Электропривод переменного тока Советский патент 1982 года по МПК H02P7/42 

(54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

t

Изобретение относится к- электро- .технике и может быть использовано в регулируемом электроприводе переменного тока со статическим преобразователем частоты, обеспечивающим его устойчивую работу независимо от частоты питающего напряжения и режимов работы нагрузки, а также на железнодорожном транспортте в электроприводах вспомогательных механизмов как тепловозов, так и электровозов.

Известен злектропривод, содержащий преобразователь частоты с непосредственной связью и искусственной коммутацией, выполненный на встречно-включенных блоках главных тиристоров, а также коммутирующие выпрямительные мосты, присоединенные к выходным и входным шинам преобразователя с подключением к их входам соответственно дросселя и узла искусственной коммутации с цепями разряда и перезаряда коммутирующего конденсатора Clj.

Недостатками такого устройства являются неполный сброс реактивной знергии нагрузки при ее низком коэффициенте мощности (, 0,53), сложность исполнения и завышенная установленная мощность узла искусственной коммутации в виду необходимости принудительного запира10ния тиристоров, установленных в цепях сброса реактивной-энергии.

Наиболее близким к предлагаемому является электропривод переменного тока, содержащий трехфазный электроtsдвигатель, фазные обмотки которого выполнены в виде двух параллельных секций, статический преобразователь частоты с непосредственJJJ ной связью -и искусственной коммутацией, выполненный в виде встречно-включенных главных тиристоров, входы которых связаны с трехфазным источником, а выход каждого блока главных тиристоров соединен с одним выводом соответствующей секции фазной обмотки электродвигателя, а также цепи распределения реактивного тока нагрузки между секциями. фазных обмоток электродвигателя 21. Недостатком известного электропривода является невозможность работы преобразователя частоты на нагрузку с низким козффициентом мощ ности (cos ,53), заключающийся в том что при работе преобразователя частоты с трехфазным асинхронным электродвигателем, а также во время переходных процессов при определенных законах частотного управления и различных нагрузках с из менением частоты питающего напряжения.изменяется величина абсолютного скольжения двигателя, с изменением которого падает коэффициент мощности двигателя. Это приводит к увели чению длительности спадания реактив ного тока нагрузки свыше 1/6 периода выходной частоты преобразователя ( зг/з) „ При этом распределител ные тиристоры не гасятся и при очередном отпирании взаимообратного бл ка главных тиристоров ЭДС взаицоин-дукции, наводимая этой секцией фазной обмотки, в другой секции этой же фазной обмотки за1« 1кается на отключе1шую секцию другой фазной обмотки, что недопустимо. Цель изобретения - повышение КПД и перегрузочной способности. Погставленная цель достигается тем, что цепи распределения реактивного тока нагрузки выполнегад из трех групп вспомогательных тиристоров и введены три дросселя, причем катоды трех Т1фисторов первой вспомогательной группы подключены порознь и катодами соответствукяцих групп главных тиристоров в каждой фазе, а анодами - к катодам, групп глав.ных тиристоров последующих фаз, три других тиристора этой же группы подключены анодами к анодам групп главных тиристоров в каждой фазе, а катодами - к анодам групп главных тиристоров последукицих фаз, три тиристора второй вспомогательной группы .катодами подключены к концам первых секций фазной обмотки электродвигателя а анодами - к анодным группам главных тиристоров последующих фаз, другие три тиристора второй вспомогательной группы анодами подключены к концам вторых секций фазных обмоток, а катодами - к катодам групп главных тиристоров последующих фаз, а третья групда вспомогательных тиристоров соединяет между собой концы секций каждой фазной обмотки через два последовательно соединенных тиристора, между которыми включен введенный дроссель, средняя точка которого соединена со средними точками дросселей других фаз. На фиг. 1 приведена принципиальная схема электропривода переменного тока со статическим преобразователем частоты с непосредственной связью и искусственной коммутацией; на фиг. 2 - диаграмма распределения управляющих импульсов на тиристорах преобразователя; на г. 3 - графики напряжения и тока в секциях фазной обмотки электродвигателя, на фиг, 4 - зависимость длительности спадания реактивного тока нагрузки от коэффициента мощности нагрузки на первой гармонике. Электропривод (фиг 1) содержит электродвигатель, к каждой фазной обмотке 1-3 которого подключены встречно-включенные блоки 4-9 главных тиристоров. Каждая фазная обмотка электродвигателя выполнена в виде параллельных секций 10 и 11, причем фазы включешл звездой. ОднополяГрные выводы каждой секции 10 и 1I фазной обмотки подсоединены к анодам и катодам тиристоров встречно-включенных блоков 4 и 5, другие однополярные выводы секций каждой фазной обмотки череэ два последовательно соединенных вентиля 12 и 13 и дроссель 14 замкнуты мехзду собой. Средние точки дросселей 14 всех трех фаз замкнуты мех(ду собой. Общий узел 15 искусственной коммутации состоит из тиристоров 16-19 узла 20 подзаряда коммутирукядего конденсатора через дроссель 21, диодов 22-25, служащих для отвода избыточной энергии, накопленной во время коммутации, коммутирующих тиристоров 26. и 27 и дросселя 28. Подключается уэел 15 искусственной коммутации к главнш4 тиристорам встречно-включенных блоков 4-9 с помощью неуправляемого моста 29 и распределительного коммутирукж.его моста 30. Питание коммутирующего узла осуществляется либо от неуправляемого моста 29, либо от вспомогательного источника напряжения (i , Цепи распределения реактивного тока состоят из трех групп ти ристоров, подключаюищх отключаемую секицкю фазной обмотки к секциям дру гих фазных обмоток. Первая группа 31 выполнена из шести тиристоров 34-39, соединяющих начала фазных обмоток, вторая группа 32 выполнена также на шести тиристорах 40-45, соединяющих концы секций данной фазной обмотки с началами секций последующей фазной обмотки. Распределительный коммутирующий мост выполнен на тиристорах 46-51 Особенность работы предлагаемого электропривода заключается в том, что при выключении главных тиристоров преобразователя частоты ре активная энергия нагрузки отключаемой фазной обмотки снимается ие с отключаемой секции, а с параллельной секции этой же фазной обмотки и подается не в одну секцию (как в общеизвестных схемах), а идет на пи тание сразу двух других последовате но-соединенных секций фазных обмото подключенных в данный момент на напряжение питакщей сети. При этом за счет отдачи реактивной энергии двум последовательно-соединенным секциям имеющих на концах более высокие потенциалы, чем у одной секции, умень шается время спадания реактивного тока до нуля и при чисто индуктивно нагрузке (dps 0) . Эта длительност составляет 1/6 Т, где То - период выходной частоты (фиг. 2}. Процесс разряда реактивной эн.ергии протекает следующим образом. Пусть открыты силовые тиристоры блоков 5, 7 и 8, а ток нагрузки про ходит через секцию 10 фазной обмотк 3 и далее разветвляется на секции 11 соответственно фазных обмоток 2 и 1. Далее в соответствии с диаграммой распределения управлякядих импульсов (фиг. 2) с одновременным выключением главных тиристоров блока 5 подаются управляющие импульсы длительностью 30 эл. град, на маломощные вспомогательные тиристоры 35 и 40 двух групп вентилей 31 и 32. При этом реактивный ток 9 .6 фазной обмотки 1, снимаемый с секции 10, замыкается по цепи: секция 10 фазной обмотки 1-тиристор 35-секция 10 фазной обмотки 3-вентили 12 и 13 фазных обмоток 3 и 2-секция I фазной обмотки 2-тиристор 40-секция 10 фазной обмотки. 1. После спадания тока нагрузки до нуля включается один из главШ)1х тиристоров блока 4, импульсы управления на который подаются спустя 15 эл. град, периода выходной частоты после выключения взаимообратного блока 5. При этом секция 10 фазной обмотки 3 продолжает получать питание от своего силового блока 8, а также от открывшегося блока 4 и открытом еще вспомогательном тиристоре 35. При последующем запирании силового блока 8 коммутационным узлом 15 одновременно запрется и вспомогательный тиристор 35 через силовой блок 4. Постановка в качестве группы вентилей 32 слаботочных тиристоров вызвана необходимостью исключения замыкания ЭДС взаимоиндукций в параллельной обмотке данной фазной обмотки . Групп вспомогательных диодов 12 и 13 препятствует закояканию реактивного тока нагрузки на одну секцию, а дроссели 14 небольшой индуктивности уменьшают скорости нарастания тока в момент выключетшя главных тиристоров и скачкообразного изменения тока нагрузки. Скачкообразное из|4енение тока нагрузки сек- ций 10 и II 5, Цд соответственно фазных обмоток 3 и 2 после коммутации (фиг. З) объясняется тем, что до коммутации главных Т1фисторов 5 ток секции 10 фазы 3 равен сумме токов секций 1 фазных обмоток 2 и 1, а после коммутации, так как секции 10 и 11 фаз 3 и 2 соединяются последовательно на напряжение, снимаемое с блоков 8 и 7, токи секций 10 и П фазных обмоток 3 и 2 одинаковые, что возможно лишь при скачкообразном изменении указанных токов. Аналогично происходит процесс гашения реактивной энергии и в других фазах преобразователя, импульсы .