ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМЫЙ АСИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД Российский патент 2002 года по МПК H02P7/36 H02P5/34 

Изобретение относится к рельсовым транспортным средствам и непосредственно касается асинхронных тяговых приводов локомотивов.

Известен частотно-управляемый асинхронный электропривод [1], содержащий электродвигатель с основной круговой и пусковой дуговой обмотками статора, датчик скорости электродвигателя и систему регулирования, включающую статический преобразователь частоты с автономным инвертором, коммутатор обмоток и блок управления преобразователем с обратной связью по датчику скорости, при этом коммутатор обмоток электрически связан со статическим преобразователем частоты, основной круговой и пусковой дуговой обмотками и блоком управления преобразователем.

Недостатком этого технического решения является наличие высоких токовых нагрузок на элементы привода, вызванных повышенными значениями абсолютного скольжения электродвигателя при пуске, разгоне и движении с малыми скоростями.

Целью изобретения является повышение надежности привода путем снижения токовых нагрузок в силовой цепи привода вследствие уменьшения величины абсолютного скольжения двигателя.

Для достижения поставленной цели электропривод содержит электродвигатель с дуговым статором, датчик скорости электродвигателя и систему регулирования, которая состоит из подключенного к обмотке статора статического преобразователя частоты с автономными инверторами, блок управления преобразователем с обратной связью по датчику скорости.

Новым в изобретении является обеспечение электродвигателя несколькими дуговыми обмотками статора, каждая из которых подключена к отдельному автономному инвертору. При этом токи инверторов сдвинуты друг относительно друга на угол, определяемый количеством дуговых обмоток.

Изложенная сущность изобретения поясняется чертежом.

Электропривод содержит (фиг. 1) электродвигатель 1 с дуговыми обмотками 2 статора (в качестве примера на фиг. 1 изображен электропривод с тремя дуговыми обмотками) и систему регулирования, которая состоит из статического преобразователя частоты 3 с автономными инверторами 4, блока управления 5 преобразователем 3 с обратной связью по датчику скорости 6 электродвигателя 1. При этом блок управления 5 имеет прямую связь со статическим преобразователем частоты 3.

В электроприводе электродвигатель 1 содержит количество дуговых обмоток 2, необходимое для обеспечения требуемых характеристик крутящего момента двигателя. Дуговые обмотки 2 подключены к отдельным автономным инверторам 4 статического преобразователя частоты 3, токи которых сдвинуты друг относительно друга на угол, определяемый количеством дуговых обмоток 2.

Электропривод работает следующим образом.

Регулирование электропривода осуществляется частотным способом. Статический преобразователь частоты 3 вырабатывает напряжение (ток) питания электродвигателя 1. При этом блок управления 5 преобразователем частоты 3 формирует сигналы управления инверторами 4 по алгоритму с однократной на периоде коммутацией силовых элементов, а пусковая частота напряжения питания f_1п дуговых обмоток 2 соответствует пусковым частотам частотно-регулируемых асинхронных тяговых двигателей с круговым статором, т. е. f_1п = 0,8... 1,0 Гц [2].

Напряжения (токи) питания дуговых обмоток 2 статора электродвигателя 1 смещены друг относительно друга на угол, равный

где k ≥ 2 - количество дуговых обмоток статора.

Известно [2] , что в области низких частот f₁ напряжения питания двигателя при законах управления статическим преобразователем частоты с однократной на периоде коммутацией силовых элементов (λ = 180 эл. градусов или λ = 120 эл. градусов) пульсации крутящего момента на валу двигателя

могут достигать 25% и более от его среднего значения. При этом частота следования пульсаций крутящего момента равна шестикратной частоте питающего напряжения, т. е. f_δM = 6f₁.

Суммирование крутящих моментов дуговых обмоток позволяет (на фиг. 2 приведен крутящий момент электродвигателя с тремя дуговыми обмотками) достичь необходимого среднего значения момента M_cpΣ электродвигателя, а также уменьшить до требуемого уровня относительную пульсацию δМ крутящего момента с одновременным увеличением частоты следования пульсаций до значений
f_δM = 6kf₁,
где f₁ - частота напряжения питания электродвигателя.

Технико-экономическая эффективность изобретения в сравнении с прототипом заключается в том, что функционирование электропривода с питанием нескольких дуговых обмоток статора от отдельных автономных инверторов, токи которых сдвинуты на соответствующий угол, снижает токовые нагрузки в силовой цепи электропривода вследствие уменьшения величины абсолютного скольжения электропривода. Это повышает надежность электропривода.

С целью выяснения характеристик предложенного электропривода были выполнены расчеты крутящего момента электродвигателя. Расчеты производились для числа дуговых обмоток k = 2, 3, 4; 5; 6 путем суммирования крутящих моментов обмоток, как показано на фиг. 2 для k = 3. Результаты вычислений, приведенные на фиг. 3, показали, что с увеличением количества обмоток величина относительной пульсации крутящего момента δМ уменьшается до 3% с одновременным увеличением частоты следования пульсаций f_δM до 29... 36 Гц и среднего значения крутящего момента двигателя до 6M_cpα, где M_cpα - среднее значение момента от одной дуговой обмотки.

Источники информации
1. Патент РФ 2100898 "Частотно-управляемый асинхронный электропривод" от 31.05.96 - прототип.

2. Курбасов А. С. , Седов В. И. , Сорин Л.Н. "Проектирование тяговых электродвигателей", М., Транспорт, 1987, с.364-365.

Изобретение относится к локомотивостроению. Технический результат заключается в повышении надежности электропривода путем снижения токовых нагрузок в силовой цепи. Частотно-управляемый электропривод снабжен не менее чем двумя дуговыми обмотками статора электродвигателя, подключенными к отдельным автономным инверторам статического преобразователя частоты. Токи автономных инверторов сдвинуты относительно друг друга на угол, определяемый количеством дуговых обмоток. 3 ил.

Частотно-управляемый асинхронный электропривод преимущественно рельсового транспортного средства, состоящий из электродвигателя с дуговым статором, датчика скорости электродвигателя и системы регулирования, содержащей подключенный к дуговым обмоткам статора статический преобразователь частоты с автономными инверторами, блок управления преобразователем с обратной связью по датчику скорости, имеющий прямую связь с преобразователем частоты, отличающийся тем, что электродвигатель снабжен не менее чем двумя дуговыми обмотками статора, подключенными к отдельным автономным инверторам статического преобразователя частоты, токи которых сдвинуты относительно друг друга на угол, определяемый количеством дуговых обмоток.