SU1115195A1 - Многодвигательный электропривод - Google Patents

Abstract

МНОГОДВИГАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД , содержащий электродвигатели посто нного тока, обмотки которых соединены с выводами источника напр жени  через управл емые ключевые элементы , шунтированные обратными диодами , и блок коммутации, отличающийс  тем,что, с целью упрощени  и снижени  потерь, первые выводы обмоток всех электродвигателей объединены в общую точку, св занную с выводами источника напр жени  через первый и второй управл емые ключевые элементы, а второй вывод обмотки каждого электродвигател  св зан с выводами источника напр жени  через два других управл емых ключевых элемента .

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , в частности к системам управлени  многодвигательным электроприводом посто нного тока, и может найти применение на транспорте, в электротехнической и других отрасл х промьшшенности. Известен многодвигательный электропривод , содержащий электродвигатели посто нного тока, каждый из которых соединен с выводами источника посто нного напр жени  через управл емые ключевые элементы, шунтированные обратными диодами, и блок коммутации ключевых элементов ИЗ. К источнику напр жени  электродвигатели посто нного, тока подключаютс  и отключаютс  одновременно как при посто нной, так и при переменной частоте коммутации управл емых ключевых элементов. Энерги , подводима  к элек родвигател м, регулируетс  в широком диапазоне, однако без разделени  по каждому из них, кроме того, не предусмотрено реверсирование двигателей, а дл  управлени  ключевьпу И элементами , перевод щими двигатели в тормозной режим, расходуетс  дополнительна  энерги . Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  многодвигательный электропривод, содержащи электродвигатели посто нного тока, об мотки которых соединены с выводами ис точника напр жени  через управл емые ключевые элементы, шунтированные обратными диодами, и блок коммутации 12 . Однако известное устройство отлича етс  сложностью, большим количеством управл емых ключевых элементов, дл  управлени  которыми требуетс  расход дополнительной механической энергии. Таким образом, в известных устройствах обеспечиваетс  регулирование энергии, подводимой и отводимой от нагрузок, однако бесконтактные управл емые и неуправл емые ключевые элементы , вход щие в состав импульсных преобразователей, не обеспечивают переход двигателей в режимы торможени  и реверсировани . Применение дополнительных механических и электромеханических ключевых элементов дл  перехода в указанные режимы увеличивает потери энергии в устройстве управлени  двигател ми и снижает его надежность . Целью изобретени   вл етс  упрощение и снижение потерь энергии на управление ключевыми элементами. Поставленна  цель достигаетс  тем, что в многодвигательном электроприводе , содержащем электродвигатели посто нного тока, обмотки которых соединены с выводами источника напр жени  через управл емые ключевые элементы, шунтированные обратными диодами , и блок коммутации, первые выводы обмоток всех электродвигателей объединены в общую точку, св занную с выводами источника напр жени  через первый и второй управл емые ключевые элементы, а второй вывод обмотки каждого электродвигател  св зан с выводами источника напр жени  через два других управл емых ключевых элемента. В этой схеме уменьшаетс  количество управл емых ключевых элементов и снижаютс  потери энергии на управление ими при переходе в другие квадранты внешней характеристики дл  работы многодвигательного электропривода по полному циклу (двигательный, режим, торможение, реверсирование ). Управл емые ключевые элементы используютс  также дл  раздельного регулировани  в широком диапазоне подводимой- или отводимой от каждой из нагрузок энергии. На чертеже приведена схема многодвигательного электропривода. Устройство содержит электродвигатели посто нного тока 1, 2 и 3 первые выводы которых объединены в общую точку, св занную с выводами источника 4 напр шени  через блок 5 коммутации и два управл емых ключевых элемента 6 и 7, шунтированных обратными диодами 8 и 9. Вторые выводы обмоток 1-3 соединены с источником 4 напр жени  через блок 5 коммутации и через два других; управл емых ключевьк элемента 10 и 11, 12и13, 14 и 15 соответственно, шунтированных обратными диодами 16-21. Блок 5 коммутации может быть выполнен, например, на токоограничнвающем реакторе 22, начало рабочей обмотки 23 которого соединено с концом размагничивающей обмотки 24 и положительным выводом источника 4 напр жени , начало обмотки 24 соединено с катодом рекуперирующего диода 25, конец обмотки 23 с анодом разделительного диода 26, катод которого соединен с анодом коммутирующего тиристора 27, шунтированного цепочкой из последовательно соединенных коммутирующего реактора 28 и коммутирующего конденсатора 29.

