Схема питания трехфазного асинхронного двигателя
Использование: в электротехнике, в качестве схемы питания асинхронных двигателей электроподвижного состава от тяговой сети постоянного тока. Сущность изобретения: схема питания трехфазного асинхронного двигателя содержит входные фильтры, однофазные инверторы, понижающие трансформаторы и мостовой выпрямитель с LC-фильтром, к выходу которого подключен трехфазный инвертор напряжения для питания асинхронного тягового двигателя. Технический результат - снижение напряжения на ключах схемы, повышение надежности.
Изобретение относится к электротехнике, а именно к электрооборудованию электроподвижного состава железных дорог.
Известна схема питания трехфазного асинхронного двигателя (патент РФ 2064218), содержащая регулируемый источник питания постоянного напряжения, LC-фильтр на его выходе и трехфазный мостовой инвертор напряжения.
Недостатком такой схемы является высокий уровень напряжения прикладываемого к ключам. При питании от сети с высоким напряжением ключи могут выйти из строя.
Аналогом рассмотренного технического решения является схема питания асинхронного двигателя (Тиристорные преобразователи частоты в электроприводе. А.Я.Бернштейн, Ю.М.Гусяцкий, А.В.Кудрявцев, Р.С.Сарбатов. Под. редакцией Р.С.Сарбатова. - М.: Энергия 1980. с.328, рис.4-3 на с.117), содержащая цепь из трех параллельно включенных тиристорных цепей, разделенных реактором со средним выводом на одну из фаз двигателя, соединенных с параллельно включенными тремя вентильными плечами и тремя коммутирующими конденсаторными группами.
Недостатки схемы - низкое качество преобразованной энергии. Перенапряжения питающей сети и высокие коммутационные пульсации тока могут привести к выходу схемы из строя, или ухудшить характеристики работы двигателя.
Наиболее близкой к предложенным техническим решениям является схема питания асинхронного двигателя (патент РФ 2107984) содержащая регулируемый источник постоянного напряжения, сглаживающий LC-фильтр, у которого дроссель подключен к положительному зажиму источника
питания, а конденсатор параллельно источнику питания, к выходу LC-фильтра подключен трехфазный мостовой коммутатор напряжения, питающий обмотки трехфазного асинхронного электродвигателя.
Недостатки силовой части схемы - такие же как и у аналога, - полупроводниковые приборы (ключи) коммутатора находятся под полным напряжением источника питания, что при работе схемы от контактной сети с максимальным напряжением может привести к выходу ключей из строя.
Задачей изобретения является повышение надежности путем снижения напряжения на ключах схемы.
Поставленная задача достигается тем, что в схему питания трехфазного асинхронного двигателя, состоящую из LC-фильтра, трехфазного коммутатора напряжения, соединенного с фазами асинхронного двигателя, введены последовательно соединенные с положительным и отрицательным зажимом источника питания сглаживающие дроссели, к выходам которых параллельно источнику питания подключены четыре последовательно соединенных конденсатора, разделенных общими точками, из которых - два конденсатора отрицательной группы и два конденсатора положительной группы, параллельно конденсаторам каждой группы подключены однофазные инверторы напряжения содержащие два последовательно соединенных ключа, разделенные средним выводом - образующие инвертор отрицательной группы и инвертор положительной группы, каждая группа инверторов разделена общей точкой, к общей точке конденсаторов отрицательной группы и среднему выводу инвертора отрицательной группы подключена первичная обмотка первого понижающего трансформатора, а к общей точке конденсаторов положительной группы и среднему выводу инвертора положительной группы подключена первичная обмотка второго понижающего трансформатора, вторичные обмотки трансформаторов соединены между собой последовательно, к выходу вторичных обмоток подключен неуправляемый мостовой выпрямитель.
Положительный эффект изобретения проявляется в том, что предлагаемое техническое решение позволит снизить напряжение на ключах, а следовательно сократить количество последовательно соединенных ключей в плечах схемы и повысить надежность схемы.
На фигуре 1 показана схема питания асинхронного двигателя. Схема питания трехфазного асинхронного двигателя содержащая последовательно соединенные с положительным 1 и отрицательным 2 зажимом источника питания сглаживающие дроссели 3 и 4 для сглаживания пульсаций потребляемого тока, причем индуктивность дросселя 3 может быть ниже индуктивности дросселя 4, поскольку дроссель 3 можно использовать в измерительных целях, например, для подключения к нему датчика напряжения. К выходам дросселей параллельно источнику питания подключены четыре последовательно соединенных конденсатора с одинаковой емкостью, из которых - конденсаторы 5, 6 - отрицательной группы (разделены общей точкой 9) и 7, 8 - положительной группы (разделены общей точкой 11). Таким образом, напряжение на каждом конденсаторе составляет У4 входного напряжения. Этим обеспечивается первый этап понижения входного напряжения. Каждая группа конденсаторов разделена общей точкой 10. Параллельно конденсаторам каждой группы подключены однофазные инверторы напряжения со средним выводом - инвертор отрицательной группы 12 (содержит ключи 14 и 15, разделенные средним выводом 18) и инвертор положительной группы 13 (содержащий ключи 16, 17, разделенные общей средним выводом 19). Каждая группа инверторов разделена общей точкой 20. К общей точке 9 конденсаторов отрицательной группы 5, 6 и среднему выводу 18 инвертора 12 отрицательной группы подключена первичная обмотка понижающего трансформатора 21, а к общей точке 11 конденсаторов 7, 8 положительной группы и среднему выводу 19 инвертора 13 положительной группы подключена первичная обмотка понижающего трансформатора 22. По конструктивным и электрическим параметрам трансформаторы 21 и 22 являются одинаковыми.
