RU2219574C1

RU2219574C1 - Current stabilizer

Info

Publication number: RU2219574C1
Application number: RU2002108238A
Authority: RU
Inventors: Ю.А. Карпук; А.И. Магдалев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Новолипецкий металлургический комбинат"
Priority date: 2002-04-01
Filing date: 2002-04-01
Publication date: 2003-12-20

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: stabilizer of excitation current of D C motor is related to conversion equipment and can be employed to regulate and stabilize voltage of electrical machine generators. It includes full-wave rectifier to which output additional resistor and excitation winding of electric motor shunted by inversed diode are connected in series through thyristor. Thyristor is controlled by phase-shifting RC network placed in parallel with thyristor. Common connection point of resistor and capacitor of network is connected to controlling electrode of thyristor through switching diode. For realization of simple and efficient control unit second lead-out of capacitor of RC network is connected to cathode of thyristor through diode and resistor connected in parallel and collector- emitter junction of optotransistor which controlling light-emitting diode is connected in parallel to additional resistor in network of excitation winding. EFFECT: possibility of regulation in required range with the aid of simple and most efficient control unit. 1 dwg

Description

Изобретение относится к преобразовательной технике, предназначено для регулирования и поддержания заданного значения тока возбуждения электродвигателей постоянного тока и может быть использовано для регулирования и стабилизации напряжения электромашинных генераторов. The invention relates to a conversion technique, is intended to regulate and maintain a given value of the excitation current of DC motors and can be used to regulate and stabilize the voltage of electrical machine generators.

Частота вращения большинства механизмов промышленных установок с электродвигателями постоянного тока регулируется изменением напряжения на якоре электродвигателя при неизменном токе возбуждения. Нужное значение тока возбуждения устанавливается включением в цепь обмотки возбуждения регулируемого резистора. При этом ток возбуждения может изменяться в довольно широких пределах с нагревом обмотки от тока возбуждения, от изменения температуры окружающей среды или величины питающего напряжения, что приводит к изменению характеристик электродвигателя и нарушает режим работы привода. В первую очередь это относится к механизмам с многодвигательным электроприводом, т.е. приводимым во вращение несколькими электродвигателями, механически связанными между собой или через редуктор, или транспортируемым материалом и получающими питание от общего преобразователя. В металлургии, например, это электроприводы аглолент, охладителей агломерата, поворота конвертеров, рольгангов установок непрерывной разливки стали и прокатных станов и т.п. От одного преобразователя могут получать питание от двух до десяти электродвигателей, поддержание стабильности токов возбуждения которых обеспечит их устойчивую синхронную работу. Применение для стабилизации тока возбуждения серийных преобразователей не рационально из-за сложности их устройства, относительно больших габаритов и высокой стоимости. The rotation frequency of most mechanisms of industrial plants with DC motors is regulated by a change in voltage at the motor armature with a constant excitation current. The desired value of the excitation current is set by including an adjustable resistor in the field circuit of the field winding. In this case, the excitation current can vary over a wide range with heating of the winding from the excitation current, from a change in ambient temperature or the value of the supply voltage, which leads to a change in the characteristics of the electric motor and violates the operating mode of the drive. This primarily relates to mechanisms with multi-engine electric drive, i.e. driven by rotation of several electric motors, mechanically connected to each other or through a gearbox, or transported material and receiving power from a common Converter. In metallurgy, for example, these are electric sinter drives, sinter coolers, turning converters, live rolls of continuous casting plants and rolling mills, etc. From one converter can receive power from two to ten electric motors, maintaining the stability of the excitation currents which will ensure their stable synchronous operation. The use of serial converters to stabilize the excitation current is not rational due to the complexity of their device, relatively large dimensions and high cost.

