SU1239820A1 - Электропривод посто нного тока - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электро- технике, а именно к электроприводу посто нного тока. Цель изобретени  - повышение КПД. Электропривод содержит двигатель с обмоткой  кор  1, дроссель 2, обмотку 3 возбуждени , реверсор 4, диоды 5 и 6, контакторы 7 и 8, преобразователь (П) 9 с тормозным тиристором (ТТ) 10 и датчиком 11 нулевого тока, диоды 12 и 13,блок 14 управлени  (БУ) и датчик (D) 15 тока  кор . В электропривод введены возбудитель (В) 16, выключатель 17 ;ч 4-f-; W tS5 со со 00 ГчЭ о

Description

и фильтр с Д 20 напр жени , а также контактор 21, резисторы 22 и 24, переключатель 23 с двум  замыкаюпщми и двум  размыкающими контактами. В начальной фазе разгона П 9 работает в режиме амплитудно-фазовой модул ции . Поддержание среднего значени  пускового тока т гового двигател  осуществл етс  за счет изменени  коэффициента заполнени  П 9 в функции выходного значени  Д 15. По мере разгона двигател  увеличиваетс  коэффициент заполнени  П 9, т.е. врем  его открытого состо ни , что достигаетс  работой БУ 14. В момент достижени  максимального значени  коэффициента заполнени  П 9 Б 16 уменьшает свой коэффициент заполнени . При торможении происходит рекупераци  энергии в результате работы ТТ

Изобретение относитс  к электротехнике , а именно к электроприводу посто нного тока, и может быть использовано в электрическом подвижном составе с т говыми двигател ми пос-- то нного тока.

Цель изобретени  - повышение КПД электропривода.

На фиг.1 изображена схема электропривода посто нного тока, на фиг.2 - схема блока управлени ; на фиг.З - схема блока реле задатчика установок  кор  тока.

Электропривод посто нного тока содержит двигатель с обмоткой  кор  1, последовательно соединенной с j;pocceлeм 2 и обмоткой 3 возбуждени , шунтированной реверсом 4,. 1ДИН вывод которой соединен с анодом диода 5, диод 6, шунтированный контактором 7, контактор 8, преобразователь 9 с тормозным тиристором 10 и датчиком 11 нулевого тока, диоды 12 и 13, блок 14 управлени , датчик 15 тока  кор , возбудитель 16. последовательно соединенные выключатель 17 и индуктивно-емкостной фильтр (дроссель 18, конденсатор 19) ; датчиком 20 напр жени  на конденсаторе 19, а также контактор 21, луитированный резистором 22, переклю39820

10, позвол ющего рассе ть избыточную энергию в виде тепла в резисторе 24, Торможение осуществл етс  при реверсировании двигателей. Поддержанием посто нного напр жени  на конденсаторе 19 фильтра осуществл етс  перераспределение энергии рекуперации между потребител ми и резисторами. В аварийном режиме контактор 21 включает диод 5 и формируетс  сигнал на прекращение работы В 16, Аварийный процесс устран етс . За счет введени  указанных элементов и св зей обеспечиваетс  более полное использование мощности двигател  при пуске и эффективна  рекупераци  знергии при торможении , что позвол ет сократить расход электроэнергии и повысить КПД. 3 ил.

чатель 23 с двум  замыкающими и двум  размыкающими контактами, резистор 24.

Выход индуктивно-емкостного фильтра 18, 19 через последовательно соединенные возбудитель 16 и обмотку 3 возбуждени  соединен с минусовой шиной питани , соединенной через контактор 21 с анодами диодов 12 и 13,

катодом диода 5 и через последовательно соединенные первый замыкающий контакт переключател  23, обмотку  кор  1, дроссель 2, преобразователь 9, контактор 8 и диод 6 соединенной с выходом индуктивно-емкостного фильтра 18, 19, анод диода 6 через первый размыкающий контакт переключател  23 соединен с общей точкой соединени  обмотки  кор  1 и первого замыкающего контакта переключател  23, анод диода 6 через последовательно соединенные тормозной резистор 10, резистор 24 и второй замыкающий контакт переключател  23 соединен с катодом диода 12 и через второй размыкающий контакт переключател  23 - с выходом преобразовател  9, катод четвертого диода 13 соединен с выходом возбудител  16, а

блок 14 управлени  - с управл ющими входами возбудител  16, преобразо3

вател  9 и выходами датчика 15 тока  кор  и датчика 20 напр жени .

