Многодвигательный электропривод Советский патент 1982 года по МПК H02P7/76 

(54) МНОГОДВИГАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах общепромышленных механизмов.

Известен многодвигательный электропривод, содержащий асинхронные электродвигатели, подключенные к силовым трансфор- 5 маторам, первичные обмотки которых подключены к источнику переменного тока, и управляемые ключи, замыкающие обмотки силовых трансформаторов 1.

Недостатком известного устройства яв- Q ляются ограниченные возможности применения из-за отсутствия независимого регулирования напряжения частотно-управляемых электродвигателей.

Наиболее близким по технической сущности является многодвигательный электро- 15 привод, Содержащий асинхронные электродвигатели, силовые трансформаторы, первичные обмотки которых одними выводами подключены к источнику переменного тока, выводы дополнительных обмоток замкнуты JQ между собой через управляемые ключи, а вторичные обмотки пофазно соединены между собой и подключены к обмотке статора электродвигателей 2.

Недостатком этого устройства являются значительные по величине массо-габаритные показатели из-за того, что каждый трансформатор содержит два компонента дополнительных обмоток.

Цель изобретения - уменьшение массогабаритных показателей электропривода.

Эта цель достигается тем, что в многодвигательный электропривод, содержащий асинхронные электродвигатели, силовые трансформаторы по числу электродвигателей, первичные обмотки которых одними выводами подключены к источнику переменного тока, управляемые ключи, введен дополнительный трансформатор с обмотками по числу электродвигателей, причем другие выводы первичных обмоток каждого силового трансформатора объединены между собой через одни управляемые ключи, одни выводы каждой обмотки дополнительного трансформатора соединены с выводами вторичной обмотки соответствующего силового трансформатора, замкнутыми между собой через другие управляемые ключи, другие выводы каждой обмотки дополнительного трансформатора пофазно соединены с другими выводами первичной обмотки соответствующего силового трансформатора через фазы статорных обмоток электродвигателей. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - диаграмма напряжения. Электропривод содержит асинхронные электродвигатели 1-3, силовые трансформаторы 4-6, дополнительный трансформатор 7, выпрямители 8-13, причем между первичной обмоткой 14 и вторичной обмоткой 15 трансформатора 4 пофазно-последовательно соединены обмотки 16-18 отдельных фаз дополнительного трансформатора 7 и фазные обмотки 19-21 статора электродвигателей 1-3. Между первичной обмоткой 22 и вторичной обмоткой 23 силового трансформатора 5 пофазно-последовательно соединены обмотки 24-26 отдельных фаз трансформатора 6. Общие точки соединения обмотки 22 трансформатора 5 с фазными обмотками 27-29 электродвигателей при- 20 соединены к выпрямителю 11. Трансформатор 6 содержит обмотки 30 и 31. Пофазнопоследовательно соединены обмотки 32-34 дополнительного трансформатора 7 и фазные обмотки 35-37 электродвигателей . Общие точки соединения обмотки 15 трансформатора 4 с обмотками 16-18 дополнительного трансформатора 7 присоединены к выпрямителю 8, а общие точки соединения обмотки 14 трансформатора 4 с обмотками 19- 2 электродвигателей 1-3 - к выпрямителю 9. Об1цие точки соединения обмотки 23 трансформатора 5 с обмотками 24-26 дополнительного трансформатора 7 присоединены