ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД Советский патент 1973 года по МПК H02P7/64 

1

Предлагаемый частотно-управляемый электропривод относится к приводам с широким диапазоном регулирования скорости, в котором магнитный усилитель каждой фазы однотактный, трансформаторного типа, с выходом на удвоенной частоте. Каждый из выходов усилителя образован четырьмя обмотками магнитного усилителя, расположенными на четырех отдельных сердечниках и включенными попарно-последовательно, а пары-встречно-последовательно, и двумя диодами-демодуляторами, включенными по схеме со средней точкой. Выходы усилителя вместе с полуобмотками одной фазы двигателя образуют мост, в каждую диагональ которого включены поочередно работающие в ключевом режиме тиристоры. Для этого обмотки каждой фазы двигателя должны быть разделены на две полуобмотки. В некоторых случаях такое разделение обмоток нежелательно.

Кроме того, для отдачи реактивной и активной мощности, приходится включать однофазные двухполупериодные выпрямители параллельно и при этом для правильного разделения нагрузки выпрямителей необходимо устанавливать электромагнитные делители тока.

Цель изобретения - применение стандартных двигателей и повышение к.п.д. устройства.

Цель достигается тем, что два выхода магнитных усилителей удвоенной частоты включены последовательно с двумя поочередно работающими тиристорными ключами, а обмотка одной фазы двигателя включена между общей точкой двух выходов усилителя и общей точкой двух тиристорных ключей.

Кроме того, для рекуперации энергии в сеть, использован собранный по мостовой схеме выпрямитель, вход которого подключен параллельно обмотке одной фазы двигателя, а выход выпрямителя подсоединен к узлу рекуперации, выполненному на инверторе, ведомом сетью.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема питания одной фазы двигателя с раздельными магнитными усилителями; на фиг. 2 изображены изменения напряжения в зависимости от времени в различных частях схемы; на фиг. 3 изображена принципиальная схема питания одной фазы двигателя с двумя выходами одного усилителя. На четырех тороидальных или П-образных

магнитопроводах 1-4 расположены сетевые обмотки 5-8, включенные попарно-встречно. Переменное напряжение на обмотках 7 и 8 должно быть сдвинуто на 90° относительно напряжения щ обмотках 5 и 6. При питании

от трехфазной сети, для получения сдвига в

90° сетевые обмотки могут быть включены по схеме Скотта.

Выход однотактного магнитного усилителя на удвоенной частоте осуществляется посредством четырех вторичных обмоток 9-12, включенных попарно-последовательно, а пары - последовательно-встречно, и двух диодов 13 и 14, включенных по схеме со средней точкой.

Управляющие обмотки 15-18 включены последовательно и получают питание от многофазного источника задающей частоты 19 через блокирующий диод 20. Частота источника задающей частоты может изменяться в широких пределах. Также изменяется амплитуда переменного напряжения на выходе источника 19, чем обеспечивается закон изменения напряжения в зависимости от частоты и нагрузки двигателя.

Второй магнитный усилитель с выходом на удвоенной частоте выполнен на сердечниках 21-24.

Сетевые обмотки 25-28 и вторичные обмотки 29-32 с вентилями 33 и 34 выполнены и соединены аналогично соответствующим обмоткам первого магнитного усилителя.

Управляющие обмотки второго магнитного усилителя 35-38 включены на источник задающей частоты 19 через вентиль 39, полярность которого противоположна полярности вентиля 20. Кроме того, если у оервого усилителя к вентилю 20 подходит начало обмотки 15, то у второго усилителя к вентилю 39 подходит конец обмотки 35. При таком соединении в один полупериод задающей частоты ток протекает через управляющие обмотки 15-18, а в другой полупериод - через управляющие обмотки 35-38.

При питании обмоток управления полуволнами задающего напряжения на выходе пар вторичных обмоток Я 10, 11, 12, 29, 30 и 31, 32 появляется модулированное по амплитуде переменное напряжение частоты, удвоенной отсительно частоты питающей сети.

Папример, если сетевые обмотки 5, 5 и 7, S получают питание от сети переменного тока с частотой 50 гц, то на выходе пар вторичных обмоток 9, 10 и и, 12 появляется переменное напряжение с частотой 100 гц, модулированное по амплитуде в соответствии с полуволной синусоиды напряжения источника задающей частоты.

Включение управляющих обмоток через вентили с изменением полярности вентилей и управляющих обмоток второго усилителя относительно первого вызывает поочередно появление на парах обмоток пакета модулированных по амплитуде синусоид удвоенной частоты, огибающие которых (сверху и снизу) являются полуволнами синусоиды задающей частоты.

