Перетворювач для керування двигуном постійного струму

Перетворювач для керування двигуном постійного струму, який містить мостовий інвертор, перша діагональ якого з'єднана з полюсами джерела живлення через згладжувальний фільтр, а до другої діагоналі підключений двигун постійного струму, діод одним з виводів підключений до першого полюса джерела живлення, електронний ключ, другим виводом підключений до другого 3 43342 4 сигнал, який дозволяє блоку керування 8 перейти чуються безпечні режими на елементах електродо стану пуску. приводу і збільшується його к.к.д. На стані пуску сигналами з виходів блоку кеПоставлена задача вирішується тим, що в перування 8 відчиняється один із "верхніх" транзисретворювач для керування двигуном постійного торів мостового інвертора 1, в залежності від наструму, який містить мостовий інвертор, перша прямку обертання двигуна постійного струму 5, і діагональ якого з'єднана з полюсами джерела жиелектронний ключ 7. Перший 9 або другий 10 довлення через згладжувальний фільтр, а до другої датковий діод відчиняються і до двигуна постійнопідключений двигун постійного струму, діод одним з виводів підключений до першого полюсу джерего струму 5 прикладається напруга U5 : ла живлення, електронний ключ, другим виводом é æ - t öù підключений до другого полюсу джерела живлен÷ U5 = E - UC » E ê1 - expç (2) ç R × C ÷ú , ня, блок керування, виходи якого з'єднанні з вхоê è 12 11 øú ë û дами керування інвертора і електронного ключа, де R12 - опір баластного резистора 12. введені перший і другий додаткові діоди, елемент В виразі (2) впливом допоміжного резистора накопичення енергії, баластний і допоміжний резистори, при цьому до другої діагоналі мосту підклю13 можна знехтувати, тому що його опір R13 має чені перший і другий додаткові діоди одноіменнибути значно більше ніж опір R12 баластного резими виводами, другі виводи яких з'єднані з стору 12. За рахунок поступового розряду елемендодатковим входом блоку керування, через допота накопичення електроенергії 11, напруга що приміжний резистор з виходом згладжувального фількладається до двигуна постійного струму 5 зростає тру, з другим виводом діоду, з одним із виводів елемента накопичення енергії, другий вивід якого повільно, повільно зростає і пусковий струм Iп , на з'єднаний з другим полюсом джерела живлення, і відміну від прототипу, де вона миттєво зростає до через баластний резистор з першим виводом еленапруги живлення Е, що обумовлює стрибок пусктронного ключа. кового струму до величин: Структурна схема перетворювача наведена на E кресленні. Перетворювач для керування двигуном Іmax » , (3) r5 постійного струму містить мостовий інвертор 1, наприклад, на біполярних транзисторах, перша де r5 - активний опір обмоток двигуна постійдіагональ якого з'єднана з другим 3 полюсом дженого струму 5. рела живлення та через згладжувальний фільтр 4, В перетворювачі, що пропонується, навіть у наприклад, LC типу, з першим 2 полюсом джерела відсутності проти е.р.с, величина пускового струму живлення. Друга діагональ мостового інвертора 1 не може бути більше ніж: з'єднана з двигуном постійного струму 5, через E перший 9 і другий 10 додаткові діоди з'єднана з In max < , (4) (r5 + R12 ) діодом 6, елементом накопичення енергії 11, наприклад, конденсатор, баластним 12 і допоміжним тобто здійснюється обмеження пускового 13 резисторами та з'єднана з першим 2 і. Також струму і забезпечується більш безпечний режим друга діагональ мостового інвертора 1 з'єднана з роботи двигуна постійного струму 5 і ключів моселектронним ключем 7, наприклад, на біполярних тового інвертора 1. Крім того, обмеження струму транзисторах. Блок керування 8, наприклад мікропуску можна здійснювати і за рахунок індуктивності контролер призначений для керування мостовим обмоток двигуна постійного струму 