Устройство для частотного управления асинхронным двигателем Советский патент 1988 года по МПК H02P7/42 

4iib

Од

иС

Ul. 1

менного тока диодного моста 7, зашун- тированного дросселем 8 и тиристором 9. Катоды тиристоров 6,17 соединены с вершинами треугольников, составленных из конденсатойов 1, 20, 21, аноды тирксторов 17,9 - с вершинами треугольника, составленного из конденсаторов 22, 23, 24. Третья вершина пер- вого треугольника соединена с катодом тиристора 9, а третья вершина второго треугольника с анодом тиристора 6, Последовательно коммутируя тиристоры 6, 17, 9, обеспечивают

Изобретение относится к электротехнике, а также к преобразовательной технике и может быть использовано в регулируемом асинхронном электроприводе различных отраслей народно го хозяйства.-

Цель изобретения - расширение ; вверх диапазона регулирования частоты вращения управляемого асинхронного двигателя путём относительного зпвеличения напряжения на управляемом двигателе.

На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства для частотного управления асинхронного двигателя; на фиг.2 - 4 векторные диаграммы напряжений на отдельных фазах нагрузки и связанных с нею обмоток трансформаторов этого устройства..

Устройство для частотного управления асинхронного двигателя содержит силовой трехфазный .трансформатор 1 (фиг,1) с первичной 2 и вторичной 3 обмотками. Первичная обмотка 2 первыми (началами) вьшодами соединена с питающей трехфазной сетью, а вторыми вьгоодами (концами) - с выводами переменного тока первого диодного моста 4, зашунтированного по выходу постоянного тока последовательно соединенными дросселем 5 и тиристором 6. Вторичная обмотка 3 трансформатора 1 соединена в звезду (концами а ее выводы (начала) подключены к вьшодам переменного тока второго диодного мое та 7, зашунтированного по выходу постоянного тока последовательно соеди.-

..

различ-ные схемы подключения статорноЙ обмотки I3 асинхронного двигателя с обмотками традсформаторов 1, 10, из- 1еняя тем самым уровень подводимого к ней напряжения. Предлагаемое устройство позволяет в три раза уменьшить величину установившегося напряжения на входе переменного тока каждого из диодных мостов 4, 15, 7, обеспечивает ту же форму кривой напряжения на статорноЙ обмотке 13 и непре- рьшность тока в ней. 2 ил.

5 ;

J520

25

50

ненными дросселем 8 и тиристором 9. Устройство содержит также второй . трехфазный трансформатор IО с первич- ной 1.1 и вторичной 12 обмотками, первые выводы (начала) первичной обмотки этого трансформатора соединены с выводами переменного тока первого ди-i одного моста 4, а ее вторые вьшоды (конца) -- с первыми выводами (началами) статорноЙ обмотки 13 асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором 14. Вторичная обмотка 12 трансформатора 10 соединена в звезду (Концами), а ее выводы (начала) подключены к вьшодам переменного тока второго диодного моста 7,

Выводы переменного тока третьего диодного моста 15 подключены к вторым вьдаодам (концам) статорноЙ обмот- ки 13 асинхронного двигателя. Выводы постоянного тока указанного моста за- шунтированы последовательно соединенными дросселем 16 и тиристором 17. Силовой трансформатор 1 снабжен до- 4 полнительной первичной обмоткой 18 с вторыми выводами (концами) для под- i ключения к питающей сети, а первые вьюоды (начала) этой обмотки соединены с выводами переменного тока . третьего диодного моста 15. Катоды, тиристоров 6 и 17 соединены с соответствующими вершинами треугольника конденсаторов 19-21 первой группы, а аноды этих тиристоров - с соответствующими вершинами треугольника конденсаторов 22-24 второй группы. Третья вершина треугольника конденсаторов

19-21 соединена с катодом тиристора 9, а третья вершина треугольника конденсаторов 22-24 - с анодом тиристора 6.g

Устройство работает следующим образом.

Начальное состояние устройства соответствует одновременно запертому состоянию всех пгунтирующих тиристоров 10 6, 9 и 17. В этом случае пофазно и последовательно соединенные обмотки 18 и 2 трансформатора 1, обмотки П трансформатора 10 и статорная обмотка 13 образуют общее соединение тре- 15 угольником, вершины которого соеди- нень1 с шинами питающей сети. Фазы указанных обмоток образуют замкнутый проводящий контур в любой интервал времени. Поэтому напряжение на каж- 20 дои фазе статорной обмотки 13 определяется в результате сложения напряжений на соответствующей фазе указанных последовательно соединенных обмоток трансформаторов устройства. 25

Положение .вектора напряжения на какой-либо фазе статорной обмотки 13 зависит от того, какой из диодных мостов закорочен открытым в этот интервал времени шунтирующим тиристо- ЗО ром.

