Спосіб гальмування та розгону двигуна постійного струму

Реферат: Спосіб гальмування та розгону двигуна постійного струму включає задання режиму гальмування та струму індуктивного накопичувача. Потім формують мінімальне та максимальне значення струму індуктивного накопичувача. Вимірюють поточне значення струму та розраховують модуль поточного значення струму. Після порівнюють із заданим мінімальним значенням та формують напругу керування. Потім вимірюють напругу якоря двигуна та порівнюють з нульовим значенням. Встановлюють напругу контролю якоря та визначають рівень напруги керування. Після підключають проміжний індуктивний накопичувач до якоря двигуна. Вимірюють поточне значення струму індуктивного накопичувача та розраховують модуль поточного значення струму. Потім порівнюють із заданим максимальним значенням. Формують напругу керування та вимірюють напругу якоря двигуна. Встановлюють напругу контролю якоря та визначають рівень напруги керування першим силовим вентилем. Відключають проміжний індуктивний накопичувач від якоря двигуна та передають імпульс енергії від індуктивного накопичувача до конденсаторного накопичувача. UA 76573 U (54) СПОСІБ ГАЛЬМУВАННЯ ТА РОЗГОНУ ДВИГУНА ПОСТІЙНОГО СТРУМУ UA 76573 U UA 76573 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі електротехніки, зокрема до систем електричного гальмування двигунів постійного струму та може бути використаним для реалізації енергоефективних систем електричного гальмування електричних машин без передачі гальмівної енергії по мережі живлення, зокрема контактній мережі, для засобів електротранспорту. Відоме технічне рішення (Багатодвигунний електропривод, патент RU2333849, B60L 7/08, B60L 15/08, 20.09.2008 Бюл. № 26, Мазнєв О.С, Євстаф'єв О.М., Шатнув О.І.), що містить джерело живлення, послідовно з'єднані перший контактор, якірні обмотки перших і другого тягових двигунів постійного струму, до загального виводу першого контактора і якірної обмотки першого тягового двигуна постійного струму через другий контактор підключені послідовно з'єднані обмотки збудження третього і четвертого тягових двигунів постійного струму, до вільного виводу першого контактора через третій контактор підключений четвертий контактор, послідовно з'єднані якірні обмотки третього і четвертого тягових двигунів постійного струму, послідовно з'єднані обмотки збудження першого і другого тягових двигунів постійного струму, анод першого діода з'єднаний з катодом другого діода, анод якого об'єднаний з мінусовим виводом конденсаторного накопичувача й підключений до землі, послідовно з'єднані п'ятий контактор і анод третього діода, шостий контактор, дросель, перший і другий резистори, додатково уведені сьомий, восьмий, дев'ятий, десятий, одинадцятий, дванадцятий, тринадцятий, чотирнадцятий і п'ятнадцятий контактори, два біполярних транзистори з ізольованими затворами, до загального виводу першого і третього контакторів підключені шостий і сьомий контактори, вільний вивід шостого контактора з'єднаний із джерелом живлення, вільний вивід сьомого контактора з'єднаний із загальним виводом катодів перших, третього діодів і колектора першого біполярного транзистора з ізольованим затвором, емітер якого з'єднаний із загальним виводом дроселя, анода першого діода, катода другого діода й колектора другого біполярного транзистора з ізольованим затвором, емітер якого з'єднаний з анодом другого діода, вільний вивід дроселя з'єднаний із плюсовим виводом конденсаторного накопичувача, до загального виводу третього й четвертого контактора підключений анод третього діода й перший резистор, вільний вивід якого з'єднаний із загальним виводом восьмого й дев'ятого контакторів, вільний вивід восьмого контактора з'єднаний із загальним виводом другого, четвертого контакторів і обмотки збудження третього тягового двигуна постійного струму, вільний вивід обмотки збудження четвертого тягового двигуна постійного струму