5 при імпульсінвертором 1, електронним ключем 7 та елеменному регулюванні відчиненого стану одного з том накопичення енергії 11. "верхніх" транзисторів мостового інвертора 1. ТаПристрій працює таким чином. Після подачі ким чином, введення додаткових першого і другого живлення починається стан підготовки. Всі транзидіодів 9 і 10, елемента накопичення енергії 11, стори мостового інвертора 1 і електронний ключ 7 допоміжного 13 і баластного 12 резисторів дозвознаходяться у зачиненому стані. Ємності елемента ляють повільно регулювати і обмежувати пусковий накопичення енергії 11 заряджуються через допострум, що дозволяє зменшити втрати на обмотках двигуна постійного струму і забезпечити безпечні міжний резистор 13 до напруги UC близькій до режими елементів електроприводу. напруги живлення перетворювача Е. Якщо знехтуПо закінченню стану пуску, при досягненні вати часом встановлення напруги на виході згласталого обертання ротору двигуна постійного джувального фільтру 4, то час підготовки T0 , в струму 5, починається стан робочого ходу. На основному, визначається часом заряду реактивноцьому етапі електронний ключ 7 зачиняється, а стей елемента накопичення енергії 11. При ємніспісля підзаряду ємностей накопичувача енергії 11 ній реалізації зачиняються перший 9 і другий 10 додаткові діоди. Регулювання швидкості обертання двигуна постійT0 » 3R13 × C11 , (1) ного струму 5 і напрямку обертання здійснюється де R13 - опір допоміжного резистору 13; попарною комутацією ключів мостового інвертора C11 - ємність елемента накопичення енергії 1 за рахунок використання будь-якого із відомих способів імпульсного регулювання. 11. Робочий режим відрізняється від аналогічного Напруга на виході елемента накопичення енережиму прототипу тим, що в паузах регулювання, ргії 11 контролюється по додатковому входу блопри яких зачиняються всі ключі мостового інвертоком керування 8 і, коли вона досягає рівня близьра 1, частина струму двигуна постійного струму 5 кого до рівня напруги живлення Е, формується 5 43342 6 відгалужується до елемента накопичення енергії більш потужний споживач або внутрішній опір ri 11, і підтримує напругу на його виході близьку до між полюсами 2 і 3 джерела живлення значно менапруги живлення Е. У випадку підключення до нше ніж той же еквівалентний опір (при живленні мережі іншого споживача, яке приведе до спаду від акумулятора), гальмування здійснюється пракнапруги мережі, енергія, яка була накопичена в тично постійним струмом, як під час відкритого елементі накопичення енергії 11 через діод 6 пестану ключа ti , так і під час паузи tп . Це дозволяє редається до мережі, тобто в паузі можлива рекузменшити втрати на обмотках двигуна і здійснити перація енергії і збільшення к.к.д. електроприводу. регулювання струму гальмування. Напруга на всіх Зупинка двигуна постійного струму 5 може буелементах перетворювача не перебільшує напрути здійснена поступово за рахунок поступового ги живлення чим створюються безпечні режими їх зменшення часу відкривання ключів мостового функціонування. інвертора 1 або за рахунок одного із видів електПри живленні мережі від випрямляча, наприричного гальмування: електродинамічного, рекуклад на електротранспорті, можлива ситуація коли перативного або сумісного. В будь-якому режимі до полюсів джерела 2 і 3 одночасно з перетворюгальмування "верхні" ключі мостового інвертора 1 вачем підключений менше потужний споживач або зачинені. При електродинамічному гальмуванні від блоку керування 8 на вхід електронного ключа 7 він взагалі відсутній, RH значно більше re . Тоді подається сигнал, який відчиняє електронний ключ під час паузи гальмування, при використанні про7 і струм гальмування тече через один із додаткототипу напруга DU рекуперації на полюсах джевих діодів 9 або 10, в залежності від попереднього рела