Закороченному состоянию того или иного диодного моста отвечает объединение в общую точку тех зажимов соответствующей обмотки трансформаторов 1 или 10, которые присоединены к входу переменного тока этого моста. Поэтому пе- .реход, например, от закороченного состояния моста 15 к закороченному состоянию моста 4 соответствует переходу от подключения звездой питакицей сети обмотки 18 трансформатора 1 к подключению к сети также звездой обмотки 2 того же трансформатора. При этом, если в первом случае объединя- 45 ются в нулевую точку начала обмотки 18, то во втором - концы обмотки 2. Это обуславливает изменение на 180 начальной фазы напряжения на обмотах трансформатора 1, что должно читьшаться построением векторных иаграмм этих напряжений (фиг.2-4).

Для разньпс интервалов времени, кажый из которых соответствует открытоу состоянию тиристора на выходе од- 55 ого из трехфазных диодных мостов, риведены векторные диаграммы напряений на тех фазах обмоток трансфораторов 1 и 10, которые входят в тот

35

4С

50

g

10 15 0 5

О

5

5

5

С

0

или иной замкнутый контур вместе со своей фазой статорной обмотки. Векторные диаграммы соответствуют закорачиванию мостов 4, 7 и 15 (фиг.1).

Далее работа устройства описьшает- ся на основании этих векторных диаграмм. Открытое состояние тиристора 17 на выходе диодного моста 15 приводит к закорачиванию этого моста; соединению в общую нулевую точку отмеченных звездочками зажимов отдельных фаз обмотки 3 силового трансформатора 1; соединению в общую нулевую точку вторых концов зажимов отдельных фаз статорной обмотки 13 управляемого асинхронного двигателя; соединению звездой первичной обмотки 18 трансформатора 1, фазы которой оказываются непосредственно присоединенными к питающей сети как лучи этой звезды; соединению звездой пофазно-последова- тельно соединенных обмоток 2, II и 13, каждый из лучей которой образуется последовательным соединением отдельных фаз этих обмоток. При этом те фазы обмоток 2 и 18, которые расположены на одном и том же стержне трансформатора, оказываются присоединенными к различным линейным проводам питающей сети и потому входят в различные лучи соответствукицих соединений звездами упомянутых ранее обмо- ток. Непосредственное подключение фаз первичной обмотки 18 трансформатора 1 к питакяцей сети приводит;к наведению на каждой из фаз обмотки 2 того же трансформатора ЭДС, практически полностью совпадающей с напряжением соответствующей фазы обмотки 18. . В этом случае суммарное напряжение на каждой фазе последовательного соединения обмотки 1 1 трансформатора , со статорной обмоткой 13 асинхронного двигателя определяется суммой ЭДС в обмотке 2 и фазного напряжения соответствующего луча звезды, образованной последовательным соединением обмоток 2, 11 и 13 (фиг.1). Величина напряжения на каждой из фаз последовательного соединения обмоток 11 и 13 равна по величине фазному напряжению луча звезды первичной обмотки J8, подключенной в зтот интервал времени к питающей сети. Принимая во - внимание особенности взаимного соединения обмоток как между собой, так и . с проводами питающей сети, а также с входами переменного тока диодных моетов модуляторов, входные линейные напряжения на диодных мостах 4 и 7, не превьппают линейного напряжения питающей сети. Вместе с тем напряжение на каждой фазе статорной обмотки 13 оказывается в 1,75 большим фазного напряжения соединения звездой обмотки 2, поскольку напряжение на каждой из фаз обмотки 11 оказьгоается совпадающим по направлению с ЭДС на последовательно соединенной соответствующей фазе обмотки 2. Это обусловлено тем, что обмотка 11 является вторичной обмоткой Двухобмоточного трансформатора 10, первичная обмотка 6 которого непосредственно присоединена к третьей обмотке 4 трехобмоточного трансформатора 1, ЭДС на зажимах каждой фазы которой совпадает с ЭДС на зажимах той же фазы обмотки 2 с, трехобмоточного трансформатора 1.

