Устройство для частотного управления асинхронным двигателем Советский патент 1991 года по МПК H02P7/42 

tfv, /

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регулируемом асинхронном электроприводе различных отраслей народного хозяйства и является усовершенствованием изобретения по основному авт. св. № 1443114.

Целью изобретения является улучшение энергетических показателей путем уменьшения тепловых потерь.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема устройства для частотного управления асинхронным двигателем; на фиг. 2 - векторные диаграммы напряжений на отдельных элементах устройства, соответствующие замкнутому положению одного из трехфазных полупроводниковых ключей.

Устройство для .частотного управления асинхронным двигателем содержит силовой трехфазный трансформатор 1 с трехфазной секцией основной первичной обмотки 2, дополнительной первичной 3 и вторичной 4 трехфазными 4 и второй двухобмоточный трансформатор 5 с первичной 6 и вторичной 7 трехфазными обмотками.

Первые выводы секции основной первичной обмотки 2 и вторые выводы дополнительной первичной обмотки 3 снабжены зажимами для подключения к сети с фазами а, Ь, с, вторые выводы первой секции обмотки 2 пофазно соединены с выводами переменного тока первого диодного моста 8, зашунтированного по выходу постоянного тока последовательно соединенными дросселем 9 и тиристором 10.

Вторичная обмотка 4, соединенная в звезду, вторыми выводами пофазно подключена к первом выводам вторичной обмотки 7 второго трансформатора и выводам переменного тока второго диодного моста 11, зашунтированного по выходу постоянного тока последовательно соединенными дросселем 12 и тиристором 13. Вторые выводы первичной обмотки 5 второго трансформатора служат для пофазного подключения к первым выводам статорной обмотки 14 асинхронного двигателя с корот- козамкнутым ротором 15.

Устройство содержит также третий диодный мост 16, зашунтированный по выходу постоянного тока последовательно соеди- ,, ненными дросселем 17 и тиристором 18. Выводы переменного тока диодного моста 16 пофазно соединены с первыми выводами дополнительной первичной обмотки 3 трансформатора 1 и служат для подключения к вторым выводам статорной обмотки 14 асинхронного двигателя.

Коммутация тиристоров 10, 13 и 18 осуществляется с помощью двух групп конденсаторов 19-21 и 22 - 24. В каждой группе конденсаторы соединены в треугольник, при этом соответствующие вершины треугольника конденсаторов 19-21 соединены с катодами тиристоров 10, 18 и 13, а вершины треугольника конденсаторов 23 - 24 с анодами тиристоров 18, 13 и 10. 0 Основная первичная обмотка 2 силового трехфазного трансформатора 1 снабжена второй трехфазной секцией 25, каждая фазная катушка которой включена последовательно между одноименной фазной 5 катушкой первой секции обмотки 2 и одноименной фазной катушкой первичной обмотки 6 второго трансформатора 5 согласно р фазной катушкой первой секции обмотки 2

0 Число витков каждой из обмоток 2, 3 и 4 трансформатора 1 выбраны одинаковыми: а число витков обмотки 25 на несколько процентов меньше.

Второй трансформатор 5 выполнен по- 5 нижающим, при этом отношение числа витков обмоток 6 и 7 выбрано равным тому количеству процентов, на которое оказывается меньшим число витков обмотки 25 по отношению к числу витков обмоток 2, 3 и 4. 0 Устройство для частотного управления асинхронным двигателем работает следующим образом.

