Устройство для управления тяговым электродвигателем транспортного средства

 

Использование: электропривод тран ,- портного средства с двигателями постоянного тока и импульсным регулированием. Сущность изобретения: изменение величины сопротивления тормозного резистора, включенного параллельно главному тиристору прерывателя, в тяговом режиме работы . Достигаемый эффект - повышение быстродействия. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s В 60 L 15/04

ГОСУДАРСТВЕ HHblй КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ а . l (21) 4808179/11 (22) 29.03.90 (46) 15.09.92. Бюл. № 34 (71) Криворожский металлургический комбинат им, B.È.Ëåíèíà (72) Ю.В.Трегубов, А.И.Беличенко, В,И.Слынько, А.А.Воробьев и Н,Д.Мицная (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1311955, кл. В 60 15/04, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТЯГОВЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА

Изобретение относится к автоматизированному электроприводу и предназначено для управления импульсным электроприводом постоянного тока транспортных средств.

Известно устройство для управления тяговым электродвигателем транспортного средства, содержащее импульсный тиристорный прерыватель, один вывод которого соединен с одним из полюсов источника питания, другой — с анодом обратного диода и одним из выводов обмотки возбуждения тягового электродвигателя, соединенной другим выводом через первый ходовой контактор с одним из выводов обмотки якоря электродвигателя, подключенной другим выводом через тормозной контактор к другому выводу обмотки возбуждения и через второй ходовой контактор — к другому полюсу источника питания, соединенному с катодом обратного диода. Кроме того, устройство содержит блокирующий диод, подключенный катодом к одному из выво« . Ыц, 1761561 А1 (57) Использование: электропривод тран:-.портного средства с двигателями постоянного тока и импульсным регулированием.

Сущность изобретения: изменение величины сопротивления тормозного резистора, включенного параллельно главному тиристору прерывателя, в тяговом режиме работы. Достигаемый эффект — повышение быстродействия. 1 ил. дов обмотки якоря, а анодом — к одному из выводов тормозного регистра, и тормозной диод, анод которого подключен к одному из полюсов источника питания, а катод — к аноду блокирующего диода, при этом тормозной резистор соединен другим выводом с анодом обратного диода, Недостатком такого устройства является низкая эффективность, во-первых, из-за снижения быстродействия привода по причине замедления коммутационных процессов в импульсном тиристорном прерывателе, с помощью которого осуществляется импульсное регулирование, при введении в работу в движущем режиме тормозного сопротивления; во-вторых, из-за невозможности полного устранения в приводе обратных перенапряжений вследствие значительного сопротивления ветви тормозных регистра и диода, шунтирующей главный тиристор импульсного прерывателя при импульсном регулировании частоты вращения двигателя; и в-третьих, из-за по1761561

55 ниженных энергетических показателей привода, обусловленных дополнительными потерями энергии на тормозном резисторе в движущем режиме.

Целью изобретения является повышение быстродействия.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для управления тяговым электродвигателем транспортного средства, содержащее тиристорный прерыватель, вход которого подключен через обратный диод к одному, а выход — к другому полюсам источника питания, последовательно соединенные тормозной резистор и тормозной диод, включенные параллельно тиристорному прерывателю, первый ходовой контактор, контакты которого включены между первым полюсом источника питания и одним из выводом якорной обмотки электродвигателя, второй ходовой контактор, контакты которого включены между вторым выводом якорной обмотки и первым выводом обмотки возбуждения электродвигателя, тормозной контактор, контакты которого включены между первым выводом якорной обмотки и первым выводом обмотки возбуждения электродвигателя, и блокирующий диод, катод которого подключен ко второму выводу якорной обмотки электродвигателя, а анод — к катоду тормозного диода, снабжено коммутационным блоком, функциональным преобразователем, датчиком тока и шунтом, включенным между вторым выводом обмотки возбуждения электродвигателя и входом тиристорного прерывателя, причем к выходу шунта подключен датчик тока, соединенный выходом через функциональный преобразователь со входом коммутационного блока, один выход которого подключен к тормозному контактору, а другие выходы — к тормозному резистору.

На чертеже представлена функциональная схема устройства для управления тяговым электродвигателем транспортного средства.

Устройство для управления тяговым электродвигателем транспортного средства содержиттиристорный прерыватель 1, один из выводов которого соединен с одним из полюсов источника 2 питания и анодом тормозного диода 3, а другим выводом — к одному из выводов шунта датчика тока 4, аноду обратного диода 5 и выводу тормозного резистора 6. Другой вывод тормозного резистора 6 соединен с катодом тормозного диода 3 и анодом блокирующего диода 7, Другой полюс источника 2 питания соединен с катодом обратного диода 5 и через первый ходовой контактор 8 с одним из выводов обмотки 9 якоря электродвигателя.

