Частотно-регулируемый электропривод Советский патент 1979 года по МПК H02P7/42 

Изобретение относится к области силовой преобразовательной техники и электро привода и может быть использовано для плавного регулирования скорости вращения асинхронных и синхронных электродвигателей. Известны схемы частотно-регулируемы электроприводов, построенных на основе электромагнитных преобразовательных агре гатов l . Недостатками таких электроприводов являются низкий коэффициент полезного действия, значительная инерционность, большая установленная мощность преобразовательного агрегата, необходимость фундамента, неудовлетворительные весогабаритные .характеристики и др. В связи с этим электромашинные преобразователи для частотно-регулируемых электроприводов не получили широкого применения в промы ш пенности. Появление силовых полупроводниковых управляемых и неуправляемых вентилей привело к созданию статических преобразо вателей частоты, используемых для регулирования скорости вращения, электродвигателей переменного тока. Известен частотно-регулируемый электропривод с использованием тиристорных преобразователей частоты 2 . Известен также частотно-регулируемый электропривод, содержащий управляемый тиристорный выпрямитель с LC-фильтром и системой фазового управления, механический коммутатор, приводимый во/вращение маломощным двигателем, приводной асинхронный двигатель с датчиком скорости и блок управленияС: }, Этот электропривод является наиболее близким к настоящему изобретению по технической сущности и достигаемому результату. Однако, несмотря на очевидные преимущества статических преобразователей частоты по сравнению с электромашинными, онИ|В свою очередь, не лишены серьезных недостатков. Поскольку тиристор ке является полностью управляемым элементом. 657 для его включения используются дополнительные устройства, содержащие вспомогательные тиристоры, дроссели, конденсаторы, дополнительные источники подэаряда и др. оборудования. Это обстоятельство приводит к значительному усложнению силовой части и системы утфавления, что приводит, с одной стороны, к снижению технико-экономических показателей такой системы, а .с другой стороны, к понижению ее надежности. Указанные недостатки дифференцируются в зависимости от мощности, диапазона регулирования частоты и напряжения, необ ХОДИМОСТИ реверсирования и т.п. Целью изобретения является упрощение схемы и повышение технико-экономических показателей , Цель достигается тем, что два входных тоКоведуших кольца механического коммутатора соединены с выходными зажимами тиристорного управляемого выпрямителя непосредственно, а три секционированных выходных кольца соединены с на1-рузкой и зажимами переменного тока мостовой схемы дополнительных диодов, общие катоды и аноды которых соединены совместно с положительным и отрицательным полюсами выпрямителя, причем маломощный двигатель механического коммутатора подсоединен к выходу выпрямителя через блок коррекции, осуществляющий согласование частоты и напряжения при изменении на. . грузки привода На фиг. 1а, б изображена принципиальная схема частотно-регулируемого электропривода {фиг. 1а) и схема соединения токовводящйх частей пятикольцевого механического коммутатора (фиг. 16){(на фиг. 2 - диаграммы, поясняющие работу схемы, На схемах приняты следующие обозначе{гая 1 - 6 « тиристоры силового выпрямителя, 7 - система фазового управлекия выпрямителя, дроссель фильтра, 9 - конденсатор фильтра, 10 - маломощный двигатель механического коммутато ра, в качестве которого может быть использован двигатель постоянного тока с постоянными магнитами или независимым возбужде1шем, асинхронный двигатель с полым ротором и др; 11 - механический коммутатор, состошций из пяти копец Г ... V , соединяемых электрически по схеме (фиг. 1б); 12 - 17 - попол штельные диоды, служащио для искгаочения ком мутацион1й 1Х перенащ1яжений; 18 - привод ной асиюсронш 1Й или синхроние 1Й двигател 24 19 - тахогенератор или любой дру1ч й датчик скорости; 2О - блок коррекции, пред назначенный дпя дополнительного согласования частоты и напряжения преобразова- теля при изменении нагрузки, осуществляющий, в частности, форсировку напряжения при увеличении нагрузки; 21 - блок управления, осуществляющий частотный пуск и регулирование скорости приводного двигателя в зависимости от сигнапа задания и зад.