Электропривод переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в низкоскоростном технологическом оборудовании . Целью изобретения является повышение энергетических показателей и упрощение реализации режима реверса. Цель достигается тем, что в электроприводе распределитель импульсов (РИ) 14 снабжен вторым входом и в электропривод введены перек.чючатель 16, управляемый задающий генератор 17 с задатчико.м 18, т трансформаторов (Т) 5-7. Одни выводы первичных обмоток 8-10 соединены п подключены к нулевому N проводу сети. Другой вывод первичной обмотки каждого трансформатора 5-7 соединен с соответствуюпщм ключом 2 А. Вторичные обмотки 11 --13 соединены последовательно . Одним выводом вторичные обмотки подключены к общей точке фаз обмотки асинхронного двигателя 1, а другой вывод подключен к нулевому Л проводу сети. Переключатель включен на входе триггера 15, выходом соединенного с первым входом РИ 14. Второй вход РИ 14 подключен к выходу генератора 17. В электроприводе обеспечивается расширение диапазона регулирования скорости за счет изменения логики работы силовых ключей. 6 ил. со ОО о со ьо о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1309243 А 1 (5ц 4 Н 02 Р 7 42

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCMOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3937228/24-07 (22) 06.08.85 (46) 07.05.87. Бюл. № 17 (72) B. Б. Муляр и P. И. Батырев (53) 621.316.726 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1192095, кл. Н 02 Р 7/36, 1984.

Авторское свидетельство СССР № 1097156, кл. H 02 P 7/42, 1982. (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО

ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в низкоскоростном технологическом оборудовании. Целью изобретения является повышение энергетических показателей и упрощение реализации режима реверса. Цель достигается тем, что в электроприводе распределитель импульсов (РИ) 14 снабжен вторым входом и в электропригод введены переключатель 16, управляемый задающий генератор 17 с задатчиком 18, и трансформаторов (Т) 5 — 7. Одни выводы первичных обмоток 8 — 10 соединены и подключены к нулевому Ь проводу сети. Другой вывод первичной обмотки каждого трансформатора 5- 7 соединен с соответствующим ключом 2 4.

Вторичные обмотки 1! --13 соединены последовательно. Одним выводом вторнчныс обмотки подключены к общей точке фаз обмотки асинхронного двигателя 1, а другой вывод подключен к нулевому IV проводу сети.

Переключатель включен на входе трип сра

15, выходом соединенного с первым входом

РИ !4. Второй вход РИ 14 подключен к выходу генератора 17. В электропри воде обеспечивается расширение диапазона регулирования скорости за счет изменения логики работы силовых кл1очсй. 6 пл.

1309243

Изобретение относится к электротехнике, а именно к технике управления угловыми скоростями электродвигателей переменного тока: асинхронных и синхронных, и может быть использовано при создании безредукторного электропривода низкоскоростного технологического оборудования.

Целью изобретения является повышение энергетических показателей и упрощение реализации режима реверса.

На фиг. 1 представлена электрическая блок-схема электропривода переменного тока; на фиг. 2 — диаграмма работы ключей; на фиг. 3 — осцилограмма напряжений на обмотках электродвигателя; на фиг. 4 — 6 — векторные диаграммы несимметричной трехфазной системы.

Электропривод переменного тока содержит асинхронный электродвигатель 1, обмотки фаз которого подключены к фазам

А, В, С сети, ключи 2 — 4 переменного тока, т трансформаторов 5 — 7, первичные обмотки

8 — 10 которых через ключи 2 — 4 соединены с фазами сети, вторые выводы первичных обмоток трансформаторов. подключены к нулевому N проводу сети, вторичные обмотки ! 1 — 13 трансформаторов 5 — 7 последовательно соединены друг с другом и одним выводом подключены к нулевому проводу сети, а другим выводом — к общей точке фаз электродвигателя l. Кольцевой распределитель 14 импульсов соединен выходами с управляющими цепями ключей 2 — 4 переменного тока. Триггер 15 своим выходом подключен к первому входу распределителя 14 импульсов, а входом — к переключателю 16.

Управляемый генератор 17 с задатчиком 18 соединен с вторым входом распределителя 14 импульсов.

Электропривод работает следующим образом.

Управляемый генератор 17 вырабатывает импульсы с частотой (фиг. 2), которая зависит от положения движка задатчика 18.

При отключенном блоке управления электродвигатель имеет синхронную угловую скорость.

Положим, что в момент времени t = 0 согласно диаграмме работы распределителя 14 импульсов управляющий сигнал на его выходе С имеет значение, соответствующее полному открытию ключа 2 переменного тока. Таким образом, первичная обмотка трансформатора 5 находится под напряжением фазы С. На вторичной обмотке трансформатора 5 появляется переменное напряжение правильной синусоидальной формы с частотой сети 0в и фазой (фиг. 3, диаграмма О).