Если в качестве управл емых ключевых элементов 6, 7, 10-15 использованы тиристоры, то к их управл ющим выводам подключены выходные устройства управлени  (не показаны). Если в качестве этих ключевых элементов применены транзисторы, то блок 5 коммутации подключен,параллельно источнику 4 напр жени  и совмещает в себе функции управлени  и коммутации транзисторов , а к его выходам подключены управл ющие выводы ключевых элементов 6, 7, 10-15.

В качестве нагрузок могут быть использованы икорные обмотки электродвигателей посто нного тока независимого возбуждении, причем в состав нагрузок входит активна  и индуктивна  составл ющие, а также источник противо- ЭДС. Кроме того, в качестве нагрУзок могут быть использованы также обмотки возбуждени  указанных электродвигателей. В обоих случа х подключени  электродвигателей независимого возбуждени  обмотки второго типа получают питание от отдельного преобразовател .

Электропривод работает следующим образом.

Коммутаци  всех тиристоров происходит одновременно. Этот момент еледует с посто нной частотой, выбираемой исход  из услови  минимальных потерь энергии как в обмотках 1, 2 и 3, так и в блоке 5 коммухации. В пределах периода повторени  момента коммутации (межкоммутационного интервала ) тиристоры, по которым протекает ток одной обмотки, например 11, 13 и 15 при первом направлении тока в обмотках 1, 2 и 3 или 10, 12 и 14 при втором направлении, управл ютс  короткими управл ющими импульсами и могут включатьс  с различными задержками относительно предыдущего момента коммутации. Вследствие этого достигаетс  взаимный сдвиг во времени между включением каждого из тиристоров , по которому протекает ток одной обмотки. Тиристоры, по которым одновременно протекает ток двух и более обмоток, например тиристор 6 при первом направлении тока в обмотках 1, 2 и 3 У1ли тиристор 7 при втором направлении, управл ютс  посто нными токами управлени . Эти токи управлени  снимаютс  только при изменении направлени  тока в обмотках 1-3, Тиристоры 6 или 7 выключаютс  кратковременно в интервале включенного состо ни  обратных диодов 8 и 9, пропускающих коммутирующий ток от блока 5 коммутации, а затем повторно включаютс .

В результате указанного взаимного сдвига средние значени  токов обмоток 1-3 различны, что удовлетвор ет требованию раздельного регулирован.,  энергии, подводимой или отводимой от обмоток 1-3. Этот пор док включени  и выключени  управл емых ключевых элементов сохран етс  при работе двигателей в любом из квадрантов внешней характеристики (при движении, торможении или движении после реверса ) . В момент .выхода на естественную характеристику двигателей (определ етс  системой управлени ) блок 3 коммутации не срабатывает, так как запрещаетс  включение коммутирующего тиристора 27, и коммутаци  управл емых ключевых элементов не производитс . i

