Асинхронный вентильный каскад Советский патент 1980 года по МПК H02P7/62 

Устройство содержит асинхронный двигатель с фазным ротором 1 (фиг. 1), к выводам роторной обмотки которого подключен неуправляемый выпрямитель 2. Выводы постоянного тока выпрямителя 2 соединены с выводами постоянного тока инвертора 3, каждый тиристор 4-9 которого зашунтирован встречно-параллельно включенным неуправляемым вентилем 10-15, причем по отношению к выпрямленному току ротора неуправляемые вентили включены встречно. Выводы переменного тока инвертора 3 связаны с концами статорной обмотки двигателя через трансформатор 16. Для сглаживания выпрямленного тока параллельно роторному выпрямителю подключен конденсатор фильтра 17.

Работает устройство следующим образом.

Для. упрощения предположим, что по обмоткам статора и ротора двигателя протекают синусоидальные токи, образующие трехфазные симметричные системы, а к выходу роторного выпрямителя подключен сглаживающий конденсатор 17, причем пульсация напряжения на нем отсутствует. Величина напряжения на конденсаторе равна Ed.

Принятые за положительные направления токов на фиг. 1 обозначены стрелками.

Обозначим действующие значения основных гармоник токов: /i-ток статора двигателя; /2 - ток ротора; /з - ток на входе инвертора 3.

Пренебрегая намагничивающим током трансформатора 16, имеем

/3 Л

-- AT,

1

/Ст - коэффициент трансформации трансформатора.

Диаграммы работы вентилей инвертора 3 приведены на фиг. 2 б. Рассмотрим продессы в фазе А. Пусть в положительный полунериод открыт тиристор 4. В момент ti (фиг. 2), когда ток , тиристор 4 закрывается и далее открывается вентиль S. При этом тиристор 4 будет восстанавливать свою вентильную прочность цод действием падения напряжения на вентиле 10. В момент 2 с запаздыванием на интервал Р относительно момента перехода тока через О открывается тиристор 7, при этом вентиль 10 закрывается, а к тиристору 4 прикладывается напряжение в проводящем направлении. Далее процесс повторяется. В других фазах переключение вентилей происходит аналогично с соответствующим сдвигом во времени. Для восстановления вентильной прочности тиристоров необходимо выполнение условия .

При переключении тиристоров инвертора 3 его выводы переменного тока соединяются с тем или иным полюсом цепи постоянного тока, при этом на указанных выводах

формируется прямоугольно-ступенчатое напряжение. На фиг. 28 показана форма линейных, а на фиг. 2г - фазных напряжений. Действующее значение фазных напряжеНИИ равно 1/3 ф 0,472 d.

Действующее значение первой гармоники фазного напряжения равно Lsi ,. Из диаграмм фиг. 2 следует, что фазные напряжения сдвинуты относительно соответствующих токов на угол |3, причем при изменеии угла р величина и форма этих напряжений меняться небудут.

Для анализа свойства каскада рассмотрим схему замещения, изображенную на

фиг. 3 и векторные диаграммы (фиг. 4 и 5), где выпрямитель 2 заменен источником ЭДС р, причем предполагается, что при мгновенной коммутации вентилей ЭДС Ер находится в противофазе с током /2.

Инвертор 3 в цепи статора заменен источником ЭДС ЕС.

Эта ЭДС отстает от тока 1 на угол р, при этом фазовым сдвигом, вносимым согласующим трансформатором 16, пренебрегаем. Приведенные к цепи статора величины этих ЭДС, соответственно равны

Яс- / т-гУ„ф :0,45/С,-, 0,741/Cg.,.

Остальные обозначения: U - действующее значение напряжения нитания; / -напряжение на обмотке статора (основная

гармоника); Z), Х - суммарное активное и индуктивное сопротивления обмоток статора двигателя и согласующего трансформатора.

Из схемы замещения следует, что в рассматриваемом каскаде к обмоткам статора двигателя приложена геометрическая сумма напряжения сети Un и ЭДС ЕС. Последняя может изменяться по величине и фазе, в результате чего напряжение на статоре двигателя является переменным по модулю.

Из теории каскадов известно, что при максимальной скорости добавочная ЭДС в цепи ротора должна быть равна 0. Из этого

следует .

При указанных условиях схема замещения каскада представляет схему замещения асиихронного двигателя с замкнутым накоротко ротором, из чего вытекает, что в этом

режиме каскад дополнительной реактивной мощности из сети не потребляет и его коэффициент мощности равен коэффициенту МОН1ИОСТИ собственного двигателя, работаюп1его па естественной характеристике.

Для снижения скорости вращения двигателя необходимо увеличить противо-ЭДС в цепи ротора fp, при этом будет увеличиваться ЭДС ЕС в цепи статора. Для упрощения будем считать, что при изменении

нагрузки двигателя напряжение в цепи постоянного тока Еа поддерживается постоянным. На холостом ходу, когда /2 0, .

При этом векторная диаграмма будет иметь вид, изображенный на фиг. 4, откуда следует, что в этом режиме C/i f/n- с, т. е. чем меньше скорость холостого хода каскада, определяемая величинами Ей и Eff, тем меньше напряжение на статоре двигателя U}. При увеличении нагрузки вектор ЕС будет вращаться против часовой стрелки относительно векторов t/i и t/n, что приведет к увеличению напряжения U. В пределе при достаточно большой нагрузке, когда и , if/i- /n+ c, т. е. напряжение на статоре двигателя будет больше напряжения сети (фиг. 5). Диапазон изменения напряжения на статоре тем больше, чем больше величина ЕС, т. е. чем меньше скорость двигателя.

Следует отметить, что асинхронный вентильный каскад возможно применять без трансформатора 16 и конденсатора фильтра 17, в этом случае инвертор непосредственно подключается к концам обмоток статора двигателя.

Асинхронный вентильный касда обладает высоким значением коэффициента мощности при широком диапазоне регулирования скорости двигателя, что позволяет его широко использовать в приводах переменного тока производственных механизмов.

Формула изобретения

Асинхронный вентильный каскад, содержащий асинхронный двигатель с фазным ротором, обмотки статора которого одними выводами подключены к источнику переменного тока, а обмотки ротора - к выпрямителю, соединенному с инвертором, выполненным по трехфазной мостовой схеме и подключенным к вторичной обмотке трансформатора, фильтр, подключенный параллельно выпрямителю, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потребления реактивной мощности, в инвертор введены вентили, включенные встречнопараллельно тиристорам, а первичная обмотка трансформатора подключена к другим выводам обмоток статора двигателя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 245202, кл. Н 02К 17/14 1967.

2.Онищенко Г. Б. и др. Электропривод тзфбомеханизмов. - М.: Энергия, 1972, с. 172-176.

1 i i

А 5

L

п

Ia

Ed

А / 1г i

Е .

- .