живлення 2 і 3 досягла б великих значень: напрямку обертання, баластний резистор 12, елеDU » I5 × RH ññE , ктронний ключ 7, спільний провід (другий полюс 3 що привело б до неприпустимо великих знаджерела живлення) і один із "нижніх" зворотних чень напруг на елементах перетворювача і випрядіодів мостового інвертора 1. При цьому механічна мляча мережі, а також до спаду струму гальмуенергія двигуна постійного струму витрачається на вання. Це робить взагалі неможливим режим баластному резисторі 12, але такий режим нееферекуперації під час гальмування. ктивний енергетично і в перетворювачі, що пропоВ перетворювачі, що пропонується, при зроснується, використовується тільки у відсутності у мережі живлення іншого споживача для створення танні напруги U11 на виході елемента накопичення безпечного режиму ключів мостового інвертору 1, енергії 11 до максимально допустимого значення які знаходяться в цей час в закритому стані. Eм сигналом по додатковому входу блоку 8 керуПід час рекуперативного гальмування відчинявання формується сигнал, який відкриває електється, в залежності від напрямку обертання, один із "нижніх" ключів мостового інвертора 1 сигналом ронний ключ 7 і напруга U11 починає зменшуваз виходу блоку керування 8. Струм гальмування I0 тись, за рахунок розряду елемента накопичення енергії 11 через баластний резистор 12. Під час зростає в залежності від тривалості відкритого паузи, струм гальмування підтримується близьким стану ключа tj, до потрібного значення струму I5 : до постійного за рахунок підзарядки елемента 11 æ æeö r ö накопичення енергії і відгалуження на баластний I5 » I0 + ç ÷ × exp ç - ti × e ÷ , (5) ç çr ÷ Le ÷ резистор і до мережі. Якщо напруга U11 стане меø è è eø нше за напругу живлення Е, діод 6 закривається, де e - е.р.с. якоря; рекуперативна складова струму зникає. Напруга re - загальний активний опір обмоток, відкриU11 також буде зменшуватись за рахунок розряду того ключа і "зворотного" діоду; елемента 11 накопичення енергії через баластний Le - еквівалентна індуктивність обмоток двирезистор 12 і коли вона досягне мінімально допусгуна постійного струму 5. тимого значення Em , сигналом по додатковому Після зачинення ключа мостового інвертора 1, входу блока 8 керування сформується сигнал, в паузі гальмування tп за рахунок е.р.с. відчиняякий зачиняє електронний ключ 7. З цього моменється один з додаткових діодів 9 або 10 і здійснюту струмом гальмування здійснюється зарядка ється заряд струмом I5 елемента накопичення елемента 11 накопичення енергії, напруга U11 на енергії 11, напруга U11 на виході якого зростає. В його виході зростає, знов відчиняється діод 6 і здійснюється рекуперація. В момент, коли U11 той момент, коли напруга U11 зрівняється з напругою мережі Е відчиняється діод 6 і струм гальмування замикається через опір RH іншого споживача або через внутрішній опір ri ; між першим 2 і другим 3 полюсами джерела живлення, тобто здійснюється рекуперація енергії двигуна постійного струму 5 до мережі, а відповідно здійснюється і підвищення к.к.д. всього приводу. Якщо опір іншого споживача RH менше ніж еквівалентний опір двигуна постійного струму 5 та відкритих діодів 6 і 9 або 10, тобто до той же мережі підключений досягає максимально допустимого значення Eм , знов відчиняється електронний ключ 7 і процеси повторюються. Таким чином здійснюється підвищення к.к.д. всього приводу. За рахунок того, що напруга на елементах перетворювача контролюється додатковим входом блока 8 керування і ніколи не перебільшує максимально допустимих значень забезпечується безпечний режим роботи елементів перетворювача і випрямляча мережі. Ці обставини і підтверджують виконання задачі, що поставлена. 7 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 43342 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601