SU1046885A1 - Реверсивный электропривод посто нного тока - Google Patents

Abstract

РЕВЕРСИВНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержгиций электродвигатель , подключенный к четырехтиристорному мосту, обратный диодный мост, задающий генератор, последовательно соединенные датчик частоты вращени , регул тор скорости , регул тор тока, широтно-импульсный модул тор, а также датчик тока, выход которого соединен с вторим входом регул тора тока, отличающийс  тем, что, с целью повышени  КПД и быстродействи , уменьшени  габаритов и стоимости электропривода, в него введены два ключа, индикаторы режима и пол рности , два пороговых устройства, два элемента задержки, цва элемента ИЛИ, три элемента И, элемент И-НЕ, триггер , четыре формировател , причем каждый из ключей соединен с анодной и катодной точками четырехтирис- торного и обратного диодного мостов, выход широтно-импульсного модул тора соединен ч4рез первый элемент И и формирователь с входом первого ключа, выход регул тора тока соединен с входом индикатора пол рности, оба выхода которого через элементы задержки соединены с входами первого элемента ИЛИ, первый выход которого соединен через второй элемент И и формирователь с входом второго ключа , а второй выход соединен с первым элементом И, вторые выходы элементов задержки соединены через формирователи с управл гацими электродами двух тиристоров четырехтиристорнрго моста, i ( выход датчика тока -соединен . с входами двух пороговых устройств, выход (Л первого порогового устройства соединен через элемент И-НЕ с вторым элементом И и через третий элемент И, второй элемент ИЛИ и триггер - с входом первого элемента И, выход второго порогового устройства соединен с вторым элементом ИЛИ, выходы датчиков частоты вращени  и тока соединены с входами индикатора режима, выход которого соединен с элемен том И-НЕ, второй выход триггера . соединен с входом третьего элеменэо эо ел .та И, первый выход задакидего генератора соединен с входом широтноимпульсного модул тора, а второй выход - с входом второго элемен: та И.

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , а именно к импульсному регулированию частоты вращени  элек тродвигател  посто нного тока, и может найти применение в системах а томатизированного электропривода бы родействующих станков, прессов с ЧПУ, роботов, измерительных устройств и т.п, . Известен реверсивный электропривод посто нного тока, содержащий электродвигатель, подключенный к четырехткристорному мосту с обратным диодньам мостом, логические, устройства , датчик тока, два импульсных коммутирующих трансформатора, кажда  из вторичных обмоток которых включена между анодной и катюдной точками тиристорного и диодног-о мос та, коммутирующие, емкости и тиристо ры в цепи первичных обмоток коммути ругощих трансформаторов t 1 . Недостатками известного электропривода  вл ютс  низкие КПД и быстродействие привода, большие потери и массогабаритные показатели, сложность и низка  надежность, большой пик тока в режиме токоограничени  п торможеи.ии, высока  стоимость. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  реверсивный электропривод посто нного тока, содержащий электродвигатель , подключенный к четырехтиристорному мосту, обратный диодный мост, задающий ген.ератор, последовательно соединенные датчик частоты вращени , регул тор скорое ти, регул тор тока., широтно-импуль. ный г.гадул то.р, а также датчик тока выход которого соединен с вторым входом регул тора тока С 23. f Известный электропривод обладае следующими недостатками: КПД на 8-12% меньше, чем в транзисторных преобразовател х вследствие дополнительных потерь в коммутирующих трансформаторах, тиристорах, емкое т х, генерирующих мощные импульсы частотой коммутации дл  запирани  тиристоров моста; более высокие п.тери в электродвигателе, снижающие общий КПД электропривода, опре дел емые более низкой, чем в транз торных электроприводах, частотой . коммутации (1-2 относительно 3-10 кГц), при меньшей ча. ком мутации аг4плитуда пульсации тока и соответственно потери в электродви гателе больше, коммутаци  .хуже. Ув личение частоты в тиристорном прив де ограничено упом нутыми дополнительными потер ми в преобразователе , растущими.с увеличением частоты коммутации, кроме того, из-за неполной управл емости тиристоров в прототипе при торможении возникают пульсации тока с частотой в 3-4 ра за меньше тактовой с соответственно увеличенной амплитудой пульсации тока и соответственно увеличенными потер ми в недоиспользовании электродвигател  в режиме частых пусков и торможений. Кроме того, электропривод характеризуетс  меньшим быстродействием из-за меньшей частоты коммутации и необходимости в процессе реверса управл ющего сигнала пропускать не менее двух тактов коммутации дл  запирани  двух тиристоров моста перед включением второй пары. Габариты и масса тиристорного Преобразовател  увеличены из-за необходимости в упом нутых коммути- . рующих трансформаторов, тиристоров, емкостей из-за особенностей запирани  тиристоров, скважность импульсов напр жени  на  коре не превышает 0,9 (в транзисторных электроприводах 0,1 ), что приводит к увеличению габарита силового трансформатора. Высокие уровни напр жени  коммутирующих элементов (в несколько раз превьпиающие номинальное напр жение электродвигател ) привод т к усложнению конструкции и снижению надежности , а высока  стоимость высокочастотных и мощных коммутирующих тиристоров и коммутирующих трансформаторов обусловливают высокую стоимость всего электропривода. Цель изобретени  - повышенйе КПД и быстродействи , уменьшение габаритов и стоимости электропривода. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в реверсивный электропри- вод посто нного тока, содержащий электродвигатель, подключенный к четырехтиристорному мосту, обратный диодный мост, задающий генератор , последовательно соединенные датчик частоты вращени , регул тор скорости, регул тор тока, широтноимпульсн1ай модул тор, а также датчик тока, выход которогр соединен с вторым входом регул тора тока, введены два ключа, индикаторы режима и пол рности, два пороговых устрой;ства , два элемента задержки, два элемента ИЛИ, три -элемента И, элемент И-НЕ, триггер, четыре формировател , причем каждый из ключей соединен с анодной и катодной точками четырехтиристорного и обратного диодного мостов, выходширотно-импульсного модул тора соединен через первый элемент И и формирователь с входом первого ключа, выход регул тора тока соединен с входом индикатора пол рности, оба выхода которого через элементы задержки соединены с .одами элемента ИЛИ, первый выход которого соединен через второй элемент И и формирователь с входом второго ключа, а второй выход соединен с первЕлм элементом И, вторые выходы