з'єднаний із загальним виводом п'ятого контактора і якірної обмотки третього тягового двигуна постійного струму, вільний вивід дев'ятого контактора з'єднаний з загальним виводом десятого контактора й другого резистора, вільний вивід якого підключений до загального виводу одинадцятого, дванадцятого й тринадцятого контакторів, вільний вивід одинадцятого контактора з'єднаний із загальним виводом якірної обмотки другого тягового двигуна постійного струму й обмотки збудження першого тягового двигуна постійного струму, вільні виводи обмотки збудження другого тягового двигуна постійного струму, десятого й дванадцятого контакторів об'єднані й через чотирнадцятий контактор підключені до загального виводу якірної обмотки четвертого тягового двигуна постійного струму й п'ятнадцятого контактора, вільні виводи тринадцятого й п'ятнадцятого контакторів підключені до землі. Причини, що перешкоджають одержанню очікуваного технічного результату: наявність додаткових резисторів, опір яких призводить до виникнення додаткових втрат потужності; постійне послідовне з'єднання накопичувачів індуктивного та ємнісного типу призводить до виникнення перенапруг під час їх відключення від зовнішніх кіл, переобтяженість контактною апаратурою, що знижує надійність пропонованого рішення. Спільні ознаки аналогу та способу, що заявляється: гальмування електричної машини постійного струму, накопичення енергії проміжного - індуктивного, та основного конденсаторного накопичувачів, періодична комутація накопичувачів до двигунів постійного струму. Відоме технічне рішення (Спосіб передачі електричної енергії акумуляторній батареї від генератора постійного струму, Патент UА46093, Н01M 10/44, H02J 7/00, 15.05.2002, бюл. № 5 Мокін Б.І., Кутін В.М., Горенюк В.В.), в якому шляхом проведення зарядно-розрядних циклів, коли до акумулятора підводиться струм від двох генераторів заданої тривалості, причому цикли заряду та розряду почергово повторюються, коли напруга на генераторі постійного струму менша, ніж напруга на акумуляторній батареї, як другий генератор застосовують проміжний накопичувач енергії, який заряджають струмом, що одержують шляхом послідовного та відповідного з'єднання виходів акумуляторної батареї та генератора постійного струму, а потім послідовно та відповідно з'єднують виходи проміжного накопичувача енергії та генератора постійного струму і їх струмом заряджають акумуляторну батарею, причому тривалість заряду 1 UA 76573 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 та розряду акумуляторної батареї в циклі вибирають однаковою, крім того, при напрузі на генераторі, більшій, ніж напруга акумуляторної батареї, використовують в циклі тільки заряд акумуляторної батареї, приєднуючи до неї вихід генератора постійного струму. Причини, що перешкоджають одержанню очікуваного технічного результату: задають тривалість зарядно-розрядних циклів, що призводить до зміни потоку енергії; контролюють виключно напругу, що не дозволяє визначити інтенсивність перетоку енергії. Спільні ознаки аналогу та способу, що заявляється: проведення зарядно-розрядних циклів: застосування проміжного накопичувача енергії. Відоме технічне рішення (Спосіб гальмування двигуна постійного струму, патент UA47111A, Н02Р 3/06, 17.06.2002, бюл. № 6, Дрючін О.О.), при якому величину струму гальмування встановлюють зміною часу замикання якоря двигуна, а частину енергії двигуна передають до мережі, на інтервалах між замиканнями до якоря підключають реактивний накопичувач, в якому здійснюють попереднє накопичення енергії двигуна і вихідну напругу якого порівнюють з верхньою і нижньою межами і рівнем мережі, при перевищенні рівня мережі вихід накопичувача підключають до мережі, при досягненні верхньої межі до виходу накопичувача підключають баластний опір, який відключають при досягненні нижньої межі. Причини, що перешкоджають одержанню очікуваного технічного результату: величину струму гальмування