В блоке происходит сравнение сигнала скорости и задания, формирование управляющего сигнала для системы управления выпрямителя и блока коррекции. ЧacтoтнcN peгyлиpyeмый электропривод работает следующим образом. При отсутствии сигнала задания Ц зад. напряжение на выходе тиристорного вынрямителя равно нулю, двигатель 10 обесточек и механический коммутатор 11 не вращается. При наличии сигнала задания U зад. изменяется фазовый сдвиг управляющих импульсов системы управления выпрямителя 7, в результате чего на выходе выпрямителя (тиристоры 1 - 6 )появляется напряжение, которое поступает после LCфильтра (дроссель 8, конденсатор 9) на двигатель-Ю через блок коррекции 2О и через щеточные контакты на кольца I и И механического коммутатора. Каждое из колец I и И соединены -электрически с трек1я сегментами колец § - V (фиг. 1б) таким образом, что при вращении механического коммутатора на его аходе образуется трехфазное переменноё напряжение ступенчатой формы, частота которого прямопропорциональна скорости вращения коммутатора. Учитывая, что скорость вращения двигателя 1О пропорциональна напряжению „а выходе выпрямителя, выходная частота коммутатора оказывается также пропорциональной напряжению выпрямителя, т.е. автогувтически обеспечивается режим У- const частотно-регулируемого элпктропривода. Дополнительные диоды 12 - 17 исключают разрыв цепей фазного тока двигателя при переходе щеток с одного токоведущего сегмента на другой и, тем самым, обеспечивают безискровую работу коммутатора. Рассмотрим для примера коммутации тока фазы А. Положим, что в начальном состоянии щетка кольца Ш соединена с сегментом, подключенным к положительному полюсу источника питания через колыш 1 (фиг. 2а). В момент врймонн t, шетка схэцит с токоведушего сегмента и ток фазы А замыкаотся по цепи: фаза А - фаза В кольцо IV - минус источника питания- диод 15 (фиг. 26). В момент времени | щетка кольца соединяется с токоведушим сегментом, подключенным к отрицательному полюсу источника питания (рис.2б) и шунтирует диод 15. В практической схеме реактивный ток фазы А будет делиться между шетэчиым контактом и диодом 15 обратно пропорционально их сопротивлениями (фиг. 26, пунктир), В моменты вр)емени t, t/ S исходят аналогичные коммутации в фазах В, С, А. На фиг. 2г приведена форма фазного насфяжения двигателя, которая остается неизменной при любой частоте и любых режимах работы двигателя. Блок управления 21 обеспечивает поддержание заданной скорости путем сравнения сигнала задания Lf зад. и сигнала датчика скоросусиления сигнала датчика ско рости, усиления сигнала рассогласования и воздействия через систему управления 7 на капряжение силового тиристорного выпрямителя, а, соответственно, и на скорость вращения механического коммутатора и его выходную частоту. Блок коррекции 20 осуществляет изм нение соотношения между частотой и нап ряжением на выходе преобразователя при изменении нагрузки , обеспечивая режим работы двигателя с постоянным абсолютным скольжением. Входными сиренами дл блока коррекции являются сигнал датчика скорости 19 и выходной сигнал блока уп равления 21. При увеличении нагрузки увеличивается сигнал рассогласования ме ду выходным напряжением блока управле ния 21 и напряжонием датчика скорости 19. Скрма блока ко)рекции настраивается таким образом, что указанный сигнал рассогласования после усиления воздействует на регулирующие элементы блока и обеспе- уменьшение напряжения двигателя 1О, а, следовательно, и выходной частоты преобразователя. Частотно-регулируемый электропривод, выполненный по предлагаемой схеме, имеет по сравнению с известными существенно меньшие весо-габаритные характеристики, более высокие энергетические характеристики и обладает достаточно высокой эксплуатационной надежностью. Формула изобретения Частотно- регулируемый электропривод, состоящий из управляемого тиристорного выпрямителя с LC - фильтром и системой фазового управления, приводного асинхронного двигателя, соединенного с секционированными выходными кольцами механического коммутатора, приводимого во вращение маломощным двигателем и блока коррекции, отличающийся тем, что, с целью упрощения схемы и повышения технико-экономических показателей, снабжен дополнительной диодной мостовой схемой, зажимы переменного тока которой соединены с секционированными выходными кольцами ..1аханического коммутатора, а общие аноды и катоды соединены соответственно с положительными ч отрицательными полкх;ами выпрямителя и входными токоведущими кольцами коммутатора, причем маломощный двигатель подсоединен к выходу выпрямителя черэз блок коррекции. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Булгаков А. А. Частотное управление асинхронным электродвигателем М., АН СССР, 1955, с. 174-206. 2.Шубенко В. А. и др. Асинхронный электропривод с тиристорным управлением, М., Энергия, 1967, с. 88. 3.Патент США N 3629688 кл. 321-50, 1969.

пЖЪп

ЙиХ« ,. , „ , ,л