Преобразователь 9 состоит из главного тиристора 25, шунтированного диодом 26, перезар дного тиристора 27, шунтированного амплитудным тиристором 28, коммутирующего тиристора 29, коммутирующего контура 30, 31. В цепь контура коммутации включен датчик 11 нулевого тока. Преобразователь также содержит тормозной тиристор 10.

Возбудитель 16 состоит из перезар дного тиристора 32, шунтированного диодом 33, коммутирующего тиристора 34, коммутирующего контура 35,36.

Блок 14 управлени  содержит (фиг.2) блок 37 генератора тактовой частоты, блоки 38-41 обратной св зи.

1

блоки 42-45 импульсов, блоки 47-52 формирователей импульсов силовых тиристоров , схемы 53-59 запрета, схемы 60 и 61 совпадени , блок 62 импульсов , блок 63 измерени  скважности, командоаппарат 64, блок 65 реле за- датчика уставок тока  кор .

Блок 65 (фиг.З) содержит D -триггер 66, выход которого через резистор 67 соединен с базой транзистора 69, в коллекторную цепь которого включено шунтированное диодом 68 реле 70. Кроме того, блок 65 содержит последовательно соединенные операционные усилители 71-73,,выход последнего соединен с делителем напр жени  на резисторах 74-76, параллельно которому через контакты 77-70 реле 70 включены делители 80-88,шунтированные стабилитроном 89. .

Контакт 90 реле 70 шунтирует операционный усилитель 72. Выход усили- тел  71, шунтированный диодом 91,  вл етс  выходом блока 65.

Устройство работает следующим образом .

В двигательном режиме включены выключатель 17, контакторы 7,8 и 21, а также замыкающие контакты переключател  23.

Пуск и разгон электропривода осуществл ютс  при независимом возбуждении двигател , причем регулирование тока возбуждени  осуществл етс  с помощью возбудител  16. В первый момент с помощью командоаппара- та 64 в блоке 65 устанавливаетс  заданное значение пускового тока двигател . После этого начинаетс  пуск

10

15

20

25

30

398204

двигател  при посто нном токе  кор , равном току возбуждени .

В начальной фазе разгона преобразователь 9 работает в режиме амплитудно-фазовой модул ции. В этом режиме импульс от генератора 37 тактовой частоты через схему 53 запрета и блок 46 поступает на управл ющий электрод тиристора 27, после этого происходит колебательный перезар д конденсатора 30,предварительно зар женного до напр жени  источника питани . В момент достижени  перезар дным током нулевого уровн  датчик 11 нулевого тока вьщает сигнал через схему 54 запрета и блок 47 на управл ющий электрод тиристора 28 и происходит обратный перезар д конденсатора 30. Затем в определенный момент времени каналом управлени , состо щим из блоков 38, 42 и 48 и схемы 55 запрета, формируетс  импульс на управл ющий электрод тиристора 29 .

Поддержание среднего значени  пускового тока т гового двигател  заданным осуществл етс  за счет изменени  коэффициента заполнени  преобразовател  9 в функции выходного значени  датчика 15 тока  кор . При этом коэффициент заполнени  преобразовател  измен етс  от величины,

близкой к нулю, до 7

где

L, С - величины индуктивности 34 и емкости 30 контура коммутации, а Т - период управлени .

Коэффициент заполнени  измен етс  за счет смещени  момента отпирани  тиристора 20 по отношению к тиристору 28, что достигаетс  работой блоков 38 и 42. В блоке 38 вычисл етс  разница текущего значени  тока  кор  и заданного, что достигаетс  сравнением выходного напр жени  датчика 15 тока  кор  с заданным значением блока 65.

Блоки обратной св зи построены идентично дл  всех каналов управле- .ни  и состо т из интегратора обратной св зи и компаратора.

Вычисленна  ошибка регулировани  поступает на вход блока 42, представл ющего собой управл емый момент временной задержки, состо щий из генератора пилосЗразного напр жени  и компаратора. Генератор пилообразного напр жени  запускаетс  импульсом

от датчика 11, пилообразное напр жение поступает на вход компаратора, где сравниваетс  с выходным сигналом поступившим с блока 38. В результате сравнени  на выходе компаратора по-  вл етс  П-образный импульс, длительность которого пропорциональна уровню сравнени  этих сигналов. На выходе компаратора импульс дифференцируетс  и поступает через схему 55 запрета в блок 48, где усиливаетс , формируетс  и далее поступает на управл ющий электрод тиристора 29.