B этом случае напряжение на обмотке статора А падает до нуля, так как она оказывается между шинами одной и той же фазы С (фиг. 3, кривая А) . Напряжение обмотки В обуславливается суммой двух синусоидальных напряжений фаз В и С одной

55 имеют правильную синусоидальную форму с величиной фаз соответственно <р, = р, — р и <р„,= р. — q:+. Напряжение обмотки А, оставаясь, неизменным по амплитуде. частоте и форме, сдвигается на угол Л<ра=<рд-e,—

ga c т. е. происходит смещение фазы напряжения обмотки А на 60 (ф).

Векторная диаграмма электродвигателя 1 в момент времени t — i имеет вид, представленный на фиг. 5а. и той же амплитудой и частотой, но с разными фазами ср и у»«. Суммой этих двух величин является напряжение также правильной синусоидальной формы той же частоты (частоты сети) амплитудой в $3 раз больше и фазой ;, =срв рс (фиг. 3, кривая В). Соответственное напряжение обмотки С также имеет синусоидальную форму с той же (в +3 раз больше) амплитудой, но другой фазой й„=ч, — р, (фиг. 3, кривая С).

Векторная диаграмма электродвигателя 1 в интервале времени 0 — ti (фиг. 4а) представляет собой несимметричную трехфазную систему напряжений. Однако разложение данной несимметричной трехфазной системы на симметричные составляющие показывает, что величина напряжений симметричной последовательности Е, обуславливаюшей основное вращение магнитного поля статора в воздушном зазоре, остается неизменной (фиг. 4б), т. е. величина магнитного по20 тока и направление его вращения остаются неизменными.

Величина напряжений обратной последовательности симметричной составляющей Е равна нулю (фиг. 4в) и не нарушает условий основного вращения магнитного поля статора.

Величина напряжений нулевой последовательности симметричной составляющей Er имеет величину фазного напряжения и угол фазы С (фиг. 4г). Действительно, в любой момент времени 0 t! нейтральная точка электродвигателя находится под потенциалом фазы С, так как включен трансформатор 5. Будем условно считать, что под действием рассмотренной несимметричной системы напряжений (фиг. 4а) ротор электродвигателя вращается по часовой стрелке (как и при работе от сети).

В момент времени ti по сигналу распределителя 14 блока управления ключ 2 закрывается, а ключ 3 открывается, тогда через трансформатор 6 на нейтральную

40 точку электродвигателя подается напряжение фазы В. В этом случае напряжение обмотки В статора, подключенной своим выводом к фазе В, падает до нуля (фиг. 3, диаграмма В). Напряжения обмоток С и А обуславливаются суммой поданных на их выводы синусоидальных напряжений с частотой сети и фаз соответственно <р и р, и р и <рс, (фиг. 3, диаграммы А, С) . Таким образом, амплитуда напряжений обмоток С и А возрастает в у3 раза, и они

1309243

45

Полученная несимметричная трехфазная система напряжений разложения на симметричные составляющие показывает, что попрежнему прямая составляющая симметричной системы, обуславливающая основное вращение магнитного поля в зазоре электродвигателя, остается неизменной (фиг. 5б), а обратная составляющая равна нулю (фиг. 5в). Вектор ее нулевой составляющей, оставаясь неизменным по величине, поворачивается на угол 120 () против чаз совой стрелки (фиг. 5г) по отношению к интервалу времени 0 в (фиг. 4г).

В момент времени t блок управления согласно циклограмме его работы (фиг. 2г) закрывает ключ 3 (фиг.!) и открывает ключ

2, который через трансформатор 5 прилагает к нейтральному проводу электродвигателя напряжение фазы A. Тогда- напряжение статорной обмотки А падает до нуля (фиг. 3, диаграмма С), напряжение обмотки С сдвигается на угол 60 () и имеет фазу

q, = срс — с13А, а напряжение обмотки В с!3„= сгв — с(3л (фиг. 3, диаграмма В), при этом векторная диаграмма электродвигателя 1 в интервале времени /3 — t2 имеет вид, представленный на фиг. 3. Анализ симметричных составляющих системы (фиг. 66, в, г) показывает неизменность величины прямой составляющей EI и отсутствие обратной составляющей (Е, = О), а также поворот вектора нулевой последовательности против часовой стрелки (против основного вращения магнитного поля статора) еще на 120 ().

В момент времени t = t3 происходит очередное переключение силовых ключей 2 — 4 в соответствии с циклограммой (фиг. 2) и на нейтральном проводе электродвигателя 1 оказывается вновь потенциал фазы С. Напряжения обмоток статора принимают значения, аналогичные временному интервалу

О = t, (фиг. 3, диаграммы А, В, С). Вектор EII, сделав очередной сдвиг на 120, совершает один оборот вокруг оси О. Таким образом, переключая силовые ключи 2 — 4 и подавая на нейтральную точку электродвигателя 1 поочередно потенциалы фаз А, В и С и смещая фазы напряжений статорных обмоток, заставляют вращаться вектор нулевой последовательности Е, в данном случае, против основного вращения магнитного поля.

Амплитуда напряжений на обмотках статора возрастает в 3/3 раз, поэтому либо необходимо устанавливать электродвигатель выше на ступень по напряжению (например, при напряжении сети 220/380 В на 380/

660 В), либо работать при уменьшенном напряжении.

