Способ формирования квазикругового магнитного поля Советский патент 1992 года по МПК H02M7/48 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в статических преобразователях (инвертЪрах), включающих трансформаторы с вращающимся полем, или электрических машинах.

Известен способ формирования магнитного поля, близкого к круговому (квазикруговому), для уменьшения пульсаций момента асинхронного двигателя, где формируют две трехфазные системы напряже- ний ступенчатой формы, .интервал дискретности которых равен 2 л/6 (60°). Одноименные фазные напряжения сдвигаются во времени на 30° и подают на две первичные трехфазные обмотки асинхронного дви- .гателя, сдвинутые в пространстве на 30 эл. град. При этом снижается неравномерность

вращения магнитного поля машины, улучшается гармонический состав ЭДС фаз, увеличивается частота и снижается амплитуда пульсаций момента.

Недостатком является возникновение уравнительных токов за счет неравенства форм фазных напряжений и ЭДС, которые дополнительно загружают фазы системы и вентили преобразователей, формирующих ступенчатую форму напряжений и снижают КПД системы.

Целью изобретения является увеличение КПД за счет улучшения гармонического состава фазных токов и снижения максимальных значений уравнительного тока.

Поставленная цель достигается тем, что для создания квазикругового вращающегоXI

4

ГО 4Ьь Ю

ся магнитного поля формируют две трехфазные ступенчатые системы напряжений с числом ступеней п, по крайней мере равным шести, сдвигают их во времени на интервал, не кратный длительности ступеней, и подают на трехфазные обмотки электромагнитного или электромеханического устройства с общим магнитолроводом, фазы которого сдвигают в пространстве на угол, соответствующий временному сдвигу фазных напряжений, причем формируют трехфазные ступенчатые напряжения с числом ступеней на периоде п, большим шести, а упомянутый сдвиг одноименных фазных напряжений устанавливают равным л/п(2К 1), где К - целое число.

Таким образом, отличительными признаками предложения являются следующие: формируют трехфазные ступенчатые напряжения с числом ступеней на периоде, большим шести; устанавливают сдвиг одноименных фазных напряжений (и, как следствие, соответствующий сдвиг в пространстве одноименных фаз обмоток электромагнитного устройства), равным л/n (2К-1), где К - целое число.

В предложенном способе сдвиг одноименных фазных напряжений может быть установлен не только я/п (или близкий к нему, как в известных способах), но и в нечетное число (2К -1) раз больший, при соответствующем сдвиге (на такое же число электрических градусов) одноименных фаз обмоток в пространстве. При этом сохраняются условия создания вращающегося магнитного поля,, близкого к круговому, и достигается положительный эффект.

В качестве примера конкретного выполнения приведен способ управления статическим преобразователем на базе трансформатора с вращающимся магнитным полем и напряжениями на первичной обмотке, имеющими 12 ступеней на периоде.

На фиг.1 приведена структурная схема статического преобразователя; на фиг,2 - временные диаграммы фазных напряжений, ЭДС и токов.

Статический преобразователь состоит из двух трехфазных инверторных ячеек 1 и 2, соединенных с источником постоянного тока 3, имеющего, например, нулевую шину, Трехфазные выходы инверторных ячеек соединены с трехфазными первичными обмотками 4,5 трансформатора 6 с цилиндрическим сердечником, а котором образуется вращающееся магнитное поле. К выходной вторичной обмотке 7 подключается нагрузка переменного тока.

Статический преобразователь работает следующим образом.

Йнверторные ячейки 1 и 2 формируют на выходе две симметричные трехфазные

системы напряжений ступенчатой формы п 12, сдвинутые во времени в простейшем случае на 15°. Каждое из фазных напряжений может быть сформировано многоступенчатым в форме, близкой к

синусоидальной (квазисинусоидальная форма). Для исключения дополнительных трансформаторов предпочтительны инверторы с бестрансформаторными выходами, в частности полностью бестрансформаторные инверторы.

Одноименные фазы трехфазных обмоток 4 и 5 трансформатора б сдвигают в-про- странстве на 15 эл. град, (при двухполюсном трансформаторе - на 15 пространственных

градусов).

Возможен сдвиг напряжений одноименных фаз на 45,75,105,135, и т.д. градусов, если устанавливают соответствующий пространственный сдвиг одноименных фазных обмоток (т.е. на гг/п (2К-1)).

На фиг.2 показаны временные диаграммы напряжений и токов для известного (а) и предложенного (б) способов. Уд - напряжение источника постоянного тока,

В прототипе с помощью трехфазных мостовых инверторов формируют 6-ти ступенчатую за период форму фазного напряжения Кф на обмотках 5,6. Для получения ЭДС, имеющей 12 ступеней, формируют две

трехфазные системы 6-ти ступенчатых напряжений, сдвинутых во времени на 30°, при 30-ти градусном сдвиге обмоток 5,6, При этом форма ЭДС, наведенной в фазах электромагнитного устройства, значительно отличается от формы напряжения.

Это вызывает в фазах значительные уравнительные токи iy, максимальное значение которых зависит от разности Ди - () активного сопротивления Рф и индуктивностей/Ъф рассеяния фаз, ty Ли/(р/0ф +

RO).

Уравнительный ток возникает в предложенном решении, так как напряжение имеет ступенчатую форму и не совпадает с

формой ЭДС. Однако AU Уф + ф (см, фиг.2,б) в предложении при 24-ступенчатой форме ЭДС и 12-ступенчатой форме напряжения значительно меньше, чем в прототипе. К тому же, при увеличении частоты Ди

уменьшаются длительности ее ступеней и уравнительный ток не успевает значительно вырасти, Поэтому максимальные и действующие значения уравнительного тока существенно уменьшаются.

Так как фазные токи первичных обмоток трансформатора представляют собой сумму намагничивающего, уравнительного токов и тока нагрузки, снижаются максимальные и действующие значения фазных токов первичных обмоток трансформатора и вентильных преобразователей, 4to приводит к уменьшению потерь в вентилях и первичных обмотках и увеличению КПД системы. При этом равномерность вращения магнитного поля повышается, что приводит к улучшению формы напряжения на выходной обмотке трансформатора с вращающимся полем или уменьшению пульсаций момента в электрическом двигателе переменного тока.

Формула изобретения Способ формирования квазикругового магнитного поля, в соответствии с которым

формируют две трехфазные системы ступенчатых напряжений с числом ступеней на периоде п, по крайней мере равным шести, сдвигают их во времени на интервал, не

кратный длительности ступеней, и подают на две трехфазные обмотки электромагнитного или электромеханического устройства с общим магнитопроводом, причем фазы обмоток сдвигают в пространстве на угол, соответствующий временному сдвигу фазных напряжений, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД системы преобразования, реализующей способ, формируют трехфазные ступенчатые напряжения с числом ступеней на периоде п, большим шести, а упомянутый сдвиг одноименных фазных напряжений устанавливают равным тг/п (2К- 1} ,де К - целое число.

Использование силовая преобразовательная техника. Сущность изобретения: система содержит два трехфазных инвертора напряжения (1.2), нагруженных на две трехфазные обмотки (4,5) электромагнитного или электромеханического устройства (6) с общим магнитопроводом. Инверторы выполнены обеспечивающими число ступеней И на периоде, большем шести, а фазовый сдвиг между трехфазными системами напряжения инверторов и пространственный сдвиг обмоток (4,5) устанавливают равным -.(2К - 1), где К - целое число. 2 ил. сл с

Фиг.1

ty

/& о

№.

ЧгЩ

%Ч №

а

dl/ lfp+tf

&