СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ ГИСТЕРЕЗИСНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ Российский патент 2005 года по МПК H02P7/36 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано как в одиночных, так и в групповых многодвигательных электроприводах переменного тока, построенных на базе гистерезисного электродвигателя.

Известна система электропитания гистерезисных электродвигателей, которая содержит трехфазный инвертор напряжения и блок перевозбуждения (см. Электронная техника в автоматике: Сб. статей; Вып.13 / Под ред. Ю.И.Конева. - М.: Радио и связь, 1982. - стр.228, рис.1). Блок перевозбуждения выполнен в виде однофазного инвертора с трансформаторным выходом, который в моменты перевозбуждения кратковременно работает на частоте питания гистерезисного двигателя. Вторичная обмотка этого трансформатора включена последовательно в цепь между одним из выходных выводов трехфазного инвертора и одним из выводов якорной обмотки двигателя. В номинальном режиме работы двигателя первичную обмотку однофазного трансформатора блока перевозбуждения "закорачивают" с помощью ключей однофазного инвертора и его системы управления, одновременно отключая ее от источника питания так, что трансформатор напряжения переходит в режим трансформатора тока. В режиме перевозбуждения первичную обмотку в требуемые моменты "раскорачивают", подключая ее на заданное время к источнику питания. В результате на вторичной обмотке в эти моменты появляется напряжение, которое, суммируясь с выходным напряжением трехфазного инвертора, образует импульс перевозбуждения заданной длительности. После снятия перевозбуждения гистерезисный двигатель работает при своем номинальном напряжении или же даже ниже номинального, имея значительно лучшие энергетические показатели.

Однако такое решения имеет низкую эффективность. Кроме того, из-за того, что перевозбуждение осуществляют только в одной фазе, образуется несимметрия в питании двигателя, уровень которой определяется значением вносимого блоком перевозбуждения в эту фазу эквивалентного сопротивления.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является решение, описанное в сборнике статей "Труды МЭИ. Тематический сборник "Полупроводниковые преобразователи для промышленности и транспорта". Выпуск 613. М.: Моск. энерг. инст. - 1983 г., стр. 65-69. Режим перевозбуждения реализуется по цепи питания инвертора. Для этого последовательно в цепи питания установлен силовой диод, а параллельно ему подключен выход блока перевозбуждения, который содержит накопительный конденсатор, его зарядную цепь с управляемым ключевым элементом и разрядную цепь с полностью управляемым ключом - транзистором, зашунтированным вспомогательным диодом. В моменты перевозбуждения его блок управления отпирает разрядный ключ и предварительно заряженный накопительный конденсатор оказывается последовательно включенным с основным источником питания, выполненного в виде преобразователя - стабилизатора напряжения. Таким образом, создают требуемое кратковременное (на время полного или частичного разряда конденсатора) превышение напряжения питания во всех трех фазах гистерезисного электродвигателя. Процесс намагничивания, обусловленный импульсом ПВ, обеспечивается в рамках вращающегося поля, и его энергия полностью уходит на ориентацию доменов в направлении вектора поля.

Недостатком данной системы электропитания является пониженное значение КПД.

Технической задачей изобретения является повышение КПД и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения требуемой более высокой кратности перевозбуждения.

Эта задача достигается тем, что в известной системе электропитания гистерезисного электродвигателя, содержащей соединенные между первой и второй шинами питания блок преобразования напряжения и инвертор напряжения, выход последнего подключен к гистерезисному электродвигателю, блок перевозбуждения, включающий в себя накопительный конденсатор, одна обкладка которого подключена ко второй шине питания, зарядную цепь с полностью управляемым ключевым элементом и разрядную цепь с ключевым элементом, и устройство управления ключами, зарядная цепь блока перевозбуждения выполнена из последовательно соединенных индуктивного накопителя энергии и диода, подключенного к другой обкладке накопительного конденсатора, при этом точка соединения индуктивного накопителя энергии и диода подключена к одному из силовых выводов полностью управляемого ключевого элемента, другой силовой вывод которого подсоединен ко второй шине питания, ключевой элемент разрядной цепи блока перевозбуждения включен между точкой подключения диода к накопительному конденсатору и первой шиной питания.

Кроме того, ключевой элемент разрядной цепи блока перевозбуждения может быть выполнен в виде управляемого ключа с односторонней проводимостью, например, тиристора.

Ключевой элемент разрядной цепи блока перевозбуждения может быть выполнен в виде двух встречно-параллельно включенных ключей с односторонней проводимостью, например, тиристоров.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана система питания с индуктивным накопителем энергии (для нагрузок с cosφ>0,53); на фиг.2 показана система питания с индуктивным накопителем энергии (для нагрузок с cosφ<0,53).

Система электропитания гистерезисных электродвигателей содержит последовательно связанные между собой шинами питания постоянного тока 1 и 2 блок преобразования напряжения 3 в виде 3-фазного выпрямителя и 3-фазный инвертор напряжения 4, на выходе последнего включены гистерезисные электродвигатели 5. Между шинами питания 1, 2 включена силовая часть блока перевозбуждения 6, включающего в себя накопительный конденсатор 7, одна обкладка которого подключена к шине питания 2, и зарядную цепь с полностью управляемым ключевым элементом 8, один из силовых выводов которого подключен к точке соединения индуктивного накопителя энергии 9, например, дросселя. Другой вывод ключевого элемента 8 подключен к шине питания 2. Диод 10 соединен с одной из обкладок накопительного конденсатора 7. Разрядная цепь блока перевозбуждения 6 содержит ключевой элемент 11, один вывод которого соединен с шиной питания 1, а другой подключен к точке соединения катода диода 10 со второй обкладкой накопительного конденсатора 7. Управляющие выводы ключевых элементов 8 и 11 подключены к блоку управления 12, который может быть выполнен согласно описанному в сборнике статей "Труды МЭИ. Тематический сборник "Полупроводниковые преобразователи для промышленности и транспорта". Выпуск 613. М.: Моск. энерг. инст. – 1983 г., с.62-69.