При отпирании тиристора на выходе диодного моста 16 последний закорачивается; 5 соединяются в общую нулевую точку отмеченные звездочками зажимы отдельных фаз обмотки 3 силового трансформатора 1; соединяются в общую нулевую точку вторые выводы статорной обмотки 14 управляемого 0 асинхронного двигателя; фазы обмотки 2 трансформатора 1 непосредственно присоединяются к питающей сети как лучи этой звезды; наводится система ЭДС U4a, 1Mb, U4c на соединенной в звезду вторичной об- 5 мотке 4 силового (многообмоточного) трансформатора 1, совпадающая по фазе как с системой ЭДС Уза, Узь, Узе (фиг. 2а) на обмотке 3, так и с системой фазных напряжений Ua, Ub, Uc питающей сети, к которой в 0 этот интервал времени подключена соединенная в звезду обмотка 3 трансформатора 1; появляется система напряжений на соединенной в звезду обмотке 7 двухобмоточ- ного трансформатора 5, на которую 5 подаются напряжения IMa, U4b. U/jc от вторичной обмотки 4 трансформатора 1, которая поэтому совпадает с системой ЭДС на соединенных в звезду обмотках 3 и. 4, а также с системой фазных напряжений пита- ющей сети, наведенная в обмотке 6 двухобмоточного трансформатора 5 симметричная система ЭДС Уба, Ось, Dec совпадает по фазе как с системой ЭДС на обмотке 7 или вторичной обмотке 4, так и с напряжениями

U2a, , U2c И U25a,b,c НЭ Соответствующих

фазах обмоток 2 и 25, последовательно соединенных с обмоткой б; подводится к свободным выводам соединенной в звезду статорной обмотки 14 симметричная система напряжений, каждый луч векторной диаграммы которой получается сложением совпадающих по фазе ЭДС на последовательно соединенных обмотках 2, 25 и 6 и сдвинутым относительно этих ЭДС на 120° соответствующим лучом фазного напряжения питающей сети. Статорнзя обмотка 14 получает энергию как непосредственно от трехфазной сети, так и после передачи ее электромагнитным путем от обмотки 3 к обмоткам 2 и 25, а также после передачи ее электромагнитным путем от обмотки 3 к вторичной обмотке 4 и далее посредством обмотки 7 двухобмоточного трансформатора 5 электромагнитным путем к обмотке 6.

Величина напряжения (фиг, 2а) при последовательном соединении обмоток 25 и 6 равна напряжению на обмотке 2, причем напряжение на обмотке 6 во много раз меньше напряжения на обмотке 25. Напряжение при последовательном соединении обмоток 2, 25 и 6, соединенных в звезду, равно удвоенному фазному напряжению питающей сети. На каждой фазе статорной обмотки 14 напряжение равно линейному напряжению питающей сети. Входное линейное напряжение на диодных мостах 8 и 11 не превышает линейное напряжение питающей сети. Указанное соотношение напряжений на обмотке 6 двухобмоточного трансформатора 5 и обмотках многообмоточного трансформатора 1 достигается выбором соотношения чисел витков обмоток многообмоточного 1 и двухобмоточного 5 трансформаторов, т.е. число витков обмотки 25 выбирается на несколько процентов меньше числа витков любой из трех других обмоток 2, 3 и 4 многообмоточного трансформатора, а коэффициент трансформации понижающего двухобмоточного трансформатора 5 выбран равным именно тем нескольким процентам, на которые число витков обмотки 25 меньше числа витков других обмоток многообмоточного трансформатора с тем, чтобы сумма напряжений на последовательно соединенных обмотках 25 и 6 равнялась напряжению на обмотке 2 или 3 или 25.

Второй интервал начинается отпиранием шунтирующего тиристора на стороне постоянного тока диодного моста 8, что

приводит к закорачиванию этого диодного моста; запиранию ранее открытого тиристора 18 обратным напряжением конденсаторов 19 и 22; соединению в общую нулевую 5 точку вторых выводов отдельных фаз обмотки 2 силового трансформатора 1; объединению в общую нулевую точку вторых выводов секции 25 первичной обмотки трансформатора 1; соединению в звезду обмотки 2

0 трансформатора 1, фазы которой оказываются непосредственно присоединенными к линейным проводам трехфазной питающей сети как /тучи зтой звезды; соединению в звезду поФазно-последозательно соеди5 ненных обмоток 3, 14, 15 и 25, каждый из лучей которых образуется последовательным соединением фаз этпх обмоток; наведению на вторичной обмотке 4 такой системы ЭДС {фиг. 26), которая совпадает

0 по фазе с системой ЭДС на обмотке 2 трансформатора 1 или с системой фазных напряжений питающей сети, а также с системой напряжений на обмотке 7 двухобмоточного трансформатора 5, поскольку эта обмотка

