Электропривод переменного тока Советский патент 1987 года по МПК H02P7/42 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике управления угловыми скоростями электродвигателей неременного тока: асинхронных и синхронных, и может быть использовано при создании безредук- торного электропривода низкоскоростного технологического оборудования.

Целью изобретения является повышение энергетических показателей и упрощение реализации режима реверса.

На фиг. 1 представлена электрическая блок-схема электропривода переменного тока; на фиг. 2 - диаграмма работы ключей; на фиг. 3 - осцилограмма напряжений на обмотках электродвигателя; на фиг. 4-6 - векторные диаграммы несимметричной трехфазной системы.

Электропривод переменного тока содержит асинхронный электродвигатель 1, обмотки фаз которого подключены к фазам А, В, С сети, ключи 2-4 переменного тока, т трансформаторов 5-7, первичные обмотки 8-10 которых через ключи 2-4 соединены с фазами сети, вторые выводы первичных обмоток трансформаторов подключены к нулевому N проводу сети, вторичные обмотки 11 -13 трансформаторов 5-7 последовательно соединены друг с другом и одним выводом подключены к нулевому проводу сети, а другим выводом - к общей точке фаз электродвигателя 1. Кольцевой распределитель 14 импульсов соединен выходами с управляющими цепями ключей 2-4 переменного тока. Триггер 15 своим выходом подключен к первому входу распределителя 14 .импульсов, а входом - к переключателю 16. Управляемый генератор 17 с задатчиком 18 соединен с вторым входом распределителя 14 импульсов.

Электропривод работает следующим образом.

Управляемый генератор 17 вырабатывает импульсы с частотой v (фиг. 2), которая зависит от положения движка задатчика 18. При отключенном блоке управления электродвигатель имеет синхронную угловую скорость.

Положим, что в момент времени / О согласно диаграмме работы распределителя 14 импульсов управляющий сигнал на его выходе С имеет значение, соответствующее полному открытию ключа 2 переменного тока. Таки.м образом, первичная обмотка трансформатора 5 находится под напряжением фазы С. На вторичной обмотке трансформатора 5 появляется переменное напряжение правильной синусоидальной формы с частотой сети соо и фазой сро (фиг. 3, диаграмма 0).

В этом случае напряжение на обмотке статора А падает до нуля, так как она оказывается между шинами одной и той же фазы С (фиг. 3, кривая А). Напряжение обмотки В обуславливается суммой двух синусоидальных напряжений фаз В и С одной

и той же амплитудой и частотой, но с разными фазами фв и фс Суммой этих двух величин является напряжение также правильной синусоидальной формы ToJ же частоты (частоты сети) амплитудой в д/3 раз больше и фазой q),-| фв.- фс (фиг. 3, кривая В). Соответственное напряжение обмотки С также имеет синусоидальную фо.рму с той же (в УЗ раз больше) амплитудой, но другой фазой ф(,,фд-ф (фиг. 3, кривая С).

Векторная диаграмма электродвигателя 1 в интервале времени О-1 (фиг. 4а) представляет собой несимметричную трехфазную систему напряжений. Однако разложение данной несимметричной трехфазной системы

5 на симметричные составляющие показывает, что величина напряжений симметричной последовательности EI, обуславливающей основное вращение магнитного поля статора в воздущном зазоре, остается неизменной (фиг. 46), т. е. величина магнитного по0 тока и направление его вращения остаются неизменными.

Величина напряжений обратной последовательности симметричной составляюнаей равна нулю (фиг. 4в) и не нарушает усло5 ВИЙ основного вращения магнитного поля статора.

Величина напряжений нулевой последовательности симметричной составляющей Е, имеет величину фазного напряжения и угол фазы С (фиг. 4г). Действительно, в любой

0 момент времени О-ti нейтральная точка электродвигателя 1 находится под потенциалом фазы С, так как включен трансформатор 5. Будем условно считать, что под действием рассмотренной несимметричной системы напряжений ( фиг. 4а) ротор элек5 тродБигателя вращается по часовой стрелке (как и при работе от сети).