Теперь угловая скорость магнитного поля статора обуславливается двумя факторами: прямой составляющей симметричной систе10

40 мы EI, которая не зависит от процесса коммутации си»oI3blx ключей, оставаясь постоянной и равной по величине нри рассмотренных перекосах фаз симметричной системы TpexpaaHIIx напряжений при работе электродвигателя непосредственно от сети (без управления) и при неподвижных обмотках в статоре создает вращающее магнитное поле, угловая скорость которого зависит от частоты сети и числа пар полюсов обмотки, а направление — от порядка подключения cTBTopHblx обмоток к трехфазной сети (порядка следования фаз токов в обмотках); нулевой составляющей симметричной системы Еь угловая скорость которой с! зависит от частоты коммутации силовых ключей, т. е, от частоты управляемого генератора 17, а направление — от порядка коммутации фаз к нейтральному проводу, т. е. от положения переключателя 16.

Результирующая скорость и магнитного поля в воздушном зазоре электродвигателя

2 определяется выражением

rz = и + с1. = — +- — = (f + 3) > 1P 3 Р

Таким образом, изменяя частоту управляемого генератора 17 при помощи задатчика 18, можно изменять угловую скорость электродвигателя 1 в пн3рс3кс3м диапазоне вверх и вниз от синхронной скорости гг .

При этом данный электропривод Hмел

Но сравненик3 с известными расшнрсныс функциональные возможности за сч T pdclHIIрения диапазона регулирования скорости электропривода, Особенно вниз от «IIHxpnllной при реализации низких н ползу IHx скоростей ротора, путем изменсния логики работы силовых ключей на обратную: чем ниже скорость, тсм выше частота коммутации, и возможности остановки ротора электродвигателя переменного тока прн и = -ф.

При этом и = О =- (! +-ф), т. с. / = и

v=150 Гц.

Частота коммутации силовых клк3чей нри этом 50 Гц.

Указанная возможность позволяет использовать данный привод для плавного пуска нагруженных асинхронных электродвигателей с короткозамкнутым ротором из одной точки путем плавного изменения частоты генератора 17.

При этом возможно осуществление реверса вращения при сг)л, т. е. при v=150 ГIL, когда угловая скорость нулевой составляющей Ео симметричной системы превыша T скорость основного вращения магн13тного lloля при вращении вектора Е 3 в обратную сторону. В настоящее время для осу.цествлсния реверса вращения требуются либо дополнительные силовые ключи переменного тока, либо релейно-контактная аппаратура для не1309243 реключения силовых клемм электродвигателя.

Энергетические характеристики регулируемого электропривода улучшаются за счет уменьшения влияния работы электропривода на сеть в результате осуществления фазосмещения путем сложения гармонических напряжений сетевых фаз с получением результирующего напряжения правильной синусоидальной формы с минимальными искажениями и уменьшения потерь в электродвигателе от высших гармоник, как это имеет место при управлении от тиристорных преобразователей частоты.

Повышение надежности работы регулируемого электропривода переменного тока 15 осуществляется за счет упрощения схемы силового блока до трех силовых ключей и трех трансформаторов (при трехфазной системе питания) и блока управления до нескольких элементов цифровой техники (триггер, регистр, генератора импульсов) и исключения возможности возникновения коротких замыканий за счет задержки выключения или случайного ложного включения силовых ключей разных фаз. Ложное включение любого ключа в данном устройстве 25 приводит к нарушению процесса фазосмещения, что незаметно при единичных нарушениях пОрядка коммутации, если иметь в виду частоту переключения около 50 Гц.

Формула изобретения

Электропривод переменного тока, содержащий m-фазный электродвигатель, m силовых ключей переменного тока, снабженных выводами для подключения к соответствующим фазам сети, распределитель импульсов, выходами соединенный с управляющими цепями m силовых ключей, триггер, отличающийся тем, что, с целью повышения энергетических показателей и упрощения реализации режима реверса, распределитель импульсов снабжен вторым входом и введены управляемый задающий генератор с задатчиком на входе, переключатель и m трансформаторов, одни выводы первичных обмоток которых соединены между собой и предназначены для подключения к нулевому проводу сети, второй вывод первичной обмотки каждого трансформатора соединен с соответствующим кл>очом переменного тока, вторичные обмотки трансформаторов соединены между собой последовательно и снабжены выводами для подключения к нулевому проводу сети и общей точке m-фазной статорной обмотки, снабженной выводами для подклк>чения к фазам сети, переключатель соединен с входом триггера, выход которого соединен с первым входом распределителя импульсов, второй вход которого подключен к выходу управляемого задающего генератора.

1309243

Фиг. г) —, Ев в) т

5 — E

1 уЕв

Ег =О

1309243 б) (С Ер) 421

J (+ Ер) (Ер) е,=а — Е г)

Е

-о !

J Es

Фиг. б а) б) (р Ер) Z J-Es (Ев) .а — Е

/Е) JЕр г) -E э уEs Ер

Фиг. р

Составитель В. Тарасов

Редактор И. Николайчук Техред И. Верес Корректор T. Колб

Заказ 1447/52 Тираж 66! Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий ! 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 я ! !

С вЂ” Es ГуЕр

Ez =й