Электропривод переменного тока Советский патент 1992 года по МПК H02P7/62 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводам с параметрическим управлением для металлургической, горнодобывающей промышленности.

Известен электропривод 1, содержащий асинхронный двигатель с фазным ротором, обмотки статора которого предназначены для подключения к сети переменного тока, причем выводы обмоток ротора подключены к входу первого мостового выпрямителя, катодная группа вентилей которого соединена с анодной группой вентилей второго мостового выпрямителя, трехфазный вход которого связан с выводами обмоток статора через параметрический стабилизатор переменного тока, резистор- ный элемент, одним выводом соединенный с катодной группой вентилей второго мостового выпрямителя, а другим выводом - с анодной группой вентилей первого мостового выпрямителя,

В этом электроприводе параметрически получают только одну механическую характеристику с постоянным моментом, поэтому его технические возможности ограничены.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является электропривод 2, содержащий асинхронный двигатель с фазным ротором, обмотки статора которого предназначены для подключения к сети переменного тока, причем выводы обмоток ротора подключены к входу первого мостового выпрямителя, катодная группа вентилей которого соединена с анодной группой вентилей второго мостового выпрямителя, трехфазный вход которого связан с выводами обмоток статора через параметрический стабилизатор переменного тока, ведомый сетью инвертор, трехфазный выход которого соединен с выводами обмоток статора, анодная группа вентилей соединена с катодной группой вентилей второго мостового выпрямителя, а катодная группа вентилей - с анодной группой вентилей первого мостового выпрямителя.

В таком электроприводе получают параметрически только механическую характеристику с постоянным моментом (характеристика I на фиг.2), что ограничивает возможности электропривода режимами пуска и торможения при постоянной нагрузке и регулирования скорости при вентиляторной нагрузке. Параметрическая стабилизация мощности, требуемая для ряда механизмов в металлургической, горнодобывающей промышленности, здесь не возможна, для этого необходим дополнительный управляемый преобразователь в САУ, снижающий первоначальную простоту и надежность схемы.

Кроме того, пуск электропривода сопровождается начальными значительными бросками токов статора и инвертора, т.е. электромагнитными и электромеханическими динамическими ударами, ограничение которых требует применения дополнительных токоограничивающих реакторов или трансформатора на трехфазном выходе инвертора и дросселя в цепи выпрямленного тока.

Целью изобретения является упрощение и повышение надежности при одновре- менном улучшении динамических показателей электропривода путем параметрической стабилизации токов статора. Цель достигается тем, что в электроприводе, содержащем асинхронный двигатель с фазным ротором, первые выводы обмоток статора которого предназначены для подключения к сети переменного тока, а выводы ротора подключены к входу первого

мостового выпрямителя, катодная группа вентилей которого соединена с анодной группой вентилей второго мостового выпрямителя, трехфазный вход которого связан с первыми выводами обмоток статора через

параметрический стабилизатор переменного тока, ведомый сетью инвертор, анодная группа вентилей которого соединена с катодной группой вентилей второго мостового выпрямителя, а катодная группа вентилей - с анодной группой вентилей первого мостового выпрямителя, трехфазный выход инвертора подключен к вторым выводам обмоток статора.

Новое соединение элементов электропривода позволяет параметрически, без автоматического управления, получить участок механической характеристики с постоянной мощностью в диапазоне скоростей, являющихся рабочими для асинхронного двигателя в большинстве производств - (0,4 - 0,9) О)о (Шо - скорость идеального холостого хода). В диапазоне скоростей от 0 до 0,4 Oh предложенный

электропривод реализует режим источника момента, что и электропривод, выбранный за прототип, с тем отличительным положительным эффектом, что переходные процессы характеризуются большей плавностью и

мягкостью благодаря созданию ненулевых начальных условий (параметрический стабилизатор переменного тока формирует в статорной цепи постоянный магнитный поток) и включению схемы по роторной цепи.

Таким образом, совокупность новых соединений элементов электропривода совместно с соединениями ограничительной части формулы позволяют обеспечить достижение цели.

Совокупность элементов электропривода и их последовательность соединений, сходные с признаками, отличающими заявляемое техническое решение от аналогов, в других технических решениях не обнаружё- ны. Следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию существенные отличия.

На фиг.1 представлена функциональная схема электропривода; на фиг.2 - его стати- ческая механическая характеристика и механическая характеристика прототипа.

Электропривод переменного тока содержит асинхронный двигатель с фазным ротором, первые выводы обмоток 1 статора которого подключены к сети 2 переменного тока, а выводы обмоток 3 ротора - к входу первого мостового выпрямителя 4, катодная группа вентилей которого соединена с анодной группой вентилей второго мостово- го выпрямителя 5, трехфазный вход которого соединен с первыми выводами обмоток 1 статора через параметрический стабилизатор 6 переменного тока, ведомый сетью инвертор, анодная группа вентилей которого соединена с катодной группой вентилей второго мостового выпрямителя 5, а катодная группа вентилей - с анодной группой вентилей первого мостового выпрямителя 4, трехфазный выход инвертора 7 подклю- чен к вторым выводам обмоток 1 статора.

