Электропривод переменного тока Советский патент 1989 года по МПК H02P5/36 

1

(21)4265726/24-07

(22)22.06.87

(46) 15.10.89. Бюл. № 38

(71)Комсомольский-на-Амуре политехнический институт

(72)В.С.Климаш, А.Р.Куделько, С.А.Басильченко, В.А.Соловьев и Ю.А.Смольников

(53) 621.3.077.2 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР 322836, кл. Н 02 М 5/02, 1970. Авторское свидетельство СССР 687552, кл. Н 02 Р 5/36, 1975.

С 54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления асинхронным электроприводом непрерывного транспорта (экска- латоров, канатных дорог и т.п.). Целью изобретения является улучшение энергетических показателей за счет увеличения коэффициента мощности. Указанная цель обеспечивается в результате введения в схему электропривода инвертора 12 с блоком 13 управ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления асинхронным электроприводом непрерывного транспорта (эскалаторов, канатных дорог и т.п.). Целью изобретения является улучшение энергетических показателей за счет увеличения коэффициента мощности. Указанная цель обеспечивается в результате введения в схему электропривода инвертора 12 с блоком 13 управления, на вход которого поступает сигнал управления из блока 11 сравнения. Указанный сигнал формируется как разность между заданным сигналом и сигналом обратной связи, который пропорционален отношению активной к реактивной составляющей токов статора синхронного электродвигателя 1. Таким образом устройство осуществляет стабилизацию угла между током и напряжением асинхронного электродвигателя 1 на номинальном уровне, а в процессе регулирования напряжения асинхронного электродвигателя 1 устройство обеспечивает опережающий сдвиг фазы выходного напряжения относительно напряжения сети. В результате осуществляется стабилизация коэффициента мощности асинхронного электродвигателя 1 и его компенсация, что позволяет улучшить энергетические показатели электропривода. 4 ил.

(Л

СП

сд

со

О5

фиг.1

ления, на вход которого поступает сигнал управления из блока 11 сравнения. Указанный сигнал формируется как разность между заданным сигналом и сигналом обратной связи, который пропорционален отношению активной к реактивной составляющей токов статора синхронного электродвигателя 1, Таким образом устройство осуществляет стабилизацию угла между током и напряжением асинхронного электродвиИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления асинхронным электроприводом непрерывного транспорта (экс- калаторов, канатных дорог и т,п,).

Целью изобретения является улуч- щение энергетических показателей за счет увеличения коэффициента мощности.

На фиг, 1 представлена электрическая принципиальная схема электропривода; на фиг, 2 и 3 - векторные диаграммы работы асинхронного двига- теля; на фиг, 4 - регулировочные характеристики электропривода.

Электропривод переменного тока содержит трехфазный асинхронный электродвигатель 1, первый трехфазный трансформатор 2 напряжения, первичные обмотки 3 которого одними выводами соединены в общую точку, вторичные обмотки 4 трехфазного трансформатора 2 напряжения одними выводами соединены с фазами ст торной обмотки асинхронного электродвигателя 1, а другими - с зажимами для подсоединения к трехфазной сети и к входу неуправляемого трехфазного вьтрямите- ля 5, второй трехфазный трансформатор 6 напряжения, однофазный трансформатор 7 тока, датчики 8 и 9 реактивного и активного токов статора соответственно, блок 10 деления, блок 11 сравнения, инвертор 12 с блоком 13 управления, неуправляемый трехфазный выпрямитель 5, подключенный к входам инвертора 12, выход которого соединен с другими вьгаодами первичной обмотки 3 первого трехфазного трансформатора 2 напряжения, одни выводы вторичной обмотки 4 первого трехфазного трансформатора 2 напряжения соединены с одними выводами первичной

гателя 1 на номинальном уровне, а в процессе регулирования напряжения асинхронного электродвигателя 1 устройство обеспечивает опережающий сдвиг фазы выходного напряжения относительно напряжения сети, В результате осуществляется стабилизация коэффициента мощности асинхронного электродвигателя 1 и его компенсация, что позволяет улучшить энергетические показатели электропривода, 6 ил.

