Электропривод переменного тока Советский патент 1990 года по МПК H02P7/36 H02M7/515 

Л в, С,

(/

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является расширение диапазона регулирования частоты. С этой целью в электроприводе переменного тока выводы переменного тока тиристоров анодной 5-7 и катодной 2-4 групп подключены к фазным выводам обмотки ротора асинхронного двигателя 1. Выводы постоянного тока групп тиристоров объединены между собой и к их точкам соединения подключены выводы конденсаторной батареи 8 и выводы переменного тока трехфазного выпрямительного моста на диодах 9-14, входящих в систему управления тиристоров непосредственного преобразователя частоты, составленного из указанных групп тиристоров. В каждое плечо моста включен один из датчиков 15-20 тока, а его выводы постоянного тока шунтированы стабилитроном 21 и управляемым ключом 22. Частота вращения определяется величиной емкости конденсаторной батареи 8 и частотой коммутации ключа 22. 4 ил.

ел i 1

о ел

1

сатарной батареи 8 и ныноды переменного тока трехфазного выпрямительно- io моста на диодах 9-14, входящих в систему управления тиристоров непосредственного преобразователя час- тототы, составленного из указанных групп тиристоров. В каждое плечо мосИзобретение относится к электротехнике, в частности k устройствам управления частотой вращения асинхронных электродвигателей с фазным ротором.

Цель изобретения - расширение диапазона регулирования частоты вращения .

На фиг. 1 приведена схема электро- привода переменного тока; на фиг. 2 - схема датчика тока; на фиг. 3 - схема стабилизатора тока; на фиг. 4 - схема ключа, управляемого генератором импульсов.

Электропривод переменного тока содержит асинхронный двигатель 1 с фазным ротором, выводы статорной обмотк которого подключены к фазам А , В, С сети5 непосредственный преобразо- ватель частоты, составленный из катодных групп 2-4 и анодных групп 5-7 тиристоров, соединенных в каждой группе по трехфазной нулевой схеме. Число анодных и катодных групп рав- но числу фаз асинхронного двигателя.

Выводы переменного тока анодных и катодных групп тиристоров подключены к фазным выводам обмотки ротора асинхронного двигателя 1, а выводы постоянного тока каждой анодной группы 5-7 тиристоров соединены с выводами постоянного тока одной из катодных групп 2-4 тиристоров.

В электропривод введена конден- саторная батарея 8, подключенная к точкам соединения выводов постоянного тока указанных групп тиристоров непосредственного преобразователя частоты.

Система управления непосредственным преобразователем частоты составлена из трехфазного мостового выпрямителя, выполненного на диодах 9-14, шести датчиков 15-20 тока, последовательно соединенных между собой стабилизатора 21 тока и управляемого ключа 22, включенных между выводами постоянного тока указанного

та включен один из датчиков 15-20 тока, a eiо выводы постоянного тока шунтированы стабилитроном 21 и управляемым ключом 22. Чаете.та вращения определяется величиной емкости конденсаторной багарей 8 и частотой коммутации ключа 22. 4 ил.

0 5

0 5

0

5

0

5

мостового выпрямителя. Выводы пере- менного тока мостового выпрямителя соединены с точками соединения выводов постоянного тока анодных и катодных групп тиристоров, В каждое плечо выпрямителя включен один из датчиков 15-20 тока. Выход каждого датчика подключен к переходу управляющий электрод - катод тиристоров соответствующей группы.

Каждый из датчиков тока (фиг. 2) выполнен на трансформаторе 23 с первичной обмоткой 24, включенной в соответствующее плечо трехфазного мостового гыпрямителя, и тремя вторичными обмотками 25-27, диодах 28- 30 и диодах 31-33. Каждый из диодов 28-30 включен последовательно с одной из вторичных обмоток 25-27, каждая из которых пунтироваиа одним из диодов 31-33.

Стабилизатор 21 (фиг. 3) выполнен на транзисторе 34 в цепь база - эмиттер которого включены последовательно резистор 35 и источник 36 ЭДС.

Управляемый ключ 22 (фиг. 4) выполнен на транзисторе 37, управляющий вход которого, образованный базой и эмиттером, подключен к выходу управляемого генератора 38 прямоугольных импульсов.

Электропривод переменного тока работает следующим образом.

