Частотно-управляемый электропривод Советский патент 1982 года по МПК H02P7/42 

(5) ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

1

Изобретение относится к электротех нике и может быть использовано для регулирования скорости специального мощного асинхронного двигателя.

. Известен частотно-управляемый электропривод, содержащий асинхронный двигатель, непосредственные преобразователи частоты с многофазными трансформаторами. К выходам преобразователей подсоединены обмотки двигателя tu

Недостаток состоит в некотором ограничении сверху диапазона частотного регулирования управляемого двигателя этого устройства из-за того, что в нем одному циклу коммутации должно соответствовать шесть интервалов подключения нагрузки к каждой из шести вторичных обмоток его трансформатора.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является частотно-управляемый электропривод, содержащий асинхронный электродвигатель.

непосредственные преобразователи частоты, выполненные в виде двух многофазных диодных мостов на каждую фазу источника питания, многофазные трансформаторы по числу фаз источника питания, одни выводы перичных обмоток каждого трансформатора подсоединены к источнику питания, а другие выводы - ко входам первого диодного .моста соответствующего преобразовате

10 ля частоты, вторичные обмотки каждого трансформатора одними выводами объединены, а вторыми выводами подсоединены ко входам второго диодного моста этого же преобразователя,между

IS анодными и катодными группами каждого диодного моста включена цепь,составленная из последовательно соединенных индуктивности и управляемого вентиля, а одноименные зажимы управляемых вентиле й цепей соединены через конденсатор, (ногократное уменьшение обратных напряжений на полупроводниковых элементах обуславливает существенное повышение надежности. Это, в частности, объясняется тем, что в данном устройстве все электромагнитные элементы (обмотки трансформатора и статора управляемого двигателя), работают в режиме непpepывиoJ:ти тока при любом положении полупроводниковых ключей переменного тока, а трансформатор поочередно переходит от режима работы к режиму короткого замыкания. Вместе с тем кривая выходного напряжения устройства значительно больше отличается о синусоиды, чем кривая выходного напряжения другого известного устройства 2. Наряду с этим,основным его недостатком является также ограничение сверху диапазона частотного регулирования. Цель изобретения - расширение лиапазона частотного управления в сторону высоких частот. Поставленная цель достигается тем что статорная обмотка асинхронного электродвигателя выполнена секционированной, число секций на фазу которой равно числу фаз источника питания, причем секции разных фаз объединены в группы, к-аждая секция группы включена между входами диодных мостов соответствующих преобразователей частоты. На фиг. 1 изображена-.принципиальная схема частотно-управляемого электропривода переменного тока; на фиг. 2 -А - временные диаграммы. Электропривод содержит осинхронный электродвигатель, многофазные трансформаторы 1 - 3, непосредственные преобразователи частоты, выполненные в виде двух многофазных диодных мостов t и 5; 6 и 7, 8 и 9 на каждую фазу соответственно.Между анодными и катодными группами каждого диодного моста включена цепь,состоящая из последовательно соединенных индyктивнoctи и управляемого вен тиля 10-15 соответственно, а одноименные зажимы управляемых вентилей соединены через конденсаторы 16 - 21 Ротор 22 асинхронного двигателя выполнен короткозамкнутым. Каждая из групп 23 - 25 статорных обмоток состоит из секций. При этом секции 26 - 28 одной фазы двигателя подсоединены к входам диодных мостов. К этим же точкам диодных мостов подсоединены вторые выводы первичных и вторичных обмоток трансформатора первой фазы - последовательно 29-3 Соответственно секции 35-37 второй фазы двигателя подсоединены к входам диодных мостов, куда подключены вторые выводы первичных и вторичных обмоток трансформатора второй фазы - последовательно 38 - 3. Секции Н - 6 третьей фазы двигателя подсоединены к входам диодных мостов, куда одновременно подключены вторые выводы первичных и вторичных обмоток трансформатора третьей.фазы последовательно 7752. Первичные обмотки каждого многофазного трансформатора первыми выводами подсоединены к сети, а вторичные обмотки свободными выводами объединены соответственно для каждого трансформатора. Работа устройства состоит в. поочередном отпирании одного из попарно связанных тиристоров 10 и 11,- 12 и 13, Т и 1Ь, приводящее к последующему запиранию другого тиристора этой пары обратным напряжением коммутирующих конденсаторов 16 и 17, или 18 и 19, или 20 и 21, к замыканию анодной и катодной групп одного диодного моста и размыканию другого. Это в свою очередь приводи-т к объединению зажимов обмоток, присоединенных ко входу закороченного диодного моста, и к разъединению дру-. гих зажимов обмоток, присоединенных . ко входу диодного моста с запираемым тиристором на его выходе. Результат такого переключения - изменение на 180° начальной фазы напряжения на соответствующей секции трехфазной обмотки управляемого двигателя. Рассмотрим, например, работу той части устройства, которая непосредственно связана с трансформатором 1. Начнем с того интервала времени,когда открыт тиристор на выходе диодного моста 5, а шунтирующий тиристор на выходе диодного Моста k заперт. Этому интервалу времени соответствует объединение в .замкнутую нулевую точку правых- зажимов фаз 26, 35 и трехфазной группы 23 обмотки управляемого осинхронного двигателя, закорачивание фаз 30, 39 и iS вторичной обмотки трансформатора 1, работающего в этот интервал времени в режиме короткого замыкания, практически равное нулю падение напряжения 29, 38 и k7 первичной обмотки этого трансформатора 1, работающего в режиме короткого замыкания, подключение зажимов фаз 26, 35 и 4 трехфазной группы 23 обмотки управляемого двигателя к напряжению питающей сети через посредство фаз 29, 38-И 7 первичной об мотки трансформатора 1, заряд конденсаторов 1б и 17 до напряжения такой полярности, которая соответствует возможности запирания тиристора 11 после отпирания тиристора 10,