0

5

0

5

0

5

0

5

обмотки второго трехфазного трансформатора 6 напряжения, другие выводы которой объединены в общую точку, одни выводы вторичной обмотки второго трехфазного трансформатора 6 напряжения объединены в общую точку и подключены к первому входу датчика 9 активного тока статора к второму входу которого подключен другой вывод одной из фаз вторичной обмотки второго трехфазного трансформатора 6 напряжения, к другим выводам второй и третьей фаз которой подключены первый и второй входы датчика 8 реактивного тока статора, третий вход которого подключен к третьему входу датчика 9 активного тока статора, обмотка однофазного трансформатора 7 тока включена в одну из фаз статорной обмотки электродвигателя 1 и сво1у и выводами подключена соответственно к четвертым входам датчиков 9 и 8 активного и реактивного токов статора соответственно, выходы которых подключены к входам, соответствующим делителю и делимому, блока деления 10, выход которого подключен к инвертирующему входу блока 11 сравнения, прямой вход которого предназначен для подачи сигнала задания, а выход подсоединен к входу блока 13 управления инвертором 12,

Устройство (фиг, 1) работает следующим образом.

Подводимое к устройству напряжение сети, например фаза А, преобразуется посредством трехфазного трансформатора 2, неуправляемого вьшря- мителя 5 и инвертора 12 с блоком 13 управления в напряжение U ,подаваемое на асинхронный двигатель 1, В процессе преобразования переменного напряжения неуправляемый вьшрямитель 55 151531

питает инвертор 12 вьтрямпенным напряжением Uj, которое связано с фазным напряжением сети следующим вьфажени- ем:

1т 3 „3Y3 „,,.

Ud и, и,„, (1)

где и, и и ,|„ - действующие и амплитудные значения фазного напряжения сети. Инвертор 12 осуществляет преобразование вьтрямленного напряжения U, в переменное напряжение Uf и питает им первичные обмотки 3 трехфазного трансформатора 2,

Первая гармоническая составляющая выходного напряжения инвертора для рассматриваемой фазы А

10

и

«) f

fm

iff

(2)

и

frr.

ИЛИ с учетом (1)

и

-

(3)

(4)

Uj и.

KrUfr

(5)

и с учетом (4) преобразуется к виду

где Uf ,„ и (f - амплитуда и фаза на- пряжения U f ,

Амплитуда первой гармонической составляющей выходного напряжения инвертора определяется из вьфажения V3

{гг 1Г

Трехфазный трансформатор 2, первичная обмотка 3 которого питается напряжением Ur,наводит на вторичной обмотке 4 той же фазы напряжение и, прибавляя его к напряжению сети U, формируюет на асинхронном двигателе напряжение U, значение которого опре деляется вьфажением.

и,

(1

.K,--|rV M и

im

Из выражения (6) следует, что при изменении фазы выходного напряжения инвертора 12 в пределах от -- - до {Г напряжение на двигателе 1 изменяется в пределах от

(6)

11П

I9 jdrct.y(9K /1Г1)

V (К, -|i ).е

до

и

9

( 1 - к ) Так как регулирование выходного напряжения U2 происходит с опережающим фазовым сдвигом относительно напряжения сети U,j а неуправляемый вьшрямитель 5 является практически чисто активным элементом для сети, т устройство осуществляет компенсацию реактивной мощности и повышает коэффициент мощности сети.

1531

я

10

20

25

30

35

40

45

50

55

bб

При нормальной нагрузке на валу асинхронного двигателя 1 независимо от отклонения и колебания напряжения сети и, устройство обеспечивает питание асинхронного двигателя 1 номинальным напряжением. Это осуществляется за счет автоматического регулирования угла 1/„в функции tgi/ тока двигателя при помощи датчиков 9 и 8 активного и реактивного тока, блока 10 де,- ления, блока 11 сравнения, трехфазного трансформатора 6 напряжения, однофазного трансформатора 7 тока и блока ДЗ управления инвертора 12.

Йекторная диаграмма работы устройства в области номинальной нагрузки приведена на фиг. 2. Из этой диаграммы видно, что в зависимости от коэффициента трансформации К устройство может иметь опережающую или отстающую фазу входного тока I, относительно напряжения сети U,,а также может работать в режиме полной компенсации реактивной мощности.