Известно устройство питания активно-индуктивной нагрузки, шунтированной обратным диодом, от однофазного двухполупериодного выпрямителя с регулированием тока нагрузки последовательно включенным тиристором [1. Б.Н. Иванчук, Р. А. Липман, Б.Я. Рувинов. Электроприводы с полупроводниковым управлением. Тиристорные усилители в схемах электропривода. М.-Л.: Энергия, 1966 г., стр. 34]. Известно также устройство управления тиристором с помощью цепи RC-диод, питаемой анодным напряжением, обеспечивающее изменение угла отпирания вентиля в пределах всего полупериода [2. Кремниевые управляемые вентили-тиристоры. Технический справочник. Перевод с английского под редакцией к.т.н. В. А. Лабунцова и А. Ф. Свиридова. М.-Л.: Энергия, 1964 г., стр.90]. Простые схемы для фазового управления можно получить, включив параллельно или последовательно конденсатору RC-цепи триод, величина тока в базе которого будет определять зарядный ток конденсатора и, следовательно, позволит регулировать угол отпирания тиристора [2, стр.83, 84]. A device is known for supplying an active-inductive load shunted by a reverse diode from a single-phase, half-wave rectifier with regulation of the load current by a thyristor connected in series [1. B.N. Ivanchuk, R.A. Lipman, B.Ya. Ruvinov. Semiconductor actuators. Thyristor amplifiers in electric drive circuits. M.-L.: Energy, 1966, p. 34]. There is also known a thyristor control device using an RC diode circuit, fed by anode voltage, providing a change in the valve opening angle within the entire half-period [2. Silicon controlled thyristor valves. Technical Reference. Translation from English edited by Ph.D. V.A. Labuntsova and A.F. Sviridov. M.-L.: Energy, 1964, p. 90]. Simple schemes for phase control can be obtained by switching on a triode in parallel or in series with the RC-circuit capacitor, the current value in the base of which will determine the charging current of the capacitor and, therefore, will allow you to adjust the thyristor turn-on angle [2, p. 83, 84].

Указанные выше устройства наиболее близки к изобретению по совокупности существенных признаков и приняты в качестве прототипа. The above devices are closest to the invention in terms of essential features and adopted as a prototype.

Однако ток заряда конденсатора RC-цепи при регулировании угла отпирания тиристора в диапазоне 180^o эл. при минимальном угле регулирования на два порядка выше, чем при максимальном. При управлении углом отпирания тиристора с помощью триода, включенного параллельно конденсатору, предполагается протекание по RC-цепи максимального тока заряда конденсатора во всем диапазоне регулирования, а триод отбирает на себя некоторую часть зарядного тока конденсатора, изменяя тем самым угол регулирования. Такое включение транзистора определяет ограничение минимального угла регулирования на уровне не менее 10^o эл. и удовлетворительную работу схемы только при глубоком регулировании - отношение напряжения питающей сети к напряжению нагрузки должно быть не менее двух [2, стр.200, 201]. Включение последовательно с конденсатором триода, регулирующего ток заряда конденсатора, предполагает выбор триода на полное напряжение питающей сети с током коллектора, соответствующим максимальному току заряда конденсатора. Таким образом, при обоих способах управления углом отпирания тиристора требуется повышенная мощность управления и, соответственно, применение более мощных транзисторов.However, the charge current of the capacitor of the RC circuit when adjusting the thyristor opening angle in the range of 180 ^o el. with a minimum angle of regulation two orders of magnitude higher than with a maximum. When controlling the thyristor turn-on angle using a triode connected in parallel with the capacitor, it is assumed that the maximum charge current of the capacitor flows through the RC circuit throughout the control range, and the triode takes on some of the charge current of the capacitor, thereby changing the control angle. This inclusion of the transistor determines the limitation of the minimum angle of regulation at least 10 ^o el. and satisfactory operation of the circuit only with deep regulation - the ratio of the supply voltage to the load voltage must be at least two [2, p. 200, 201]. The inclusion of a triode in series with the capacitor, which regulates the capacitor charge current, involves the choice of a triode for the total supply voltage with a collector current corresponding to the maximum capacitor charge current. Thus, with both methods of controlling the thyristor turn-on angle, increased control power and, accordingly, the use of more powerful transistors are required.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является регулирование в необходимом диапазоне и стабилизация на заданном уровне тока возбуждения электродвигателя постоянного тока с простым и наиболее экономичным устройством управления. Для этого на выход однофазного двухполупериодного выпрямителя через тиристор подключаются последовательно соединенные добавочный резистор и обмотка возбуждения электродвигателя, шунтированные обратным диодом, а управление тиристором осуществляется фазосдвигающей RC-цепью, включенной параллельно тиристору и общая точка соединения резистора и конденсатора которой подключена к управляющему электроду тиристора через переключающий диод. Второй вывод конденсатора RC-цепи соединен с катодом тиристора через параллельно включенные диод, резистор и коллекторно-эмиттерный переход оптотранзистора, управляющий светодиод которого через стабилитрон подключен параллельно добавочному резистору в цепи обмотки возбуждения. The task to which the invention is directed is to regulate in the required range and stabilize at a given level the excitation current of the DC motor with the simplest and most economical control device. For this purpose, a series-connected additional resistor and an excitation motor of the electric motor, shunted by a reverse diode, are connected to the output of a single-phase two-half-wave rectifier through a thyristor, and the thyristor is controlled by a phase-shifting RC circuit connected in parallel to the thyristor and the common connection point of the resistor and capacitor which is connected to the thyristor control electrode via a switching diode. The second output of the RC circuit capacitor is connected to the thyristor cathode through a parallel-connected diode, resistor, and collector-emitter junction of an optotransistor, the control LED of which is connected through a zener diode in parallel with an additional resistor in the field winding circuit.