5 непосредственно присоединена к вторичной обмотке 4; совпадению по фазе ЭДС на обмотке 6 двухобмоточного трансформатора 5, а также на последовательно соединенных с ней обмотке 3 и секции 25 первичной

0 обмотки 2 трансформатора 1, подведению к статорной обмотке 14 симметричной системы напряжений, каждый луч векторной диаграммы которой получается сложением совпадающих по фазе ЭДС на последовательно

5 соединенных обмотках 3, 14, 6 и 25 и сдвинутым относительно этих ЭДС на 120° соответствующим лучом фазного напряжения питающей сети; получению статорной обмоткой энергии как непосредственно от

0 трехфазной сети, так и после передачи ее электромагнитным путем от обмотки 2 обмотками 3, 25, а также после трансформирования ее сначала в обмотку 4, передачи посредством обмотки 7 к обмотке 6 двухоб5 моточного трансформатора 5, являющегося при этом одним из каналов г . 9образования и передачи электромагнитной энергии управляемому двигателю.

0Величина напряжения (фиг. 26) при последовательном соединении обмоток 25 и 6 равна напряжению на обмотке 3, причем напряжение на обмотке 6 во много раз меньше напряжения на обмотке 25. При по5 следователь ном соединении обмоток 3, 25 и б, напряжение равно удвоенному фазному напряжению питающей сети. На каждой фазе статорной обмотки 14 напряжение равно линейному напряжению питающей сети. Входное линейное напряжение на диодных

мостах 16 и 11, не превышает линейное напряжение питающей сети.

Следующий интервал времени начиняется отпиранием шунтирующего тиристора 13 на стороне постоянного тока диодного моста 11, что приводит к закорачиванию диодного моста 11; запиранию ранее открытого тиристора 10 на стороне постоянного тока диодного моста 8 обратным напряжением конденсаторов 21 и 24; закорачиванию обмоток 7 и 4; уменьшению практически до нуля падения напряжения на обмотках 3, 2 и 25 многообмоточного трансформатора 1 и на обмотке 6 двухобмо- точного трансформатора 5; подключению каждой фазы статорной обмотки 14 управляемого двигателя к соответствующим линейным проводам питающей сети; переходу главного трансформатора 1 в режим корот- ного замыкания, характерный, например, для так называемых трансформаторов тока; обусловленному этим Ј(. значительному увеличению тока въ вторичной обмотке 4, поскольку ее магнитодвижущая сила должна в этот интервал времени уравновесить суммарную магнитодвижущую силу трех обмоток 2, 3 и 25, обтекаемых током статорной обмотки 14 управляемого двигателя; накоплению в магнитном поле индуктивности рассеяния вторичной обмотки 4 довольно значительной энергии, которую необходимо отводить в последующий интервал времени, когда трансформатор 1 переходит из режима короткого замыкания в иной режим. Векторная диаграмма напряжений на отдельных фазах статорной обмотки для этого случая приведена на фиг, 2в. Сравнение векторных диаграмм напряжений на фиг. 26, в показывает, что переход от закороченного состояния стороны постоянного тока диодного моста 12 к его размыканию и закорачиванию моста 11 на его стороне постоянного то.ка приводит к очередному скачкообразному изменению начальной фазы напряжения статорной обмотки 14 на 120° при сохранении прежней величины действующего значения этого напряжения.

Очередной интервал времени начинается отпиранием шунтирующего тиристора 18 на стороне постоянного тока диодного моста 16, что приведет к запиранию ранее открытого тиристора 13 обратными напряжениями конденсаторов 20 и 23, закорачиванию диодного моста 16 на его стороне постоянного тока и связанным с этим другим описанным электромагнитным процессом, которые повторяются в той же последовательности. Вместе с тем условия работы элементов устройства на входе диодного моста 11 существенно отличаются от

условий работы соответствующих элементов на входе мостов 16 и 8. Это отличие особенно заметно проявляется при выборе коэффициента трансформации понижающего трансформатора 5 равным нулю, т.е. при отсутствии этого трансформатора, в этом случае циклическому поочередному за- . корачиванию стороны постоянного тока диодных мостов, 8, 11 и 16 соответствует