После двухполупериодного выпрямления посредством вентилей 13, 14 и 33, 34, осуществляющих выпрямление модулированных колебаний по двухполупериодной схеме выпрямления со средней точкой, на выходах магнитных усилителей 40, 41 и 41, 42 появляется пакет модулированных по амплитуде синусоидальных полуволн учетверенной частоты, огибающая которых также является полуволной задающей частоты.

Вентили 13, 14 и 33, 34 не только осуществляют выпрямление модулированных колебаний (демодуляцию), но также создают внутреннюю положительную обратную связь в тот полупериод задающей частоты, когда действует данный усилитель, т. е. ток протекает через его управляющую обмотку. В эти моменты направление тока через обмотку управления и вторичные обмотки усилителей совпадают. Таким образом, на выходах магнитных усилителей полуволны напряжения появляются поочередно, т. е. в тот полупериод, когда появляется полуволна напряжения на выходе

40-41, на выходе 41-42 напряжение равно нулю и наоборот.

Кривая а фиг. 2 изображает кривую напряжения UK на выходе задающего генератора 19. Кривая б изображает модулированное напряжение удвоенной частоты f/g-io, возникающее на зажимах пары вторичных катушек 9- 10. Огибающие модулированного напряжения изображены пунктиром. Кривая в изображает модулированное напряжение t/n-ia на зажимах пары вторичных катушек //-12. Это модулированное напряжение является зеркальным отображением кривой 6, т. е. в любой момент времени эти напряжения равны по амплитуде и противоположны по знаку.

Кривые г и (3 изображают модулированные напряжения и С/з1-з2, которые возникают соответственно на зажимах пар вторичных катушек 29-30 и 31-32.

Кривые е и ж изображают соответственно

напряжения 6/40-41 и возникающие на выходах 40-41 и 41-42, т. е. модулированное напряжение после выпрямления (демодуляции) . Огибающая однополярного пакета модулированных полуволн учетверенной частоты

изображена пунктиром.

Таким образом из однополярного пакета модулированных полуволн учетверенной частоты формируется однополярная полуволна

выходного напряжения. Для превращения однополярных полуволн в переменное напряжение, обмотка одной фазы двигателя 43 (см. фиг. 1) включена между общей точкой двух выходов 40-41 и 41-42 и общей точкой 44

соединения двух тиристорных ключей 45 и 46. Ключи 45 и 46 включаются поочередно посредством логической схемы 47, которая воздействует на включение тиристорных ключей. Включение очередного тиристорного ключа

происходит в те периоды, когда работает данный магнитный усилитель, т. е. на его выходе появляется одпополярная полуволна. Например, если на выходе 40-41 появляется однополярная полуволна (кривая е фиг. 2), то

включается тиристорный ключ 45.

Включение тиристорного ключа 46 происходит в то время, когда на выходе 41-42 появляется однополярная полуволна. При включении тиристорного ключа 45 точка 44 получает положительный потенциал, т. е. ток по нагрузке 43 протекает справа налево. При включении ключа 46 положительный потенциал получает точка 41 и ток по нагрузке течет слева направо. Если нагрузка чисто активная, напряжение на зажимах нагрузки /741-44 имеет вид изображенный на кривой з (фиг. 2). Наличие индуктивности в фазах двигателя и наличие сглаживающей емкости 48 приводит к сглаживанию пульсаций в кривой напряжения t/4i-44 и она получает вид, изображенный на кривой и (фиг. 2).

Кривая к показывает диаграмму замкнутого состояния тиристорного ключа 45, а кривая л - диаграмму замднутого состояния тиристорного ключа 46. Замкнутое состояние ключа изображено зачерненным прямоугольником. Как отмечалось выше, включение ключей осуществляется посредством логической схемы 47, воздействующей на управляющие электроды тиристорных ключей всех фаз двигателя.

Логическая схема получает сигналы от датчиков напряжения 49 и 50. Однополярные полуволны напряжения после формирования попадают на систему триггеров и схем совпадения, управляющих системой поочередного включения тиристорных ключей всех фаз двигателя.

Выключение тиристорных ключей производится посредством устройства принудительной коммутации 51. Момент выключения тиристорных ключей совпадает с окончанием униполярных импульсов изображенных на кривых е и ж фиг. 2.

Для осуществления рекуперативного торможения двигателя и отдачи реактивной мощности применяется однофазный выпрямительный мост, состоящий из диодов 52-55.

