ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Российский патент 2004 года по МПК H02P1/26 H02P1/50 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах, где требуется глубокое регулирование скорости, высокая перегрузочная способность, обеспечение тяжелого пуска из стопорного режима и эксплуатация в загрязненных, влажных и агрессивных средах (электрическая тяга, шахтные подъемные механизмы и др.).

Известен электропривод переменного тока, содержащий асинхронный двигатель с фазным ротором и асинхронный возбудитель, валы которых жестко соединены между собой, обмотки статоров подключены соответственно к выходам преобразователей частоты, а обмотки роторов соединены между собой с обратным порядком чередования фаз, датчик фазных напряжений статора асинхронного двигателя, подключенный ко второму управляющему входу преобразователя частоты, блок задания амплитуды напряжения статора асинхронного двигателя, блок преобразования частота - напряжение, блок выделения модуля, блок преобразования напряжения - частота, образующие канал управления для поддержания постоянства частоты токов роторов двигателя и возбудителя, и датчики ЭДС холла, интегральный регулятор в канале управления магнитным потоком двигателя (SU 1636949, МПК - 5 Н 02 К 29/00, опубл. 23.03.91, Бюл. № 11).

Однако в известном устройстве реализуется закон управления с постоянством частоты токов ротора и поддержанием постоянного магнитного потока.

Технический результат заключается в реализации закона управления, благодаря которому электропривод приобретает свойства, присущие электроприводу с синхронным двигателем.

Сущность изобретения заключается в том, что электропривод переменного тока, содержащий асинхронный двигатель с фазным ротором и асинхронный возбудитель, валы которых жестко соединены между собой, обмотки статоров подключены соответственно к выходам преобразователей частоты, а обмотки роторов соединены между собой с обратным порядком чередования фаз, блок задания амплитуды напряжения статора асинхронного двигателя, выход которого соединен с одним из управляющих входов преобразователя частоты асинхронного двигателя, и датчик фазных напряжений статора асинхронного двигателя, снабжен регулятором напряжения преобразователя частоты возбуждения, фильтром-формирователем, задатчиком частоты возбуждения и блоком синхронизации, содержащим задатчик скорости ротора, датчик отклонения скорости ротора и устройство вычисления скорости ротора, один из входов которого соединен с одним из выходов фильтра-формирователя, а другой вход - с одним из выходов задатчика частоты возбуждения, второй выход которого соединен с одним из управляющих входов преобразователя частоты асинхронного возбудителя, выход устройства вычисления скорости ротора подключен к одному из входов датчика отклонения скорости ротора, второй вход последнего соединен с одним из выходов задатчика скорости ротора, второй выход которого соединен с входом блока заданий амплитуды напряжений статора, выход датчика отклонения скорости ротора через регулятор напряжения подключен к второму управляющему входу преобразователя частоты асинхронного возбудителя, а выход датчика фазных напряжений статора асинхронного двигателя подключен через фильтр-формирователь к второму управляющему входу преобразователя частоты асинхронного двигателя.

На чертеже изображена функциональная схема устройства.

Электропривод переменного тока содержит асинхронный двигатель 1 с фазным ротором и асинхронный возбудитель 2, валы которых жестко соединены между собой, обмотки статоров подключены соответственно к выходам преобразователей частоты 3 и 4, а обмотки роторов соединены между собой с обратным порядком чередования фаз. Выход блока 5 заданий амплитуды напряжений статора асинхронного двигателя 1 подключен к одному из управляющих входов преобразователя частоты 3 асинхронного двигателя 1.

Выход датчика 6 фазных напряжений статора асинхронного двигателя 1 подключен через фильтр-формирователь 7 ко второму управляющему входу преобразователя частоты 3 асинхронного двигателя 1. Первый выход задатчика частоты возбуждения 8 подключен к одному из управляющих входов преобразователя частоты 4 асинхронного возбудителя 2. Блок синхронизации 9 содержит устройство вычисления скорости ротора 10, первый вход которого соединен со вторым выходом фильтра-формирователя 7, второй вход - со вторым выходом задатчика частоты возбуждения 8, а выход устройства вычисления скорости ротора 10 - с одним из входов датчика отклонения скорости ротора 11, второй вход последнего соединен с первым выходом задатчика скорости ротора 12, второй выход которого соединен с входом блока 5 заданий амплитуды напряжений статора. Выход датчика отклонения скорости ротора 11 через регулятор напряжения 13 подключен к второму управляющему входу преобразователя частоты 4 асинхронного возбудителя.

