Патент на изобретение №2323516

(54) РЕВЕРСИВНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ПОСТОЯННОГО ТОКА С ДВИГАТЕЛЕМ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано на электрифицированных транспортных средствах, например на рудничных аккумуляторных электровозах. Электропривод содержит реверсивный переключатель в цепи якоря, бесконтактный ключ, соединенный последовательно с обмоткой возбуждения двигателя, низковольтный источник подпитки обмотки возбуждения и диоды, два из которых подсоединены к выводам якоря, а два других включены между обмоткой возбуждения и зажимом источника питания, общим с реверсивным переключателем. Общая точка первой пары диодов соединена непосредственно с другим зажимом источника питания. Низковольтный источник подпитки подсоединен через дополнительный диод параллельно цепи, образованной обмоткой возбуждения и ключом. Последовательно с этой цепью введен дополнительный диод. Технический результат заключается в снижении требуемой мощности источника подпитки и расширении допустимой области тормозных режимов за счет повышения жесткости механической характеристики привода в режиме рекуперативного торможения. 2 ил.

Изобретение относится к электроприводу постоянного тока с импульсным регулированием и может найти применение, в частности, на электроподвижном составе.

Известен реверсивный электропривод постоянного тока, содержащий переключатель в цепи якоря электродвигателя последовательного возбуждения, бесконтактный прерыватель между обмоткой возбуждения двигателя и зажимом источника питания и четыре диода, два из которых включены между другим зажимом источника питания и обмоткой возбуждения, а два других соединены между якорем и зажимом источника питания, общим с прерывателем (см. А.с. 311357 СССР, МКИ Н02Р 1/22, заявл. 23.02.1970, опубл. 09.89.1971, бюллетень №24).

Электропривод обеспечивает режимы безреостатного пуска, регулирования частоты вращения и рекуперативного торможения электродвигателя. Однако в нем невозможен автоматический переход в режим рекуперации при появлении отрицательной нагрузки на валу электродвигателя, а также затруднено самовозбуждение двигателя при переходе в тормозной режим при малых частотах вращения.

Известен реверсивный электропривод постоянного тока, содержащий переключатель в цепи якоря электродвигателя последовательного возбуждения, бесконтактный прерыватель между обмоткой возбуждения двигателя и зажимом источника питания и четыре диода, два из которых включены между другим зажимом источника питания и обмоткой возбуждения, а два других соединены между якорем и зажимом источника питания, общим с прерывателем, в котором для устранения указанного недостатка вторая пара диодов подсоединена к зажиму источника питания, общему с прерывателем, через дополнительный низковольтный источник подпитки обмотки возбуждения (см. А.с. 483752 СССР, МКИ Н02Р 1/22, заявл. 19.03.1973, опубл. 05.09.1975, бюллетень №33). Как наиболее близкий к предлагаемому электроприводу он принят в качестве прототипа.

Недостатком данного электропривода является то, что в режиме рекуперативного торможения через источник подпитки протекает суммарный ток рекуперации и подпитки обмотки возбуждения, что требует применения источника подпитки повышенной мощности. Кроме того, из-за падения напряжения на внутреннем сопротивлении источника подпитки с ростом тока рекуперации происходит снижение тока возбуждения электродвигателя, что приводит к смягчению его механической характеристики в тормозном режиме. При сопоставимых по величине сопротивлениях обмотки возбуждения и источника подпитки это может приводить к существенному ограничению области тормозных режимов электропривода.

Целью предлагаемого изобретения является снижение требуемой мощности источника подпитки и расширение допустимой области тормозных режимов за счет повышения жесткости механической характеристики привода в режиме рекуперативного торможения.

Заявленный технический результат достигается благодаря тому, что общая точка диодов, подключенных к выводам якоря, соединена непосредственно с зажимом источника питания, низковольтный источник подсоединен через дополнительный диод параллельно цепи, образованной обмоткой возбуждения и ключом, а последовательно с этой цепью введен второй дополнительный диод.

