródłem napięcia stałego i z^wiertyj^ącą gałąź utworzoną z dławika szeregowo połączonego poprzez diodę z kondensatorem, przy czym punkt wspólny diody i kondensatora tej gałęzi jest połączony z punktem wspólnym głównego łącznika mocy i uzwojenia wzbudzenia silnika poprzez diodę dodatkową, a także zawierający diodę zerową, bocznikującą uzwojenia silnika oraz układ regulacji prądu wzbudzenia bocznikujący uzwojenie wzbudzenia silnika i utworzony z trzech gałęzi równoległych, z których jedna zawiera diodę, charakteryzuje się tym, że druga gałąź układu regulacji prądu wzbudzenia zawiera półprzewodnikowy łącznik mocy, który jest włączony przeciwsobnie do znanej diody, zaś trzecia gałąź zawiera kondensator, który jest połączony szeregowo z dławikiem zbocznikowanym drugą, diodą, przy czym katoda drugiej diody jest połączona z anodą znanej pierwszej diody, a punkt wspólny katody pierwszej diody, kondensatora i łącznika mocy jest połączony z punktem wspólnym twornika silnika i jego uzwojenia wzbudzenia poprzez diodę, która jest włączona zgodnie z kierunkiem przewodzenia łącznika mocy.

Ponadto twornik każdego silnika wraz z uzwojeniem wzbudzenia i głównym łącznikiem mocy jest połączony z indywidualną znaną siecią odciążającą albo punkt wspólny uzwojenia wzbudzenia każdego silnika i głównego łącznika mocy jest połączony poprzez dodatkowe diody z punktem wspólnym kondensatora i diody znanej sieci odciążającej, która stanowi centralną sieć odciążającą dla całego układu napędowego.

Układ sterowania napędu elektrycznego prądu stałego, według wynalazku, cechuje prosta budowa, zapewniająca płynną regulację prądu wzbudzenia silników szeregowych z równoczesnym zachowaniem warunków prawidłowej pracy półprzewodnikowych łączników mocy. Ponadto rozwiązanie to, dzięki zastosowaniu centralnej sieci odciążającej w wielosilnikowych układach napędowych umożliwia zmniejszenie ilości stosowanych podzespołów do wspomagania procesów komutacyjnych głównych łączników mocy w obwodzi zasilania silników.

Przedmiot wynalazku uwidoczniony jest w przykładowym wykonaniu na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ideowy układu sterowania wielosilnikowego napędu elektrycznego prądu stałego z silnikami szeregowymi, wyposażonymi w indywidualne sieci odciążające, a fig. 2 - schemat układu sterowania napędu przewodowej lokomotywy kopalnianej z dwoma silnikami szeregowymi i centralną siecią odciążającą.

179 527

Z uwagi na symetrię przedstawionego rozwiązania, na rysunku i w opisie wyróżniono tylko elementy związane z jednym silnikiem oraz elementy wspólne dla układu sterowania napędu elektrycznego.

Układ sterowania napędu elektrycznego prądu stałego przewodowej lokomotywy kopalnianej, według wynalazku, posiadającego dwa silniki szeregowe prądu stałego S1, S2, które są zasilane poprzez filtr wejściowy F ze źródła napięcia stałego U za pomocą sterowanych napięciowo, półprzewodnikowych, głównych łączników mocy Ł1, Ł2, połączonych szeregowo z twornikami silników S1, S2 poprzez ich uzwojenia wzbudzenia Wz1, WZ2, zawiera diodę zerową 1D1, która bocznikuje odpowiednio uzwojenie twornika silnika S1 i jego szeregowe uzwojenie wzbudzenia Wzt. Układ sterowania zawiera również układ regulacji prądu wzbudzenia A1, bocznikujący uzwojenie wzbudzenia Wzj silnika S1. Układ A1 jest utworzony z trzech gałęzi równoległych, z których jedna zawiera diodę 1, druga zawiera półprzewodnikowy łącznik mocy 2, który jest włączony przeciwsobnie do diody 1, zaś trzecia gałąź zawiera kondensator 3, który jest połączony szeregowo z dławikiem 4 zbocznikowanym diodą 5, przy czym katoda diody 5 jest połączona z anodą diody 1.

Punkt wspólny katody diody 1, kondensatora 3 i łącznika mocy 2 układu regulacji prądu wzbudzenia A1, jest połączony z punktem wspólnym twornika silnika S1 i jego uzwojenia wzbudzenia Wzx poprzez diodę 6, która jest włączona zgodnie z kierunkiem przewodzenia łącznika mocy 2.

Układ wyposażony jest także w centralną sieć odciążającą B, połączoną poprzez filtr wejściowy F ze źródłem napięcia stałego U, która zawiera gałąź, utworzoną z dławika 7 szeregowo połączonego poprzez diodę 8 z kondensatorem 9, przy czym punkt wspólny diody 8 i kondensatora 9 tej gałęzi jest połączony poprzez dodatkowe diody 2Dx, 2D2 z punktami wspólnymi uzwojeń wzbudzenia Wzx, WZ2 silników S1, S2 i głównych łączników mocy Ł1, Ł2.

Działanie układu według wynalazku polega na tym, że w pierwszej strefie regulacji prędkości obrotowej, to jest w zakresie poniżej charakterystyki naturalnej, realizowana jest zmiana wartości średniej napięcia na silnikach S1, S2 za pomocą głównych łączników mocy Ł1, Ł2. Każdorazowe wyłączenie łącznika mocy Ł1 powoduje przekazanie poprzez diodę 2D1 energii zawartej w polu magnetycznym indukcyjności rozproszeń występujących w układzie zasilania twornika silnika S1 do kondensatora 9 sieci odciążającej B. Jeżeli napięcie kondensatora 9 przekroczy wartość napięcia zasilania U, to część energii z kondensatora 9 jest zawracana do źródła napięcia stałego U poprzez diodę 8 i dławik 7.