В момент времени i по сигналу распределителя 14 блока управления ключ 2 закрывается, а ключ 3 открывается, тогда через трансформатор 6 на нейтральную

точку электродвигателя подается напряжение фазы S. В этом случае напряжение обмотки В статора, подключенной своим выводом к фазе В, падает до нуля (фиг. 3, диаграмма В). Напряжения обмоток С и Л 5 обуславливаются суммой поданных на их выводы синусоидальных напряжений с частотой сети и фаз соответственно ф и фд и Фа 1 Фс (фиг. 3, диаграммы А, С. Таким образом, амплитуда напр яжений обмоток С и Л возрастает в /3 раза, и они 0 имеют правильную синусоидальную форму с величиной фаз соответственно ф| фс-Фв и ф, -q:g-. Напряжение обмотки А, оставаясь, неизменным по амплитуде, частоте и форме, сдвигается на угол - фл-с , т. е. происходит смещение фазы 55 напряжения обмотки А на 60° {)- Векторная диаграмма электродвигателя 1 в момент времени имеет вид, представленный на фиг. 5а.

Полученная несимметричная трехфазная система напряжений разложения на симметричные составляющие показывает, что по- прежнему прямая составляющая симметричной системы, обуславливающая основное вращение магнитного поля в зазоре электродвигателя, остается неизменной (фиг. 56), а обратная составляющая равна нулю (фиг. 50). Вектор ее нулевой составляющей, оставаясь неизменным по величине, поворачивается на угол 120°(-|-) против часовой стрелки (фиг. 5г) по отнощению к интервалу времени О-{| (фиг. 4г).

В момент времени /2 блок управления согласно циклограмме его работы (фиг. 2г) закрывает ключ 3 (фиг.1) и открывает ключ 2, который через трансформатор 5 прилагает к нейтральному проводу электродвигателя напряжение фазы А. Тогда напряжение ста- торной обмотки А падает до нуля (фиг. 3, диаграмма С), напряжение обмотки С сдвигается на угол 60° (4-) и имеет фазу Ф ФС-фА, а напряжение обмотки В - ф„ фв- фл (фиг. 3, диаграмма В), при этом векторная диаграмма электродвигателя 1 в интервале времени имеет вид, представленный на фиг. 3. Анализ симметричных составляющих системы (фиг. 66, в, г) показывает неизменность величины прямой составляющей Е и отсутствие обратной составляющей (2 0), а также поворот вектора нулевой последовательности против часовой стрелки (против основного вращения магнитного поля статора) еще на 120°(-|-).

В момент времени / 1з происходит очередное переключение силовых ключей 2-4 в соответствии с циклограммой (фиг. 2) и на нейтральном проводе электродвигателя 1 оказывается вновь потенциал фазы С. Напряжения обмоток статора принимают значения, аналогичные временному интервалу О /1 (фиг. 3, диаграммы А, В, С). Вектор п, сделав очередной сдвиг на 120°, совершает один оборот вокруг оси О. Таким образом, переключая силовые ключи 2-4 и подавая на нейтральную точку электродвигателя 1 поочередно потенциалы фаз А, В я С и смещая фазы напряжений статорных обмоток, заставляют вращаться вектор нулевой последовательности Е,в данном случае, против основного вращения магнитного поля. Амплитуда напрджений на обмотках статора возрастает в л/З раз, поэтому либо необходимо устанавливать электродвигатель выше на ступень по напряжению (например, при напряжении сети 220/380 В на 380/ 660 В), либо работать при уменьшенном напряжении.

Теперь угловая скорость магнитного поля статора обуславливается двумя факторами: прямой составляющей симметричной системы |, которая не зависит от процесса коммутации силовых ключей, оставаясь постоянной и равной по величине при рассмотренных перекосах фаз симметричной

системы трехфазных напряжений при работе электродвигателя непосредственно от сети (без управления) и при неподвижных обмотках в статоре создает вращаюп1ее магнитное поле, угловая скорость которого зависит

от частоты сети и числа пар полюсов обмотки, а направление - от порядка подключения статорных обмоток к трехфазной сети (порядка следования фаз токов в обмотках); нулевой составляющей симметричной системы ЕО, угловая скорость которой ф

зависит от частоты коммутации силовых ключей, т. е. от частоты управляемого генератора 17, а направление - от порядка коммутации фаз к нейтральному проводу, т. е. от положения переключателя 16. Результирующая скорость /; магнитного

поля в воздушном зазоре электродвигателя 2 определяется выражением

« /г°±Ф 1±1 1(;-+|;,.

Таким образом, изменяя частоту управ- ляемого генератора 17 при noMonui задат- чика 18, можно изменять угловую скорость электродвигателя I в пщроком диапазоне вверх и вниз от синхронной скорости п°.

При этом данный электропривод имеет по сравнению с известными расп1ирс ые функциональные возможности за счет pacnni- рения диапазопа регулирования скорости электропривода, особенно вниз от сипхроп- ной при реализации пизких и ползучих скоростей ротора, путе.м изменения , югики работы силовых ключей на обратную: чем ниже скорость, тем выше частота коммутации, и возможности остановки ротора э, 1ск- тродвигателя переменного тока при п° -ф.