элементов задержки соединены через формирователи с управл ицими электродами двух.тиристоров четырехтиристорног9 моста, выход датчика тока соединен с входами двух пороговых устройств, выход первого порогового устройства соединен через элемент И-НЕ с вторым элементом И и одновременно через третий элемент И, второй элемент ИЛИ и триггер - с входом первого элемента И, выход второго порогового устройства соединен с вторым входом второго элемента ИЛИ, выходы датчиков частоты вращени  и тока соединены с входами индикатора режима, выход которого соединен со входом элемента И-НЕ, второй выход триггера соединен с входом третьего элемента И, первый выход задающего генератора соединен с входом гаиротно-импульсного модул тора , а второй выход - с входом второго элемента И.

. На чертеже показана принципиальа  схема реверсивного электроприода посто нного тока.

.. Реверсивный электропривод посто н-: ного тока содерх ит электродвигатель 1, подключенный к четырехтиристорному мосту 2, содержащему тиристоры 3-6J обратный диодный мост 7-10, задающий генератор 11, последовательно соединенные датчик 12 частоты вращени , регул тор 13 скорости, регул тор 14 тока, широтно-импульсный модул тор 15, а также датчик 16 тока, выход которого соединен с вторым входом регул тора 14 тока.

Ключи 17 и 18 (выполненные, например , на транзисторах либо на двУхоперационных управл емых диодах ), Индикатор 19 режима, индикатор 20 пол рности, пороговые устройства 21 и, 22, элементы 23 и 24 задержки, элементы ИЛИ 25 и 26, элементы И 27, 28 и 29, элемент И-НЕ 30, триггер 31, формирователи 32-35.

Ключи 17 и 18 соединены с анодной и катодной точками четырехтиристорного моста 2 и обратного диодного моста 7-10, выход широтноимпульсного модул тора 15 соединен через элемент И 27 и формирователь 32 с входом ключа 17, выход регул тора 14 тока - с входом индикатора пол рности 20, оба выхода которого через элементы 23 и 24 задержки соединены с входами элемента ИЛИ 25, первый выход которого св зан через элемент И 28 и формирователь 33 с входами ключа 18, а второй выход соеинен с входом элемента И 27, вторые выходы элементов 23 и 24 задержки соединены через форг/мрователи 34 и 3S с управл ющими электродами тиристоров 3,5 и 4,6 соответственно четырехтиристорного моста. Выход датчика тока 16 соединен с входами пороговых устройств 21 и 22, выход порогового устройства 21 св зан через элемент И-НЕ 30 с элементом И 28 и одновременно через элемент И 29, элемент ИЛИ 26 и триггер 31 - с входом- элеме 1та И 27, выход порогового устройства 22 соединен с элементом ИЛИ 26. Выходы датчика 12 частоты . вращени  и датчика 16 тока соедине- ны с входами индикатора 19 режима, выход которого св зан с входом

0 iэлемента И-НЕ, второй выход триггера соединен с вторым входом элемента И 29.

Первый выход задающего генератора 11 соединен с широтно-импульсным

5 модул тором 15, а второй выход с входом элемента И 2 8.

Реверсивный электропривод работает следующим образом.