Электропривод переменного тока работает следующим образом.

В результате подачи напряжения сети 2 на первые выводы обмоток 1 статора и вход стабилизатора 6 переменного тока выпрямленный ток Id стабилизатора 6 протекает по вентилям ведомого сетью инвертора 7 и обмоткам 1 статора в соответствии с законами коммутации. Если обмотки 3 рото- ра, соединенные в звезду, отключены от входа первого мостового выпрямителя 4, все шесть вентилей выпрямителя 4 проводят ток ld/З. Основной магнитный поток двигателя сформирован, на выводах обмо- ток 3 ротора наводится ЭДС, но так как цепь протекания токов ротора разорвана, момент не создается, двигатель не вращается.

Благодаря электрической связи стабилизатора 6 и статорных обмоток 1 токи ста- тора И и стабилизатора Ст имеют равные значения, поэтому номинальная величина тока статора И предварительно задается установкой элементов стабилизатора 6 с соответственно рассчитанными параметрами.

Подключением свободных выводов роторных обмоток 3 к входу первого мостового выпрямителя 4 замыкаются цепи протекания токов ротора, двигатель развивает момент и разгоняется.

Ненулевые начальные условия (установившийся магнитный поток Ф статора), а также наличие в цепях переменного тока элементов с большой индуктивностью и электрическая связь этих элементов обеспечивают мягкое протекание электромагнитных (пусковой ток превосходит установившееся значение не более чем в 1,8 раза), а следовательно, электромеханических переходных процессов пуска, торможения, изменения скорости при сбросе-набросе нагрузки. Плавность электромеханических переходных процессов обеспечивается и в случае приложения ударной нагрузки, при этом двигатель в системе электропривода защищен от перегрузки параметрической стабилизацией момента в области малых скоростей (характеристика II на фиг.2).

Описание работы электропривода в режиме с плавно изменяющейся нагрузкой более полно характеризует его основные свойства.

С увеличением нагрузки скорость («двигателя уменьшается от скорости идеального холостого хода ((о ыь на фиг.2) до ш 0,9 too , растут ЭДС Е2 и ток г ротора. При этом мощность скольжения, поступающая из ротора через выпрямитель 4 в цепь выпрямленного тока, не оказывает заметного влияния на электромеханические процессы в электроприводе.

Электромагнитная мощность Рэм, передаваемая из статора в ротор двигателя, формируется за счет мощности Ри, поступающей через инвертор 7 из цепи выпрямленного тока, за вычетом мощности Pi, передаваемой в сеть 2, и потерь в первичной цепи A Pi:

P3M Pu-Pi -APi

0)

Часть мощности РЭм превращается в механическую мощность Рмх, развиваемую на роторе. Другая ее часть-Р2 через роторные обмотки 3 и выпрямитель 4 за вычетом потерь во вторичной цепи ДР2 поступает в цепь выпрямленного тока, где совместно с активной мощностью (РСт - А РСт), поступающей из сети 2 через стабилизатор 6 и выпрямитель 5, формирует мощность Ри:

Рэм Рмх + Р2 + А Р2 Ри Р2 + Рст - А РСТ.

(2)

(3)

Из выражений (1) - (3) следует Рмх Рст-Р1-ЛР1-ЛР2-АРСт. .(4)

При u too Per Pi -APi -АРсти согласно выражению (4) РМх 0.

Рост тока 2 с уменьшением скорости от С0о обусловливает увеличение момента на валу двигателя в соответствии с выражением

М С Ф 2 cos V&i

где J|z - угол между векторами ЭДС Е2 и тока 12 ротора; С - коэффициент пропорциональности.

В диапазоне скоростей а)о - 0,9 Шо рост тока 12 вызывает более значительный рост момента М, чем падение скорости ш, поэтому мощность РМХ на валу двигателя увеличивается. В соответствии с выражением (4) это выражается в более быстром росте мощности Рст по сравнению с Pi. Электромагнитные процессы в этом диапазоне скоростей определены постоянным током Id в цепи выпрямленного тока, заданным стабилизатором 6, поэтому рост величины Pi и Рст вызывает соответствующее увеличение напряжений на трехфазном выходе инвертора 7 1)ли, на его входе Udu и выходе выпрямителя 5 стабилизатора GUdcr. Таким образом, напряжение Udu практически не оказывает влияния на формирование величины Id, и инвертор 7 имеет на этом участке внешнюю характеристику, повторяющую характеристику источника тока (стабилизатор 6 и выпрямитель 5).

Начиная со скорости ш 0,9 ftfe, когда среднее значение тока ротора 12 становится равным 1ст, работа электропривода характеризуется параметрической стабилизацией мощности на валу двигателя. Ток ротора 12 не стабилизируется на уровне 1Ст, определенном стабилизатором 6 переменного тока, а с ростом нагрузки (ЭДС ротора) превышает его, определяя поэтому соответствующее увеличение тока Id. При этом среднее значение тока, протекающего по статорным обмоткам 1 И, остается постоянным, что объясняется увеличением угла ком мутации у тока инвертора 7. Стабилизируется величина Pi, но рост напряжений или и Udn продолжается и связан он с ростом тока Id.