Вторичные обмотки трансформаторов 21 и 22 соединены между собой последовательно. Коэффициент трансформации трансформаторов 21 и 22, определяемый как отношение напряжения на последовательно соединенных вторичных обмотках к напряжению любой из первичных обмоток, должен быть выше двух. Этим обеспечивается второй этап понижения входного напряжения, а также сглаживание инвертированного напряжения. К выходу вторичных обмоток подключен диодный мостовой выпрямитель 23, питающий, через LC-фильтр 24 трехфазный инвертор напряжения 25, содержащий ключи 26, 27, 29, 30, 32, 33. К фазам 28, 31, 34 инвертора 25 подключены обмотки статора соответственно 35, 37, 36 асинхронного электродвигателя 38. Благодаря пониженному значению напряжения на ключах схемы, в тех случаях, где требуется последовательное соединение ключей в каждой ветви, их фактическое количество сокращается.
Схема работает следующим образом. При одновременном замыкании ключей 15 и 17, напряжение с конденсатора 6 прикладывается к первичной обмотке понижающего трансформатора 21, а напряжение с конденсатора 8 прикладывается к первичной обмотке понижающего трансформатора 22. При одновременном размыкании ключей 15, 17 и замыкании ключей 14, 16 напряжение противоположной полярности с конденсатора 5 прикладывается к первичной обмотке понижающего трансформатора 21, а напряжение противоположной полярности с конденсатора 6 прикладывается к первичной обмотке понижающего трансформатора 22. Далее процесс замыкания-размыкания ключей 15, 17 и 14, 16 повторяется в противофазе, что приводит к наличию на первичных обмотках трансформаторов переменного напряжения. Напряжение с последовательно соединенных вторичных обмоток трансформаторов 21 и 22 прикладывается к диодному выпрямителю 23, с выхода которого выпрямленное напряжение сглаживается фильтром 24 и прикладывается к трехфазному инвертору напряжения 25 содержащему шесть ключей, из которых: 26, 29, 32 - ключи отрицательной группы, а 27, 30, 33 - ключи
положительной группы. При замыкании ключей 27, 29 и 33 инвертора 25 ток протекает по цепи: ключ 27 - фазный провод 28 - обмотки 35 и 37 двигателя 38, а также по цепи: ключ 33, фазный провод 34, обмотка 36, - фазный провод 31, ключ 29 - выпрямитель 23 - вторичные обмотки трансформаторов 21 и 22. При этом ключи 15 и 17 - размыкаются, а ключи 14 и 16 - замыкаются, и ток возвращается в источник питания. Работа остальных фаз инвертора 25 осуществляется аналогично. Одновременно в инверторе могут работать три ключа: два положительной группы и один отрицательной группы или наоборот - один положительной группы и два отрицательной группы. Благодаря двухэтапному понижению входного напряжения посредством работы однофазных инверторов 12 и 13, а также трансформаторов 21 и 22 напряжение на ключах трехфазного инвертора 25 значительно ниже напряжения на входе схемы питания, что будет способствовать обеспечению надежной работы схемы в целом.
1. Схема питания трехфазного асинхронного двигателя, содержащая LC-фильтр, трехфазный коммутатор напряжения, соединенный с фазами асинхронного двигателя, отличающаяся тем, что, с целью снижения напряжения на полупроводниковых приборах (ключах), введены последовательно соединенные с положительным и отрицательным зажимом источника питания сглаживающие дроссели, к выходам которых параллельно источнику питания подключены четыре последовательно соединенных конденсатора, разделенных общими точками, из которых два конденсатора отрицательной группы и два конденсатора положительной группы, параллельно конденсаторам каждой группы подключены однофазные инверторы напряжения, содержащие два последовательно соединенных ключа, разделенные средним выводом - инвертор отрицательной группы и инвертор положительной группы, каждая группа инверторов соединена общей точкой, имеющей связь с общей точкой конденсаторов отрицательной и положительной группы, к общей точке конденсаторов отрицательной группы и среднему выводу инвертора отрицательной группы подключена первичная обмотка первого понижающего трансформатора, а к общей точке конденсаторов положительной группы и среднему выводу инвертора положительной группы подключена первичная обмотка второго понижающего трансформатора, вторичные обмотки трансформаторов соединены между собой последовательно, к выходу вторичных обмоток подключен неуправляемый мостовой выпрямитель.
2. Схема питания асинхронного двигателя по п.1, отличающаяся тем, что индуктивность дросселя, соединенного с отрицательным зажимом источника питания, меньше индуктивности дросселя, соединенного с положительным зажимом источника питания.
3. Схема питания асинхронного двигателя по п.1, отличающаяся тем, что коэффициент трансформации понижающих трансформаторов выше двух.
