ЭЛЕКТРОПРИВОД ТРАНСПОРТНЫХ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С МАГНИТНЫМИ УСИЛИТЕЛЯМИ Российский патент 2002 года по МПК B60L15/00 H02P7/67 

Изобретение относится к электроустановкам, содержащим электроприводы различных видов транспорта, и другим электроустановкам, включающим в себя управляемые электродвигатели. Изобретение направлено на улучшение управления электродвигателями, упрощение и удешевление систем управления, повышение надежности и безопасности эксплуатации электроустановок.

Конкретно данное изобретение позволяет повысить надежность и снизить стоимость эксплуатации электроприводов насосов, вентиляторов, подъемных кранов, лебедок и других механизмов, в которых используются электродвигатели, путем использования магнитных усилителей с внутренней обратной связью, отличающихся надежностью, простотой, низкой стоимостью, безопасностью и, наконец, высокоэксплуатационными характеристиками в транспортных электроустановках высокоскоростных поездов, пригородных электропоездов, трамваев, поездов метрополитена, электроустановок морских кораблей и судов, в электроустановках городского хозяйства и так далее.

Известны электроприводы с двигателями постоянного тока установок для бурения глубоких скважин (Абрамов Б. И. и др. "Современное и перспективное электрооборудование установок для бурения скважин глубиной до 3900 м." Электротехника 1/01, аналог). В таких электроприводах применены двигатели постоянного тока, которые отличаются сложностью по сравнению с электродвигателями переменного тока.

Известны электроприводы (Кузнецов Ю.П., Никифоров Е.А. Электроприводы мощных конвейерных линий. Электротехника 1/01, аналог), содержащие двигатели с фазным ротором, что улучшает условия эксплуатации, повышает надежность. Однако наличие сложной схемы управления фазным ротором приводит к необходимости применять громоздкие схемы, например, систем импульсно-фазового управления с тиристорными преобразователями, что отрицательно сказывается на простоте и надежности электропривода.

Известны простые, надежные и дешевые способы управления асинхронными двигателями (АД), например пуск АД через реактор (Б.Д. Гандин и другие "Пуск асинхронных электродвигателей". Л. : Судостроение, 1980 г., аналог). Такие электроприводы применимы только при отсутствии необходимости управления двигателем в процессе работы, а пусковой режим осуществляется на холостом ходу.

В наибольшей степени поставленным требованиям отвечает автоматизированный электропривод с асинхронным двигателем с короткозамкнутым ротором (С. С. Ройзен, Т.Х. Стефанович "Магнитные усилители в электроприводе и автоматике". М.: Энергия, 1970, стр. 409, прототип). Асинхронный электропривод с магнитными усилителями обладает весьма высокой надежностью, что позволяет успешно применять его в тяжелых условиях работы. При этом схема отличается относительной простотой и невысокой стоимостью. Недостатки схемы определяются тем, что управление магнитными усилителями выполняют через обмотки управления. Это приводит к неоправданному усложнению и удорожанию схемы. Кроме того, для систем электропривода первостепенное значение имеют характеристики быстродействия, скорости отработки управляющего сигнала электродвигателем. Поэтому оказывается важным уменьшение звеньев передачи управляющего сигнала.

