Электропривод

 

1. ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий электродвигатели постоянного тока, якори которых соединены последовательно с регулируемым аккумулятором энергии и подключены к сети переменного тока через источник тока с неуправляемьм выпрямителем на выходе, а регулируемый аккумулятор энергии снабжен собственным блоком управления ЭДС, один из входов которого подключен параллельно цепи якорей электродвигателей , отличающийся тем, что, с целью уменьшения потерь, энергии, регулируемый аккумулятор эйергии выполнен в виде маховика и машины постоянного тока независимого возбуждения с якорем, последовательно соединенным с якорями электродвигателей , выходной вал которой соединен с маховиком, связанным с другим входом блока управления ЭДС, а выход блока управления ЭДС соединен с обмоткой возбуждения машины постоянного тока регулируемого аккумулятора энергии. О UD С

„SU,,11 69

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

NQNIMO

РЕСПУБЛИК (б1) Н 02 Р 5/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ И30БРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ йййЛК Л аж 4 (21) 3566005/24-07 (22) 31.03.83 (46) 30.06.84. Бюл, Ф 24 (72) И.В. Волков, Ю.И. Резчик, В.А.Бибик, В.Н. Исаков, А.З. Хононов, В.И. Потапенко и А.П. Плугатарь (53) 621.318.44(088.8) (56) 1. Чиликин М.Р., Ключев В.И., Сандлер А.С. Теория автоматизированного электропривода. М., "Энергия", 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

У 411596, кл. H 02 P 5/00, 1969. (54)(57) 1. ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий электродвигатели постоянного тока, якори которых соединены последовательно с регулируемым аккумулятором энергии и подключены к сети переменно"

ro тока через источник тока с неуправляемым выпрямителем на выходе, а регулируемый аккумулятор энергии снабжен собственным блоком управления ЭДС, один из входов которого подключен параллельно цепи якорей электродвигателей, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потерь. энергии,. регулируемый аккумулятор энергии выполнен в виде маховика и машины постоянного тока независимого возбуждения с якорем, последовательно соединенным с якорями электродвигателей, выходной вал которой соединен с маховиком, связанным с другим входом блока управления ЭДС, а выход. блока управления ЭДС соединен с обмоткой возбуждения машины постоянного тока регулируемого аккумулятора энергии. f)00698

2. Электропривод по и. I, о т л и— ч а ю шийся тем, что блок управления ЭДС выполнен в виде машины постоянного тока последовательного возбуждения, якорь которой механически связан с маховиком и подключен параллельно цепи якорей электродвигаИзобретение относится к электротехнике, а именно к системам для регулирования крутящего момента как одного, так и более двигателей. постоянного тока путем управления от вспомогательного источника энергии, и может быть использовано, например, в судовых следящих механизмах, работающих как в двигательном, так и в тормозном режимах, в частности в судовых следящих по натяжению лебедках,выполняющих грузовые операции в условиях морского волнения, для обеспечения постоянства натяжения каната, в качестве привода для успокоителей качки, а также в нагружательных устройствах испытательных стендов, служащих для испытания судовых механизмов, например якорно-швартовых

Известен электропривод, содержащий источник а ока, например трехфазный индуктивно-емкостной преобразователь (ИЕП), неуправляемый выпрямитель, к клеммам которого через последовател но соединенный энергоотбирающий резис тор подключен якорь исполнительного двигателя постоянного тока, обмотка возбуждения которого подключена к регулятору тока возбуждения (1).

Однако наличие энергоотбирающего резистора снижает КПД привода и увеличивает установленную мощность трехфазного ИЕП, величина которой (учитывая равенство мощностей резистора и исполнительного двигателя в двигательном режиме работы) удваивается в случае равенства абсолютных значений частоты вращения якоря исполнительного двигателя в двигательном и тормозном режимах. телей постоянного тока через обмотку независимого возбуждения машины постоянного тока регулируемого аккумулятора энергии, а на валу маховика установлена муфта свободного хода, ведомый вал которой жестко закреплен.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является электропривод, содержащий электродвигатели постоянного тока, якори которых соединены последовательно с регулируемым аккумулятором энергии и подключены к сети переменного тока через источник тока с неуправляемым

10 выпрямителем на выходе,а регулируемый аккумулятор энергии снабжен собственным блоком управления ЭДС,один из входов которого подключен параллельно цепи якорей электродвигателей (2 .

Однако наличие связанного с сетью регулируемого аккумулятора энергии, преобразующего постоянный ток, протекающий в цепи якорей двигателей, в переменный ток, рекуперируемый в сеть

20 при работе электропривода в генераторном режиме и наоборот при работе последнего в двигательном режиме снижает КПД электропривода и ухудшает

его коэффициент мощности. Так, приме25 нение в качестве регулируемого аккуь мулятора энергии электромашинного преобразователя не позволяет обеспечить КПД электропривода более 0,66. 0,75, а коэффициент мощности более

30 0,9. Применение для этих целей регулируемых статических преобразователей позволяет несколько повысить КПД по сравнению с электромашинными, но требует установки сглаживающих фильт35 ров в силовой цепи для снижения отрицательного влияния статического преобразователя на питающую сеть, что усложняет электропривод. При за конопеременном гармоническом изменещ нии скорости исполнительных двига телей под действием переводящих электропривод в режим противовключения внешних сил, например при удер698

1100

3 жании качающегося на морском волнении судна постоянно натянутым канатом, . КПД и коэффициент мощности вследствие неполной загрузки еще более ухудшаются. Применение не связанного с сетью регулируемого резистора еще больше снижает КПД электропривода.