к выпрямителю 10. Общие точки соединения обмотки 31 трансформатора 6 с обмотками 32-34 дополнительного 35 трансформатора 7 присоединены к выпрямителю 12, а общие точки соединения обмотки 30 трансформатора 6 с обмотками 35- 37 фаз статоров электродвигателей 1-3 - к выпрямителю 13. Выводы выпрямителей 8-13 щунтированы соответствующими тиристорами, образующими управляемые ключи, в состав которых входят также дроссели 38-43 и конденсаторы 44-49. Работа устройства предусмотривает поочередное подключение соответствующих пар ключей, относящихся к одному силовому трансформатору. Это приводит к объединению выводов обмоток, присоединенных к входу выпрямителей моста, и к разъ- so единению других выводов обмоток трансформаторов. Результатом такого переключения будет изменение на сто восемьдесят градусов начальной фазы напряжения на соответствующей секции трехфазной обмотки электродвигателя. Включаем тиристор на выходе выпрямителя 8. При этом происходит закорачива 40 45 ние вторичной обмотки 15 трансформатора 4, работающего в этот интервал времени в режиме короткого замыкания, а также объединение в нулевую точку выводов фазных обмоток 16-18 дополнительного трансформатора 7, снижение до нулевого значения напряжения на первичной обмотке 14 этого силового трансформатора, подключение к источнику переменного тока выводов обмотки 14 силового трансформатора 4 и последовательно соединенных фазных обмоток 16-18 дополнительного трансформатора 7 к обмоткам 19-21 статоров асинхронных электродвигателей 1-3, заряд конденсаторов 44 и 45. В соответствии с алгоритмом управления через половину периода цикла коммутации отпирается тиристор на вЫходе выпрямителя 9, что приводит к запиранию ранее открытого тиристора обратным напряжением коммутирующих конденсаторов 44 и 45, «торые далее перезаряжаются до напряжения противоположной полярности через колебательный контур, включающий в себя также дроссель 38, к закорачиванию выпрямителя 9 и объединению в нулевую точку фазных обмоток 19-21 статоров асинхронных электродвигателей 1 3, а также выводов первичной обмотки 14 силового трансформатора 4, к подключению первичной обмотки силового трансформатора 4 к источнику переменного тока, вследствие чего появляется ЭДС и на вторичной обмотке 15 этого трансформатора; к подключению вторичной обмотки 15 силового трансформатора 4, последовательно соединенных фазных обмоток 16-18 дополнительного трансформатора 7 с обмотками 19-21 ста™Р°в асинхронных электродвигателей 1-3; « изменению на сто восемьдесят градусов начальной фазы напряжения на обмотках 16-18 дополнительного трансформатора 7 и обмотках 19-21 статоров асинхронных электродвигателеи. В результате циклического поочередного переключения тиристоров на выходе выпрямителей 8 и 9 имеет место циклическое скачкообразное изменение на сто восемадесят градусов начальной фазы напряжения на обмотках 19-21 статоров электродвигателей и эти синусоидальные напряжения можно представить как результат умножения соответствующих синусоид напряжения источника переменного тока на модуляционную функцию, эпюра которой выражается прямоугольной синусоидной. Аналогичные процессы проходят в обмотках 22 и 23 другого силового трансформатора 5, в соединенных с обмотками этого силового трансформатора фазными обмотками 24-26 дополнительного трансформатора 7 вместе с последовательно соединенными с ними фазными обмотками 27-29 статоров асинхронных двигателей 1-3.

