УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

Полезная модель относится к устройствам управления двигателями постоянного тока последовательного возбуждения, которые могут использоваться в качестве тяговых двигателей транспортных, а также подъемно-погрузочных средств.
Известна система управления двигателями постоянного тока последовательного возбуждения [Патент РФ на полезную модель №60447 «Система управления электродвигателями постоянного тока последовательного возбуждения» от 27.01.2007], выбранная в качестве прототипа, содержащая последовательно соединенные первый и второй электронные ключи, последовательно соединенные третий и четвертый электронные ключи, последовательно соединенные реостат и пятый электронный ключ, а также конденсатор, которые подключены параллельно между плюсом и минусом линии питания, при этом каждый из якорей первого и второго двигателей соединен с общей точкой третьего и четвертого электронных ключей и входами переменного тока первого и второго выпрямителей, причем, вторые входы переменного
тока этих выпрямителей соединены с общей точкой первого и второго электронных ключей, а первая и вторая обмотки возбуждения каждого из двигателей связаны с входами постоянного тока, соответственно, первого и второго выпрямителей.
Недостатками этой системы управления двигателями постоянного тока последовательного возбуждения являются избыточное тепловыделение, являющееся следствием большого числа элементов в цепи протекания тока, а также возникновение ударных токов в режиме торможения, при избыточном возбуждении двигателей.
Задачей полезной модели является снижение тепловыделения в устройстве управления, а также исключение возможности появления ударных токов в режиме торможения при избыточном возбуждении двигателей.
Поставленная задача решена за счет того, что устройство управления двигателем постоянного тока последовательного возбуждения, так же, как в прототипе, содержит якорь и обмотку возбуждения двигателя, подключенные параллельно последовательно соединенные реостат и первый электронный ключ и последовательно соединенные второй и третий электронные ключи.
Согласно полезной модели входы фильтра присоединены к линии питания, а между его выходами параллельно включены: последовательно соединенные реостат и первый электронный ключ, а
также выводы силового блока. В состав силового блока входят: последовательно соединенные второй и третий электронные ключи, блок возбуждения, блок реверса, якорь и обмотка возбуждения двигателя. Входы блока возбуждения соединены с выводами силового блока, а между ними подключены последовательно соединенные второй и третий электронные ключи. Якорь двигателя одним выводом соединен с общей точкой второго и третьего электронных ключей, а другим - с одним из выводов силового блока. Выходы блока возбуждения соединены с входами блока реверса, а между выходами блока реверса включена обмотка возбуждения. В блоке реверса между входами включены параллельно последовательно соединенные четвертый и пятый электронные ключи, а также последовательно соединенные шестой и седьмой электронные ключи. Выходами блока реверса являются, соответственно, общая точка четвертого и пятого электронных ключей и общая точка шестого и седьмого электронных ключей. При необходимости управления N двигателями используется N силовых блоков, соединенных параллельно.
Использование современной элементной базы, например, полевых транзисторов с низким сопротивлением канала в качестве электронных ключей блок реверса, позволяет практически исключить в нем тепловые потери. Конструкция предлагаемого устройства позволяет
уменьшить число силовых элементов и снизить тепловыделение, а также избежать избыточного возбуждения двигателя в режиме торможения.
На фиг.1 представлена структурная схема устройства управления двигателем постоянного тока последовательного возбуждения. На фиг.2. представлена структурная схема блока реверса.