встановлюють зміною часу замикання якоря двигуна, що не дозволяє отримати задане середнє значення струму; частину енергії передають до мережі, що збільшує втрати від передачі енергії; підключення баластного опору призводить до додаткових втрат електричної енергії; спосіб не передбачає розгін двигуна. Спільні ознаки найближчого аналога та корисної моделі, що заявляється: на інтервалах між замиканнями до якоря підключають реактивний накопичувач, в якому здійснюють попереднє накопичення енергії двигуна і вихідну напругу якого порівнюють з нижньою межею. Дане технічне рішення вибране як найближчий аналог. В основу корисної моделі поставлено задачу зменшення втрат потужності за умов розгону та гальмування двигуна постійного струму шляхом покрокової комутації якоря двигуна до індуктивного накопичувача та подальшої передачі енергії на конденсаторний накопичувач, забезпечення необхідної інтенсивності гальмування, виключення додаткових втрат та підвищення ефективності гальмування з можливістю наступного розгону за рахунок гальмівної енергії. Поставлена задача досягається тим, що спосіб гальмування та розгону двигуна постійного струму, при якому на інтервалах між замиканнями до якоря підключають реактивний накопичувач, в якому здійснюють попереднє накопичення енергії двигуна і вихідну напругу якого порівнюють з нижньою межею, згідно з корисною моделлю, задають режим гальмування, струм індуктивного накопичувача, розраховують мінімальне та максимальне значення струму індуктивного накопичувача, вимірюють поточне значення струму, розраховують модуль поточного значення струму, порівнюють із заданим мінімальним значенням, формують напругу керування, вимірюють напругу якоря двигуна, порівнюють з нульовим значенням, встановлюють напругу контролю якоря, логічним множенням визначають рівень напруги керування першим силовим вентилем, підключають проміжний індуктивний накопичувач до якоря двигуна, передаючи імпульс енергії від нього до накопичувача, вимірюють поточне значення струму індуктивного накопичувача, розраховують модуль поточного значення струму, порівнюють із заданим максимальним значенням, формують напругу керування, вимірюють напругу якоря двигуна, порівнюють з нульовим значенням, встановлюють напругу контролю якоря, логічним множенням визначають рівень напруги керування першим силовим вентилем, відключають проміжний індуктивний накопичувач від якоря двигуна, передають імпульс енергії від індуктивного накопичувача до конденсаторного накопичувача, повторюють цикл до тих пір, доки напруга якоря двигуна не зменшиться до нуля. Для реалізації режиму розгону двигуна, згідно з корисною моделлю, задають режим розгону, струм індуктивного накопичувача, розраховують мінімальне та максимальне значення струму індуктивного накопичувача, вимірюють поточне значення струму, розраховують модуль поточного значення струму, порівнюють із заданим мінімальним значенням, формують напругу керування, вимірюють напругу конденсаторного накопичувача, порівнюють з нульовим значенням, встановлюють напругу контролю конденсаторного накопичувача, логічним множенням визначають рівень напруги керування другим силовим вентилем, підключають проміжний індуктивний накопичувач до конденсаторного накопичувача, передаючи імпульс енергії від нього до індуктивного накопичувача, вимірюють поточне значення струму індуктивного накопичувача, розраховують модуль поточного значення струму, порівнюють із заданим максимальним значенням, формують напругу керування, вимірюють напругу конденсаторного накопичувача, порівнюють з 2 UA 76573 U 5 10 15 20 25 30 35 40 нульовим значенням, встановлюють напругу контролю конденсаторного накопичувача, логічним множенням визначають рівень напруги керування другим силовим вентилем, відключають проміжний індуктивний накопичувач від конденсаторного накопичувача, передають імпульс енергії від індуктивного накопичувача до якоря двигуна, повторюють