При положительной пол рности сиг0 нала на выходе регул тора 14 тока управл ющий сигнал проходит через индикатор 20 пол рности, элемент 23 задержки (на1 такт), элемент ИЛИ 25 на входы элементов И 27 и 28. Одно5 временно на входы элемента И 28 подаютс  единицы с выходов задающего генератора 11, элемента. И-НЕ 30, на выходе элемента И 28 по вл етс  единица, котора  подаетс  через

0 формирователь 33 на вход ключа 18, ключ 18 замыкаетс . На вход элемента И 27 подаетс  единица с выхода триггера 31 и ыиротно-импульсный

сигнал С-ВЕЛХОДа ШИРОТНО-И ЛПУЛЬСНО5

го модул тора 11. При этом навыходе элемента ИЛИ 27 по вл етс  широтно-импульсный сигнал, который через формирователь 32 управл ет ключом 17.. С выхода элемента 23

0 задержки подаетс  сигнал через формирователь 34 на тиристоры 3 и 5 и включает их. При замкнутом клпче 17 образуетс  цепь тока  кор : ключ 18тиристор 3 - электродвигатель 1 тиристор 5 - ключ 17,при разомкну5 . том ключе 17 ток  кор  замыкаетс  по цепи : ключ 18 - тиристор 3 - электродвигатель 1 - диод 9.

При подачб команды на торможение (с возможным реверсом) на выходе

0 ;регул тора 14 тока измен етс  пол рность сигнала. При этом на первом выходе индикатора 20 пол рности и выходе элемента 23 задержки сигнал становитс  равным нулю. По вл етс  сиг5 нал на втором выходе индикатора 20 пол рности и на входе элемента 24 задержки, но на выходе элемента 24 задержки сигнал по витс  с выдерж:1 ой времени в 1 такт коммутации., В

0 течение этого интервала времени на 1входы элемента ИЛИ 25 подаютс  нули , на выходах элемента ИЛИ 25 и на входах элементов И 27 и 28 будут также нули и, следовательно, ключи .17 и 18 заперты. Ток  кор  замы5

каетс  по цепи: диод 10 - электро-, двигатель 1 - диод 9. С тиристоров 3 и 5 при этом сн то напр жение и сигнал управлени , в течение указанного интервала времени(1 такт-коммутации ) они восстанавливают свои запирающие свойтсва. В конце указанного интервала на выходах элемента 24 эадерлски по вл етс  единица, поэтому по вл ютс  единицы на выходе элемента ИЛИ 25, на входах элементов И 27 и 28 замыкаетс  ключ 18, начинает коммутировать ключ 17 со скважностью, определ емой широтноимпульсным модул тором 11. С второго выхода элемента 24 задержки единица через формирователь 35 подаетс  на тиристоры 4 и 6. Н ачинаетс  противовключени , при котором по цепи: ключ-18 - тиристор б - электродвигатель 1 - тиристор 4 - ключ 17 быстро нараста-т ет тормозной ток. Когда значение тока достигает нижнего уровн  токоограничени , сигнал датчика тока 16 на входе порогового устройства 21 вызывает его срабатывание и по вление единицы на его выходе, соединенном с входом- элег1ента И-НЕ 30. На выходе элемента И-НЕ 30 и на входе элемента И 28 по вл етс  ноль Ключ 18 запираетс , ток  кор  замыкаетс  по цепи: электродвигатель 1 - тиристор 4 - ключ 17 -. ди-од 7 и продолжает расти под действием ЭДС электродвигател , осу1аествл етс  режш-1 динамического торможени . Когда значение тока достигнет верхнего уровн  токоограничени , на выходе порогового устройства 23 по вл етс  единица. Вследствие этого единицы по вл ютс  на выходе элемента ИЛИ 26-и на входе триггера 31. Триггер 31 мен ет свое состо ние , при этом на его первом выходе и на входе элемента И 27 по вл етс  ноль, ключ 17 запираетс . Ток электродвигател  замыкаетс  по цепл: диод 7 - электродвигатель 1 диоды 8-10, происходит рекуперативное торможение, при котором ток уменьшаетс . На втором выходе триггера 31, св занном с входом элемент и И 20, по вл етс  единица. При это единицы по вл ютс  на выходе элемента И 29, соединенном с входом элемента ИЛИ 26, что позвол ет сохранить возникшее состо ние релейного регул тора при уменьшении тока и по влении нул  на выходе порогового устройства 22. .Когда уровень тока  кор  достигнет нижнего уровн  токоограничени , на выходе порогового устройства 21 по вл етс  ноль, поэтму ноль возникает на выходах элементов И 29, ИЛИ 26, триггер 31 возвращаетс  в исходное состо ние, на входе элемента И 27 по вл етс  единица , снова включаетс  ключ 17, замыка  цепь динамического торможени  Ток снова нарастает до верхнего уровн  токоограничени  и т.д. На по леднем этапе торможени , когда скорость близка к нулю, ЭДС электродвигател  в режиме динаг шческого торможени  не может увеличить ток до верхнего уровн  токоограничени , поэтому выполн етс  только динамичекое торможение (без перехода в рекуперативное ). Самый последний этап торможени  выполн етс  при открытых ключах 17 и 18 по цепи: ключ 18 тиристор 6 - электродвигатель 1 тиристор 4 - .ключ 17. Если на входе привода U3Qq,0, то в конце торможени  сигнала регул тора 14 тока становитс  равным нулю, на выходах индикат .ора пол рности 20 по вл ютс  нули, ключи 17 и 18 и все тиристоры отключаютс , процесс заканчиваетс .