По мере разгона электропоезда увеличиваетс  скважность (коэффициент заполнени ) преобразовател , т.е. врем  его открытого состо ни . В момент , когда управл ющие импульсы тиристоров 28 и 29 совпадут по времени , схема 60 совпадени , зафикси- ровав этот состо ние системы, выдает импульсы в схемы 34 и 35 запрета на запрет управлени  по этим каналам и в схемы 56 и 57 запрета на разрешение управлени  тиристором 29 выходны сигналом датчика 11 через схему 56 запрета и тиристором 25 по каналу управлени : блоки 39, 43, 49 и схему 57 запрета. После этого преобразователь 9 переходит в режим широтно-им- пульсной модул ции, где коэффициент заполнени  регулируетс  опережением момента отпирани  тиристора 25 по отношению к тиристору 27. Коэффициен заполнени  регулируетс  аналогичным- образом как и в режиме амплитудно- фазовой модул ции.

Вместе с преобразователем 9 работает возбудитель 16. Последний работает посто нно в режиме амплитудно-фазовой модул ции и получает энергию от источника питани . При этом значение тока возбуждени  соответствует выбранному значению уставки тока  кора, что достигаетс  управлением возбудител  16 по выходному сигналу датчика 15, причем коэффициент заполнени  возбудител  измен етс  от величины, близкой к

- нулю, до А где L,

С - величины индуктивности 36 и емкости 35 контура коммутации, а Т - период управлени , одинаковый с периодом управлени  преобразователем 9.

Скважность-(коэффициент заполнени ) измен етс  за счет смещени  момента отпирани  тиристора 34 по от5 ю

ts 20 25 о

5

0

5

0

5

ношению к тиристору 32, что достигаетс  работой канала управлени , состо щего из элементов 41, 45 и 52 и схемы 59 запрета. Реализаци  режима амплитудно-фазовой модул ции в возбудителе 16 на отличаетс  от этого же режима в преобразователе 9.

По мере разгона поезда преобразователь 9 достигает максимальной скважности (коэффициента заполнени ) близкой к единице, что соответствует выходу двигател  на характеристику полного пол .Этот момент фиксируетс  блоком 63,представл ющим собой схему 61 совпадени  и элемент 62 временной задержки, отрабатывающий посто нную задержку запускающего импульса датчика 11. В момент совпадени  выходного сигнала с блока 49 и блока 62 схема 61 совпадени  выдает сигнал- на увеличение уставки пускового тока.

В момент достижени  коэффициентом заполнени  максимального значени  дл  широтного режима импульс от блока 63 переводит D-триггер 66 в новое устойчивое состо ние. На выходе его устанавливаетс  логический потенциал, открываюш;ий транзистор 69. Реле 70 получает питание по коллекторной цепи этого транзистора. Контакт 77 этого реле замыкаетс , а контакт 78 размыкаетс . Напр жение, определ емое делителем на резисторах 74-76, подаетс  на вход операционного усилител  73, инвертируетс  этим усилителем и поступает на вход интегратора операционного усилител  72. Выходное напр жение интегратора измен етс  по линейному закону от значени , равного О, до значени , определ емого напр жением питани  операционного усилител  72. Требуема  величина напр жени  дл  изменени  уставки тока на заданную величину устанавливаетс  операционным усилителем 7 1 , включен- ным по схеме неинвертирующего усилител  .

При обесточенном состо нии реле 70 его контакт 90 шунтирует операционный усилитель 72 и его выходное напр жение равно нулю. Одновременно дл  поддержани  нового заданного значени  тока  кор  возбудитель 16 начинает уменьшать свой коэффициент заполнени , ослабл   поле. Разгон электропривода заканчиваетс  выходом на характеристику ослабленного пол . Затем следуют режимы выбега, движени 

электропривода по инерции и торможени  .

Работа преобразовател  9 и возбудител  16 при торможении аналогична режиму т ги. Отличие состоит в том, что при снижении потреблени  рекуперируемой энергии начинает работать тормозной тиристор 10 реостатного торможени , позвол ющий рассе ть избыточную энергию рекуперации в виде тепловой энергии в резисторе 24. Торможение осуществл етс  при реверсировании двигателей.

В тормозном режиме собираютс  следующие цепи силового тока: цепь тормозного тока и цепь тока возбуждени . При этом размыкаютс  контактор 8, замыкающие контакты переключател  23 и замыкаютс  его размыкающие контакты.

Контур тормозного (рекуперативного ) тока; (-) источника питани  - контактор 21 - диод 12 - размыкающий контакт 23 - дроссель 2 - обмотка  кор  1 - датчик 15 - размыкающий контакт 23 - диод 6 - индуктивно-ем- )остной фильтр 18,19 - выключатель 17 - (+) источника питани .