Заявленное устройство управления двигателями постоянного тока последовательного возбуждения состоит из фильтра 1 (Ф), последовательно соединенных первого электронного ключа 2 (ЭК1) и реостата 3 (Р), а также силового блока 4 (СБ). Первый и второй входы фильтра 1 (Ф) подключаются, соответственно, к плюсу и минусу линии питания. Между первым и вторым выходами фильтра 1 (Ф) параллельно подключены последовательно соединенные первый электронный ключ 2 (ЭК1) и реостат 3 (Р), а также первый и второй выводы силового блока 4 (СБ). Входящие в состав силового блока 4 (СБ) второй 5 (ЭК2) и третий 6 (ЭК3) электронные ключи соединены последовательно и включены между его первым и вторым выводами. Блок возбуждения 7 (БВ), входящий в состав силового блока 4 (СБ), первым и вторым входами связан с соответствующими выводами силового блока 4 (СБ). Кроме этого, в силовой блок 4 (СБ) входят: якорь 8 (Я) двигателя, включенный между общей точкой второго 5 (ЭК2) и третьего 6 (ЭК3) электронных ключей и вторым выводом силового блока 4 (СБ), блок реверса 9 (БР) и обмотка возбуждения 10, входы которого подключены к
выходам блока возбуждения 7 (БВ), а выходы - к обмотке возбуждения 10. В блоке реверса 9 (БР) между входами включены последовательно соединенные четвертый 11 (ЭК4) и пятый 12 (ЭК5) электронные ключи, а также последовательно соединенные шестой 13 (ЭК6) и седьмой 14 (ЭК7) электронные ключи. Выходами блока реверса 9 (БР) являются, соответственно, общая точка четвертого 11 (ЭК4) и пятого 12 (ЭК5) электронных ключей и общая точка шестого 13 (ЭК6) и седьмого 14 (ЭК7) электронных ключей.
В качестве электронных ключей 1 (ЭК1), 5 (ЭК2), 6 (ЭК3) могут быть выбраны запираемые тиристоры, биполярные (в том числе с изолированным затвором) или полевые транзисторы со встроенными или внешними обратными диодами. В качестве блока возбуждения 7 (БВ) может быть использован импульсный источник питания с малым выходным напряжением. Блок реверса 9 (БР) представляет собой мост, в котором в качестве электронных ключей могут быть использованы полевые транзисторы с малым сопротивлением канала и малым допустимым напряжением сток-исток. Фильтр 1 (Ф) устройства - это сглаживающий фильтр, в качестве которого могут быть использованы емкостной или индуктивно-емкостной фильтры.
Устройство управления двигателем постоянного тока последовательного возбуждения регулирует ток двигателя в режимах тяги и торможения при вращении двигателя в обоих направлениях. Для
поддержания необходимой величины тока двигателя электронные ключи периодически коммутируются, причем отношение длительности включенного состояний к периоду включений пропорционально току двигателя.
В режиме тяги второй 5 (ЭК2) электронный ключ периодически замыкается, при этом ток двигателя протекает либо из плюса линии питания в минус через соответствующие выводы фильтра 1 (Ф), замкнутый второй 5 (ЭК2) электронный ключ и якорь двигателя 8 (Я), либо под действием собственной индуктивности двигателя через замкнутый третий 6 (ЭК3) электронный ключ или его обратный диод и якорь двигателя 8 (Я).
В режиме торможения на якоре двигателя присутствует постоянное напряжение, двигатель работает в генераторном режиме. В этом режиме ток протекает через замкнутый третий 6 (ЭК3) электронный ключ, якорь двигателя 8 (Я). В процессе торможения за счет собственной индуктивности двигателя его энергия поступает в питающую сеть и емкость фильтра 1 (Ф) (импульсное рекуперативное торможение). Если питающая сеть не способная принимать поступающую из схемы энергию и напряжение в ней начинает повышаться, то замыкается первый 2 (ЭК1) электронный ключ и избыточная энергия рассеивается на реостате 3 (Р).
Как в режиме тяги, так и в режиме торможения, возбуждение двигателя происходит от блока возбуждения 7 (БВ). При вращении двигателя в одну сторону открыты четвертый 11 (ЭК4) и седьмой 14 (ЭК7) электронные ключи блока реверса 8 (БР), а в противоположную открыты пятый 12 (ЭК5) и шестой 13 (ЭК6) электронные ключи.
При использовании устройства для управления N двигателями используется N силовых блоков. Работа каждого из них аналогична приведенной выше работе одного силового блока.