цикл до тих пір, доки напруга конденсаторного накопичувача не зменшиться до нуля. Корисна модель пояснюється наступними кресленнями, де на Фіг. 1а та Фіг. 1б наведено алгоритм реалізації способу; на Фіг. 2 еквівалентна електрична схема силової частини, на якій прийняті позначення: 1 - двигун постійного струму; 2 - перший керований вентиль; 3 індуктивний накопичувач; 4 - перший блок виміру струму; 5 - блок виміру напруги; 6 - другий керований вентиль; 7 - конденсаторний накопичувач; 8 - другий блок виміру напруги; на Фіг. 3 часові залежності параметрів режиму при реалізації способу для двигуна П41М (Р=1,4 кВт, n=1500 об/хв, U=220 B, І=8,7 А), на якій прийняті наступні позначення: UСн - напруга конденсаторного накопичувача, Ея - електрорушійна сила двигуна, Inom.Lн - струм індуктивного накопичувача, Wcн - енергія конденсаторного накопичувача, Wя - енергія обертових частин якоря. Спосіб реалізується наступним чином. Спочатку задають режим гальмування ( Uг  1 Uр  0 ) , чи розгону ( Uг  0,Uр  1 ) та середнє значення струму ( Із ), (Фіг. 1). За величиною середнього значення струму розраховують мінімальне та максимальне значення струму індуктивного накопичувача, відповідно: (1) Imin  0,75  Iз ; Imax  125  Із . , Вимірюють поточне значення струму Inom.Ln індуктивного накопичувача L n . Розраховують модуль поточного значення струму індуктивного накопичувача: (2) Iabs  Inom.Ln . Перевіряють умову: (3) Iabs  Imin , у разі її виконання встановлюють керуючу напругу Uк  1 , у протилежному випадку перевіряють умову: (4) Iabs  Imax , у разі її виконання встановлюють керуючу напругу Uк  0 , у протилежному випадку повертаються до перевірки умови (3). Перевіряють умову режиму гальмування: (5) Uг  1, у разі її виконання переходять реалізації режиму гальмування, у протилежному випадку перевіряють умову режиму розгону: Uр  1 , (6) у разі її виконання переходять до реалізації режиму розгону, у протилежному випадку повертаються до перевірки умови (5). Режим гальмування. Реалізується наступним чином. Відповідно до алгоритму гальмування (фіг. 1) при виконанні умови (5) вимірюють напругу якоря Uя , перевіряють умову: (7) Uя  0 , у разі її виконання встановлюють напругу керування якірним колом Uяк  0 та закінчують виконання алгоритму, у протилежному випадку встановлюють Uяк  1 , логічним множенням визначають напругу керування першим силовим вентилем: (8) U1  Uг  Uк  Uяк . Перевіряють умову: (9) U1  0 , у разі її виконання підключають першим силовим вентилем індуктивний накопичувач до якоря двигуна постійного струму (ДПС), забезпечуючи процес заряду індуктивного накопичувача L н (Фіг. 2) імпульсом енергії, який супроводжується зростанням струму відповідно до рівняння (Фіг. 3): і1  A11  e p 11t  A12  e p 12t (10) , 3 UA 76573 U де p11,12  Rя    2 L        Rя   2 L   C  p  p  Еі  І p Imin  p11  C екв  p11  p12  Е іпоч. , A 12  екв 11 12 поч min 11 , (р11  р12 ) (p11  p12 ) поточного контуру; A 11  постійні інтегрування; С екв  5 2  1   , - корені характеристичного рівняння для  L   C екв  J - еквівалентна ємність двигуна постійного струму; J  кФ 2 момент інерції обертових мас якоря двигуна; kФ - коефіцієнт потоку двигуна; R я - опір якоря двигуна; L  , - - сумарна індуктивність якоря двигуна та накопичувача L   L я  L н ; Е іпоч - е.р.с. якоря двигуна на початку і-ого такту. При цьому е.р.с. двигуна зменшується відповідно до виразу.  