При подключении к источнику 4 напр жени  в конденсаторе 29 блока 5 коммутации накапливаетс  энерги  дл  формировани  коммутирующего тока. При первом направлении тока в обмотках 1-3 система управлени  (не показана ) обеспечивает следующий пор док управлени  ключевыми элементами (например , тиристорами). На тиристор 6 подаетс  посто нный управл ющий ток, снимаемьп только при необходимости изменить направприио тока в обмотках 1-3. После полачи управл ющих импульсов на тиристоры 11, 13 и 15 тки обмоток 1-3 протекают по контурам 4-23-6-1-11-4, 4-23-6-2-13-4 и 4-236-3-15-4 . В момент выключени , определ емый системой управлени , включаетс  тиристор 27. Ток конденсатора 29, протека  в контуре 29-28-27-29, перезар жает его и тиристор 27 выключаетс . Коммутируюпий ток конденсатора 29 протекает и контурах 29-9-626-28-29 , 29-11-16-26-28-29, 29-1318-26-28-29 и 29-15-20-26-28-29, обеспечива  выключение тиристоров 6, 11, 13 и 15, после выключени  которы избыток коммутирующего тока в течени времени выключени  указанных тиристо ров протекает в контурах 29-9-8-26-2 29,29-17-16-26-28-29,29-19-18-26-28и 29-21-20-26-28-29. Под воздействием ЭДС самоиндукции токи обмоток 1-3 протекают в том же направлении, что и до момента коммутации, в контурах - 6-26-28-29-9-}, 2-18-26-28-29-9-2 и 3- 20-26-28-29-9-3 и передают часть энергии, запасенной в индуктивности нагрузок, в конденсатор 29 дл  воеполнени  коммутационных потерь энергии . Несмотр  на то, что тиристор 6 пр первом направлении тока управл етс  посто нным током, при протекании коммутирующего тока через диод 8 к тиристору 6 прикладываетс  обратное напр жение, равное пр мому падению напр жени  на диоде 8, и тиристор 6 выключаетс . При спаде коммутирующег тока в диодах 8, 9, 17, 19 и 21 к ну лю эти диоды выключаютс  напр жением источника 4. Так как при первом направлении тока обмоток 1-3 на тиристор 6 посто нно подан управл кщий. ток, то за счет ЭДС самоиндукции обмоток 1-3 этот тиристор включаетс  и токи нагрузок замыкаютс  в контурах 1-16-6-1, 2-18-6-2 и 3-20-6-3. - В следующие периоды процессы повтор ютс  . При втором направлении тока в обмотках 1-3 посто нный управ л ющий ток подаетс  на тиристор 7. До коммутации токи обмоток 1-3 про- текаю т в контурах 4-23-10-1-7-4, 4-23-12-2-7-4 и 4-23-14-3-7-4.После выключени  тиристоров 7, 10, 12 и 14 передача энергии в конденсатор 29 происходит токами, протекающими в контурах 1-8-26-28-29-17-1, 2-8-2628-29-19-2 и 3-8-26-28-29-21-3, затем после повторного включени  тиристора 7 токи нагрузок протекают в контурах Н7-17-1, 2-7-19-2 и 3-721-3 . При работе двигателей на естес веннь1х характеристиках на тиристор 2 блока 5 коммутации управл ющие импул сы не подаютс  и выключение тиристоров 6, 11, 13 и 15 при первом направ лении тока в обмотках 1-3 и тиристоров 7, 10, 12 и 14 при втором направ лении тока не производитс , к обмоткам 1-3 приложено посто нное напр же ние источника 4 напр жени . Нагрузоч ные токи, протекающие в контурах 4-23-6-1-11-4, 4-23-6-2-13-4 и 4-236-3-15-4 , ограничиваютс  не только активными сопротивлени ми  корльгх обмоток 1-3, но и значени ми противо- ЭДС, возникающими на этих обмотках . Дл  торможени двигателей рабоча  точка переходит из .Т-го в У-й квадрант внешней характеристики.Тиристоры 6, 11, 13 и 15 в ьшлючаютс  блоком 3 коммутации, а тиристоры 10, 12 и 14 включаютс . Под действием противо-ЭДС токи обмоток 1-3 протекают в контурах 1-8-10-1, 2-8-12-2 и 3-8-14-3 до момента выключени  тиристоров 10, 12 и 14 блоком 5 коммутации , затем в контурах 1-8-5-17-1, 2-8-5-19-2 и 3-8-5-21-3 до момента отключени  блок 5 коммутации при восполнении потерь энергии, затем в контурах 1-8-5-4-17-1, 2-8-5-4-19-2 и 3-8-5-4-21-3. Дл  раздельного регулировани  энергии, отводимой от каждой из обмоток 1-3 в источник 4 напр жени , моменты включени  тиристоров 10, 12 и 14 имеют как взаимный сдвиг во времени , так и сдвиг во времени в пределах интервала между моментами срабатывани  блока 5 коммутации. Происходит рекуперативное торможение до момента спада противо-ЭДС  корных обмоток 