Следующий интервал.времени начинается отпиранием тиристора 10, это приводит к запиранию ранее открытого тиристора 11 обратным напряжением коммутирующих конденсаторов 1б и 17, которые далее перезаряжаются до напряжения противоположной полярности через колебательный контур, включающий в себя также индуктивность шунтирующей цепочки на выходе диодного моста 5, к закорачиванию диодного моста + и обусловленному этим объединению левых зажимов фаз 26, 35 и группы 23 обмотки статора управляемого асинхронного двигателя, а также правых зажимов фаз 29, 38 и 7 первичной обмотки трансформатора 1, к подключению лучей звезды первичной обмотки трансформатора 1 с фазами 29, 38 и к питающей сети, вследствие чего появляется ЭДС и на вторичной обмотке этого трансформатора с фазами 30, 39 и , к подключению к лучам звезды, находящейся под напряжением вторичной обмотки трансформатора 1 с фазами 30, 39 и kB, правых зажимов соединенной звездой группы 23 статорной обмотки с фазами 26, 35 и t к изменению на 180 начальной фазы напряжения на фазах 26, 35 и группы 23 статорной обмотки управляемого асинхронного двигателя.

В результате циклического поочередного переключения тиристоров на выходе диодных мостов Ц и S имеет место циклическое стачкообразное изменение на 180 начальной фазы напряжения на каждой фазе трехфазной группы 23 статорной обмотки асинхронного двигателя, и эти несинусоидальные напряжения можно представить как результат умножения соответствующих синусоид питающего напряжения питающей сети на модуляционную функЦИЙЗ. .

Аналогичные процессы происходят в элементах преобразователя соответствующих групп 2 и 25, а также в относящихся к ним трансформаторах

2 и 3 вместе с их парами диодных мостов и шунтирующими цепочками из дросселей и тиристоров и коммутирующими конденсаторами, разница состоит в том, что модуляционные функции, выражающие поочередное переключение пар тиристоров, относящихся к группам 2 и 25, сдвинуты на третью част цикла переключения как между собой, так и относительно эпюры переключени тиристоров, относящихся к группе 23 статорной обмотки управляемого трехфазного трехсекционного асинхронного двигателя.

Отмеченное иллюстрируется соответствующими временными диаграммами. На фиг. 2а, 26, 2в приведены кривые, отдельных напряжений U. , фаз источника питания, к которым подсоединены (если условно предложить запертыми все шунтиру/)щие тиристоры устройств,а) цепочки из последовательно соединенных обмоток 29, 26 и 30 (фиг. 2а), обмоток 33, 28 и 3 (фиг. 2в).На фиг. 2г, 2д, 2е приведены эпюры переключения тиристоров на выходе пар диодных мостов и 5 и соответственно 6 и 7 или 8 и 9; нафиг. 2ж - 2и приведены кривые несинусоидальнь(х напряжений на секциях 26, 27 и 28 одной фазы статорной обмотки управляемого осинхронного короткозамкнутого двигателя.