Ключевой элемент 11 разрядной цепи блока перевозбуждения 6 может быть выполнен в виде управляемого ключа с односторонней проводимостью, например, тиристора.

Ключевой элемент 11 разрядной цепи блока перевозбуждения 6 может быть выполнен в виде двух 13 и 14 встречно-параллельно включенных ключей с односторонней проводимостью, например, тиристоров.

Система электропитания гистерезисного двигателя работает следующим образом.

Однократно или многократно, отпирая-запирая ключевой элемент 11, заряжают накопительный конденсатор 7 до требуемого уровня напряжения. Один зарядный цикл этого конденсатора 7 характеризуется двумя этапами. На первом этапе с помощью блока управления 12 отпирают ключевой элемент 11 зарядной цепи, выполненный в виде управляемого ключа с односторонней проводимостью, например, транзистора, и в дросселе 9 происходит нарастание тока до требуемого заданного значения. При его достижении транзистор 8 запирается. Далее идет второй этап - накопленная в индуктивном накопителе - дросселе 9 энергия через диод 10 передается накопительному конденсатору 7. Диод 10 предотвращает развитие не нужного здесь колебательного процесса. При необходимости зарядный цикл может быть повторен столько раз, сколько необходимо для накопления в конденсаторе 7 требуемой для перевозбуждения двигателя 5 энергии. После завершения заряда накопительного конденсатора 7 блок перевозбуждения 6 готов к осуществлению режима перевозбуждения. Он реализуется путем включения и выключения в требуемые (синхронизированные с питающим двигатель 5 напряжением) моменты ключевого элемента 11.

Выполнение ключевого элемента 11 полностью управляемым с односторонней проводимостью, например, в виде тиристора обеспечивает работу системы при cosφ>0,53, так как ток в цепи питания инвертора имеет однонаправленный (однополярный) характер.

Выполнение ключевого элемента 11 полностью управляемым, например, в виде двух встречно-параллельно включенных ключей 13 и 14 с односторонней проводимостью, например, тиристоров обеспечивает работу системы при cosφ<0,53, так как ток в цепи питания инвертора имеет двухполярный характер.

Использование системы электропитания гистерезисного электродвигателя обеспечивает повышение КПД и расширение функциональных возможностей за счет обеспечения требуемой более высокой кратности перевозбуждения и работоспособности системы электропитания при низкокосинусных нагрузках, что обеспечивает режим перевозбуждения по трем основным параметрам:

- по длительности действия режима;

- по фазовой ориентации импульса перевозбуждения относительно питающего двигатель напряжения;

- по амплитуде напряжения импульса перевозбуждения.

При этом режим перевозбуждения завершается с высокой скоростью.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в одиночном и групповом многодвигательном электроприводах переменного тока. Техническим результатом является повышение КПД и расширение функциональных возможностей системы. Система питания гистерезисных электродвигателей содержит блок преобразования напряжения в виде 3-фазного выпрямителя и 3-фазный инвертор напряжения. Между шинами питания включена силовая часть блока перевозбуждения с накопительным конденсатором и зарядной цепью с полностью управляемым ключевым элементом в виде транзистора, индуктивный накопитель энергии в виде дросселя. Разрядная цепь блока перевозбуждения содержит другой ключевой элемент. Управляющие выводы ключевых элементов И подключены к блоку управления. Один зарядный цикл накопительного конденсатора характеризуется двумя этапами. На первом этапе с помощью блока управления отпирают ключевой элемент зарядной цепи, выполненный в виде управляемого ключа с односторонней проводимостью, например, тиристора, и в дросселе происходит нарастание тока до требуемого значения. При его достижении транзистор запирают. Далее идет второй этап - накопленная в дросселе энергия через диод передается конденсатору. Диод предотвращает развитие колебательного процесса. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система электропитания гистерезисных электродвигателей, содержащая подсоединенные между первой и второй шинами питания блок преобразования напряжения и инвертор напряжения, выход последнего подключен к гистерезисному электродвигателю, блок перевозбуждения, включающий в себя накопительный конденсатор, одна обкладка которого подключена ко второй шине питания, зарядную цепь с полностью управляемым ключевым элементом и разрядную цепь с ключевым элементом и устройство управления ключами, отличающаяся тем, что зарядная цепь блока перевозбуждения выполнена из последовательно соединенных индуктивного накопителя энергии и диода, подключенного к другой обкладке накопительного конденсатора, при этом точка соединения индуктивного накопителя энергии и диода подключена к одному из силовых выводов полностью управляемого ключевого элемента, другой силовой вывод которого подсоединен ко второй шине питания, ключевой элемент разрядной цепи блока перевозбуждения включен между точкой подключения диода к накопительному конденсатору и первой шиной питания.2. Система электропитания гистерезисных электродвигателей по п.1, отличающаяся тем, что ключевой элемент разрядной цепи блока перевозбуждения выполнен в виде управляемого ключа с односторонней проводимостью, например тиристора.3. Система электропитания гистерезисных электродвигателей по п.1, отличающаяся тем, что ключевой элемент разрядной цепи блока перевозбуждения выполнен в виде двух встречно-параллельно включенных ключей с односторонней проводимостью, например тиристоров.