Вход моста подключен параллельно к обмоткам одной фазы двигателя 43, а выход - к шинам рекуперативного торможения 56. К шинам рекуперативного торможения подключены выходы 57 и 58 выпрямительных мостов других фаз двигателя. Шины рекуперативного торможения подключены к преобразователю 59, в качестве которого может применяться тиристорный инвертор, ведомый сетью, или машинный преобразователь постоянного тока в переменный, например двигатель постоянного то.ка, приводящий в действие трехфазный генератор переменного тока или одноякорный преобразователь. Напряжение на шинах рекуперации 56 должно быть несколько выше максимального напряжения на обмотке 43 при двигательном режиме.

В некоторых случаях, например, в случае трехфазного двигателя, обмотки которого включены в звезду можно соединить точки 4 трех фаз и вентили 52 и 53 сделать общими

для всех трех фаз. В этом случае вместо 12 диодов достаточно иметь 8 диодов.

Б качестве магнитных усилителей, можно нрименить многофазные магнитные усилители с выходом на удвоенной частоте. В этом случае частота пульсаций полуволн выходного напряжения в три раза выше, чем в случае однофазной двухполупериодной схемы, т. е. при частоте питания 50 гц получается частота

пульсаций 600 гц, причем выходная частота также может быть повышена.

Выводы 60 к 61 многофазного источника задающей частоты 19 служат для питания обмоток управления усилителей других фаз.

На схеме фиг. 1 питание одной фазы двигателя осуществляется от двух отдельных магнитных усилителей с выходами на удвоенной частоте. Возможна также схема с одним магнитным усилителем с двумя комплектами выходных обмоток и одним комплектом управляющих и сетевых обмоток, которая представлена на фиг. 3. В этом случае сетевые обмотки 62-65 и выходные обмотки первого выхода 66-69 с диодами 70, 71 включены аналогично тем же обмоткам первого усилителя, показанного на фиг. 1.

Второй комплект выходных обмоток 72-75 включается с обратной полярностью относительно диодов 76 и 77. Если в первом комплекте выходных обмоток к диодам подключены начала обмоток, то во втором комплекте - концы обмоток. Обмотки управления 78-81 получают питание от источника задающей частоты 82.

В один полупериод задающей частоты внутренняя обратная связь осуществляется первым комплектом выходных обмоток и диодами 70, 71.

В другой цолупериод задающей частоты обратная связь осуществляется вторым комплектом выходных обмоток и диодами 76, 77.

Тиристорные ключи 83, 84 работают поочередно аналогично тиристорным ключам в ранее описанной схеме (фиг. 1). Обмотка одной фазы двигателя 85 также включена между средней точкой двух выходов и средней точкой двух тиристорных ключей. Цепи рекуперации в схеме фиг. 3 не показаны, они осуществляются тем же способом, что и цепи рекуперации в схеме фиг. 1.

Схема фиг. 3 имеет то преимущество, что количество сердечников уменьшается вдвое, однако верхний предел частоты и выходная

мощность в схеме фиг. 1 выше.

Предлагаемая система дает возможность получить широкие пределы регулирования скорости при синусоидальной форме напряжения. При частоте питающей сети 50 гц и

шестифазных магнитных усилителях можно получить верхний предел регулирования частоты 45 гц, а также переход на работу выше синхронной скорости от 55 до 80 гц при к.п.д. от 80 до 90% в зависимости от мощности привода.

Предлагаемая система не требует трансформаторов и дросселей.

Предмет изобретения

1. Частотно-управляемый электропривод, в каждую из фаз двигателя переменного тока которого включен повышающий частоту сети, работающий в режиме модуляции с дальнейщей демодуляцией при помощи диодов магнитный усилитель, отличающийся тем, что, с целью применения стандартных двигателей,

два выхода магнитного усилителя соединены последовательно с двумя поочередно работающими тиристорными ключами, а обмотка одной фазы двигателя включена между общей точкой двух выходов усилителя и общей точкой двух тиристорных ключей.

2. Электропривод по п. 1, отличающийся тем, что, с целью повыщения к.п.д., использован узел рекуперации энергии, собранный на мостовом выпрямителе, вход которого подключен параллельно обмотке одной фазы двигателя, а выход -к узлу рекуперации, выполненному на инверторе, ведомом сетью.

Фиг.

Цв

а IXwi

УЭ-Ю

а)Ь

11-K

и.

29-30

/

wt

cot

ЩГ

ЩГ

Фиг, IS