Przy przesunięciu impulsów bramkowych łączników mocy Ł1, Ł2 względem siebie o połowę okresu impulsowania energia indukcyjności rozproszeń występujących w układzie zasilania twornika drugiego silnika S2 jest odprowadzona do źródła napięcia stałego U poprzez diodę 2D2 i elementy centralnej sieci odciążającej B, a to kondensator 9, diodę 8 i dławik 7.

W drugiej strefie regulacji prędkości obrotowej, to jest w zakresie powyżej charakterystyki naturalnej, realizowana jest zmiana prądu wzbudzenia silników S1, S2 za pomocą układu regulacji prądu wzbudzenia A1, A2. Prąd twornika silnika S 2 jest sumą prądu płynącego poprzez uzwojenie wzbudzenia Wz1 oraz diodę 6 i łącznik mocy 2 układu regulacji prądu wzbudzenia A1. Względny czas przewodzenia łącznika mocy 2 decyduje o średniej wartości prądu płynącego przez układ A1, a dioda 6 uniemożliwia rozładowanie energii zawartej w polu magnetycznym uzwojenia wzbudzenia Wz1 poprzez diodę 1, która zapobiega wstecznej polaryzacji łącznika mocy 2. Gałąź układu A1 złożona z kondensatora 3, dławika 4 i diody 5 zapewnia prawidłowe warunki pracy łącznika mocy 2, a więc kondensator 3 ogranicza wartości przepięć generowanych w uzwojeniu wzbudzenia Wz1 w wyniku komutacji prądu w tworniku silnika S1 lub też spowodowanych impulsową pracą łącznika mocy Ł1, zaś dławik 4 ogranicza wartość prądu rozładowania kondensatora 3 poprzez łącznik mocy 2.

W układzie, według wynalazku, zarówno w obwodzie zasilania silnika S1jak i w układzie regulacji prądu wzbudzenia A1 jako łączniki mocy Ł1 i 2 mogą być stosowane, sterowane napięciowo, tyrystory mocy MCT lub tranzystory mocy IGBT. Zastosowanie tyrystora MCT jako łącznika mocy 2 w układzie regulacji prądu wzbudzenia A1 pozwała zwiększyć zakres regulacji prędkości silnika S1, dzięki małym spadkom napięcia w czasie przewodzenia tego tyrystora.

179 527 ζϊΐο.

iPah ^UU +36 $1 >4

7 eZ	i Dl
Wr ΙθΛ^ _II_	r<l 2¾ B

Wz

-Β+

1$

Fl g. 2.

179 527

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz Cena 2,00 zł.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ sterowania napędu elektrycznego prądu stałego zawierającego co najmniej jedną gałąź obwodu głównego składaj ącą się z silnika szeregowego prądu stałego połączonego poprzez uzwojenie wzbudzenia z półprzewodnikowym, głównym łącznikiem mocy i zasilaną poprzez filtr wejściowy ze źródła napięcia stałego, bez lub z siecią odciążającą połączoną poprzez filtr wejściowy ze źródłem napięcia stałego i zawierającą gałąź utworzoną z dławika szeregowo połączonego poprzez diodę z kondensatorem, przy czym punkt wspólny diody i kondensatora tej gałęzi jest połączony z punktem wspólnym głównego łącznika mocy i uzwojenia wzbudzenia silnika poprzez diodę dodatkową, a także zawierający diodę zerową bocznikującą uzwojenia silnika oraz układ regulacji prądu wzbudzenia bocznikujący uzwojenie wzbudzenia silnika i utworzony z trzech gałęzi równoległych, z których jedna zawiera diodę, znamienny tym, że druga gałąź układu regulacji prądu wzbudzenia (Ai, A2...A_n) zawiera półprzewodnikowy łącznik mocy (2), który jest włączony przeciwsobnie do znanej diody (1), zaś trzecia gałąź zawiera kondensator (3), który jest połączony szeregowo z dławikiem (4) zbocznikowanym diodą (5), przy czym katoda diody (5) jest połączona z anodą znanej diody (1), a punkt wspólny katody diody (1), kondensatora (3) i łącznika mocy (2) jest połączony z punktem wspólnym twornika silnika (Si, S2-..S_n) i jego uzwojenia wzbudzenia (Wzi, Wz2...Wz_n) poprzez diodę (6), która jest włączona zgodnie z kierunkiem przewodzenia łącznika mocy (2).
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że każdy twornik silnika (Si, S2...Sn) wraz z uzwojeniem wzbudzenia (Wzi, Wz2...Wz_n) i głównym łącznikiem mocy (Łi, Ł2...Ł_n) jest połączony z indywidualną znaną siecią odciążającą (Bi, B2...Bn).
3. 3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że punkt wspólny uzwojenia wzbudzenia (Wzi, Wz2...Wz_n) każdego silnika (Si, S2...S1,) i głównego łącznika mocy (Łi, Ł2..’.Ł„) jest połączony poprzez dodatkowe diody (2Di, 2D2...2Dn) z punktem wspólnym kondensatora (9) i diody (8) znanej sieci odciążającej (B), która stanowi centralną, sieć odciążającą dla całego układu napędowego, gdzie n jest liczbą naturalną.