Контур закорачивани  обмотки  кор  1: преобразователь 9 - дроссель

2- обмотка  кор  1 - датчик 15- раз мыкающий контакт 23 - контактор 8 преобразователь 9.

I

Контур тока возбуждени : (+) источника питани  - выключатель 17 - индуктивно-емкостной фильтр 18, 19 - возбудитель 16 - обмотка 3 возбуждени  - (-) источника питани .

Контур спадани  тока возбуждени  во врем  паузы возбудител : обмотка

3возбуждени  - контактор 21 - диод 13 - обмотка 3 возбуждени .

В случае уменьшени  потреблени , рекуперативной энергии начинает возрастать напр жение на конденсаторе 19. При достижении некоторого заране выбранного уровн  напр жени  на конденсаторе 19 датчик 20 напр жени  выдает сигнал, пропорциональньй этому уровню, при этом схема 58 запрета пропустит этот сигнал в блок 40, гд определ етс  разность текущего значени  напр жени  на конденсаторе фильтра и заданного. Блок 40 вьщает сигнал в блок 44, где формируетс  сигнал на отпирание тормозного тиристора 10. Момент отпирани  тормозного тиристора 10 обусловлен величиной разности сигналов, вычисленной в блоке 40.

Таким образом, поддержива  посто нное напр жение на конденсаторе фильтра, осуществл ют перераспределение энергии рекуперации между потребителем и резисторами.

В аварийном режиме при торможении например, пробое  кор  на землю срабатывает на отключение контактор 21, включаетс  тиристор 5 и формируетс  сигнал в схему 59 запрета на Ьрекра- щение работы возбудител  16. Создаетс  контур размагничивани  двигател  : (-) источника питани  - обмотки 3 возбуждени  - тиристор 5 - диод 12 - размыкающий контакт переключател  23 - дроссель 2 - обмотка  кор  1 - (-) источника шатани .

Таким образом, двигатель размагничиваетс , а аварийный процесс локализуетс . Контактор 8 позвол ет разорвать цепь контура короткого замыкани  преобразовател  при аварийном процессе.

Таким образом, за счет более полного использовани  мощности двигател  при пуске и эффективной рекуперации энергии при торможении сокращаетс  расход электроэнергии при работе электропривода, т.е. увеличиваетс  КПД.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Электропривод посто нного тока, содержащий двигатель с обмоткой  кор , последовательно соединенной с дросселем и обмоткой возб-уждени , шунтированной реверсором, один вывод которой соединен с анодом первого диода, второй диод, шунтированный первым контактором, второй контактор , преобразователь с тормозным тиристором и датчиком нулевого тока, третий и четвертый диоды,блок управлени , датчик тока  кор , отличающийс  тем, что, с целью повышени  КПД в него введены возбудитель, последовательно соединенные выключатель и индуктивно-емкостной фильтр с датчиком напр жени , а также третий контактор, шунтированный первым резистором,переключатель с двум  замыкающими и двум  размыкающими контактами, второй резистор, при этом выход индуктивно-емкостного фильтра через последовательно соединенные возбу9

   дитель и обмотку возбуждени  соединен .с минусовой шнной питани , соединенной через третий контактор с анодами третьего и четвертого диодоь катодом первого диода и через последовательно соединенные первый замыкающий контакт переключател , обмотку  кор , дроссель, преобразователь , второй контактор и второй диод - с выходом индуктивно-емкостного фильтра, анод второго диода через первый размыкающий контакт переключател  соединен с общей точкой соединени  обмотки  кор  и первого

   3982010

   замыкающего контакта переключател , анод второго диода через последовательно соединенные тормозной тиристор , второй резистор и второй замы- с кающий контакт переключател  соединен с катодом третьего диода и череь второй размыкаю1ций контакт переключател  - с выходом преобразовател , катод четвертого диода соединен с 10 выходом возбудител , а блок управлени  - с управл ющими входами возбудител , преобразовател  и выходами датчика тока  кор  и датчика напр жени .

   К 5,5

   От 75

   ОпГб5

   К (JynpZ6

   к

   К 57

   fj4,5

   Sr

   56

   От 61

   От 15

   От 37

   JL,

   f/VwJ2

   К. 15

   От 61

   59

   Т

   M IhОт 17

   ,.2.

   Редактор А. Шандор

   Составитель Ю. Воробьев

   Техред М.Ходанич Корректор М. Демчик аказ 3405/54 Тираж 631Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д. 4/5

   ;Троизводственно-полиграфическое предпри тие, г. Ужгород, ул.. Проектна ,4