Для запуска непосредственного преобразователя требуется предварительный заряд батареи 8 конденсаторов. Заряд может осуществляться от источника постоянного напряжения U (не показан) путем подключения его выводов к паре выводов конденсаторной батареи 8 .

Непосредственно перед пуском источник отключается от батареи конденсаторов. Положим, что к выводам а, с преобразователя приложено напряжение Uqc U.

При замыкании ключа 22 от вывода а по цепи диод 11 - датчик 17 тока стабилизатор 21 тока - ключ 22 - датчик 18 тока - диод 12 к выводу с потечет ток. В результате по обмоткам трансформаторов 23 датчиков 18 и 17 тока управляющие импульсы поступят соответственно на группы тиристоров 2 и 6. При этом откроются в каждой из групп по одному из тиристоров (на которых окажется наибольшее напряжение) и начнется перезаряд конденсаторов 8, в результате которого на выводах a, b будет наибольшее напряжение Заметим, что в группах 2 и 6 включен разноименные тиристоры (такие, которые подключены к разноименным фазам трехфазной системы напряжений). Далее ключ 22 размыкается. Длительност замкнутого состояния ключа оказывает влияние на величину максимального напряжения на выходных выводах а, Ь, с преобразователя.

После повторного замыкания ключа 22 от вывода а по цепи диод 11 - датчик 17 тока - стабилизатор 21 тока - ключ 22 - датчик 19 тока - диод 13 к выводу b потечет ток. Протекание тока по обмоткам трансформатора 23 датчиков 17 и 19 тока обеспечит поступление управляющих импульсов соответственно на тиристоры групп 6 и 4. При этом откроются в каждой из групп 6 и 4 по одному тиристору (такому, на которых окажется в данный момент наибольшее напряжение). В зависимости от того, какие из тиристоров откроются в группах 6 и 4 и какие были открыты в группах 2 и 6, может возникнуть несколько ситуаций.

Во-первых, возможен случай (при достаточно большом периоде включений ключа 22), когда в момент отпирания тиристоров групп 3 и 4 тиристоры группы 2 и 6 закрыты. Запирание тиристоров групп 2 и 6 в этом случае происходит при спаде тока, протекающего по ним, до нуля и достижении

напряжением U , максимального зна- д о

чения.

Во-вторых, возможен случай, когда в группах 2 и 6 будут включены тиристоры, одноименные с тиристорами групп 4 и 6 соответственно (такие, которые подключены к фазам трехфазной системы напряжений). Эта ситуация наиболее часто возникает в малом периоде включений ключа 22. При возникновении такой ситуации тиристор в группе 2 гаснет, так как к нему

0

будет приложено в обратном направлении попожительное напряжение конденсаторной батареи 8. Например, при включенных тиристорах фазы А групп 2 и 4 к тиристору группы 2 в обратном направлении окажется приложенным через открытый тиристор группы 4 напряжение Uac 0,5Uaj, . В результате тиристор группы 2 закроется.

В-третьих, возможен случай, когда в группе 6 будут включены разноименные тиристоры, например, включенные в фазы и С2, а в группах 2 и 4 - 5 одноименные. В этом случае тиристор группы 2 погаснет по той же причине, что и во второй ситуации. При включенных в группе 6 тиристорах фаз Вг и С. в группе 2 может быть включен 0 лишь тиристор фазы А.

Если тиристор фазы В включился раньше, чем тиристор фазы С, то по условию включения тиристоров потенциал на катоде тиристора фазы Вг 5 будет больше, чем потенциал на катоде тиристора фазы С. Следовательно, тиристор фазы В будет закры- ваться под воздействием напряжений на обмотках ротора.

В-четвертых, возможен случай, когда в группах 2 и 4 включены разноименные тиристоры и в группе 6 также включены разноименные тиристоры. Этот случай распадается на два варианта его реализации.

Вариант 1. Пусть в группе 2 включен тиристор фазы A.J , в группе 4 включен тиристор фазы В2, а в группе 6 включены тиристоры фаз В и С. При- д чем очевидно, что тиристор фазы В- включен раньше, чем тиристор фазы С . К тиристорам фазы групп 6 и 4, подключенных последовательно, будет приложено в обратном направлении с напряжение Ucfc 0. В результате тиристор фазы Ва группы 6 закроется, а тиристор фазы В группы 4 останется открытым, так как к нему будет приложено максимальное напряжение обмоток ротора электродвигателя. Тогда в группе 2 останется включенным тиристор фазы Л, в группе 6 - тиристор фазы Сг, а в группе 4 - тиристор фазы В. . Потенциал фазы А2 в момент включения третьей группы будет отрицательным. Потенциал точки а (катодов тиристоров группы 2) будет максимальным и положительным. Следовательно, к цепи тиристора фазы А

0

5

0

группы 2 будет приложено в обратном направлении положительное напряжение что обусловливает его выключение.