Конструктивно каскад двух базовых асинхронных машин выполняется либо в одном корпусе с размещением роторов на общем валу, либо в виде одной асинхронной базовой машины с совмещенными обмотками на разное число пар полюсов р_д и р_в соответственно.

Электропривод переменного напряжения работает следующим образом.

На силовые входы преобразователей 3 и 4 подают напряжение питания. От сигналов с выходов блоков задания амплитуды напряжения статора 5 и регулятора напряжения 13 начинают работать выпрямительные звенья преобразователей частоты 3 и 4 соответственно. Трехфазное напряжение низкой частоты ν_f=ν_f0(5-10 Гц) с выхода преобразователя 4 частоты подается на обмотку статора асинхронного возбудителя 2. Трехфазный переменный ток, протекающий по обмотке его статора, создает в нем вращающееся магнитное поле, которое индуцирует ЭДС в обмотке его неподвижного ротора той же частоты ν_f. Под действием ЭДС обмотки ротора асинхронного возбудителя 2 через нее и обмотку ротора асинхронного двигателя 1 с фазным ротором, имеющую обратное чередование фаз, протекает трехфазный переменный ток. Последний создает в асинхронном двигателе 1 с фазным ротором вращающееся магнитное поле с встречным вращением относительно поля асинхронного возбудителя 2. ЭДС, наводимая в обмотке статора асинхронного двигателя 1 с фазным ротором, частотой ν_f снимается с датчика фазы напряжения 6 и подается на вход фильтра-формирователя 7. Сформированный сигнал фазы напряжения статора поступает на второй управляющий вход преобразователя частоты 3, инверторное звено которого управляется по фазе ЭДС напряжения статора, а сигнал, пропорциональный частоте напряжения статора, - на вход устройства вычисления скорости ротора 10. На второй вход устройства вычисления скорости ротора 10 подается сигнал, пропорциональный заданной частоте возбуждения ν_f0. Так как при неподвижном роторе в статоре асинхронного двигателя 1 наводится ЭДС частотой ν_f=ν_f0, то выходной сигнал устройства вычисления скорости ротора 10 равен нулю, поэтому выходной сигнал датчика отклонения скорости ротора 11 имеет некоторое начальное значение, соответствующее режиму пуска. Выходной сигнал блока 5 заданий амплитуды напряжений статора, управляемого первым выходом задатчика скорости ротора 12, увеличивает напряжение выпрямительного звена преобразователя частоты 3, и, начиная с некоторого значения указанного напряжения, создается возможность для коммутации тиристоров инверторного звена преобразователя частоты 3. При включении тиристоров преобразователя частоты 3 по обмотке статора двигателя 1 протекает трехфазный переменный ток той же частоты ν_f0, создающий вращающееся магнитное поле статора двигателя. В результате взаимодействия магнитных полей статора и ротора асинхронного двигателя 1 и асинхронного возбудителя 2 на общем валу создаются электромагнитные вращающие моменты одинакового знака. Когда величина суммарного электромагнитного момента бесконтактного асинхронизированного вентильного электродвигателя превысит величину момента сопротивления на валу, его ротор начнет вращаться. Вследствие вращения ротора в обмотке статора асинхронного двигателя 1 наводится ЭДС частотой ν=ν_f0+ν_rд, где ν_rд - угловая частота вращения ротора, соответствующая числу пар полюсов р_д асинхронного двигателя 1. По мере роста напряжения преобразователя частоты 3 скорость ротора достигает заданной. При изменении нагрузки электропривода с бесконтактным асинхронизированным синхронным двигателем скорость начинает меняться, в результате частота в статоре асинхронного двигателя 1 также начинает изменяться, что приводит к изменению амплитуды сигнала со второго выхода фильтра-формирователя 7. Это в свою очередь приводит к соответствующему изменению выходного сигнала устройства вычисления скорости ротора 10. Выходной сигнал датчика отклонения скорости ротора 11, в свою очередь, начинает изменяться, изменяя через регулятор напряжения 13 выходное напряжение преобразователя частоты 4 таким образом, что скорость ротора стремится к заданной в соответствии с соотношениями:

