Электропривод Советский патент 1984 года по МПК H02P5/00 

. 2. Электропривод по п.1, отличающийся ,тем, что блок управления ЭДС выполнен в виде машины постоянного тока последовательного возбузцдения, якорь которой механич.ески связан с маховиком и подключен параллельно цепи якорей электродвигателей постоянного тока через обмотку независимого возбуждения машины постоянного тока регулируемого аккумулятора энергии, а на валу маховика установлена муфта свободного хода, ведомый вал которой жестко закреплен.

1. ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий электродвигатели постоянного тока, якори которых соединены последовательно с регулируемым аккумулятором энергии и подключены к сети переменного тока через источник тока с неуправляемьм выпрямителем на выходе, а регулируемый аккумулятор энергии снабжен собственным блоком управления ЭДС, один из входов которого подключен параллельно цепи якорей электродвигателей, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потерь, энергии, регулируемый аккумулятор эйергии выполнен в виде маховика и машины постоянного тока независимого возбуждения с якорем, последовательно соединенным с якорями электродвигателей, выходной вал которой соединен с маховиком, связанным с другим входом блока управления ЭДС, а выход блока управления ЭДС соединен с обмоткой возбуждения машины постоянного тока регулируемого аккумулятора энергии. О UD С

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам для регулирования крутящего момента как одного, так и более двигателей постоянного тока путем управления от вспомогательного источника энергии, и может быть использовано, например, в судовых следящих механизмах, работакхцих как в двигательном, так и в тормозном режимах, в частности в судовых следящих по натяжению лебедках, выполняющих грузовые операции в условиях морского волнения, для обеспечения постоянства натяжения каната, в качестве привода для успокоителей качки, а также в нагружательных устройствах испытательных стендов, служшцих для испытания судо вых механизмов, например якорно-швар товых. Известен электропривод, содержащи источник в-ока, например трехфазный индуктивно-емкостной преобразователь (ИЕП), неуправляемый выпрямитель, к клеммам которого через последовате но соединенный энергоотбирающий рези тор подключен якорь исполнительного двигателя постоянного тока, обмотка возбуждения которого подключена к ре гулятору тока возбуждения 1. Однако наличие энергоотбирающего резистора снижает КПД привода и увеличивает установленную мощность трех фазного ИЕП, величина которой (учиты вая равенство мощностей резистора и исполнительного двигателя в двигател ном режиме работы) удваивается в случае равенства абсолютных значений частоты вращения якоря исполнительного двигателя в двигательном и тормознем режимах. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является электропривод, содержащий электродвигатели постоянного тока, якори которых соединены последовательно с регулируемым аккумулятором энергии и подключены к сети переменного тока через источник тока с неуправляемым выпрямителем на выходе,а регулируемый аккумулятор энергии снабжен собственным блоком управления ЭДС,один из входов которого подключен параллельно цепи якорей электродвигателей С 2. Однако наличие связанного с сетью регулируемого аккумулятора энергии, преобразующего постоянный ток, протекающий в цепи якорей двигателей, в переменный ток, рекуперируемый в сеть при работе электропривода в генераторном режиме и наоборот при работе последнего в двигательном режиме снижает КПД электропривода и ухудшает его коэффициент мощности. Так, применение в качестве регулируемого аккумулятора энергии электромащинного преобразователя не позволяет обеспечить КПД электропривода более 0,660,75, а коэффициент мощности более 0,9. Применение для этих целей регулируемых статических преобразователей позволяет несколько повыситьКПД по сравнению с электромащинными, но требует установки сглал01вающих фильтров в силовой цепи для снижения отрицательного влияния статического преобразователя на питающую сеть, что усложняет электропривод. При за- конопеременном гармоническом изменении скорости исполнительных двигателей под действием переводящих электропривод в режим противовключеия внещних сил, Hanptmep при удержании качающегося на морском волнении судна постоянно натянутым канатом КПД и коэффициент мощности вследствие неполной загрузки еще более ухудшаются. Применение не связанного с сетью регулируемого резистора еще больше снижает КДЦ электропривода. Цель изобретения - уменьшение потерь энергии. Поставленная цель достигается тем что в электроприводе, содержащем электродвигатели постоянного тока, якори которых соединены последователь но с регулируемым аккумулятором энергии и подключены к сети переменного тока через источник тока с неуправляемым вьшрямителем на выходе, а регулируемый аккумулятор энергии снабжен собственным блоком управления ЭДС, один из входов которого подключен