Если торможение осуществл лось вследствие подачи на вход привода ( ) команды на реверс, на выходе элемента 24 задержки остаетс  единица и.скорость электродвигател  1 мен ет знак, начинаетс  разгон. При разгоне на выходе индикатора 19 режима по вл етс  ноль и, следовательно , в процессе всего разгона на выходе элемента И-НЕ 30 все врем  будет единица и ключ 18 будет замкнут , независимо от сигнала на выходе порогового устройства 21. Ток в цепи: ключ 18 - тиристор 6 - электродвигатель 1 - тиристор 4 - ключ 1 увеличиваетс  и достигает верхнего уровн  токоограничени . На выходе порогового устройства 22 и элемента ИЛИ 26 по вл ютс  единицы, на выходе триггера 31, св занного с входом элемента И 26, - ноль. Ключ 17 запираетс , ток замыкаетс  по цепи: электродвигатель 1 - диод 8 - ключ 18 - .тиристор 6..и уменьшаетс . Когда ток достигнет нижнего уровн  токоограничени , на выходе порогового элемента 21 по вл етс  ноль, на выходе элемента ИЛИ 26 - также ноль, триггер 31 возвращаетс  в исходное положение/ ключ 17 замыкаетс , ток начинает расти до достижени  установившегос  значени  тока, при котором на выходах пороговых устройств 21 и 22 стабильно сохран ютс  нули.

Таким образом, при пуске амплиту да пульсаций тока ограничена теми же заданными уровн ми токоограничени  и может быть выбрана благодар  этому, независимо-от параметров  корной цепи электродвигател . Частота пульсаций в режимах пуска и реверса может быть равной и превышать частоту коммутации, что позвол ет снизить потери до минимального

уровн , т.е. повысить КПД электропривода .

Так как в процессе реверса дл  отключени  тиристоров необходим только один период коммутации, быстродействие электропривода повышаетс . Кроме того, за счет уменьшени  потерь в преобразователе величина периода коммутации уменьшена в несколько раз. Уменьшение количества коммутирующих элементов позвол ет уменыаить габариты и стоимость электропривода.

W

i

/fjj

. I fItJU

i l5Fi

Claims (1)

1. РЕВЕРСИВНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД' ПОСТОЯННОГО ТОКА, содержащий электродвигатель , подключенный к четырехтиристорному мосту, обратный диодный мост, задающий генератор, последовательно соединенные датчик частоты вращения, регулятор скорости, регулятор тока, широтно-импульсный модулятор, а также датчик тока, выход которого соединен с вторым входом регулятора тока, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и быстродействия, . уменьшения габаритов и стоимости электропривода, в него введены два ключа, индикаторы режима и полярности, два пороговых устройства, два элемента задержки, два элемента ИЛИ, три элемента И, элемент И-НЕ, триггер, четыре формирователя, причем каждый из ключей соединен с анодной и катодной точками чеТырехтиристорного и обратного диодного мостов, выход широтно-импульсного модулятора соединен чёрез первый элемент И и формирователь с входом первого ключа, выход регулятора тока соединен с входом индикатора полярности, оба выхода которого через элементы задержки соединены с входами первого элемента ИЛИ, первый выход которого соединен через второй элемент И и формирователь с входом второго ключа, а второй выход соединен с первым элементом И, вторые выходы элементов задержки соединены через формирователи с управляющими электродами двух тиристоров четырехтиристорного моста, (выход датчика' тока соединен. с входа- $ ми двух пороговых устройств, выход первого порогового устройства соединен через элемент И-НЕ с вторым элементом И и через третий элемент И, второй элемент ИЛИ и триггер - с входом первого элемента И, выход второго порогового устройства соединен [ с вторым элементом ИЛИ, выходы датчиков частоты вращения и тока соеди-| йены с входами индикатора режима, ’ выход которого соединен с элемен- ! том И-НЕ, второй выход триггера . ^: соединен с входом третьего элемен- .: та И, первый выход задающего генератора соединен с входом широтно- ! импульсного модулятора, а второй выход - с входом второго элемен- ί та И. j ΐ I.