Задачей настоящего изобретения является создание простого, надежного, недорогого, быстродействующего электропривода. Для устранения перечисленных недостатков, достижения желаемого технического результата и обеспечения решения поставленной задачи предлагаем электропривод переменного тока, содержащий электродвигатель, с клеммами его подключения, по одному на каждую фазу магнитному усилителю, каждый из которых содержит два ферромагнитных дросселя с нагрузочными обмотками и два диода, клеммы питания, элементы магнитного усилителя соединены по мостовой схеме, узлы подключения первой диагонали которой образуют общая точка соединения нагрузочных обмоток и точка соединения разных полюсов диодов, узлы подключения второй диагонали образуют точка соединения одной нагрузочной обмотки с положительным полюсом одного диода и точка соединения другой нагрузочной обмотки с отрицательным полюсом другого диода, при этом первая диагональ включена в разрыв соответствующей магнитному усилителю фазы к клемме питания и клемме электродвигателя, отличающийся тем, что каждый магнитный усилитель дополнительно снабжен блоком управления внутренней обратной связью магнитного усилителя, подключенным к узлам исключения второй диагонали мостовой схемы. Блок управления обратной связью магнитного усилителя содержит программный блок, блок регулирования, регулируемый источник напряжения и переменное сопротивление, программный блок соединен с управляющим входом блока регулирования, выходы которого соединены с управляющими входами регулируемого источника напряжения и переменного сопротивления, выходы которых являются выходами блока управления внутренней обратной связью магнитного усилителя.

Реализация предлагаемого электропривода позволяет сохранить основные положительные особенности прототипа, заключающиеся в простоте, надежности и невысокой стоимости. Кроме того решена задача существенного повышения быстродействия за счет воздействия управляющего сигнала непосредственно на нагрузочные (рабочие) обмотки магнитного усилителя, а не через промежуточные обмотки управления.

Конструктивная простота реализации предложенной системы обусловлена использованием минимального набора только необходимых для решения поставленной задачи дополнительных элементов, введенных в схему прототипа для решения поставленной задачи - увеличения быстродействия и сохранения простоты и надежности системы.

Кроме выполнения основной задачи - повышения быстродействия и обеспечения надежного управления электродвигателями в промышленных установках с тяжелыми условиями работы обеспечено получение ряда дополнительных технических результатов, в частности:
расширение номенклатуры электроустановок, пригодных для управления ими, улучшения параметров схем управления за счет применения современных схемотехнических приемов и комплектующих элементов:
обеспечение простоты схемы управления, что обусловлено простотой силовых и управляющих элементов системы.

Расширение номенклатуры механизмов, пригодных для применения предложенного привода, имеет самостоятельное значение. Появляется возможность за счет унификации существенно повысить серийность выпуска электроприводов.

Простота предложенной схемы управления дополнительно позволяет повысить надежность и снизить стоимость электропривода.

Предложенный электропривод соответствует критерию "новизна", которая определяется наличием новых конструктивных элементов и новых связей между элементами в предлагаемой схеме. Предлагаемый электропривод переменного тока, содержащий электродвигатель, с клеммами его подключения, по одному на каждую фазу магнитному усилителю, каждый из которых содержит два ферромагнитных дросселя с нагрузочными обмотками и два диода, клеммы питания, элементы магнитного усилителя соединены по мостовой схеме, узлы подключения первой диагонали которой образуют общая точка соединения нагрузочных обмоток и точка соединения разных полюсов диодов, узлы подключения второй диагонали образуют точка соединения одной нагрузочной обмотки с положительным полюсом одного диода и точка соединения другой нагрузочной обмотки с отрицательным полюсом другого диода, при этом первая диагональ включена в разрыв соответствующей магнитному усилителю фазы к клемме питания и клемме электродвигателя, отличающийся тем, что каждый магнитный усилитель дополнительно снабжен блоком управления внутренней обратной связью магнитного усилителя, подключенным к узлам поключения второй диагонали мостовой схемы. Электропривод содержит блок управления обратной связью магнитного усилителя, снабженный программным блоком, блоком регулирования, регулируемым источником напряжения и переменным сопротивлением, программный блок соединен с управляющим входом блока регулирования, выходы которого соединены с управляющими входами регулируемого источника напряжения и переменного сопротивления, выходы которых являются выходами блока управления внутренней обратной связью магнитного усилителя.

Приведенные свойства не совпадают со свойствами, являющимися отличительными признаками в известных технических решениях аналогов и прототипа, и не являются суммой их свойств, что позволяет считать заявляемое решение соответствующим критерию "существенные отличия".