На фиг.1 приведена схема предложенного электропривода, на фиг.2 – диаграмма замыкания коммутационных элементов реверсивного переключателя.

Якорь 1 двигателя включен в диагональ реверсивного переключателя на коммутационных элементах 2 – 5, контактных или же бесконтактных (например, на тиристорах).

Последовательно с обмоткой возбуждения 6 соединен бесконтактный ключ 7. Два диода 8 и 9 соединены между обмоткой возбуждения 6 и зажимом источника питания, общим с реверсивным переключателем. Два других диода 10 и 11 соединяют якорь двигателя 1 с другим зажимом источника питания. Низковольтный источник подпитки постоянного тока 12 через дополнительный диод 13 подключен параллельно цепи, образованной обмоткой возбуждения 6 и ключом 7, а последовательно с этой цепью введен второй дополнительный диод 14.

В качестве ключа может быть использован силовой транзистор, а источник подпитки можно выполнить, например, на транзисторном преобразователе постоянного напряжения.

Структура электропривода и его работоспособность сохраняются при одновременном изменении полярности диодов и источников питания.

На нулевой позиции переключателя все его ключевые элементы 2 – 5 разомкнуты, и двигатель выключен. Для пуска двигателя “вперед” переключатель через позицию «ТВ» (торможение при вращении вперед) переводится и положение «В» (вперед), при котором замкнуты контакты 2 и 3. Периодическим замыканием и размыканием ключа 7 с регулируемым соотношением времени открытого и закрытого состояний осуществляется безреостатный пуск и регулирование скорости. При замкнутом ключе к двигателю приложено полное напряжение, и ток якоря нарастает. При разомкнутом ключе ток постепенно спадает, замыкаясь под действием э.д.с. самоиндукции якорной цепи двигателя через диод 9. По окончании разгона ключ 7 может оставаться в постоянно замкнутом состоянии.

При замкнутом ключе 7 источник подпитки 12 через диод 13 подсоединен к обмотке возбуждения двигателя 6. Если падение напряжения на обмотке возбуждения и ключе 7, вызванное протеканием тока якоря, превышает э.д.с. источника подпитки 12, диод 13 заперт, от источника подпитки 12 ток не потребляется, и электродвигатель работает на мягкой механической характеристике с последовательным возбуждением. При снижении нагрузки на валу двигателя, а следовательно, и потребляемого им тока, падение напряжения уменьшается, диод 13 отпирается, и источник 12 осуществляет подпитку обмотки возбуждения двигателя, поддерживая магнитный поток при дальнейшем снижении тока якоря. Следовательно, предложенный электропривод имеет пограничную скорость и при отрицательной нагрузке на валу (например, при движении транспортного средства на самокатном уклоне), когда э.д.с. вращения двигателя превышает э.д.с. источника питания, двигатель автоматически переходит в режим рекуперативного торможения. Ток рекуперации замыкается при этом по цепи: якорь 1 двигателя, замкнутый коммутационный элемент 2 переключателя, источник питания, диод 11, якорь 1. Обмотка возбуждения 6 в режиме рекуперативного торможения получает независимое питание от источника 12, и двигатель работает на жесткой механической характеристике с автоматическим ограничением скорости. С появлением положительной нагрузки на валу двигателя электропривод автоматически возвращается в двигательный режим.

Для перевода электропривода в режим рекуперативного торможения с целью снижения скорости (например, для остановки транспортного средства) переключатель из положения «В» переводится в положение «ТВ», при котором коммутационные элементы 2 и 3 разомкнуты, а замкнут коммутационный элемент 5. В этом случае при замыкании ключа 7 происходит самовозбуждение двигателя с замыканием тока по цепи: якорь 1, коммутационный элемент 5, обмотка возбуждения 6, ключ 7, диод 14, диод 11, якорь 1. Быстрое и эффективное возбуждение двигателя при любой частоте вращения обеспечивается благодаря подпитке обмотки возбуждения 6 от источника 12.