0 прерывистый характер тока во вторичной обмотке 4 и соответствующие недопустимые перенапряжения на входе и выходе диодного моста 11 при сохранении непрерывным тока во всех обмотках на вхо5 де двух других мостов и обусловленн ых этим нормальных условий работы полупроводниковых элементов на входе и выходе этих мостов. Поэтому электромагнитные процессы в устройстве после запирания шунтиру0 ющего тиристора 13 на стороне постоянного тока диодного моста 11 характеризуются рядом особенностей, обусловленных тем, что в предшествующий интервал времени силовой многообмоточ5 ный трансформатор 1 находился в режиме короткого замыкания, являющийся нормальным для известных измерительных трансформаторов - трансформаторов тока; имело место многократное увеличение тока

0 во вторичной обмотке 4 трансформатора 1, поскольку создаваемая этой обмоткой магнитодвижущая сила должна уравновесить суммарную магнитодвижущую силу обтекаемых током двигателя обмоток 2, 3 и 25; в

5 магнитном поле индуктивности рассеяния вторичной обмотки 4 запаслась значительная энергия, пропорциональная квадрату протекающего через нее весьма значительного тока.

0 После запирания шунтирующего тиристора 13 на стороне постоянного тока диодного моста 11 высвобождается запасенная в магнитном поле индуктивности рассеяния вторичной обмотки 4 энергия, которая по5 средством двухобмоточного трансформатора 5 передается в статорную обмотку 14 управляемого двигателя от последовательно соединенной с ней обмотки 6 трансформатора 5. В этот отрезок времени

0 двухобмоточный трансформатор 5 используется в качестве ограничителя перенапряжений на вторичной обмотке 4 и присоединенном к ней диодном мосте 11, так и канала, по которому ранее накоплен5 ная энергия магнитного поля направляется управляемому двигателю, в котором утилизуется. Поскольку передаваемая при этом двигателю мощность составляет несколько процентов от номинальной мощности двигателя, то установленной мощностью, маесой и габаритами двухобмоточного трансформатора 5 можно пренебречь.

Таким образом, в устройстве уменьшается величина установившегося напряжения каждого из диодных мостов на входе переменного тока, обеспечивается та же форма кривой напряжения на нагрузке-ста- торной обмотке управляемого асинхронного двигателя, поскольку в обоих случаях оно формируется тремя взаимно равными интервалами цикла ступенчатого скачкообразного изменения начальной фазы питающего напряжения на 120°, обеспечивается режим непрерывного тока во всех обмотках как трансформаторов 1 и 5, так и статорной обмотки 14, при этом обеспечивается уменьшение тепловых потерь в трансформаторах.

0

5

Формула изобретения Устройство для частотного управления асинхронным двигателем по авт. св. N 1443114, отличающееся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей путем уменьшения тепловых потерь, ос- новная первичная обмотка силового трехфазного трансформатора снабжена второй трехфазной секцией, каждая фазная катушка которой включена последовательно между одноименной фазной катушкой первой секции основной первичной обмотки силового трансформатора и одноименной фазной катушкой первичной обмотки второго трансформатора согласно по отношению к фазной катушке основной первичной обмотки силового трансформатора, а второй трансформатор выполнен понижающим.

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - улучшение энергетических показателей путем уменьшения тепловых потерь. С этой целью в устройстве для частотного управления асинхронным двигателем основная первичная обмотка 2 силового трехфазного трансформатора 1 снабжена второй трехфазной секцией 25, включенной пофазно последовательно между первой секцией основной первичной обмотки 2 и вторичной обмоткой 6 второго двухобмоточного трансформатора 5, выполнен понижающим; В результате в режиме короткого замыкания трансформатора 1, когда открыт тиристор 13 диодного моста 12, можно возвращать энергию, накопленную во вторичной обмотке 4 трансформатора 1 при подачи запирающего сигнала на тиристор 13, и отпирать тиристор 10 диодного моста. Ввиду того, что трансформатор 5 выполнен понижающим тепловые потери в этом режиме уменьшаются. 2 ил.

% V

U&B

и,

иба

U&B

Ј