ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Российский патент 2001 года по МПК H02P5/40 H02K47/22 

Изобретение относится к электроприводу, в частности электроприводу переменного тока повышенной частоты с асинхронными электродвигателями, и может использоваться в качестве силового электропривода механизмов и машин с частотой вращения рабочих органов до 6000 об/мин, например сепараторов, центрифуг, деревообрабатывающих станков и др.

Известны высокоскоростные асинхронные электроприводы, в которых для повышения частоты вращения используются выпрямительные мосты в цепях питания обмоток статора (1, 2, 3). Недостаток этой группы электроприводов заключается в том, что по обмоткам статора протекает постоянный ток и это требует дополнительных мер для устранения его влияния.

Известны также электроприводы, в которых для повышения частоты вращения в каждую фазу обмоток статора включают магнитные усилители с удвоением частоты: ферромагнитные удвоители частоты (4, 5). Их недостатки - сложность изготовления и большая материалоемкость.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа электропривод переменного тока (6), содержащий трехфазный асинхронный электродвигатель, в пазах магнитопровода статора которого расположены две обмотки, первая из которых соединена в звезду и выводами через пары встречно-параллельно включенных тиристоров подключена к фазам источника питания, с которыми соединены одни выводы второй обмотки электродвигателя и через пары встречно-параллельно включенных тиристоров другие выводы второй обмотки.

Недостатки данного устройства следующие.

Двухфазная система обмоток, расположенных под углом 90 град. в пространстве, дает в 1,5 раза меньшую, чем обычная трехфазная система, намагничивающую силу и, следовательно, меньший вращающий момент для данного сечения магнитопровода статора. Использование последней трети полупериода питающего напряжения для формирования результирующего однофазного напряжения приводит к существенному снижению среднего значения напряжения на обмотках, что, при условии применения стандартных заготовок для изготовления сердечника статора, рассчитанных на стандартное напряжение 380/220 В, также ведет к ухудшению механических характеристик двигателя. В рассматриваемом устройстве не предусмотрено выравнивание значения намагничивающей силы на обмотках, подключаемых к фазному и линейному напряжениям сети через встречно-параллельно включенные тиристоры. В каждом пазу магнитопровода расположены по три обмотки, что усложняет конструкцию.

Целью данного изобретения является улучшение механических и рабочих характеристик двигателя.

Указанная цель достигается тем, что в электроприводе переменного тока, содержащем трехфазный асинхронный электродвигатель, в пазах магнитопровода статора которого расположены две группы полуобмоток, полуобмотки каждой фазы обеих групп, заложены в одни и те же пазы, полуобмотки одной группы включены в диагонали управляемых двухполупериодных выпрямительных мостов, подключенных к фазному напряжению источника питания, а полуобмотки второй группы имеют число витков в раз больше числа витков в полуобмотках первой группы и включены в диагонали управляемых двухполупериодных выпрямительных мостов, подключенных к линейному напряжению источника питания, причем полярность подключения к напряжению источника питания полуобмоток первой группы противоположна полярности подключения полуобмоток второй группы, а угол включения управляемых вентилей управляемых двухполупериодных выпрямительных мостов больше π/2.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков: управляемых двухполупериодных выпрямительных мостов, и на каждый полюс и фазу приходится две полуобмотки, причем полярность подключения к напряжению источника питания полуобмоток первой группы противоположна полярности подключения к напряжению источника питания полуобмоток второй группы.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что известно применение на статоре шести обмоток, подключенных к источнику питания через управляемые вентили (6), а также использование выпрямительных мостов в цепях питания обмоток статора (1,2,3).

Однако введение управляемых двухполупериодных выпрямительных мостов в указанной связи с двумя полуобмотками на каждую фазу статора электродвигателя в заявляемый электропривод, позволяет формировать результирующую ЭДС удвоенной частоты по отношению к частоте напряжения сети непосредственно в электродвигателе, и энергия, потребляемая из сети без промежуточных преобразований, превращается в механическую энергию вращения ротора. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "новизна". На фиг. 1 показана торцовая схема обмотки статора электродвигателя. На фиг. 2 приведена принципиальная схема электропривода переменного тока повышенной частоты. На фиг. 3 приведены временные диаграммы напряжений и намагничивающей силы для одной фазы полуобмоток статора.

