СИСТЕМА ПИТАНИЯ ГИСТЕРЕЗИСТНЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ Российский патент 2005 года по МПК H02P7/36 H02P7/74 

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 гистерезисного электродвигателя, которая содержит трехфазный инвертор напряжения и блок перевозбуждения (см. статью: Тарасов В.Н. Пути миниатюризации электропривода на базе гистерезисного двигателя и инвертора напряжения // Электронная техника в автоматике: Сб. статей; Вып.13 \ Под ред. Ю.И.Конева. - М.: Радио и связь, 1982. - 304 с. (стр.228, рис.1). Блок перевозбуждения выполнен в виде дополнительного однофазного инвертора с трансформаторным выходом, который в моменты перевозбуждения кратковременно работает на частоте питания гистерезисного двигателя. Вторичная обмотка указанного 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 двигатель работает при своем номинальном напряжении или даже ниже номинального, имея значительно лучшие энергетические показатели.

Однако такое решение имеет низкую его 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. на стр. 65-69. Режим перевозбуждения реализуется в его цепи питания. 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, выполненным 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 перевозбуждения, обеспечивается в рамках кругового вращающегося поля и его энергия полностью уходит на ориентацию доменов гистерезисного слоя ротора двигателя в направлении вектора поля.

Недостатком данной системы электропитания является пониженное значение КПД и недостаточно высокая кратность перевозбуждения, а также ограниченная область применения из-за неработоспособности ее при низкокосинусных нагрузках (с cosφ<0,53).

Технической задачей изобретения является повышение КПД и расширение функциональных возможностей за счет получения требуемой более высокой кратности перевозбуждения и работоспособности системы электропитания как при низкокосинусных, так и при высококонусных нагрузках.

Поставленная задача решается тем, что в известной системе электропитания гистерезисных электродвигателей, содержащей соединенные между собой первой и второй шинами питания блок преобразования напряжения и инвертор напряжения, причем выход последнего подключен к гистерезисным электродвигателям, а также блок перевозбуждения, включающий в себя накопительный конденсатор, первая обкладка которого подключена к первой шине питания, зарядный и разрядный управляемые ключи, вторая обкладка накопительного конденсатора соединена с одним из силовых выводов зарядного и разрядного ключей, и блок управления этими ключами, блок перевозбуждения снабжен дополнительными зарядным управляемым ключом, например тиристором, и накопительным конденсатором, одна из обкладок которого соединена с первой шиной питания, а другая его обкладка подключена к точке соединения другого силового вывода управляемого разрядного ключа с первым силовым выводом дополнительного управляемого зарядного ключа, второй вывод которого подключен к первой шине питания.

Кроме того, зарядный управляемый ключ блока перевозбуждения может быть выполнен с односторонней проводимостью, например, в виде тиристора.

Зарядный управляемый ключ блока перевозбуждения может быть выполнен и с двусторонней проводимостью, например, в виде двух встречно-параллельно включенных тиристоров.

Разрядный управляемый ключ может быть выполнен полностью управляемым, например в виде запираемого тиристора.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана схема системы питания гистерезисных электродвигателей для нагрузок с cosφ>0,53; на фиг.2 изображена схема для нагрузок с cosφ<0,53;

Система электропитания гистерезисных двигателей содержит последовательно связанные между собой шинами питания постоянного тока 1 и 2 блок преобразования напряжения 3 в виде трехфазного выпрямителя и трехфазный инвертор напряжения 4. На выходе последнего включены гистерезисный двигатель 5 (или секция из нескольких двигателей). Между шинами питания 1 и 2 включена силовая часть блока перевозбуждения 6, которая включает в себя накопительный конденсатор 7, одна обкладка которого подключена к шине питания 1, а вторая - к точке соединения первых силовых выводов разрядного 8 и зарядного 9 ключей. Второй силовой вывод разрядного ключа (тиристора) 8 подключен через дополнительный зарядный ключ 10, выполненный, например, в виде тиристора, к шине питания 1 и через дополнительный накопительный конденсатор 11 к шине питания 2. Управляющие входы разрядного 8, зарядного 9 и дополнительного зарядного ключа 10 соединены с соответствующими выходами блока управления 12, который может быть выполнен согласно схеме, описанной на стр. 62-69 в сборнике статей "Труды МЭИ. Темат.-й сборник "Полупроводниковые преобразователи для промышленности и транспорта". Выпуск 613. М.: Моск. энерг. инст. - 1983 г.

Зарядный управляемый ключ 9 блока перевозбуждения 6 может быть выполнен с односторонней проводимостью, например, в виде тиристора.

Зарядный управляемый ключ 9 блока перевозбуждения 6 может быть выполнен с двусторонней проводимостью, например, в виде двух 13 и 14 встречно-параллельно включенных тиристоров.

Разрядный ключ 8 может быть выполнен полностью управляемым, например, в виде запираемого тиристора.

Работает система питания гистерезисных электродвигателей следующим образом.