Вариант 2. Пусть в группе 2 включен тиристор фазы АЗ в группе 6 - тиристоры фаз Сг и Л, а в группе 4 - тиристор фазы В4, причем тиристор фазы Сг в группе 6 включен раньше, чем тиристор фазы А2. К тиристорам фазы Аг групп 2 и 6, подключенных последовательно, будет приложено в обратном направлении напряжение иаЬ 7 О- в результате тиристор фазы Аа группы 2 закроется, а тиристор фазы Ал группы 6 останется открытым, так как к нему приложено макимальНое напряжение обмоток ротора электродвигателя 1, а по управляющему электроду протекает ток. Тогда в группе 6 будут включены тиристоры фаз Сг и А, а в группе 4 т тиристор фазы В. Таким образом, этот вариант сводится к третьей ситуации.

Во всех рассмотренных ситуациях начнется перезаряд конденсаторной батареи 8, в результате чего максимальное напряжение окажется на выводах с, Ь. При следующем включении ключа 22 от вывода с по цепи диод 9 - датчик 15 тока - стабилизатор 21 тока - ключ 22 - датчик 19 тока - диод 13 потечет ток. В результате протекания тока по обмоткам трансформаторов 23 датчиков 15 и 19 тока управляющие импульсы поступят на группы 4 и 5 тиристоров.

Далее все процессы аналогичны. Тиристорные группы будут включаться циклически парами 5 и 3, 3 и 7, 7 и 2 ... ., В результате в цепи ротора, а следовательно, и в цепи статора возникнут токи, которые будут достаточно сложными, почти периодическими функциями.

Частота вращения электродвигателя будет определяться величиной емкости конденсаторной батареи 8, величиной максимального напряжения на ней и частотой коммутации ключа 22. Регулирование частоты вращения может осуществляться изменением частоты коммутаций ключа 22 и скважности импульсо генератора 38. При малой частоте коммутаций ключа 22 электромагнитная мощность, пропускаемая конденсаторной батареей 8 и через цепь ротора, будет достаточно полной и определит

0

5

0

5

0

5

0

5

частоту вращения ротора. Таким образом, будет обеспечена существенно большая глубина регулирования.

Электропривод имеет достаточно простую систему управления, малую установленную мощность каждого из тиристоров, что обеспечит сравнительно небольшие габариты электропривода и его низкую стоимость. Потери в конденсаторной батарее также невелики, поэтому электропривод будет иметь высокий КПД.

Формула изобретения

Электропривод переменного тока, содержащий асинхронный двигатель с фазным ротором, .непосредственный (Преобразователь частоты, составленный из анодных и катодных групп тиристоров, соединенных в каждой группе по трехфазной нулевой схеме, число анодных и катодных групп равно числу фаз асинхронного двигателя, и систему управления тиристорами указанных групп, отличающий- с я тем, что, с целью расширения диапазона регулирования частоты вращения, выводы переменного тока анодных и катодных групп тиристоров подключены к фазным выводам обмотки ротора асинхронного двигателя, а вывод постоянного тока каждой анодной группы тиристоров соединен с выводом постоянного тока соответствующей катодной группы тиристоров, введена конденсаторная батарея, подключенная к точкам соединения выводов постоянного тока указанных групп тиристоров, система управления составлена из диодного трехфазного мостового выпрямителя, шести датчиков тока, генератора импульсов и последовательно соединен7 ных между собой стабилизатора тока и управляемого ключа, включенных между выводами постоянного тока указанного выпрямителя, выводы переменного тока которого соединены с точками соединения выводов постоянного тока анодных и катодных групп тиристоров , в каждое плечо выпрямителя включен один из датчиков тока, выход которого подключен к переходу управляющий электрод - катод тиристоров соответствующей группы, а управляющий вход ключа подключен к выходу генератора импульсов.

О олоа о

Фиг.г

Фиг.З

ФигМ