При ϕ=0 и r=0

где U - напряжение обмотки статора (якоря) асинхронного двигателя; I_r - токи статора и ротора асинхронного двигателя; r - активное сопротивление обмотки статора асинхронного двигателя; х - ее полное индуктивное сопротивление; x_аr - сопротивление взаимоиндукции асинхронного двигателя 1; Θ - угол нагрузки; ϕ - угол сдвига фаз между первыми гармониками тока и напряжения статора асинхронного двигателя.

По сравнению с известными решениями предлагаемое позволяет создать новый тип электродвигателя с бесконтактным асинхронизированным синхронным двигателем, обладающего жесткими механическими характеристиками электропривода с синхронным двигателем, глубокой и плавной регулировкой скорости вращения ротора посредством изменения напряжения статора аналогично электроприводу с двигателем постоянного тока.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах, где требуется глубокое регулирование скорости, высокая перегрузочная способность, обеспечение тяжелого пуска из стопорного режима и эксплуатация в загрязненных, влажных и агрессивных средах (электрическая тяга, шахтные подъемные механизмы и др.). Технический результат заключается в реализации закона управления, благодаря которому электропривод приобретает свойства, присущие электроприводу с синхронным двигателем. Электропривод переменного тока содержит асинхронный двигатель с фазным ротором и асинхронные возбудитель, валы которых жестко соединены между собой, обмотки статоров подключены соответственно к выходам преобразователей частоты, а обмотки роторов соединены между собой с обратным порядком чередования фаз. Выход блока заданий амплитуды напряжений статора асинхронного двигателя подключен к одному из управляющих входов преобразователя частоты асинхронного двигателя. Выход датчика фазных напряжений статора асинхронного двигателя подключен через фильтр-формирователь ко второму управляющему входу преобразователя частоты асинхронного двигателя. Первый выход задатчика частоты возбуждения подключен к одному из управляющих входов преобразователя частоты асинхронного возбудителя. Блок синхронизации содержит устройство вычисления скорости ротора, первый вход которого соединен со вторым выходом фильтра-формирователя, второй вход - со вторым выходом задатчика частоты возбуждения, а выход устройства вычисления скорости ротора - с одним из входов датчика отклонения скорости ротора, второй вход последнего соединен с первым выходом задатчика скорости ротора, второй выход которого соединен с входом блока заданий амплитуды напряжений статора. Выход датчика отклонения скорости ротора через регулятор напряжения подключен к второму управляющему входу преобразователя частоты асинхронного возбудителя. 1 ил.

Электропривод переменного тока, содержащий асинхронный двигатель с фазным ротором и асинхронный возбудитель, валы которых жестко соединены между собой, обмотки статоров подключены соответственно к выходам преобразователей частоты, а обмотки роторов соединены между собой с обратным порядком чередования фаз, блок задания амплитуды напряжения статора асинхронного двигателя, выход которого соединен с одним из управляющих входов преобразователя частоты асинхронного двигателя, и датчик фазных напряжений статора асинхронного двигателя, отличающийся тем, что он снабжен регулятором напряжения преобразователя частоты возбуждения, фильтром-формирователем, задатчиком частоты возбуждения и блоком синхронизации, содержащим задатчик скорости ротора, датчик отклонения скорости ротора и устройство вычисления скорости ротора, один из входов которого соединен с одним из выходов фильтра-формирователя, а другой вход - с одним из выходов задатчика частоты возбуждения, второй выход которого соединен с одним из управляющих входов преобразователя частоты асинхронного возбудителя, выход устройства вычисления скорости ротора подключен к одному из входов датчика отклонения скорости ротора, второй вход последнего соединен с одним из выходов задатчика скорости ротора, второй выход которого соединен с входом блока заданий амплитуды напряжений статора, выход датчика отклонения скорости ротора через регулятор напряжения подключен к второму управляющему входу преобразователя частоты асинхронного возбудителя, а выход датчика фазных напряжений статора асинхронного двигателя подключен через фильтр-формирователь к второму управляющему входу преобразователя частоты асинхронного двигателя.