Другой вывод обмотки 9 якоря соединен с катодом блокирующего диода 7 и через второй ходовой контактор 10 с одним из выводов обмотки .. возбуждения 11 электродвигателя, другой вывод которой подключен к второму выводу шунта датчика тока 4, Датчик тока 4 через последовательно соединенные функциональный преобразователь 12 и коммутационный блок 13 подключен к тормозному резистору 6.

Параллельно обмотке 9 якоря и второму ходовому контактору 10 включен тормозной контактор 14.

Тиристорный прерыватель 1 содержит подключенные катодами к полюсу источника 2 питания главный 15 и коммутирующий

16 тиристоры, аноды которых соответственно соединены с анодом и катодом разделительного диода 17 прерывателя 1. Кроме этого, прерыватель 1 включает LC-цепочку из коммутирующих конденсатора 18 и дросселя 18, подсоединенную параллельно главному тиристору 15.

Предлагаемое устройство для управления тяговым электродвигателем транспортного средства работает следующим образом, В режиме тяги контакторы 8 и 10 включены и цепи обмоток 9 и 11 тягового электродвигателя подсоединены к источнику 2 питания, Тиристорный прерыватель 1 с заданной относительной продолжительностью включения осуществляет подключение тягового электродвигателя к источнику питания 2, В этот промежуток времени ток в цепи обмоток 9 и 11 электродвигателя нарастает, После выключения тиристорного прерывателя 1 ток электродвигателя продолжает протекать по цепи: обратный диод 5, контактор 8, якорная обмотка 9, контактор

10, обмотка 11 возбуждения. Одновременно по цепи, состоящей из тормозного резистора 6 и блокирующего диода 7, протекает разрядный ток обмотки 11 возбуждения тягового двигателя, В результате ток в обмотке 11 возбуждения спадает медленнее, чем в якорной обмотке 9, и магнитный поток, создаваемый обмоткой 11 возбуждения, изменяется в меньших пределах. Так, тормозной резистор 6 используется и в ходовом режиме для шунтирования цепи обмотки возбуждения 11, что ведет к уменьшению пульсаций тока электродвигателя, Цепочка тормозных диода 3 и резистора

6 шунтирует главный тиристор 15, поэтому при коммутации тока нагрузки после выключения главного тиристора 15 ток резонансного перезаряда, обратный для главного тиристора 15, течет по цепи тормозные диод

1761561

3 — резистор 6, снимая тем самым обратное перенапряжение с главного тиристора 15 и с привода в целом. Чем меньше сопротивление ветви, шунтирующей главный тиристор 15, тем быстрее этой ветвью перехватывается ток резонансного перезаряда. Однако скорость перевода тока резонансного перезаряда в ветвь тормозных диода 3 и резистора 6 должна быть ограничена условием надежной коммутации тока, Процесс коммутации тока прерывателем 1 базируется на способе выключения силовых тиристоров по аноду, состоящем в том, что между анодом и катодом подается запирающее напряжение коммутирующего конденсатора 18. При этом ток через тиристор меняет направление или же снижается до значений, меньших тока выключения.

Как известно, при выключенном состоянии P-u-P-n структуры все P-п переходы имеют прямое смещение, внутренние базовые области модулированы неосновными носителями, падение напряжения на тиристоре мало. Избыток накапливающихся во время работы неосновных и основных носителей заряда пропорционален прямому тоКу.

При коммутации тока нагрузки напряжением коммутирующего конденсатора 16 в первый момент ток через тиристор 1оьр =

=О к/Rp, где UoK — напряжение на коммутирующем конденсаторе 18; Rp — суммарное активное сопротивление коммутирующего тиристора и дросселя, а также соединительных проводов.

До тех пор, пока в P-базе имеется заряд неосновных носителей и на переходе P-база — катод прямое смещение, ток остается постоянным.

Затем напряжение на переходе P-база — катод падает до нуля и меняет знак. К следующему моменту времени переход база P-типа — катод пробивается, и на нем устанавливается прямое напряжение между Р-базой и катодом.

Обратный ток уменьшается и становится равным

0ск Unpp — кат

Ro

Вследствие уменьшения концентрации избыточных электронов в базе п-типа главным образом из-за рекомбинации в некоторый момент времени напряжение на переходе анод-п-база пройдет через нуль и в дальнейшем будет возрастать (по абсолютной величине). 3а время 1-2 мкс амплитуда обратного тока спадает до величины порядка 0,1 Оск/Rp.

