ПРИВОДНОЙ ДВИГАТЕЛЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА С ЦЕПЬЮ САМОВОЗБУЖДЕНИЯ ПИТАНИЯ ОБМОТКИ ЯКОРЯ Российский патент 2013 года по МПК H02P9/02 H02P5/46 H02P1/54 

Изобретение относится к области электротехники, а именно приводам переменного тока.

Наиболее близким аналогом предлагаемого электропривода является асинхронный двухдвигательный электропривод со сложением механических характеристик (см. «Общий курс электропривода» М.Г.Чиликин, А.С.Сандлер, Москва, Энергоиздат, 1981 г., стр.216). Указанный электропривод состоит из двух механически связанных асинхронных электродвигателей, один из которых работает в двигательном режиме, а второй - в генераторном, в режиме торможения противовключением. Механические характеристики этих машин складываются, и результирующий момент на валу всегда меньше максимального момента, развиваемого асинхронным двигателем, работающим в двигательном режиме. У данного привода низкий кпд.

Задачей изобретения является увеличение кпд двухдвигательного привода.

Это достигается подключением к ротору второго двигателя цепи самовозбуждения, в результате чего на общем валу появляется дополнительный момент, дающий увеличение результирующего момента, а следовательно, и кпд привода.

В предлагаемой схеме привод состоит из первичного приводного двигателя ПД1; приводного эл. двигателя с цепью самовозбуждения питания обмотки якоря ПД2; и нагрузки Н, в качестве которой может быть механизм пли генератор. Первичный приводной двигатель является асинхронным электродвигателем. Приводной двигатель с цепью самовозбуждения питания обмотки якоря состоит из следующих элементов: двигателя переменного тока 1 (для простоты рассмотрения выбран однофазный эл. двигатель); трансформатора 2; стабилитронов 3, 4, служащих для стабилизиции напряжения на первичной обмотке трансформатора на уровне U₁=U_ном/n; конденсаторов 5, 6, 7, служащих для компенсации индуктивностей обмотки приводного двигателя ПД2, первичной и вторичной обмоток трансформатора.

На фиг.1 представлена принципиальная схема привода с эл. двигателем переменного тока с цепью самовозбуждения питания обмотки якоря.

На фиг.2 представлена векторная диаграмма работы цепи самовозбуждения питания обмотки якоря.

Работа привода осуществляется следующим образом.

Первичный приводной двигатель ПД1 разгоняет приводной двигатель ПД2 до какой-то угловой скорости ω, меньшей в n раз от рабочей угловой скорости ω_ном, на которую рассчитан приводной эл. двигатель ПД2. В обмотке приводного эл. двигателя ПД2 возникнет ЭДС, равная Е_д, которая также будет меньше от рассчетной величины при работе двигателя в рабочем режиме, когда ω равно ω_ном.

Одновременно в обмотке эл. двигателя возникнет ток, J_д и на клеммах появится напряжение U_д=U₁. Также появится напряжения U₁, ток J₁, и ЭДС E₁ на первичной обмотке трансформатора 2.

Это можно записать в виде уравнения электрического состояния:

U₁=Е_д-(R_д+jХ_Lд-jX_С1)×J_д - на эл. двигателе;

U₁=-Е₁+(R₁+jХ_L1-jX_С2)×J₁ - на первичной обмотке трансформатора.

Трансформатор выполнен с коэффициентом трансформации n=U_ном/U₁,

где

U_ном - номинальное напряжение приводного эл. двигателя ПД2,

U₁ - напряжение на первичной обмотке трансформатора.

Так как трансформатор находится в режиме нагрузки, т.е. его вторичная обмотка подключена к нагрузке, то во вторичной обмотке возникнет ЭДС равная Е₂, напряжение U₂ и ток J₂. Напряжения U₂ на вторичной обмотке трансформатора должно быть приблизительно равным номинальному напряжению U_ном работы приводного двигателя ПД2.

Это можно записать в виде уравнения электрического состояния:

U₂=Е₂-(R₂+jХ_L2-jX_С3)×J₂ - на вторичной обмотке трансформатора;

Е₂=nE₁; U₂=-U_ном,

где

U_ном - номинальное напряжение эл. двигателя ПД2.

В результате в обмотке приводного эл. двигателя ПД2 в том случае, если бы вторичная обмотка трансформатора была подключена например на активное сопротивление R, возникло бы ЭДС Е_Д, ток J_Д и напряжение U_Д на клеммах эл. двигателя. Однако при данном виде подключения напряжение на клеммах эл. двигателя станет U_ном>U_Д, возникнет ЭДС равная ΔЕ_Д>Е_Д, и изменится направления тока J_Д на ΔJ_Д.

Это можно записать в виде уравнения электрического состояния:

U_ном=ΔЕ_Д+(R_Д+jХ_LД-jX_C1)×ΔJ_Д.

Подбирая емкости конденсаторов C₁, С₂, С₃ можно добиться компенсации влияния индуктивностей приводного двигателя ПД2, первичной и вторичной обмоток трансформатора на работу цепи (см. векторную диаграмму). В этом случае влияние индуктивных и емкостных сопротивлений в уравнениях состояния взаимнокомпенсируется и остаются только активные сопротивления. Векторные направления напряжений U₁ и U_ном, а также ЭДС Е_Д и ΔЕ_Д совпадают.

Электромагнитная мощность приводного двигателя ПД2 при этом станет равна:

Р_эм=ΔE_Д×ΔJ_Д×cosφ,

cosφ=1,

где φ - угол между ЭДС и током в обмотке приводного двигателя ПД2. Т.е., он будет работать в двигательном режиме.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в приводах переменного тока. Техническим результатом является увеличение кпд. В приводном двигателе переменного тока к ротору второго двигателя подключена цепь самовозбуждения, в результате чего появляется дополнительный момент на общем валу привода. Привод состоит из первичного приводного двигателя (ПД1) приводного электрического двигателя (ПД2) с цепью самовозбуждения питания обмотки якоря; и нагрузки (Н), в качестве которой может быть механизм или генератор. Приводной двигатель с цепью самовозбуждения питания обмотки якоря состоит из следующих элементов: двигателя переменного тока (1), трансформатора (2); стабилитронов (3, 4), служащих для стабилизации напряжения на первичной обмотке трансформатора, конденсаторов (5, 6, 7), служащих для компенсации индуктивностей обмотки приводного двигателя ПД2, первичной и вторичной обмоток трансформатора. 2 ил.

Приводной электродвигатель переменного тока с цепью самовозбуждения питания обмотки якоря, входящий в двухдвигательный асинхронный электропривод, состоящий из первичного приводного двигателя и электродвигателя с цепью самовозбуждения питания обмотки якоря, отличающийся тем, что содержит цепь самовозбуждения питания обмотки якоря, включающую в себя: трансформатор, первичная и вторичная обмотки которого подключены к обмотке якоря; стабилитроны, включенные параллельно первичной обмотке трансформатора; конденсаторы, подключенные последовательно с обмотками индуктивностей трансформатора и якоря электродвигателя; служащую для изменения направления тока и создания дополнительной величины э.д.с. в обмотке якоря электродвигателя по сравнению с той величиной э.д.с., которая возникает в ней в результате предварительного разгона вала первоначальным приводным двигателем до угловой скорости ω=ω_ном/n.