параллельно цепи якорей электродвигателей, регулируемый аккумулятор энергии выполнен в виде маховика и машины постоянного тока независимого возбуждения с якорем, последовательно сое- диненньм с якорями электродвигателей выходной вал которой соединен с маховиком, связанньм с другим входом бло ка управления ЭДС, а выход блока упра ления ЭДС соединен с обмоткой независимого возбуждения машины постоянного тока регулируемого аккумулятора энергии. Кроме того, блок управления ЭДС выполнен в виде машины постоянного тока последовательного возбуждения, якорь которой механически связан с маховиком и подключен параллельно цепи якорей электродвигателей постоянного тока через обмотку независимого возбуждения машины постоянного тока регулируемого аккумулятора энер гии, а на валу маховика установлена муф|та свободного хода, ведомый вал которой жестко закреплен. При таком выполнении электроприво да, благодаря наличию маховика и машины постоянного тока независимого возбуждения с якорем, последовательно соединенным с якорями электродвигателей постоянного тока, энергия, поступающая от этих электродбигателей в режиме противовключения (торможения) не возвращается в сеть, а уходит на paiaroH маховика посредством перешедшей в двигательный режим машины постоянного тока независимого о возбуждения. Работа же этой машины 1 8 4 постоянного тока в двигательном режиме возможна благодаря наличию механической связи маховика с одним из входов блока управления ЭДС регулируемого аккумулятора энергии и электрической связи последнего с обмоткой независимого возбуждения машины постоянного тока с возможностью создания ЭДС регулируемого аккумулятора энергии, направленной противоположно ЭДС якорей электродвигателей постоянного тока. При переходе электродвигателей постоянного тока-в двигательный режим работы происходит обратное явление, т.е. накопленная маховиком энергия посредством машины постоянного тока независимого возбуждения подводится к электродвигателям, а это исключает необходимость преобразования постоянного тока в переменный и наоборот, что повьш1ает КПД электропривода, а также коэффициент мощности. На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого электропривода. Электропривод содержит электродвигатели постоянного тока (показано два электродвигателя, но их количество может быть и иным), якори 1 и 2 которых соединены последовательно с регулируемым аккумулятором 3 энергии и подключены к сети 4 переменного тока через источник 5 .тока, например трехфазный индуктивно-емкостной преобразователь тока, с неуправляемым выпрямителем 6 на выходе. Регулируемый аккумулятор 3 эйерЛи снабжен собственньм блоком 7 управления ЭДС, который подключен параллельно якорям 1 и 2 электродвигателей постоянного тока. Аккумулятор 3 энергии выполнен в вцде маховика 8, установленного на валу 9 с возможностью вращения, и машины постоянного тока с обмоткой 10 независимого возбу;кдения, якорь 11 которой последовательно соединен ю . якорями i и 2 электродвигателей постоянного тока, Выходной вал 12 машины пЪстоянного тока соединен с валом 9маховика В, оторый связан механически с одним из входов блока 7 управления ЭДС. Выход блока 7 управления ЗДС связан электрически с обмоткой 10независимого возбуждения машины постоянного тока регулируемого аккумулятора 3 энергии с возможностью создания ЭДС регулируемого аккумулятора энергии, направленной противоположно ЭДС якорей электродвигателей Направление ЭДС регулируемого аккуму лятора энергии зависит от подключения концов обмотки 10 независимого возбуждения. Блок 7 управления регулируемого аккумулятора 3 энергии выполнен, например, в -виде машины-ПОСТОЯННОГО тока с обмоткой 13 последовательного возбуждения и якорем 14, выходной вал 15 которой (являющийся входом блока 7 управления) механически связан с.маховиком 8 с возможностью син хронного вращения, например, посред. ством другого конца вала 12, выведен ного на противоположную сторону машины. Блок 7 управления подключен параллельно цепи якорей 1 и 2 электродвигателей постоянного тока через обмотку to независимого возбуждения машины постоянного тока регулируемог аккумулятора 3 энергии, а на валу 9 маховика 8 установлена муфта 16 свободного хода для исключения его реве са, для чего ее ведомый вал жестко закреплен, например, на корпусе. При этом ЭДС блока 7 управления направле на противоположно ЭДС якорей 1 и 2 электродвигателей постоянного тока. Направление ЭДС блока 7 управления зависит от подключения концов обмотк 13 последовательного возбуждения. Электродвигатели постоянного тока имеют обмотки 17 и .18 независимого возбуждения и автономные источники 19 и 20 питания. Выполнение блока 7 управления ЭДС и соединение вала 15 с маховиком 8 может быть и иным. Так, блок 7 управ ления может быть выполнен в виде ма,шины параллельного возбуждения с электронным управлением, а соединени вала 15 с маховиком 8 может быть осу ществлено с помощью редуктора. .