Во время выключения тиристоров в базе и-типа сохраняется значительный заряд избыточных носителей, и при подаче положительного напряжения между анодом и катодом элемент включается. Следует отметить, что в большинстве случаев продолжительность процесса выключения P-nP-n структуры в несколько раз превышает время включения и колеблется у различных тиристоров в больших пределах: 0,1-300 мкс, Принципиальная разница, имеющая место между процессом восстановления обратного сопротивления в обычных полупр водниковых диодах и процессом выключения в четырехслойных приборах, заключающаяся в том, что увеличение обратного напряжения (тока) при рассасывании в диодах вызывает более быстрый уход избыточных носителей из базы, и время восстановления уменьшается. В то же время увеличение обратного напряжения (тока) при выключении четырехслойных элементов не приводит к более быстрому исчезновению заряда в широкой базе, если ток, обусловленный электронными носителями на переходе п-база — P-база приближается к нулю. Время включения диода, как и тиристора, значительно меньше времени его выключения. Следовательно, разница во времени включении диода и выключении тиристора еще более значительна. Поэтому при коммутации больших токов нагрузки в случае недостаточного сопротивления ветви тормозной диод 3 — тормозной резистор

6 возможен перевод тока резонансного перезаряда в указанную ветвь до момента полного восстановления обратного сопротивления главного тиристора 15. Для предотвращения этого при определении минимального значения сопротивления части тормозного резистора, вводимой в работу в режиме тяги, отстраиваются от разности во времени включения тормозного диода 3 и выключения главного тиристора

15 при коммутации минимально возможного тока, Это нижний предел регулирования сопротивления тормозного резистора, Верхний предел получают из условия выравнивания времени включения тормозного диода 3 и выключения главного тиристора

15 при коммутации максимально возможного тока. Для каждого типа используемых в схемах силовых диодов и тиристоров эти пределы различны. Их предварительно вычисляют исходя из характеристик,установленных в силовой части схемы элементов.

Закон регулирования величины сопротивления тормозного резистора 6 заложен в функциональном преобразователе 12 (см.

1761561 чертеж). Регулирование осуществляется в функции тока нагрузки, так как продолжительность регенеративного процесса тиристора пропорциональна количеству накапливающихся преимущественно в базах во время работы тиристора неосновных и основных носителей заряда, зависящему от прямого тока, т.е. тока нагрузки.

В качестве функционального преобразователя 12 можно использовать аппроксиматор.

Коммутационный блок 13 может быть реализован релейно-контакторной схемой, обеспечивающей ступенчатое изменение сопротивления тормозного резистора 6; регулирование сопротивления можно осуществлять непрерывно, используя регулируемый резистор в качестве тормозного, Перевод двигателя в тормозной режим производится путем отключения контакторов 8 и 10 и последующего включения тормозного контактора 14. Блок-контакты контактора 14 отключают коммутационный блок 13, и тормозной резистор 6 полностью вводится в рабочую часть схемы, так vак сопротивление тормозного резистора 6 выбрано из условия обеспечения надежного реостатного торможения двигателя. Ток проходит по цепи: якорная обмотка 9 — тормозной контактор 14 — обмотка 11 возбуждения — тормозной резистор 6 блокирующий диод 7, При включении прерывателя 1 ток проходит через него и тормозной диод 3. В моменты выключения импульсного прерывателя 1 осуществляется отдача энергии с источника 2 импульсами через обратный диод 5 и тормозной диод 3, Таким образом, величина сопротивления тормозного резистора регулируется при работе привода в движущем режиме, что наряду с уменьшением пульсаций тока электродвигателя, ведет к устранению в приводе обратных перенапряжений, повышению быстродействия и энергетических показате5 лей. Все это повышает эффективность управления тяговым электродвигателем транспортного средства.

Формула изобретения

10 Устройство для управления тяговым электродвигателем транспортного средства, содержащее тиристорный прерыватель, вход которого подключен через обратный диод к одному, а выход к другому полюсам

15 питания, последовательно соединенные тормозной резистор и тормозной диод, включенные параллельно тиристорному прерывателю, первый ходовой контактор, контакты которого включены между первым

20 полюсом источника питания и одним из выводов якорной обмотки электродвигателя, второй ходовой контактор, контакты которого включены между вторым выводом якорной обмотки и первым выводом обмотки

25 возбуждения электродвигателя, и блокирующий диод, катод которого подключен ко второму выводу якорной обмотки электродвигателя, а анод — к катоду тормозного диода, отл и ч а ю щееся тем, что, с целью

30 повышения быстродействия, оно снабжено коммутационным блоком, функциональным преобразователем, датчиком тока и шунтом, включенным между BTopblM выводом обмотки возбуждения электродвигателя и входом

35 тиристорного прерь вателя, причем к выходу шунта подключен датчик тока, соединенный выходом через функциональный преобразователь с входом коммутационного блока, один выход которого подключен к

40 тормозному контактору, а другие выходы— к тормозному резистору.

1761561

Г (О

1 о

L

Составитель Н. Мицкая

Редактор Н. Каменская Техред М.Моргентал Корректор М. Петрова

Заказ 3224 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101