АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД Российский патент 1994 года по МПК H02P5/36 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления асинхронным электроприводом непрерывного транспорта (эскалаторов, конвейеров, канатных дорог и т.п. ).

Известно устройство для управления асинхронным двигателем, содержащее трехфазный трансформатор, первичные обмотки которого соединены в треугольник, а вторичные - в разомкнутую звезду, подключенную первыми зажимами к трехфазной сети, а вторыми к трехфазному электродвигателю, причем первичная обмотка подключена к той же сети на предыдущие фазы по отношению к вторичной обмотке [1].

Однако известное устройство не обеспечивает регулирования напряжения, приложенного к нагрузке, и вызывает изменение этого напряжения относительно напряжения сети. Это возникает в связи с тем, что результирующее напряжение, приложенное к нагрузке, является векторной суммой напряжения сети и вторичного напряжения трехфазного трансформатора, ориентированных с углом 90^о друг к другу. Кроме этого, фазосмещение выходного напряжения на заданный угол, определяемый коэффициентом трансформации, в сторону опережения относительно напряжения сети вызывает фазосмещение тока на тот же угол в сторону отставания относительно тока нагрузки и не уменьшает потребляемую из сети реактивную мощность.

Известно также устройство, которое может быть использовано для управления асинхронным двигателем, содержащее первый трехфазный трансформатор, включающий две первичные, одну управляющую и одну вторичную обмотки с фазными обмотками, второй трехфазный трансформатор, включающий первичную, управляющую и вторичную обмотки с фазными обмотками и тиристорный коммутатор. При этом вторичные обмотки первого и второго трехфазных трансформаторов соединены согласно-последовательно и подключены к нагрузке, а две первичные обмотки первого трехфазного трансформатора соединены между собой, подключены к зажимам трехфазной сети и к первичной обмотке второго трехфазного трансформатора, причем управляющие обмотки обоих трансформаторов замыкаются посредством тиристорого коммутатора [2].

Данное устройство также не позволяет уменьшить потребляемую из сети реактивную мощность за счет опережающего регулирования фазы выходного напряжения в сторону опережения относительно напряжения сети, напротив, за счет применения тиристорного коммутатора с естественной коммутацией увеличивает потребляемую реактивную мощность как коммутатором, так и трансформаторами.

Известное устройство для управления асинхронным двигателем, взятое за прототип, содержит трехфазный трансформатор с вторичной обмоткой, включенной между сетью и обмоткой статора двигателя, и первичной, включенной между сетью и обмоткой статора двигателя, и первичной, подключенной к сети через инвертор и выпрямитель, а также датчик тангенса угла между током и напряжением асинхронного двигателя, выполненный на датчик активного и реактивного тока, блоке деления, трехфазном измерительном трансформаторе напряжения и однофазном трансформаторе тока, причем выход датчика тангенса фазового угла двигателя через элемент сравнения подключен к блоку управления инвертором [3].

Известное устройство обеспечивает достаточно высокое значение коэффициента мощности асинхронного двигателя и сети за счет стабилизации коэффициента мощности асинхронного двигателя и его компенсации. При этом в рабочем диапазоне изменения нагрузки привода механизмов непрерывного действия и коэффициенте трансформации, равном 1/, коэффициент мощности сети приобретает значения, близкие к единице.

Однако известное устройство с недостаточной точностью обеспечивает стабилизацию коэффициента мощности сети на максимальном уровне из-за появления режимов перекомпенсации и недокомпенсации реактивной мощности сети в области рабочего диапазона изменения нагрузки на валу двигателя. Этот недостаток вызван тремя обстоятельствами. Во-первых, регулирование фазы выходного напряжения инвертора осуществляется в функции параметров двигателя, а не сети, при котором реактивная мощность сети не задается на уровне, равном нулю, и поэтому не может быть полностью скомпенсирована. Во-вторых, датчик тангенса фазового угла двигателя подключен к искаженному напряжению статора двигателя, высшие гармоники которого увеличивают погрешность измерения tg ϕ. И наконец, датчик tg ϕ содержит большое количество измерительной аппаратуры (датчики активного и реактивного тока и блок деления), класс точности каждого из которых, особенно блока деления, влияет на точность выявления сигнала обратной связи. Последнее обстоятельство кроме снижения точности процесса полной компенсации реактивной мощности сети усложняет датчик обратной связи, что также является недостатком устройства.

Целью изобретения является улучшение энергетических характеристик и упрощение устройства путем повышения точности полной компенсации реактивной мощности.

Цель достигается тем, что в устройство введены датчик реактивного тока сети и однофазный трансформатор напряжения с первичной обмоткой, подключенной к зажимам для подключения к двум сети, и вторичной обмоткой, подключенной началом и концом соответственно к первому и второму входам введенного датчика реактивного тока сети, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к началу и концу обмотки однофазного трансформатора тока с первичной обмоткой, предназначенной для включения в третью фазу сети, а выход подсоединен к входу блока управления инвертором.

На чертеже представлена электрическая принципиальная схема асинхронного электропривода.

Электропривод содержит трехфазный асинхронный электродвигатель 1, трехфазный трансформатор 2 напряжения, неуправляемый трехфазный выпрямитель 3, инвертор 4, блок 5 управления инвертором, однофазный трансформатор 6 напряжения, однофазный трансформатор 7 тока и датчик 8 реактивного тока сети.