Заряд накопительного 7 и дополнительного накопительного 11 конденсаторов до требуемого уровня напряжения осуществляют путем отпирания зарядного ключа 9 и зарядного тиристора 10. Для снижения токовой нагрузки на выпрямитель 3 ключ 9 и тиристор 11 целесообразно включать поочередно: после снижения зарядного тока до нуля через один из них включают другой. Поскольку для упрощения эти элементы целесообразно выполнять на обычных (однооперационных) тиристорах, то заряд накопительных основного 7 и дополнительного 11 конденсаторов происходит за один цикл включения ключей. Таким образом, готовность блока перевозбуждения к реализации режима перевозбуждения определяется завершением заряда каждого из конденсаторов 7 и 11 до напряжения, равного напряжению на выходе выпрямителя 3, и надежным запиранием ключей-тиристоров 9 и 11 (в результате естественного спадания зарядных токов до нуля). После выполнения этих условий в нужные моменты, заданные разработчиком системы и определяемые блоком управления 12, подают отпирающий, а затем запирающий импульсы на управляющий вход разрядного ключа 8. В результате на интервале, равном длительности импульса перевозбуждения, напряжение по цепи питания инвертора повышается не менее чем в 2 раза. Во столько же раз повышается напряжение на якорной обмотке гистерезисных двигателей, что и обеспечивает задаваемый режим их перевозбуждения. Практически амплитуда импульса перевозбуждения оказывается большей, чем удвоенное напряжение выпрямителя, так как в зарядных цепях конденсаторов 7, 11 всегда присутствуют паразитные индуктивности, которые в зависимости от их значений в пределе могут приводить к четырехкратному повышению амплитуды импульса перевозбуждения относительно выходного напряжения выпрямителя.

Работоспособность системы при низкокосинусных нагрузках обеспечивается при выполнении зарядного управляемого ключа 9 в виде двух встречно-параллельно включенных тиристоров 13 и 14. Например, в инверторе 4 с простейшим π-алгоритмом управления при соsφ<0,53 по его цепи питания в определенные моменты времени протекает ток обратного направления. Во избежание недопустимых перенапряжений обратный поток энергии должен взять на себя один из конденсаторов, например 7. Для этого включают зарядный тиристор 13. Включением тиристора 14 может осуществляться возврат избыточной энергии накопительного конденсатора 7. Эта операция проводится в те моменты времени, когда ток в цепи питания инвертора имеет прямое направление.

Использование системы электропитания гистерезисных электродвигателей обеспечивает повышение КПД и расширение функциональных возможностей за счет получения требуемой более высокой кратности перевозбуждения и работоспособности системы электропитания как при низкокосинусных, так и при высококонусных нагрузках.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано как в одиночных, так и в групповых многодвигательных электроприводах переменного тока. Техническим результатом является повышение КПД и расширение функциональных возможностей. Система питания гистерезисных электродвигателей содержит связанные между собой шинами питания постоянного тока блок преобразования напряжения в виде трехфазного выпрямителя и трехфазный инвертор напряжения. На выходе последнего включен гистерезисный двигатель. Между шинами питания включена силовая часть блока перевозбуждения, которая включает в себя накопительный конденсатор, разрядный и зарядный ключи, дополнительный зарядный ключ, дополнительный накопительный конденсатор. Управляющие входы разрядного, зарядного и дополнительного зарядного ключей соединены с соответствующими выходами блока управления. Заряд конденсаторов до требуемого уровня напряжения осуществляется отпиранием зарядного ключа и дополнительного зарядного ключа. Готовность блока перевозбуждения к реализации режима перевозбуждения определяется завершением заряда каждого из конденсаторов до напряжения, равного напряжению на выходе выпрямителя, и надежным запиранием зарядного и разрядного ключей (тиристоров). В нужные моменты, определяемые блоком управления, подают отпирающий, а затем запирающий импульсы на управляющий вход разрядного ключа. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Система электропитания гистерезисных электродвигателей, содержащая соединенные между собой первой и второй шинами питания блок преобразования напряжения и инвертор напряжения, выход последнего подключен к гистерезисным электродвигателям, блок перевозбуждения, включающий в себя накопительный конденсатор, первая обкладка которого подключена к первой шине питания, зарядный и разрядный управляемые ключи, вторая обкладка накопительного конденсатора соединена с одним из силовых выводов зарядного и разрядного ключей, и блок управления этими ключами, отличающаяся тем, что блок перевозбуждения снабжен дополнительными зарядным управляемым ключом, например тиристором, и накопительным конденсатором, одна из обкладок которого соединена со второй шиной питания, а другая его обкладка подключена к точке соединения другого силового вывода управляемого разрядного ключа с первым силовым выводом дополнительного управляемого зарядного ключевого элемента, второй вывод которого подключен к первой шине питания, а его управляющий вход соединен с соответствующим выходом блока управления.2. Система электропитания гистерезисного электродвигателя по п.1, отличающаяся тем, что зарядный управляемый ключ блока перевозбуждения выполнен с односторонней проводимостью, например, в виде тиристора.3. Система электропитания гистерезисного электродвигателя по п.1, отличающаяся тем, что зарядный управляемый ключ блока перевозбуждения выполнен с двухсторонней проводимостью, например, в виде двух встречно-параллельно включенных тиристоров.4. Система электропитания гистерезисного электродвигателя по п.1, или 2, или 3, отличающаяся тем, что разрядный управляемый ключ выполнен полностью управляемым, например, в виде запираемого тиристора.