1-3 к нулю. Дл  реверсировани  двигателей рабоча  точка переходит в Ш-й квадрант внешней характеристики. Управл ющие импульсы, поступающие при первом направлении вращени  двигателей на тиристор 6, переключаютс  при помощи выходных устройств управлени  на тиристор 7, а с тиристоров 11, 13 и 15 соответственно на элементы 10, 12 и 14, ив контурах 4-23-10-1-7-4, 4-23-12-2-7-4 и 4-23-14-3-7-4 протекает ток до момента срабатывани  блока 5 коммутации. Коммутирующий ток от блока 5 коммутации выключает тиристоры 7, 10, 12 и 14 аналогично процессу, описанному при коммутации тиристоров 6, 11, 13 и 15. При нулевом напр жении на выходе преобразовател  токи обмоток 1-3 замыкаютс  в контурах 1-8-5-17-1, 2-8-5-19-2 и 3-8-5-21-3, затем при повторном включении тиристора 7 - в контурах 1-7-17-1, 2-7-18-2 и 3-7-21-3. Энерги , подводима  к обмоткам 1-3, регулируетс  раздельно. Тиристоры 10, 12 и 14 управл ютс  аналогично тиристорам 11, 13 и 15. 71 Дл  торможени  двигателей рабоча  точка переходит из Щ-го во П-й квадрант внешней характеристики. Тиристоры 7,10, 12 и 14 выключаютс  блоkoM 5 коммутации, а тиристоры 11, 13 и 15 включаютс . Под действием противо-ЭДС токи обмоток 1-3 протекают в контурах 1-11-9-1, 2-13-9-2 и 3-159-3 до момента вьпслючени  тиристоров 11, 13 и 15 блоком 5 коммутации, а затем в контурах 1-16-5-9-1, 2-18-59-2 и 3-20-5-9-3 до момента отключени  блока 5 коммутации при восполнении потерь энергии, затем в контурах 1-16-5-4-9-1, 2-18-5-4-9-2 и 3-20-54-9-3 . Энерги , отводима  от каждой из обмоток 1-3, регулируетс  раздельно . Тиристоры 11, 13 и 15 управл ютс  аналогично тиристорам 10, 12 и 14 Происходит рекуперативное торможение до момента спада противо-ЭДС  корных обмоток 1-3 к нулю. Если в качестве нагрузок использованы обмотки возбуждени  двигателей независимого возбуждени , то электромагнитные процессы в квадрантах I и 1Д1 протекают аналогично описанным . Кроме того- энерги , подводима  к каждой из обмоток 1-3, может регулироватьс  иным способом. Например , если обмотки 1-3 подключены к источнику 4 напр жени  тиристорами 6 11, 13 и 15, то при выключении этих тиристоров блоком 5 коммутации энерги , запасенна  в индуктивност х обмоток 1-3 возбуждени , может переда5Я ватьс  как в блок 5 коммутации дл  восполнени  потерь. так и в источник 4 напр жени  по контурам тока 1-16-. 5-4-9-1, 2-18-5-4-9-2 и 3-20-5-4-9-3. При этом рабоча  точка кратковременно переходит во 11-й квадрант. Процессы регулировани  энергии, поступающей к обмоткам 1-3, происход т аналогично и при включении тиристоров 10, 12 и 14 дл  работы в III-м квадранте. Таким образом, при подключении обмоток 1-3 возбуждени  рабоча  точка может находитьс  в четырех квадрантах внешней характеристики . Если в качестве управл емых ключевых элементов 6, 7, 10-15 примен ютс  транзисторы, то частота коммутации может быть повьппена в 3-4 раза, при этом блок 5 коммутации в том виде, как он Представлен на чертеже, не требуетс . Последовательность переключени  транзисторов аналогична рассмотренной , однако контуры протекани  тока дл  восполнени  потерь энергии в блоке -5 коммутации исключаютс , потери энергии в нем на управление и коммутацию транзисторов снижаютс . Таким образом, при повьппении частоты коммутации дл  многодвигательного электропривода снижаютс  пульсации тока, потребл емого обмотками электродвигателей от источника напр жени , и потери энергии в нем уменьшаютс  .

Claims (1)

1. МНОГОДВИГАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий электродвигатели постоянного тока, обмотки которых соединены с выводами источника напряжения через управляемые ключевые элементы, шунтированные обратными диодами, и блок коммутации, отличающийся тем, что, с целью упрощения и снижения потерь, первые выводы обмоток всех электродвигателей объединены в общую точку, связанную с выводами источника напряжения через первый и второй управляемые ключевые элементы, а второй вывод обмотки каждого электродвигателя связан с выводами источника напряжения через два других управляемых ключевых элемента.

   1' . 11151