Вторичная обмотка трехфазного трансформатора 2 напряжения включена между сетью и обмоткой статора трехфазного асинхронного электродвигателя 1, а первичная подключена к выходу инвертора 4, вход которого подключен к выходу неуправляемого выпрямителя 3. Вход неуправляемого выпрямителя 3 подключен к трем фазам сети, в одну из которых включена первичная обмотка однофазного трансформатора 7 тока, а к двум другим подключена первичная обмотка однофазного трансформатора 6 напряжения. Вторичная обмотка последнего подключена началом и концом соответственно к первому и второму входам датчика 8 реактивного тока сети, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к началу и концу вторичной обмотки однофазного трансформатора 7 тока, а выход подключен к входу блока 5 управления инвертором 4.

Электропривод работает следующим образом.

Посредством выпрямителя 3 и инвертора 4 с блоком 5 управления напряжение сети преобразуется в напряжение , регулируемое по фазе на угол ϕ_f.

=к_п·U_1m·e, (1) где K_п = 9/ π² - коэффициент преобразования, связывающий амплитудное значение первой гармоники выходного напряжения инвертора с амплитудой напряжения сети U_im.

Трехфазный трансформатор 2 уменьшает выходное напряжение инвертора в 1/К_т раз и, прибавляя его к напряжению сети = U_1m, формирует на обмотке статора асинхронного двигателя 1 регулируемое по амплитуде и фазе напряжения U_1m+K. Выходное напряжение устройства с учетом выражения (1) и коэффициента трансформации трехфазного трансформатора, равного 1/, имеет следующий вид:
= U1+ e. (2). (2)
Из выражения (2) следует, что изменение фазы ϕ_f выходного напряжения инвертора 4 позволяет регулировать напряжение на двигателе по амплитуде и фазе. Регулирование амплитуды обеспечивает двигателю режим рационального энергопотребления, а регулирование фазы - компенсацию реактивной мощности как трехфазного асинхронного двигателя 1, так и трехфазного трансформатора 2.

При номинальной нагрузке на валу асинхронного двигателя 1 независимо от отклонения и колебания напряжения сети устройство обеспечивает питание асинхронного двигателя 1 практически номинальным напряжением и без потребления из сети реактивной мощности. Это осуществляется за счет автоматического регулирования угла ϕ_f в функции реактивного тока сети I_р1 = I₁ ˙sinϕ₁ при помощи датчика 8 реактивного тока сети, однофазных трансформаторов тока 7 и напряжения 6, а также блока 5 управления инвертором 4. На вход блока 5 управления инвертором 4 подается сигнал управления U_у непосредственно с датчика 8 обратной связи. Это указывает на то, что задается режим без потребления реактивного тока (мощности), так как сигнал задания в этом случае равен нулю (элемент сравнения не требуется). В результате напряжение управления
U_у=KI₁˙sinϕ₁, (3) где K - коэффициент пропорциональности;
ϕ₁ - фазовый угол между напряжением и током сети;
I₁ = I₂ + I_f - полный ток сети, складывающийся из тока двигателя I₂и входного тока выпрямителя I_f.

При уменьшении нагрузки на валу асинхронного двигателя 1 уменьшается ток статора двигателя I₂, ток выпрямителя I_f и, следовательно, ток сети I₁. При этом одновременно увеличивается угол ϕ₁ между током и напряжением сети и в соответствии с выражением (3) изменяется сигнал управления U_g. Этот сигнал, воздействуя на блок 5 управления инвертором 4, увеличивает фазу ϕ_f выходного напряжения инвертора и уменьшает напряжение до величины, при которой фаза тока сети равна нулю. В результате осуществляется полная компенсация реактивной мощности сети (привода).

Наиболее рациональной областью применения изобретения являются асинхронные электроприводы машин непрерывного действия с периодически изменяющейся нагрузкой.

Использование: в электроприводе непрерывного транспорта (эскалаторов, конвейеров, канатных дорог и т.п.). Сущность изобретения: электропривод содержит трехфазный асинхронный электродвигатель 1, трехфазный трансформатор 2 напряжения, вторичная обмотка которого включена между сетью и обмоткой статора электродвигателя 1, а первичная подключена к выходу инвертора 4, снабженного блоком 5 управления, вход которого подключен к выходу неуправляемого выпрямителя 3. Вход выпрямителя предназначен для подключения к трем фазам сети, в одну из которых включена первичная обмотка однофазного трансформатора 7 тока, а к двум другим подключена первичная обмотка однофазного трансформатора 6 напряжения. Вторичная обмотка последнего подключена началом и концом соответственно к первому и второму входам датчика 8 реактивного тока сети, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к началу и концу вторичной обмотки однофазного трансформатора 7 тока, а выход подключен к входу блока 5 управления инвертором 4. За счет повышения точности полной компенсации реактивной мощности обеспечивается улучшение энергетических характеристик и упрощение электропривода. 1 ил.

АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий трехфазный асинхронный электродвигатель, трехфазный трансформатор напряжения, первичная обмотка которого одними выводами соединена в общую точку, вторичная обмотка одними выводами соединена с фазами статорной обмотки асинхронного электродвигателя, а другими выводами - с зажимами для подключения к трехфазной сети и к входу неуправляемого трехфазного выпрямителя, выход которого через инвертор, снабженный блоком управления, связан с другими выводами первичной обмотки трехфазного трансформатора напряжения, однофазный трансформатор тока, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических характеристик и упрощения путем повышения точности полной компенсации реактивной мощности, в него введен датчик реактивного тока сети и однофазный трансформатор напряжения с первичной обмоткой, подключенной к зажимам для подключения к двум фазам сети, и вторичной обмоткой, подключенной началом и концом соответственно к первому и второму входам датчика реактивного тока сети, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к началу и концу обмотки однофазного трансформатора тока с первичной обмоткой, предназначенной для включения в третью фазу сети, а выход подсоединен к входу блока управления инвертором.