Электропривод Советский патент 1982 года по МПК H02P5/46 

(54) ЭЛЕКТРОПРИВОД

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в асинхронном плавно регулируемом электроприводе различных отраслей народного хозяйства, основанном на применении асинхронных машин с двусторонним питанием.

Известен электропривод, содержащий асинхронный двигатель, многофазные трансформаторы и полностью управляемые ключи переменного тока, например, в виде диодных мостов с шунтирующими цепочками между анодными и катодными группами из дросселя и тиристора, а также коммутирующими конденсаторами между одноименными электродами шунтирующих тиристоров 1.

Недостаток известного устройства - относительная сложность и недостаточная надежность, что обусловлено большими перенапряжениями на полупроводниковых вентилях из-за циклического обесточивания отдельных обмоток трансформатора, при сравнительно хорошей форме кривой выходного напряжения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является электропривод, содержащий асинхронный электродвигатель, статорная обмотка которого подключена к выходу преобразователя частоты, составленного из двух трансформаторов и полностью управляемых ключей переменного тока 2.

Недостаток этого технического решения состоит в худшем спектральном составе выходного напряжения преобразователя частоты, в частности, в выходном напряжении наряду с главной составляющей, частота которой выражается разностью частот -сети и циклов коммутации имеет место составляющая той же амплитуды, частота которой выражается суммой частот сети и циклов коммутации. При питании таким несинусоидальным напряжением одного асинхронного двигателя, в последнем под воздействием упомянутых составляющих могут возникнуть вращающиеся магнитные поля и обусловленные ими электромагнитные моменты взаимно обратного направления, что способствует существенному уменьшению результирующего вращающего момента, относительному увеличению тепловых потерь и ухудшению энергетических показателей.

Цель изобретения - расширение диапазона регулирования частоты вращения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены конденсаторы и второй асинхронный электродвигатель, статорная обмотка которого снабжена выводами для подключения к питающей сети и пофазно последовательно соединена с poJopнoй обмоткой первого электродвигателя, а роторная обмотка второго асинхронного электродвигателя соединена пофазно последовательно со статорной обмоткой первого электродвигателя, причем к точкам соединения роторной обмотки второго электродвигателя и статорной обмотки первого электродвигателя подключены конденсаторы.

На чертеже представлена схема устройства.

Устройство содержит трансформаторы 1 и 2, первичные обмотки 3 и 4 которых присоединены лучами звезды к проводам питающей сети, а лучи звезды пофазно-последовательно соединенных вторичных обмоток 5 и б - к зажимам статорной обмотки 7 первого асинхронного двигателя, другие зажимы которой присоединены через контактные кольца 8 к фазной обмотке 9 ротора второго асинхронного двигателя, между тем, как фазная обмотка 10 ротора первого асинхронного двигателя через кольца 11 и пофазно-последовательно соединенную с ней статорную обмотку 12 второго асинхронного двигателя присоединена к питающей трехфазной сети промыщленной частоты. Общие точки соединения первичных обмоток 3 и 4 трансформаторов 1 и 2 присоединены к управляемому ключу 13, а общие точки соединения их вторичных обмоток - к управляемому ключу 14. Параллельно обмоткам ротора 9 второго асинхронного двигателя присоединены конденсаторы 15. При работе устройства имеет место поочередное циклическое закорачивание первичной обмотки 4 трансформатора 2 и вторичной обмотки 5 трансформатора 1 с помощью ключей 13 и 14, образующих таким образом простейщий преобразователь частоты.

Электропривод работает следующим образом.

Полностью управляемые ключи переменного тока выполнены в виде диодных мостов, анодная и катодная группы каждого из которых зашунтированы цепочками из дросселя и тиристора, а между одноименными электродами этих тиристоров соединены конденсаторы. С цепью независимого регулирования величины выходного напряжения введен третий тиристор, анод которого соединен с анодом щунтирующего тиристора одного диодного моста, а его катод - с катодом шунтирующего тиристора другого анодная и катодная группы каждого из которых зашунтированы цепочками из дросселя и тиристора, а между одноименными электродами этих тиристоров соединены конденсаторы, С целью независимого регулирования величины выходного напряжения введен третий тиристор, анод которого соединен с анодом щунтирующего тиристора одного диодного моста, а его катод - с катодом щунтирующего тиристора другого диодного моста.

Такое выполнение непосредственного преобразователя частоты обусловливает несинусоидальное выходное напряжение, определяемое для одной из фаз согласно

Sm()() ...

Stt,tJ-(2K+l),

K--

где n - амплитуда напряжения питающей сети; tJ,Л-угловые частоты сети и циклов

коммутации;

к - число целое или ноль; dL - угол независимого регулирования выходного напряжения, пропорциональный относительному значению интервала одновременного

обесточенного состояния обеих шунтирующих тиристоров. Наиболее значительными и равными по амплитуде будут составляющие выходного напряжения, частоты которых определяются разностью и, соответственно, суммой частот сети и циклов коммутации.