При подключении цепочки "управляющий светодиод оптотранзистора - стабилитрон" к делителю выходного напряжения электромашинного генератора постоянного или переменного (через выпрямитель) тока регулятор тока возбуждения обеспечит стабилизацию напряжения генератора. When you connect the chain "control LED of the optotransistor - zener diode" to the output voltage divider of the electric machine alternating current or alternating current (through the rectifier) current regulator of the excitation current will stabilize the voltage of the generator.

Схема стабилизатора тока приведена на чертеже. The current stabilizer circuit is shown in the drawing.

От однофазного двухполупериодного выпрямителя 1 питаются последовательно соединенные тиристор 2, параллельно которому подключены резистор 3 и конденсатор 4, и добавочный резистор 5 с обмоткой возбуждения 6, шунтированные обратным диодом 7. Общая точка соединения резистора 3 и конденсатора 4 через переключающий диод (динистор) 8 соединена с управляющим электродом тиристора 2. Второй вывод конденсатора 4 через параллельно включенные диод 9, резистор 10 и коллекторно-эмиттерный переход оптотранзистора 11 подключен к катоду тиристора 2. Параллельно добавочному резистору 5 через стабилитрон 12 подсоединен управляющий светодиод оптотранзистора 11. From a single-phase two-half-wave rectifier 1, a thyristor 2 is connected in series, parallel to which a resistor 3 and a capacitor 4 are connected, and an additional resistor 5 with an excitation winding 6, shunted by a reverse diode 7. The common connection point of the resistor 3 and capacitor 4 is connected via a switching diode (dynistor) 8 with the control electrode of the thyristor 2. The second output of the capacitor 4 through parallel-connected diode 9, the resistor 10 and the collector-emitter junction of the optotransistor 11 is connected to the cathode of the thyristor 2. Parallel about the additional resistor 5 through the zener diode 12 is connected to the control LED of the optotransistor 11.