на вспомогательные тиристорЬ которо то подаются в соответствии с диагpa fмoй, представленной на Фиг. 2. Регулирование выходного напряжения преобразователя осуществляется фаэо-импульсным способом. Электропривод может быть вьшол, нен с питанием от источника постоянного тока (аккумуляторной батаре или управляемого выпрямителя)« В этом случае в каждом блоке главных тиристоров 4-9 вместо трех тиристоров устанавливается один, причем аноды тиристоров 4, 6, 8, а также анод коммутируницего тиристора 26 подключаются к плюсу, а катоды тиристоров 5, 7, 9 и катод коммутиру ющего тиристора 27 подключается к минусу источника постоянного тока. Неуправляемый мост 29 при этом исключается. Длительность разряда реактивной энергии ) по отношению к периоду выходной частоты Tg при заме не асинхронного двигателя эквивалентной нагрузкой с параметрами 1 и х-, определенными из Т-образной схемы замещения в зависимости от коэффициента мощности этой нагрузки по первой гармонике cos определяется из решений дифференциальных уравнений для токов фазных обмоток, составленных до и после комутационных периодов и аналитически выражается Р .COgt t 9 СП , +. «5 Графически данная зависимость представлена на фиг, 4 (кривая А). Из нее В1щно, что при любом коэффициенте мощности нагрузки длительность спадания реактивного тока нагрузки не превышает . Здесь же на фиг. 4 (кривая К) представлена зависимость длительности спадания реактивного тока нагрузки для общеизвестных схем разряда реактивной энергии на одну фазную обмотку Уменьшение длительности спадания реактивного тока равносильно увеличению входного коэффициента мощности преобразователя частоты, а обме реактивной энергии между секциями фазных обмоток полностью исключит, возможность появления уравнительных токов. Таким образом, преобразователь обеспечивает работу электропривода при любой нагрузке без изменения каких-либо дополнительных устройств будь то компенсирующая емкость зна98чительных габаритов в преобразователях частоты со звеном постоянного тока, либо специальные устройства для гашения тиристоров в цепях реактивного тока или датчика тока при превьааении длительности разряда энергии й) Исключение появления уравнительных токов повышает К1Щ двигателя и исключает тормозной- момент, повьпаая тем самым перегрузочную способность двигателя. Формула изобретения Электропривод переменного тока, содержащий трехфазный электродвигатель, фазные обмотки которого выполнены в в.иде двух параллельных секций, статический.преобразователь частоты с непосредственной связью и искусственной коммутацией, выполненный в виде встречно-вкл оченных главных тиристоров, входы которых связаны с трехфазным источником, а выход каждого блока главных тиристоров соединен с одним выводом со-, ответствующей секции фазной обмотки электродвигателя, цепи распределения реактивного тока нагрузки между секциями фазных обмоток электродвигателя, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и перегрузочной способности двигателя, указанные цепи распределения . реактивного тока нагрузки выполнены из трех групп вспомогательных тиристоров и введены три дросселя, причем катоды трех тиристоров первой вспомогательной группы подключены порознь к катодам соответствующих групп главных тиристоров, а анодами - к катодам групп главных тиристоров последующих фаз, три других тиристора этой же группы подключены анодами к анодам групп главных тиристоров в калугой фазе, а катодами - к анодам групп главных тиристоров последующих фаз, три тиристора второй вспомогательной группы катодами подключены к концам первых секций фазной обмотки электродвигателя, а анодами - к анодным группам главных тиристоров последующих фаз, ругие три тиристора второй вспомогательной группы анодами подключены . к концам вторых секций фазных об 90417910

моток, а катодами - к катодам группсредними точками дросселей других

главных тиристоров последукнцих фаз,фаз.

вспомогательные тиристоры третьей Источиики информации,

группы включены между соответству-принятые во внимание при экспертизе

ющими выводами секций каждой фаз-j I. Авторское свидетельство СССР

ной обмотки через два последователь-№ 269287, кл. Н 02 М 5/28, 1969.

но соединенных тиристора, между ко-2. Авторское свидетельство СССР

торыми включен введенный дроссель,по заявке № 2663625/24-07,

средняя точка которого соединена сокл. Н 02 Р 7/42, 1979.

X

зг/г

фуг. 2

гф

/г