В предлагаемом устройстве эти составляющие выходного напряжения распределяются между последовательно соединенными статорной об.моткой 7 первого асинхронного двигателя и фазной обмоткой 9 ротора второго асинхронного двигателя. Этол у способствует также присоединение конденсаторов параллельно роторной обмотке 9

S второго асинхронного двигателя; присоединение к сети промышленной частоты пофазно-последовательно соединенных фазной обмотки 10 ротора первого асинхронного двигателя и статорной обмотки 12 второго асинхронного двигателя. При этом путем выбора чередования фаз обмоток направления вращения магнитных полей обмоток обоих двигателей согласуются между собой так, что направление вращения магнитного поля обмотки 7 статора первого

5 асинхронного двигателя с частотой вращения ол-Л совпадает с направлением вращения магнитного поля обмотки 10 его фазного ротора, где частота вращения и( задается питающей сетью, направление вращения магнитного поля статорной обмотки 12

0 второго асинхронного двигателя с частотой вращения OJ совпадает с направлением вращения магнитного поля ее роторной обмотки 9 с частотой вращения при i/.ft и противоположна при . Такое сочетание направлений вращения намагничивающих сил и магнитных потоков обмоток обоих двигателей приведет к тому, что частота вращения ротора первого асинхронного двигателя, выражаемого разностью

частот вращения ненамагничивающих сил или магнитных полей его обмоток (

совпадает по величине с частотой вращения ротора второго асинхронного ротора второго асинхронного двигателя, выраженного разностью UJ-(и-Л ) намагничивающих сил или магнитных полей статорной 12 и роторной 10 его обмоток.

Таким образом, частота вращения ротора каждого из асинхронных двигателей устройства при двухполюсном выполнении двигателей совпадает с угловой частотой циклов коммутации полупроводниковых ключей 13 и 14 простейшего преобразователя частоты и пропорциональная ей (при многополюсном выполнении обоих двигателей). В связи с этим целесообразно сочленение валов обоих асинхронных двигателей, один из которых должен быть выполнен с двумя свободными концами вала. Такое выполнение устройства позволяет упростить задачу поддержания на требуемом уровне результирующего магнитного потока в каждом из частотно-управляемых двигателей в нижней области частотного диапазона благодаря автоматическому перераспределению величин напряжения частоты питающей сети между последовательно соединенными обмотками 10 и 12 различных двигателей устройства.

Кроме того, при вращении роторов обоих двигателей с частотой, равной угловой частоте циклов коммутации полупроводниковых ключей 13 и 14 используемого простейщего непосредственного преобразователя частоты, будут взаимно неподвижными указанные выще вращающиеся магнитные поля в статоре и роторе каждого асинхронного двигателя с двусторонним питанием. При этом каждый из асинхронных двигателей будет работать в синхронном режиме, что обеспечивает наибольшее сопротивление для составляющей напряжения в статоркой обмотке 7 первого асинхронного двигателя с частотой, выраженной суммой частот сети и циклов коммутации и для составляющей напряжения в роторной обмотке 9 второго асинхронного двигателя с частотой сети и циклов коммутации. Это способствует существенному улучщению формы кривой тока в статорной обмотке 7 и роторной обмотке 9 двухдвигательного привода, получающих питание от простейшего преобразователя частоты с фазоразностной модуляцией. Дополнительное улучшение формы, кривой тока в роторной обмотке 9 второго асинхронного двигателя достигается параллельным соединением с ней конденсаторов 15, через которые замыкаются токи более высоких частот по сравнению с основной частотой напряжения в обмотке 9, выражаемой разностью частот сети и циклов коммутации.

Таким образом предлагаемое устройство обеспечивает сочетание наибольцгей простоты и надежности непосредственного преобразователя частоты с высокими энергетическими показателями двухдвигательного привода с двусторонним питанием ввиду хорошей формы кривой тока в обмотках, что обусловлено таким распределением главных составляющих несинусоидалького

выходного напряжения преобразователя, когда к одной из обмоток прикладывается только напряжение суммарной частоты сети и циклов коммутации, а к другой - разностной частоты сети и циклов коммутации.

Формула изобретения

Электропривод, содержащий асинхронный электродвигатель, статорная обмотка которого подключена к выходу преобразователя частоты, составленного из двух трансформаторов и полностью управляемых ключей переменного тока, отличающийся тем что, с целью расширения диапазона регулирования частоты вращения, в него введены конденсаторы и второй асинхронный электродвигатель, статорная обмотка которого снабжена выводами для подключения к питающей сети и пофазно-последовательно соединена с роторной обмоткой первого

электродвигателя, роторная обмотка второго асинхронного электродвигателя соединена пофазно-последовательно со статорной обмоткой первого электродвигателя, причем к точкам соединения роторной обмотки второго электродвигателя и статорной обмотки первого электродвигателя подключены конденсаторы.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

2.Авторское свидетельство СССР по заявке № 2471471/24-07, кл. Н 02 Р 5/46, 1977.