То же самое относится к обмоткам 30 и 31 третьего .Илового трансформатора 6 и соединенных с обмотками этого силового трансформатор. фазными обмотками 32- 34 дополнительного трансформатора 7 вместе с последовательно соединенными с ними фазными обмотками 35-37 статоров асинхронных электродвигателей.

Модуляционные функции, выражающие поочередное переключение тиристоров -на выходе выпрямителей, относящихся к различным силовым трансформаторам, должны быть взаимно сдвинуты на третью часть цикла переключения.

Последовательность переключения ключей вытекает яз эпюр переключающих функций (фиг. 2 а, 2 б, 2 в), положительным и отрицательным значениям прямоугольных синусоид, которым соответствуют поочередные включенные состояния выпрямителей 8, 9 и, соответственно, 10, 11 или 12, 13.

На фиг. 2 приведена кривая напряжения на последовательном соединении обмоток 16 и 19, на фиг. 2 (3 - кривая напряжения на последовательном соединении обмоток 24 и 27, а на фиг. 2 е - кривая напряжения на последовательном соединении обмоток 32 и 35. Эти несинусоидальные кривые являются результатом воздействия на синусоидальные фазные напряжения источника переменного тока переключающей функции Ki(t), и, соответственно, KZ (t) и Ki(.). Если сложить несинусоидальные кривые (фиг. 2 г, 2 д и 2 е), то получится несинусоидальная кривая (фиг. 2 и), которая могла бы иметь место на некоторой условной обмотке, эквивалентной совместному действию магнитных потоков фазных обмоток 16, 24, 32 дополнительного трансформатора 7, расположенных на общем для них стержне этого трансформатора; такая эквивалентная обмотка должна иметь число витков, выражаемое суммой чисел витков обмоток 16, 24, 32, расположенных на общем стержне дополнительного трансформатора 7. Следовательно, несинусоидальное напряжение на отдельных обмотках 16, 24, 32, повторяя форму кривой (фиг. 2 ж), будет в три раза меньше этого суммарного напряжения. Поэтому показанное на фиг. 2в напряжение Цд на фазе обмотки 19 статора одного из электродвигателей выражается разностью кривой (фиг. 2 г) и третьей части напряжения (фиг. 2 ж), т. е. напряжения на фазе обмотки 16 дополнительного трансформатора 7; показанное на фиг. 2 и напряжение U21 на фазе статорной обмотки 27 другого асинхронного электродвигателя выражается разностью кривой (фиг. 2 д) и напряжения на фазе обмотки 24 трансформатора 7. Аналогично представленное на фиг. 2 к напряжение Ujg на фазе статорной обмотки 35 третьего асинхронного электродвигателя выражается разностью

кривой (фиг. 2 е) и напряжения на фазе обмотки 32 трансформатора 7.

Из сравнения кривых на фазах обмотки статора электродвигателей следует, что они весьма близки к синусоидальной форме,

5 основные составляющие этих несинусоидальных напряжений взаимно сдвинуты во времени на третью часть периода, а их частота выражается разностью частот источника переменного тока и циклов коммутации. Приведенные временные диаграммы относятся к случаю, когда отношение частоты циклов коммутации к частоте источника переменного тока составляет 4/3. При этом частота основной составляющей напряжения на каждой фазе статорной обмотки управляемых асинхронных двигателей составляет третью часть частоты источника переменного тока, а частота несинусоидального напряжения на каждой из фазных обмоток 16-18, 24-26, 32-34 - в семь раз больше.

С целью исключения субгармоник изме0 няемая угловая частота циклов коммутации 5 должна быть всегда больше угловой частоты источника переменного тока и/. Независимое регулирование величины напряжения в устройстве достигается изменением соотношения между интервалами времени включенного состояния ключей, относящихся к каждой трансформаторно-ключевой группе.

Следовательно, используемые в устройстве дополнительный трансформатор 7 выполняет роль фазокомпенсационного трансформатора или активного фильтра, позволяющего в каждой фазе нагрузки подавить составляющие, частоты которых выражаются зависимостью cj-|-(6S + 1)5Z, и в частности

5 равновеликую по амплитуде с основной составляющей ту составляющую напряжения обратного следования фаз, частота .которой выражается суммой частоты источника переменного тока и циклов коммутации.

Таким образом, устройство обеспечивает

0 регулирование скорости вращения электродвигателей и имеет сниженное значение массы и габариты трансформаторов, причем уменьшается магнитопровод дополнительного трансформатора из-за повышенного зна5 чения частоты питающего напряжения.

Формула изобретения

Многодвигательный электропривод, содержащий асинхронные электродвигатели, силовые трансформаторы по числу электродвигателей, первичные обмотки которых одними выводами подключены к источнику переменного тока, управляемые ключи, отличающийся тем, что, с целью уменьшения массо-габаритных показателей, в него введен дополнительный трансформатор с обмотками по числу электродвигателей, прин-м лругиг выводы первичных обмоток каж.1010 силовою трансформатора объединены между собой через одни управляемые ключи. o.iMH п.иводы каждой обмотки, дополникмьною трансфоратора соединены с вынолпми вторичной обмотки соответствующего гялоного трансформатора, замкнутыми между собой через другие управляемые ключи, другие выводы каждой обмотки дополнительного трансформатора пофазно

соединены с другими выводами первичной обмотки соответствующего силового трансформатора через фазы статорных обмоток электродвигателей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1Авторское свидетельство СССР № 516160, кл. Н 02 М 5/293, 1973.

2Авторское свидетельство СССР № 555333, кл. Н 02 Р 13/30, 1975.

H,(t.)

J

а

М

, 4/-/2г7 о -

J2/

Jlf

tf