Следующий интервал времени начинается с подачи отпирающего импульса на заправляющий электрод тиристора 6. Последующее отпирание этого тиристора приводит к запиранию ранее открытого тиристора 17 обратными напряжениями конденсаторов 19 и 24 и последующей перезарядке этих конденсаторов до напряжения противоположной полярности, закорачиванию диодного моста 4, соединению в общую нулевую точку концов отдельных фаз вторичной обмотки 2 главного трансформатора 1j соединению в общую нулевую точку начал отдельных фаз обмотки 14 второго трансформатора 10, соединению звездой вторичной обмотки 2 силового трансформатора 1, фазы которой оказываются непосредственно присоединенными к линейным проводам питающей сети как лу- чи этой звезды; соединению звездой пофазно-последовательно соединенных обмоток 18, 11 и 13, каждый из лучей которой образуется последовательным соединением отдельных фаз этих обмоток. Как и в рассмотренном случае, те фазы обмоток 2 и 18, которые расположены на одном и том же стержне . трансформатора 1, оказываются присоединенными к различным линейным проводам питающей сети и входят в различные лучи соответствующих соединений звездами указанных обмоток.

Непосредственное подключение фаз зторичной обмотки 2 трансформатора 1 к питающей сети приводит к наведению

в каждой из фаз первичной обмотки 18. того же трансформатора } ЭДС, практически полностью совпадающей с напряжением соответствующей фазы обмотки 2.

Векторная диаграмма (фиг.З) для отдельных фаз как статорной обмотки 13, так и последовательно соединен- 0 ных с нею обмотки 18 и обмотки II трансформаторов 1 и 10 соответствует рассма триваёмому случаю открытого состояния только тиристора 6.

Переход от закорачивания диодного 5 моста 15 к закорачиванию диодного моста 4 сопровождается изменением на 60° начальной фазы ЭДС на тех фазах обмоток 2 и 18, которые расположены на общем стержне, что обусловлено, как 0 изменением на 120 начальной фазы напряжения сети, к которой непосредст-. венно присоединяется только одна из обмоток 2 и 18, так и дополнительным изменением на 180° этой начальной 5 фазы из-за перехода от соединения в нулевую точку начальных вьшодов обмоток к соединению в нулевую точку концов этих обмоток. Таким образом, переход от ранее рассмотренного к i- 0 рассматриваемому случаю сопровождается изменением на 60 ° начальной фазы напряжения на луче звезды, куда входят последовательно соединенные фазы статорной обмотки 13, обмотки Ни обмотки 2 (в первом случае) или обмотки 18 (во втором случае), дополнительным изменением на 60° начальной фазы ЭДС на обмотках II и 2 (в первом случае) или на обмотках 11 и 0 18 (во втором случае).

В результате этого начальная фаза напряжения на каждой из фаз статорной обмотки 13 изменяется на 120° прй переходе от закорачивания диод- 45 ного моста 16 к закорачиванию диодного моста 15. Именно к такому вьюо- ду приводит сравнение векторных диаграмм напряжений (фиг.2 и 3). Из этих диаграмм также следует, что величины напряжений на каждой из фаз статорной обмотки 13 в обоих случаях превышают в три раза фазное напряжение на любом из лучей соединения звездой обмоток; величины напряжений на вхо- gg де незакороченного диодного моста, совпадающие с напряжениями последовательного соединения обмоток I и 13, не превьшают фазное напряжение звезг- ды, т.е. в три раза меньше напряжения

5

0

,л

t

на обмотке 13 статора управляемого двигателя.

Следующий интервал времени подачей отпирающего импульса на управля- ющий электрод тиристора 9 на выходе диодного моста 7 приводит: к запиранию ранее открытого тиристора 4 обратным напряжением конденсаторов 21 и 23 и последующему перезаряду этихр конденсаторов до напряжения противо положной полярности; к закорачиванию диодного моста 7; закорачиванию обмоток 3 и 12 обоих трансформаторов; зт еньшению практически до нуля напряжения на обмотках 3 и 18 трансформатора I и на обмотке 1I двухобмоточ- ного трансформатора 10; подключению каждой фазы обмотки 13 статора управляемого двигателя к соответствующим линейным проводам питающей сети, прием обмотка 13 оказывается соединен- юй треугольником. Векторная диаграмма напряжений на отдельных фазах ста- торной обмотки для этого случая при- ведена на фиг.4.

Сравнение векторных диаграмм показывает, что переход от закороченного состояния диодного моста 4 к закоро- ченному состоянию диодного моста 7 приводит к дальнейщему скачкообразному изменению начальной фазы напряжения на обмотке статора 13 на 120° при сохранении прежней амплитуды этого напряжения.

Следующий интервал времени начинается подачей отпирающего импульса на управляющий электрод тиристора 17, . что приводит к запиранию ранее открытого тиристора 9 обратным напряжением конденсаторов 20, 22 и к последующему перезаряду этих конденсаторов до напряжения противоположной полярности. Это приводит также к закорачиванию диодного моста 15, и процессы повторяются.