При уменьшении нагрузки на валу асинхронного двигателя 1 увеличивается угол if между током и напряжением статора двигателя и, соответственно, сигнал на выходе блока 10 деления, пропорциональный tg.

Этот сигнал, воздействуя на блок 13 управления, увеличивает фазу (см. рис.З) вектора первой гармоники на М)

пряжения вольтодобавки „ и уменьшает напряжение U, подаваемое на асинхронный двигатель 1. В результате этого осуществляется стабилизация угла ц асинхронного двигателя 1.и рациональное потребление им электрической энергии. Одновременно с этим в процессе регулирования напряжения асинхронного двигателя 1 в функции tp,i вектор и 2 имеет практически неизменный опережающий фазовый сдвиг относительно напряжения сети U,, который при коэффициенте трансформации К равном 1/ незначительно отличается от номинального угла (f асинхронного двигателя 1.

Это позволяет при изменении нагрузки на валу двигателя 1 обеспечить рациональный режим компенсации реактивной мощности, при котором входной коэффициент мощности устройства практически равен единице.

На фиг. 4 приведены зависимости

V,,cosvf,f() при If , , (7)

где (f - угол между входным током

устройства i, и напряжением сети U, ;

i. - регулируемый угол между вы- ходным напряжением инвертора 0 и напряжением сетий, ; If и 1/ -|угол между напряжением и

током статора асинхронного двигателя и его номиналь- ное значение; К - коэффициент трансформации

вольтодобавочного трансформатора.

Расчет зависимостей (7) произведен по первой гармонике токов и напряжений устройства с пренебрежением током намагничивания трансформатора 2.

Расчет зависимостей (7) вьтолнен по следующим формулам:

и й,- Z,i, ; (8) I, 1г + If;(9)

(10)

и, z

JH J-5

где 1л - первая гармоника тока, пот

ребляемого неуправляемым выпрямителем 5;

2: сопротивление короткого замкания трехфазного трансформатора; .эи эквивалентное сопротивление асинхронного двигателя 1 в номинальном режиме. Применение предлагаемого изобретения наиболее целесообразно для асин- хронных электроприводов транспортных машин непрерывного действия, работающих в условиях периодически изменяющейся нагрузки,

Формула изобретения

Электропривод переменного тока, содержащий трехфазный асинхронный электродвигатель, первый трехфазный трансформатор напряжения, первичная обмотка которого одними выводами соединена в общую точку, вторичная обмотка первого трехфазного трансформатора напряжения одними выводами со

единен с фазами статорной обмотки

,

Q

5

0

5

35

40

.,

50

асинхронного электродвигателя, а другими выводами соединена с зажимами для подсоединения к трехфазной сети и к входу неуправляемого трехфазного выпрямителя, отличающийся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей за счет увеличения коэффициента мощности, в него введены второй трехфазный трансформатор напряжения, однофазный трансформатор тока, датчики реактивного и ак- (Тивного токов статора, блок деления, блок сравнения, инвертор с блоком управления, выход которого соединен с другими выводами первичной обмотки первого трехфазного трансформатора напряжения, одни вьтоды вторичной обмотки первого трехфазного трансформатора напряжения соединены с одними выводами первичной обмотки второго трехфазного трасформатора напряжения, другие выводы которой объединены в общую точку, одни выводы вторичной обмотки второго трехфазного трансформатора напряжения объединены в общую точку и подключены к первому входу датчика активного тока статора, к второму входу которого подключен другой вывод одной из фаз вторичной обмотки второго трехфазного трансформатора напряжения, к другим выводам второй и третьей фаз которой подключены первый и второй входы датчика реактивного тока статора, третий вход которого подключен к третьему входу датчика активного тока статора, обмотка однофазного трансформатора тока включена в одну из фаз статорной обмотки электродвигателя и своими выводами подключена соответственно к четвертым входам датчиков реактивного и активного токов статора, выходы которых подключены соответственно к входу делителя и входу делимого блока деления, выход которого подключен к инвертирующему входу блока сравнения, прямой вход которого предназначен для подачи сигнала задания, а выход подсоединен ко входу блока управления инвертором.

Ut

Фиг. 2

tfn

100

f.V79

0.6

О.Ю

ffJ

f

Ui

Фи&З