Сущность предложенного электропривода представлена схемой на чертеже.

Схема электропривода, содержит электродвигатель 1, клеммы 2, 3, 4 питания, блоки 5, 6, 7 управления, дроссели 8, 9, диоды 10, 11, клеммы 12, 13 магнитного усилителя, клеммы 14, 15, 16 электродвигателя. Блок управления содержит программный блок 17, блок 18 регулирования, регулируемый источник 19 напряжения, переменное сопротивление 20.

Схема электропривода работает следующим образом.

Силовые цепи магнитных усилителей собраны по стандартной мостовой схеме магнитного усилителя с внутренней обратной связью. Особенностью предложенного электропривода является наличие в каждой фазе блока управления 5,6,7 внутренней обратной связью, обеспечивающего управление внутренней обратной связью магнитного усилителя, а также другими его характеристиками путем ввода управляющего воздействия непосредственно через нагрузочные (рабочие) обмотки 8,9. Управление выполняется на основе программ, генерируемых программным блоком 17 в блок регулирования 18, который воздействует на регулируемый источник напряжения 19 и переменное сопротивление 20. Текущие параметры последних двух элементов определяют внешние характеристики магнитного усилителя, соответствующее поведение электропривода в целом.

Таким образом становится возможным применять в промышленности электроприводы с асинхронными двигателями и магнитными усилителями, управляемыми путем воздействия непосредственно на нагрузочные рабочие обмотки, что обеспечивает возможность совмещения оптимальных затрат на управление с простотой, надежностью и невысокой стоимостью оборудования.

Изобретение относится к технике управления электроприводами транспортных электроустановок с асинхронными электродвигателями. Электропривод содержит трехфазный электродвигатель, по одному на каждую фазу магнитному усилителю, каждый из которых содержит два ферромагнитных дросселя с нагрузочными обмотками и два диода. Элементы магнитного усилителя соединены по мостовой схеме. Каждый магнитный усилитель дополнительно снабжен блоком управления внутренней обратной связью магнитного усилителя, в который входят программный блок, блок регулирования, регулируемый источник напряжения и переменное сопротивление. Программный блок соединен с управляющим входом блока регулирования, выходы которого соединены с управляющими входами регулируемого источника напряжения и переменного сопротивления. Данный электропривод характеризуется простотой и обеспечивает расширение номенклатуры механизмов, пригодных для его применения. За счет унификации появляется возможность повышения серийности выпуска. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Электропривод переменного тока, содержащий электродвигатель с клеммами для его подключения, по одному на каждую фазу магнитному усилителю, каждый из которых содержит два ферромагнитных дросселя с нагрузочными обмотками и два диода, клеммы питания, элементы магнитного усилителя соединены по мостовой схеме, узлы подключения первой диагонали которой образуют общая точка соединения нагрузочных обмоток и точка соединения разных полюсов диодов, узлы подключения второй диагонали образуют точка соединения одной нагрузочной обмотки с положительным полюсом одного диода и точка соединения другой нагрузочной обмотки с отрицательным полюсом другого диода, при этом первая диагональ включена в разрыв соответствующей магнитному усилителю фазы к клемме питания и клемме электродвигателя, отличающийся тем, что каждый магнитный усилитель дополнительно снабжен блоком управления внутренней обратной связью магнитного усилителя, подключенным к узлам подключения второй диагонали мостовой схемы. 2. Электропривод переменного тока по п. 1, отличающийся тем, что блок управления обратной связью магнитного усилителя содержит программный блок, блок регулирования, регулируемый источник напряжения и переменное сопротивление, программный блок соединен с управляющим входом блока регулирования, выходы которого соединены с управляющими входами регулируемого источника напряжения и переменного сопротивления, выходы которых являются выходами блока управления внутренней обратной связью магнитного усилителя и подключены к узлам подключения второй диагонали мостовой схемы.