Указанные напряжения на секциях 26 - 28 одной фазы статорной обмотки обусловливают соответствующие составляющие результирующего магнитного потока одной фазы статорной обмотки виде алгебраической суммы этих составляющих. Если условно эти части одной фазы статорной обмотки заменить одной эквивалентной фазой обмотки с тем же результирующим магнитным потоком, то напряжение на ней должно выржаться алгебраической суммой напряжений на секциях 26 - 28 этой фазы. Кривая такого напряжения приведена на фиг. 2к. На фиг. 3 - аналогичные временные диаграммы, относящиеся к секциям 35 37 другой фазы статорной обмотки. На фиг. Зк приведена кривая напряжения, которая была бы приложена к эквивалентной обмотке второй фазы статорной обмотки, а на фиг. к - то же к эквивалентной обмотке фазы статорной обмотки этого двигателя. Из сравнения этих кривых следует, что они весьма близки к синусоидальной форме, имея оди792маковый спектральный состав, основныа составляющие этих-напряжени-й взаимно сдвинуты во времени на третью часть периода, а их частоты выражаются разностью частот сети и циклов коммутации. Приведенные временные диаграммы относятся к случаю, когда отношение частоты циклов коммутации к частоте питающей сети составляет /3, При этом частота основной составляющей эквивалентного напряжения на одной из фаз нагрузки, составляющей третью часть частоты питающей сети, соот-о ветствует разности между частотами сети и циклов коммутации. Кривая эквивалентного напряжения на любой фазе нагрузки получается в точности такой же, как получалась бы в преобразователях фазоразностного типа с элементарной ступенью скачкообразного изменения начальной фазы равной 60, что обычно достигается шестью переключениями за один цикл коммутации. Предлагаемое устройство содержит три отдельных узла искусственной коммутации, каждый из которых рассчитан только на два переключения за один цикл коммутации. Поскольку каждому переключению узла иску&ственной коммутации должен соответствовать определенный интервал времени, то указанные отличия позволяют в дан ном устройстве достичь значительно {более высокой границы частотного диа пазона при управлении асинхронным двигателем. Возможность существенного расширения вверх диапазона частотного регулирования асийхронного двигатели достигается в данном устройстве также и благодаря относительному увеличению в два раза результирующего Mai- нитного потока и соответствующего ему эквивалентного напряжения в ка,ждой фазе управляемого двигателя. Это видно, например, из временных диаграмм (фиг. 2 - ), где результирующее эквивалентное напряжение каждой из фаз двигателя в любой момент времени получается сложением взаимно сдвинутых на 20° напряжений на двух секциях этой фазы с напряжением третьей ее секции, начальная фа за которого отличается на 60° от начальных фаз напряжений на двух секциях этой фазы. , Формула изобретения Частотно-управляемый электропривод, содержащий асинхронный электродвигатель, непосредственные преобразователи частоты, выполненные в виде двух многофазных диодных мостов на каждую фазу источника питания, многофазные трансформаторы по числу фаз источника питания, одни выводы первичных обмоток каждого трансформатора подсоединены к источнику питания, а другие выводы - ко входам первогр диодного моста соответствующего преобразователя частоты, вторичные обмотки каждого трансформатора одними выводами объединены,.а вторыми выводами подсоединены ко входам второго диодного моста этого же преобразователя, между анодными и катодными группами каждого диодного моста включена цепь, составленная из последовательно соединенных индуктивности и управляемого, вентиля, а одноименные зажимы управляемых вентилей цепей соединены через конденсатор,о т л и чающийся тем, то, с целью расширения диапазона частотного управления в сторону высоких частот, статорная обмотка асинхронного электродвигателя выполнена секционированной, число секций на фазу которой равно числу фаз источника питания, причем секции разных фаз объединены в группы, каждая секция группы включена между входами диодных мостов соответствующих преобразователей частоты. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Коррбан Н.Т., Мастяёв Н.Э., Мыцык Г.С, Построение и классификация непосредственных преобразователей частоты с искусственной коммута цией.-В кн. Современные задачи преобразовательной техники. 4.2. К., изд-во АН Украинской ССР, 1975, с. 13, рис. ,38. 2.Авторское свидетельство СССР № 658679, кл. Н 02 Р 5/27,12.06.75.

См

йН

н. ,

а

(ь

wt

JA

f-.

S

Wt