При последующем размыкании ключа 7, если разность между э.д.с вращения якоря и э.д.с. источника питания двигателя меньше суммарного падения напряжения, ток двигателя, уменьшаясь во времени, продолжает протекать под действием э.д.с. вращения якоря и э.д.с. самоиндукции по цепи: якорь 1, коммутационный элемент 5, обмотка возбуждения 6, диод 9, источник питания двигателя, диод 11, якорь 1. Под действием э.д.с. самоиндукции обмотки 6 диод 8 при этом закрыт. Если же при размыкании ключа разность между э.д.с. вращения якоря и э.д.с. источника превышает суммарное падение напряжения, то ток якоря начинает возрастать, э.д.с. самоиндукции обмотки возбуждения 6 изменяет направление, открывается диод 8, что исключает возможность дальнейшего роста тока возбуждения, а следовательно, и э.д.с. вращения якоря. Благодаря этому обеспечивается устойчивость процесса рекуперативного торможения при повышенных скоростях вращения двигателя. Если же по условиям работы привода такой режим невозможен, необходимость в диоде 8 отпадает.

Интенсивность тормозного режима регулируют периодическим замыканием и размыканием ключа 7 с изменяемым соотношением времени включенного и выключенного состояний.

Для обратного перехода в тяговый режим необходимо возвратить переключатель в положение «В», а для прекращения торможения и перехода на выбег достаточно переключатель поставить в нулевое положение.

Для пуска двигателя “назад” переключатель из нулевого положения через позицию «ТН» (торможение при вращении назад) переводится в положение «Н» (назад), при котором замкнуты коммутационные элементы 4 и 5. Пуск и регулирование скорости осуществляется так же, как и при вращении “вперед”. Ток рекуперации при отрицательной нагрузке на валу двигателя замыкается по цепи: якорь 1, коммутационный элемент 4 переключателя, источник питания двигателя, диод 10, якорь 1.

Для перехода в режим рекуперативного торможения с целью остановки или же снижения частоты вращения переключатель устанавливается в положение «ТН», при котором коммутационные элементы 4 и 5 разомкнуты, а коммутационный элемент 3 замкнут. В этом случае при замыкании ключа 7 самовозбуждение двигателя происходит по цепи: якорь 1, коммутационный элемент 3, обмотка возбуждения 6, ключ 7, диод 14, диод 10, якорь 1. При размыкании тиристорного ключа ток рекуперации замыкается по цепи: якорь 1, коммутационный элемент 3, обмотка возбуждения 6, диоды 9 или 8, источник питания двигателя, диод 10, якорь 1.

В предлагаемом электроприводе ток рекуперации не протекает по цепи низковольтного источника подпитки, благодаря чему существенно снижается необходимая мощность этого источника. Кроме того, в режиме рекуперативного торможения при движении транспортного средства на самокатном уклоне двигатель работает на жесткой механической характеристике с независимым возбуждением, что обеспечивает эффективное автоматическое ограничение скорости движения в широком диапазоне изменения величины тормозного тока.

Формула изобретения

Реверсивный электропривод постоянного тока с двигателем последовательного возбуждения, содержащий реверсивный переключатель в цепи якоря, бесконтактный ключ, соединенный последовательно с обмоткой возбуждения двигателя, низковольтный источник напряжения и диоды, два из которых подсоединены к выводам якоря, а два других включены между обмоткой возбуждения и зажимом источника питания, общим с реверсивным переключателем, отличающийся тем, что общая точка первой пары диодов соединена непосредственно с другим зажимом источника питания, низковольтный источник подсоединен через дополнительный диод параллельно цепи, образованной обмоткой возбуждения и ключом, а последовательно с этой цепью введен второй дополнительный диод.

РИСУНКИ