Электропривод переменного тока повышенной частоты содержит асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, обмотки статора которого образуют две группы полуобмоток; полуобмотки одной группы 1,2, 3 включены в диагонали управляемых выпрямительных мостов, подключенных к фазному напряжению источника питания, а полуобмотки второй группы 4, 5, 6 включены в диагонали управляемых двухполупериодных выпрямительных мостов, подключенных к линейному напряжению источника питания, причем полярность подключения к напряжению источника питания полуобмоток первой группы противоположна полярности подключения к напряжению источника питания полуобмоток второй группы. Полуобмотка, подключаемая через управляемый двухполупериодный выпрямительный мост на фазное напряжение и полуобмотка, подключаемая через управляемый двухполупериодный выпрямительный мост на линейное напряжение, имеющее фазовый сдвиг по отношению к фазному напряжению на 90 электрических градусов, заложены в одни и те же пазы и образуют фазу обмотки статора. Для выравнивания магнитного потока, создаваемого полуобмотками, число витков полуобмоток второй группы, подключаемых в диагонали управляемых двухполупериодных выпрямительных мостов к линейному напряжению источника питания должно быть в раз больше числа витков в полуобмотках первой группы, включенных в диагонали управляемых двухполупериодных выпрямительных мостов, подключенных к фазному напряжению источника питания.

Принцип работы электропривода поясняет диаграмма кривых, приведенная на фиг. 3.

Рассмотрим работу фазы А полуобмоток статора. В момент времени t₁ подается управляющий импульс на вентили 7 и 8 (фиг. 2), они открываются и по полуобмотке 1 начинает протекать ток. При уменьшении тока через вентили до значения меньше, чем ток удержания, вентили закрываются. В момент времени t₂ открываются вентили 9 и 10, и по полуобмотке 4 начинает протекать ток. Поскольку полярность подключения к напряжению источника питания полуобмотки 4 противоположна полярности подключения к напряжению источника питания полуобмотки 1, ток и соответственно намагничивающая сила F₄ (фиг. 3) для полуобмотки 4 имеют противоположный знак по отношению к току и намагничивающей силе F₁ полуобмотки 1. При уменьшении тока через вентили 9 и 10 до значения меньше, чем ток удержания, вентили закрываются. Соответственно в момент времени t₃ открываются вентили 11 и 12 и в момент времени t₄ вентили 13 и 14. Для фазы В двигателя порядок включения вентилей следующий: 15 и 16-17 и 18-19 и 20-21 и 22, для фазы C: 23 и 24-25 и 26-27 и 28-29 и 30. В результате данной последовательности работы вентилей в полуобмотках формируется ЭДС удвоенной частоты по отношению к частоте питающего напряжения и создается вращающаяся намагничивающая сила F и соответствующий ей магнитный поток удвоенной частоты и по форме близкий к синусоиде.

Экспериментальные исследования заявляемого электропривода переменного тока показали, что по сравнению с устройством аналогичного назначения (прототип) заявляемое устройство имеет улучшенные механические и рабочие характеристики.

Источники информации
1. А.С. СССР N 687539, кл. H 02 K 13/30, 1979.

2. Пат. ФРГ N 1297211, кл. H 02 K 17/04, 18/10, 1970.

3. Пат. Японии N 42-13883, кл. 55 A3, 1967.

4. А.С. СССР N 436426, кл. H 02 P 7/64, 1974.

5. А.С. СССР N 720657, кл. H 02 P 7/64, 1980.

6. A.C. СССР N 1494187, кл. H 02 P 5/40, 1989, /прототип/.

Изобретение относится к электроприводу переменного тока повышенной частоты с асинхронными электродвигателями. Технический результат заключается в улучшении механических и рабочих характеристик. В пазах магнитопровода статора трехфазного асинхронного электродвигателя расположены две группы полуобмоток. Полуобмотки каждой фазы обеих групп заложены в одни и те же пазы. Полуобмотки одной группы включены в диагонали управляемых двуполупериодных выпрямительных мостов, подключенных к фазному напряжению источника питания. Полуобмотки второй группы имеют число витков в раз больше числа витков в полуобмотках первой группы и включены в диагонали управляемых двухполупериодных выпрямительных мостов, подключенных к линейному напряжению источника питания. Полярность подключения к напряжению источника питания полуобмоток первой группы противоположна полярности подключения к напряжению источника питания полуобмоток второй группы. Полуобмотки каждой фазы статора подключены через управляемые двухполупериодные выпрямительные мосты к источнику питания таким образом, что напряжения, подаваемые на вход управляемых выпрямительных мостов для каждой полуобмотки фазы статора имеют фазовый сдвиг на 90 электрических градусов, а угол включения управляемых вентилей больше π/2. 3 ил.

Электропривод переменного тока, содержащий трехфазный асинхронный электродвигатель, в пазах магнитопровода статора которого расположены две группы полуобмоток, отличающийся тем, что полуобмотки каждой фазы обеих групп заложены в одни и те же пазы, полуобмотки одной группы включены в диагонали управляемых двухполупериодных выпрямительных мостов, подключенных к фазному напряжению источника питания, а полуобмотки второй группы имеют число витков в раз больше числа витков в полуобмотках первой группы и включены в диагонали управляемых двухполупериодных выпрямительных мостов, подключенных к линейному напряжению источника питания, причем полярность подключения к напряжению источника питания полуобмоток первой группы противоположна полярности подключения к напряжению источника питания полуобмоток второй группы, а угол включения управляемых вентилей управляемых двухполупериодных выпрямительных мостов больше π/2.