Электрическая связь статорных 1 и роторных 3 обмоток двигателя по цепи выпрямленного тока Id и их естественная электромагнитная связь определяюттеперь электромеханические процессы в электро

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

приводе. Это проявляется в изменении соотношений между абсолютными величинами напряжений на выходе инвертора 7 Udn и выходе роторного выпрямителя 4 U2d и их производными по току la. В диапазоне 0,9 соо - 0,4 ah скорость нарастания напряжения AUdu/Ald при росте тока Id выше, чем скорость нарастания напряжения AU2d/Ald, что связано с изменением параметров статорной и роторной цепей двигателя. Это обусловливает рост напряжения Udcr на выходе выпрямителя 5 стабилизатора 6, который прекращается при шЮ,4 шь, когда A Udu/ A Id A U2d/A Id.

Соответствующее увеличение поступления активной мощности Рст компенсирует увеличивающиеся потери APi, AP2, связанные с ростом токов 12 и Id. При этом согласно выражению (4) и с учетом того, что Pi const, величина РМх поддерживается на определенном уровне. Точность стабилизации механической мощности Рмх составляет 5%.

Увеличение напряжения или на трехфазном выходе инвертора 7 при неизменном угле управления Дг его вентилями обусловливает постепенное увеличение жесткости внешней характеристики инвертора.

В диапазоне 0,4 Шо - 0 скорость нарастания напряжения A Udu/Ald ниже, чем скорость нарастания напряжения AU2d/Ald. Это определяет уменьшение напряжения на выходе выпрямителя 5 стабилизатора 6. Рост мощности Рст при этом прекращается, РСт стабилизируется на уровне, соответствующем скорости с&0,4 о)о. Увеличивается величина PI, что в соответствии с выражением (4) вызывает уменьшение Рмх (с падением скорости) до нуля.

Это соответствует работе электропривода на падающем участке механической характеристики (фиг.2), близком к характеристике стабилизированного момента. При этом рост жесткости внешней характеристики инвертора 7 приближает последнюю к виду, характерному для классического варианта подключения инвертора.

Надежность работы инвентора 7 в электроприводе определяет не только значительная индуктивность на стороне переменного тока инвентора 7, но и действие стабилизатора 6, обеспечивающего всегда более мягкую внешнюю характеристику источнику питания по отношению к инвертору 7, благодаря чему работа последнего устойчива.

Таким образом, по сравнению с прототипом в предложенном электроприводе

происходит упрощение и повышение надежности при одновременном улучшении его динамических показателей путем параметрической стабилизации токов статора.

Применение изобретения позволяет от- казаться от требуемых в известных схемах разделительного трансформатора, токоог- раничивающих реакторов, сглаживающего дросселя в силовой схемы электропривода, сложных замкнутых САУ, что повышает широко понимаемую экономичность электропривода и очень важно для ряда производств, характеризующихся большим энергопотреблением. В этом заключается народно-хозяйственная значимость изо- бретения.

Ф о р м у л а и з о б р ете н и я Электропривод переменного тока, содержащий асинхронный двигатель с фаз- ным ротором, первые выводы обмоток

статора которого предназначены для подключения к сети переменного тока, выводы обмоток ротора подключены к входу первого мостового выпрямителя, катодная группа вентилей которого соединена с анодной группой вентилей второго мостового выпрямителя, трехфазный вход которого связан с первыми выводами обмоток статора через параметрический стабилизатор переменного тока, ведомый сетью инвертор, анодная группа вентилей которого соединена с катодной группой вентилей второго мостового выпрямителя, а катодная группа вентилей - с анодной группой вентилей первого мостового выпрямителя, отличаю щийся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности при одновременном улучшении его динамических показателей путем параметрической стабилизации токов статора, трехфазный выход инвертора подключен к вторым выводам обмоток статора.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводам с параметрическим управлением для металлургической, горнодобывающей промышленности изобретения. Цель - упрощение и повышение надежности при одновременном улучшении динамических показателей электропривода путем параметрической стабилизации токов статора. Электропривод содержит асинхронный двигатель с фазным ротором, первые выходы обмоток 1 статора которого подключены к сети 2 переменного тока, а выводы обмоток 3 ротора - к входу первого мостового выпрямителя 4. Катодная группа вентилей выпрямителя 4 соединена с анодной группой вентилей второго мостового выпрямителя 5. Трехфазный вход мостового выпрямителя 5 связан с первыми выводами обмоток 1 статора через параметрический стабилизатор 6 переменного тока. С катодной группой вентилей мостового выпрямителя 5 соединена анодная группа вентилей ведомого сетью инвертора 7, а катодная группа вентилей инвертора 7 соединена с анодной группой вентилей первого мостового выпрямителя 4. Трехфазный выход инвертора 7 подключен к вторым выводам обмоток 1 статора. Изобретение позволяет получить требуемые режимы параметрически без применения замкнутых САУ, что упрощает и повышает надежность привода. 2 ил. 2 # С/ с VJ ю ел GJ Os о

U)/Q)c