Во время работы через якорь 11 и якоря 1 и 2 протекает ток неизменн величины и направления, создаваемый источником 5. тока. Ток ,- протекающий через обмотку 13 и якорь 14 и последовательно включенную с ними обмотку 10 составляет не более 2-3% от тока, протекающего через якорь 11, поэтому влияением блока 7 управления ЭДС на работу яко рей 1 и 2 электродвигателей можно пренебречь. 1 86 При пуске электропривода под действием тока, протекающего через якори 1 и 2, электродвигатели разгоняются, что вызывает увеличение ЭДС на . них, и соответственно, увеличение тока в обмотке 10. Под действием токов, протекающих через якорь J1 и обмотку 10, на валу 12 возникает увеличивающийся крутящий момент, стремящийся разогнать маховик 8.Однако муфта 16 свободного хода, ведомый вал (на чертеже левый) который неподвижно закреплен, препятствует вращению в этом направлении. Поэтому вся энергия, поступающая при пуске через неуправляемый выпрямитель 6 в цепь якорей 1 и 2 электродйигателёй и регулируемого аккумулятора 3 энергии, идет только .на разгон якорей 1 и 2 электродвигателей постояного тока. Работа электропривода в установившемся двигательном режиме отличается от режима пуска только тем, что- частота вращения якорей 1 и 2 электродвигателей определяется внешней нагрузкой И может изменяться по любому закону, не изменяя своего направления в течение продолжительного времени. При переходе под действием внешних сил якорей 1 и 2 электродвигателей в режимы противовключения направление ЭДС На них изменяется на противоположное и, соответственно, изменяется на противоположное направление тока . в обмотке 10. Под действием токов, протекающих через якорь 11 и обмотку 10 на валу 12 возникает крутящий момент, который разгоняет маховик 8, причем муфта 16 свободного хода не препятствует вращению маховика 8 и связанного с ним якоря 11 в этом направлении, что вызывает ЭДС на якоре 11, направленную противоположно ЭДС на якорях 1 и 2 электродвигателей. По мере разгона маховика 8,связанного с якорем 14, ЭДС на якоре 14, . направленная противоположно ЭДС на якорях 1 и 2, вызывает уменьшение величины тока, протекающего через обмотки 10 и 13. ЭДС на якоре 11 пропорциональна произведению частоты вращения якоря 11 и тока, протекающего через обмотку 10, поэтому величина этой ЭДС мало зависит от частоты вращения связанного с якорем 11 маховика 8 и изменяется по величине синхронного с ЭДС на якорях 1 и 2, а направлена противоположно последней. Так как ток, протекающий через якорь 11и якори 1 и 2 не изменяет своего направления, а ЭДС на якорях приблизительно равны, но направлены против положно, то мощность, генерируемая якорями 1 и 2, приблизительно равна мощности, расходуемой на разгон якор Ml и связанного с ним маховика 8. Этим достигается накапливание (аккумулирование) генерируемой якорями 1 и 2 энергии путем превращения ее в кинетическую энергию маховика 8, что исключает возврат ее в сеть путем преобразования постоянного тока в переменный и снижает потери энергии при работе электропривода в генераторном режиме, При переходе якорей 1 и 2 электродвигателей в двигательный режим одни под действием протекающего черей них тока разгоняются, увеличивая ЭДС, причем направление ее становится противоположным тому, которое было в режиме противовключения.За счет этого изменяются направление тока в обмотке 10 и ЭДС на якоре 11. Под действием токов, протекающих через якорь 11 и обмотку 10, на валу 12возникает тормозной момент, который снижает частоту вращения маховика 8, что приводит к снижению ЭДС на связанном с ним якоре 14. Так как эта ЭДС направлена противоположно ЭДС на якорях 1 и 2, это вызывает увеличение тока, протекающего через обмотки 10 и 13. Благодаря этому ЭДС на якоре 11 по-прежнему мало зависит от частоты вращения связанного с якорем 11 маховика 8 и изменяется синхронно по величине и противоположно по направлению ЭДСна якорях 1 и 2 и в двигательном режиме работы последней. При этом осуществляется возврат накопленной в маховике 8 энергии к якорям 1 и 2 двигателей, что уменьшает величину потребляемой энергии из сети путем преобразования переменного тока в постоянный и снижает потери энергии при работе электропривода в двигательном режиме. Муфта 16 свободного ходя препятствует разгону маховика 8 благодаря энергии, поступающей через управляемый выпрямитель 6 и источник 5 тока из сети 4 переменного тока, а неуправляемый вьтряйитель 6 не позволяет возвращать (рекуперировать) энергию в сеть. Мощность, потребляемая из сети 4 переменного тока источником 5 тока, расходуется только на покрытие механических и тепловых потерь в электроприводе. Предлагаемый электропривод значительно /уменьшает потери энергии при работе во всех режимах и повышает коэффициент мощности сети. Кроме того, данный электропривод, вследствие того, что потребляемая им из сети мощность значительно меньше максимальной кратковременной развиваемой им мощности, может устанавливаться на судах с ограниченной мощностью электростанции, что расширяет круг задач, решаемый этими судами.