Диод 9 обеспечивает цепь разряда конденсатора 4 при срабатывании переключающего диода 8 и одновременно защищает коллекторно-эмиттерный переход оптотранзистора от обратного напряжения. Оптотранзистор 11 со стабилитроном 12 осуществляют задержанную обратную связь по току возбуждения, величина которого задается переменным добавочным резистором 5. Величину сопротивления резистора 5 принимают равной 5-10% от сопротивления обмотки возбуждения. The diode 9 provides a discharge circuit of the capacitor 4 when the switching diode 8 is triggered and at the same time protects the collector-emitter junction of the optotransistor from reverse voltage. The optotransistor 11 with a zener diode 12 provide delayed feedback on the excitation current, the value of which is set by a variable incremental resistor 5. The resistance value of the resistor 5 is assumed to be 5-10% of the resistance of the field winding.

Угол отпирания тиристора зависит от времени нарастания напряжения на цепи конденсатора до уставки срабатывания переключающего диода, определяемого скоростью нарастания анодного напряжения, постоянной времени RC-цепи и величиной падения напряжения от тока заряда конденсатора на коллекторно-эмиттерном переходе оптотранзистора, которое складывается с напряжением на конденсаторе и определяет уровень напряжения, до которого должен зарядиться конденсатор для достижения уставки срабатывания переключающего диода. Величину резистора 3 подбирают такой, чтобы при закороченном резисторе 10 напряжение на выходе стабилизатора обеспечивало минимально допустимый ток возбуждения. Затем подбирают величину резистора 10, при которой напряжение на выходе стабилизатора обеспечивает максимально допустимый ток. Таким образом, напряжение на коллекторно-эмиттерном переходе оптотранзистора не превышает напряжение срабатывания переключающего диода, а коллекторный ток соответствует минимальному току заряда конденсатора при максимальном угле регулирования, что позволяет применить маломощные транзисторы. The turn-on angle of the thyristor depends on the time the voltage rises on the capacitor circuit to the operating threshold of the switching diode, which is determined by the rate of rise of the anode voltage, the time constant of the RC circuit and the magnitude of the voltage drop from the capacitor charge current at the collector-emitter junction of the optotransistor, which is combined with the voltage on the capacitor and determines the voltage level to which the capacitor must be charged in order to achieve the operation threshold of the switching diode. The value of the resistor 3 is selected such that, with a shorted resistor 10, the voltage at the output of the stabilizer provides the minimum permissible excitation current. Then select the value of the resistor 10, at which the voltage at the output of the stabilizer provides the maximum allowable current. Thus, the voltage at the collector-emitter junction of the optotransistor does not exceed the switching voltage of the switching diode, and the collector current corresponds to the minimum capacitor charge current at the maximum control angle, which allows the use of low-power transistors.

Проведенные испытания стабилизатора тока на электродвигателе постоянного тока мощностью 4 кВт показали, что при изменении сопротивления цепи возбуждения на 30% и колебаниях напряжения питающей сети -5 - +15% изменения тока возбуждения не превышали 1% (в схеме использовался оптотранзистор типа АОТ 110). The tests of the current stabilizer on a 4 kW DC motor showed that when the resistance of the excitation circuit was changed by 30% and the voltage of the supply network changed from -5 to + 15%, the changes in the excitation current did not exceed 1% (the AOT 110 optotransistor was used in the circuit).

Очевидно, что от одного однофазного двухполупериодного выпрямителя соответствующей мощности может быть запитано несколько стабилизаторов тока. Obviously, several current stabilizers can be powered from one single-phase, half-wave rectifier of the corresponding power.

Claims

The excitation current stabilizer of a DC motor containing a single-phase, half-wave rectifier, the output of which is connected via a thyristor to a series-connected additional resistor and an excitation motor winding, shunted by a reverse diode, and the thyristor is controlled by a phase-shifting RC circuit connected in parallel with the thyristor and a common connection point of the resistor and the capacitor of which is connected to the thyristor control electrode through a switching diode, characterized in that The other output of the RC circuit capacitor is connected to the thyristor cathode through a parallel-connected diode, resistor, and collector-emitter junction of the optotransistor, the control LED of which is connected through a zener diode in parallel with an additional resistor in the field winding circuit.