При этом л О - (/ ±|-). т. е. f и Гц.

Частота коммутации силовых ключей при этом 50 Гц.

Указанная возмолчпость нозво,пяет использовать данный привод для п,павного пуска нагруженпых асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором из одной точки путем плавпого изменения частоты генератора 17.

При этом возможно осуществление реве;: - са вращения при , т. е. при Гц, когда угловая скорость нулевой составляющей ЕО симметричной системы превышает скорость основного врап 1ен11я магнитного поля при вращении вектора Ео в обратную

сторону. В настоящее время для осуществления реверса вращения требуются либо допо.- нительные силовые ключи переме 1пого тока, либо релейпо-ко11тактная аппаратура для переключения силовых клемм электродвигателя.

Энергетические характеристики регулируемого электропривода улучшаются за счет уменьшения влияния работы электропривода на сеть в результате осушествления фазо- сменд,ения путем сложения гармонических нанряжений сетевых фаз с получением результирующего напряжения правильной синусоидальной формы с минимальными искажениями и уменьшения нотерь в электро- двигателе от высших гармоник, как это имеет место при управлении от тиристорных преобразователей частоты.

Повышение надежности работы регулируемого электропривода переменного тока осуществляется за счет упрощения схемы силового блока до трех силовых ключей и трех трансформаторов (при трехфазной системе питания) и блока управления до нескольких элементов цифровой техники (триггер, регистр, генератора импульсов) и исключения возможности возникновения коротких замыканий за счет задержки выключения или случайного ложного включения силовых ключей разнь х фаз. Ложное включение любого ключа в данном устройстве приводит к нарушению процесса фазосме- щепия, что незаметно при единичных на- рун1ениях порядка коммутации, если иметь в виду частоту переключения около 50 Гп.

Формула изобретения

Электропривод переменного тока, содержащий w-фазный электродвигатель, т силовых ключей переменного тока, снабженных выводами для подключения к соответствующим фазам сети, распределитель импульсов, выходами соединенный с управляющими цепями т силовых ключей, триггер, отличаю- ш,ийся тем, что, с целью повышения энергетических показателей и упрощения реализации режима реверса, распределитель импульсов спабжен вторым входом и введены унравляемый задаюнхий генератор с задат- чиком на входе, переключатель и т трансформаторов, одни выводы первичных обмоток которых соединены между собой и предназначены для подключения к нулевому проводу сети, второй вывод первичной обмотки каждого трансформатора соединен с соотБетствуюш,им ключом переменного тока, вторичные обмотки трансформаторов соединены между собой последовательно и снабжены выводами для подключения к нулевому проводу сети и общей точке т-фаз- ной статорной обмотки, спабженной выводами для подключения к фазам сети, нереключатель соединен с входом триггера, выход которого соединен с первым входом распределитео 1я импульсов, второй вход которого подключен к выходу управляемого задающего генератора.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в низкоскоростном технологическом оборудовании. Целью изобретения является повышение энергетических показателей и упрощение реализации режима реверса. Цель достигается тем, что в электроприводе распределитель импульсов (РИ) 14 снабжен вторым входом и в электропривод введены перек.чю- чатель 16, управляемый задающий генератор 17 с задатчико.м 18, т трансформаторов (Т) 5-7. Одни выводы первичных обмоток 8-10 соединены п подключены к нулевому N проводу сети. Другой вывод первичной обмотки каждого трансформатора 5-7 соединен с соответствуюпщм ключом 2 А. Вторичные обмотки 11 --13 соединены последовательно. Одним выводом вторичные обмотки подключены к общей точке фаз обмотки асинхронного двигателя 1, а другой вывод подключен к нулевому Л проводу сети. Переключатель включен на входе триггера 15, выходом соединенного с первым входом РИ 14. Второй вход РИ 14 подключен к выходу генератора 17. В электроприводе обеспечивается расширение диапазона регулирования скорости за счет изменения логики работы силовых ключей. 6 ил. со ОО о со ьо о

В) ,

,

,

.

/-/.j

SJ/ г

/j tfl

f.

«J

.

,7

а} 111

)

UE,) И,)

, Ч

)

-l: .

,.lf L

Е,-а

Редактор И. Николайчук Заказ 1447/52

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Тарасов Техред И. ВересКорректор Т. Колб

Тираж 661Подписное