1  di1 е д  Е іпоч    і1  dt  (L я  L н )  dt  R я  і1  ,  С екв  що призводить до зменшення швидкості обертання якоря. Вимірюють поточне значення струму Іпот.Lн  і1 індуктивного 10 15 (11) накопичувача Lн . Розраховують модуль поточного значення струму індуктивного накопичувача Іabs  Іпот.Lн . За умов досягнення ним значення Іmax , що відповідає виконанню умови Іabs  Imax , встановлюють Uк  0 . Перевіряють умову (5), у разі її виконання перевіряють умову (7), у разі її невиконання за виразом (8) визначають напругу керування першим силовим вентилем, зважаючи на те, що Uк  0 , то U1  0 відключають якір двигуна постійного струму від індуктивного накопичувача L н . Зважаючи на різке відключення накопичувача  diLн    , це призводить до перетоку енергії до    dt  паралельно під'єднаного конденсаторного накопичувача Cн (Фіг. 2), що супроводжується розрядом індуктивного та зарядом конденсаторного накопичувача та супроводжується спадом струму (Фіг. 3) відповідно до виразу: і2  A 21  e 20 30 21t  A 22  e R  де p 21,22   екв    2 L  н  контуру; 25 p A 21  p 22t (12) ,  R екв   2 L н  2  1 - корені характеристичного рівняння для поточного    L н  Cн  Imаа  p 21  Cн  p 21  p 22  Uіск , (р 21  р 22 ) A 22  Снп  p 21  р 22  Uic  Imax  p 21 (р 21  р 22 ) постійні інтегрування; R екв - активний опір кола (омічний опір дротів та індуктивного накопичувача); Uic напруга конденсатора накопичувача на початку розряду. При цьому напруга на конденсаторі (Фіг. 3) змінюється відповідно до виразу: di 2 1 (13) uc   і2  dt  Lн  dt  R екв  і2 . Сн Для відсутності коливального процесу зміни струму в контурі забезпечують однонаправленість передачі потоку енергії, наприклад використанням діоду. Вимірюють поточне значення струму Іпот.Lн  і1 індуктивного накопичувача L н , Розраховують модуль поточного значення струму індуктивного накопичувача Іabs  Іпот.Lн Повторюють гілку алгоритму, починаючи з виразу (2), до тих пір, доки не буде виконано умову (7). Режим розгону. Реалізується наступним чином. Відповідно до алгоритму розгону (Фіг. 1а та Фіг. 1б), при виконанні умови (6) вимірюють напругу конденсаторного накопичувача UC , перевіряють умову: UC  0 , (14) 4 UA 76573 U у разі її виконання встановлюють напругу керування колом конденсатора UCк =0 та закінчують виконання алгоритму, у протилежному випадку встановлюють UCк =1, логічним множенням визначають напругу керування другим силовим вентилем: 5 U2  Up  Uк  UСк . Перевіряють умову: U2>0, у разі її виконання підключають другим силовим вентилем індуктивний накопичувач конденсаторного накопичувача, забезпечуючи процес заряду індуктивного накопичувача (фіг. 2) імпульсом енергії, який супроводжується зростанням струму (Фіг. 3) відповідно рівняння: і3  A 31  e p 31t  A 32  e p 32t R  де p 31,32   екв    2 L  н  10 контуру; A 31  (16) до Lн до (17) ,  R екв   2 L н  (15) 2  1 - корені характеристичного рівняння для поточного    L н  Cн  Imіі  p 31  Cн  p 31  p 32  Uіс , (р 31  р 32 ) A 32  С н  p 31  р 32  Uic  Imin  p 31 (р 31  р 32 ) постійні інтегрування. При цьому напруга на конденсаторі зменшиться di 2 1 (18) uc   і2  dt  Lн  dt  R екв  і2 . Сн Вимірюють поточне значення струму Іпот.Lн  і3 індуктивного накопичувача L н . Розраховують модуль поточного значення струму індуктивного накопичувача Іabs  Іпот.Lн . За 15 20 умов досягнення ним значення Imax , що відповідає виконанню умови Iabs  Imax , встановлюють Uк  0 . Перевіряють умову (6), у разі її виконання перевіряють умову (14), у разі її невиконання за виразом (15) визначають напругу керування другим силовим вентилем, зважаючи на те, що Uк  0 , то U2=0 відключають конденсаторний накопичувач від індуктивного накопичувача L н .  di  Зважаючи на різке відключення накопичувача  Lн    , це призводить до перетоку енергії до  dt    паралельно під'єднаного якоря двигуна постійного струму (Фіг. 2), що супроводжується розрядом індуктивного накопичувача (Фіг. 3): і 4  A 41  e p 41t  A 42  e  Rя де p 41,42    2 L       поточного контуру; A 41  25 30 p 42t (19) ,  Rя   2 L   2  1   , - корені характеристичного рівняння для  L   C екв  Imax  p 41  С екв  р 41  p 42  Eіпоч С  p  p  Eі  І p , A 41  екв 41 42 поч мах 41 (р 41  р 42 ) (р 41  р 42 ) постійні інтегрування. При цьому е.р.