Переход от векторной диаграммы () к векторной диаграмме (фиг.З) соответствует переходу от закорочен- ного состояния диодного моста 15 к закороченному состоянию диодного моста 4; переходу от непосредственного подключения звездой обмотки 18 концами к питающей сети к непосредственному подключению к ней звездой началами обмотки 2 трансформатора 1; изменению начальной фазы напряжения на каждой из обмоток вспомогательных

трансформаторов I и 10 на 60°; изменению на 120 началь/1ой фазы напряжения на статорной обмотке 13 управляемого асинхронного двигателя, чтообусловлено одновременным переходом от подключения к питающему напряжению начал этой обмотки к подключению концов .

Переход к векторной диаграмме (фиг.З) соответствует переходу к закороченному состоянию диодного моста 7 и обусловленному этим уменьшению практически до нуля падений напряжения на всех обмотках обоих трансформаторов I и 10, переходу к подключению каждой фазы статорной обмотки 13 между линейными проводами питающей сети, чему соответствует соединение фаз обмотки статора треугольником, скачкообразному изменению начальной фазы напряжения на статорной обмотке 13 на 120

Дальнейший переход к векторной диаграмме (фиг.2) соответствует переходу к закороченному состоянию диодного моста 15, скачкообразному изменению на 120 начальной фазы напряжения на статорной обмотке 13 асинхронного двигателя.

Из векторных диаграмм (фиг.2 и 3) также следует, что линейное напряжение на входе переменного тока незакороченного диодного моста в обоих случаях не цревьшает линейное напряжение питающей сети, между т ем как линейное напряжение на статорной обмотке 13 асинхронного двигателя превышает напряжение питающей сети в 1,73 раза, чему сЪответствует равенство фазного напряжения этой обмотки линейному напряжению питающей сети.

Из векторной диаграммы (фиг.2) следует, что фазное напряжение статорной обмотки также равно линейному напряжению питающей сети, а при равенстве чисел витков обмоток 18 и 23 транс- форматора I и чисел витков обмоток 12 и 11 трансформатора 10 линейное напряжение на входе незакороченного диодного моста 7 также не превышает линейное напряжение питающей сети.

Предлагаемое устройство позволяет уменьшить в три раза величину установившегося напряжения на входе переменного тока каждого из диодных мостов, обеспечивает ту же форму кривой напряжения на нагрузке - статорной обмотке управляемого асинхронного дви гателя - поскольку в обоих слзгчаях оно формируется тремя взаимно равными интервалами цикла ступенчатого скачкообразного изменения начальной фазы питающего напряжения по 120 , обеспечивает режим непрерьшного тока во всех обмотках как трансформаторов 1 и 10, так и статорной обмотки 13. В результате этих изменений достигает- ся расширение диапазона регулирования частоты вращения.

Формула изобретения

Устройство для частотного управле- ния асинхронным двигателем, содержащее трехфазный силовой трансформатор первые вьшоды первичной обмотки которого предназначены для подключения к трехфазной питающей сети, а вторые вьшоды соединены с вьшодами переменного тока первого диодного моста, вторичная обмотка указанного транс форматора соединена в звезду и сво- бодньгми вьшодами подключена к вьшо- дам переменного тока второго диодного моста, второй трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого первыми выводами пофазно соединена с вторыми вьшодами первичной обмотки первого трансформатора, третий диодный мост с вьшодами переменного тока для подключения к вторым выводам статорной обмотки асинхронного двигателя, каждый из диодных чостов по выходу постоянного тока шунтирован последовательно соединенными дросселем и тиристором, дв,е грзшпы коммутирующих конденсаторов, соединенные в каждой группе по схеме треугольник, две вершины треугольника конденсаторов первой группы соединены с катодами тиристоров второго и третьего.диодных мостов, аноды тиристоров соединены с двумя вершинами треугольника конденсаторов второй группы, а третьи вершины треугольников конденсаторов указанных групп соединены соответственно с катодом и анодом тиристоров первого и третьего диодных мостов, отличающ.ееся тем, что, с целью расширения вверх диапазона регулирования частоты вращения асинхронного двигателя, силовой трансформатор снабжен дополнительной первичной трехфазной обмоткой с вторьии вьшодами для подключения к шинам трехфазной питающей сети, первые выводы этой обмотки соединены с вьшода ми переменного тока третьего диодного моста, при этом первичная обмотка второго трехфазного трансформатора снабжена вторыми вьшодами для подключения к первым вьшодам статорной об мотки асинхронного двигателя, а вторичная обмотка второго трансформатора соединена в звезду и вьшодами . - подключена к выводам переменного то- - ка второго диодного моста.

фиг. 4