с. двигуна збільшується (Фіг. 3) відповідно до виразу: di 4 1 (20) е д  Еіпоч   і 4  dt  (L я  Lн )  dt  R я  і 4 , С екв що призводить до збільшення швидкості обертання якоря. Для відсутності коливального процесу зміни струму в контурі забезпечують однонаправленість передачі потоку енергії, наприклад використанням діоду. Вимірюють поточне значення струму Іпот.Lн  і 4 індуктивного накопичувача L н . Розраховують модуль поточного значення струму індуктивного накопичувача Іabs  Іпот.Lн . Повторюють гілку алгоритму, починаючи з виразу (2), до тих пір, доки не буде виконано умову (14). Виконання алгоритму зупиняють за умови дійсності виразу (7) чи виразу (14). 5 UA 76573 U Енергія обертових частин якоря двигуна Wя та енергія конденсаторного накопичувача Wсн (Фіг. 3) визначаються наступними аналітичними виразами: J  2 C екв  Е 2 дв , Wя    2 2 (21) 2 Cн  Uc (22) . 2 Таким чином, спосіб дозволяє реалізувати режими гальмування та розгону двигуна постійного струму без передачі електричної енергії до (від) зовнішнього джерела живлення. Wсс  5 ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 25 30 35 40 1. Спосіб гальмування та розгону двигуна постійного струму, при якому на інтервалах між замиканнями до якоря підключають реактивний накопичувач, в якому здійснюють попереднє накопичення енергії двигуна і вихідну напругу якого порівнюють з нижньою межею, який відрізняється тим, що задають режим гальмування, струм індуктивного накопичувача, формують мінімальне та максимальне значення струму індуктивного накопичувача, вимірюють поточне значення струму, розраховують модуль поточного значення струму, порівнюють із заданим мінімальним значенням, формують напругу керування, вимірюють напругу якоря двигуна, порівнюють з нульовим значенням, встановлюють напругу контролю якоря, логічним множенням визначають рівень напруги керування першим силовим вентилем, підключають проміжний індуктивний накопичувач до якоря двигуна, передаючи імпульс енергії від нього до накопичувача, вимірюють поточне значення струму індуктивного накопичувача, розраховують модуль поточного значення струму, порівнюють із заданим максимальним значенням, формують напругу керування, вимірюють напругу якоря двигуна, порівнюють з нульовим значенням, встановлюють напругу контролю якоря, логічним множенням визначають рівень напруги керування першим силовим вентилем, відключають проміжний індуктивний накопичувач від якоря двигуна, передають імпульс енергії від індуктивного накопичувача до конденсаторного накопичувача, повторюють цикл до тих пір, доки напруга якоря двигуна не зменшиться до нуля. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що для реалізації режиму розгону двигуна задають режим розгону, струм індуктивного накопичувача, формують мінімальне та максимальне значення струму індуктивного накопичувача, вимірюють поточне значення струму, розраховують модуль поточного значення струму, порівнюють із заданим мінімальним значенням, формують напругу керування, вимірюють напругу конденсаторного накопичувача, порівнюють з нульовим значенням, встановлюють напругу контролю конденсаторного накопичувача, логічним множенням визначають рівень напруги керування другим силовим вентилем, підключають проміжний індуктивний накопичувач до конденсаторного накопичувача, передаючи імпульс енергії від нього до індуктивного накопичувача, вимірюють поточне значення струму індуктивного накопичувача, розраховують модуль поточного значення струму, порівнюють із заданим максимальним значенням, формують напругу керування, вимірюють напругу конденсаторного накопичувача, порівнюють з нульовим значенням, встановлюють напругу контролю конденсаторного накопичувача, логічним множенням визначають рівень напруги керування другим силовим вентилем, відключають проміжний індуктивний накопичувач від конденсаторного накопичувача, передають імпульс енергії від індуктивного накопичувача до якоря двигуна, повторюють цикл до тих пір, доки напруга конденсаторного накопичувача не зменшиться до нуля. 6 UA 76573 U 7 UA 76573 U 8 UA 76573 U Комп’ютерна верстка М. Ломалова Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 9