Цель изобретения — уменьшение потерь энергии.

Поставленная цель достигается тем, 1О. что в электроприводе, содержащем электродвигатели постоянного тока, якори которых соединены последовательно с регулируемым аккумулятором энергии и подключены к сети переменного тока через источник тока с неуправляемым выпрямителем на выходе, à регулируемый аккумулятор энергии снабжен собственным блоком .управления ЭДС, один из входов которого подключен параллельно цепи якорей электродвигателей, регулируемый аккумулятор энергии выполнен в. виде маховика и машины постоянного тока независимого возбуждения с якорем, последовательно соединенным с якорями электродвигателей, выходной вал которой соединен с маховиком, связанным с другим входом блока управления ЭДС, а выход блока управления ЭДС соединен с обмоткой независимого возбуждения машины постоянного тока регулируемого аккумулятора энергии.

Кроме того, блок управления ЭДС выполнен в виде машины постоянного тока последовательного возбуждения, якорь которой механически связан с маховиком и подключен параллельно цепи якорей электродвигателей постоянного тока через обмотку независи- 40 мого возбуждения машины постоянного тока регулируемого аккумулятора энергии, а на валу маховика установлена муфта свободного хода, ведомый вал которой жестко закреплен. . 45

При таком выполнении электропривода, благодаря наличию маховика и ма» шины постоянного тока независимого возбуждения с якорем, последовательно соединенным с якорями электродвигателей постоянного тока, энергия, поступающая .от этих электродвигателей в режиме противовключения (торможения) не возвращается в сеть, а уходит на разгон маховика посредст- S5 вом перешедшей в двигательный режим машины постоянного тока независимого го возбуждения. Работа же этой машины постоянного тока в двигательном режиме возможна благодаря наличию механической связи маховика с одним из входов блока управления ЭДС регулируемого аккумулятора энергии и электрической связи последнего с обмоткой независимого возбуждения машины посI тоянного тока с возможностью создания

ЭДС регулируемого аккумулятора энергии, направленной противоположно ЭДС якорей электродвигателей постоянного тока.

При переходе электродвигателей постоянного тока.в двигательный режим работы происходит обратное явление, т.е. накопленная маховиком энергия посредством машины постоянного тока независимого возбуждения подводится к электродвигателям, а это исключает необходимость преобразования постоянного тока в переменный и наоборот, что повышает КПД электропривода, а также коэффициент мощности.

На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого электропривода.

Электропривод содержит электродвигатели постоянного тока (показано два электродвигателя, но их количе-, ство может быть и иньм), якори 1 и 2 которых соединены последовательно с регулируемьм аккумулятором 3 энергии и подключены к сети 4 переменного тока через источник S ..тока, например трехфазный индуктивно-емкостной преобразователь тока с неуправляемым выпрямителем 6 на выходе.

Регулируемый аккумулятор 3 энерго .Ии снабжен собственньм блоком 7 управления ЭДС, который подключен параллельно якорям 1 и 2 электродвигателей постоянного тока.

Аккумулятор 3 энергии выполнен в виде маховика 8, установленного на валу 9 с возможностью вращения, и машины постоянного тока с обмоткой 10 независимого возбуждения, якорь 11 которой последовательно соединен ар, якорями 1 и 2 электродвигателей постоянного тока. Выходной вал 12 машины постоянного тока соединен с валом

9 маховика 8, «оторый связан механически с одним из входов блока 7 управления ЭДС. Выход блока 7 управления

ЭДС связан электрически с обмоткой

10 независимого возбуждения машины постоянного тока регулируемого аккумулятора 3 энергии с возможностью

1100698 создания ЭДС регулируемого аккумулятора энергии, направленной противоположно ЭДС якорей электродвигателей.

Направление ЗДС регулируемого аккумулятора энергии зависит от подключе- 5 ния концов обмотки 10 независимого во збуждения.

Блок 7 управления регулируемого аккумулятора 3 энергии выполнен, например, в виде машины постоянного тока с обмоткой 13 последовательного возбуждения и якорем 14, выходной вал 15 которой (являющийся входом блока 7 управления) механически свя-. зан с маховиком 8 с возможностью син- 15.Во время работы через якорь 11 и якоря 1 и 2 протекает ток неизменной величины и направления, создаваемый источником 5, тока.

Ток; протекающий через обмотку IÇ и якорь 14 и последовательно включенную с ними обмотку 10 составляет не более 2-3 от тока, протекающего через якорь 11, поэтому влияением блока 7 управления ЭДС на работу якорей 1 и 2 электродвигателей можно пренебречь.

50 хронного вращения, например, посред. ством другого конца вала 12, выведенного на противоположную сторону машины. Блок 7 управления подключен параллельно цепи якорей 1 и 2 электродвигателей постоянного .тока через обмотку 10 независимого возбуждения машины постоянного тока регулируемого аккумулятора 3 энергии, а на валу 9 маховика 8 установлена муфта 16 свободного хода для исключения его реверса, для чего ее ведомый вал жестко закреплен, например, на корпусе. При этом ЭДС блока 7 управления направлена противоположно ЭДС якорей 1 и 2 Зр электродвигателей постоянного тока.

Направление ЭДС блока 7 управления зависит от подключения концов обмотки

13 последовательного возбуждения, Электродвигатели постоянного тока имеют обмотки 17 и .18 независимого возбуждения и автономные источники

19 и 20 питания.

Выполнение блока 7 управления ЭДС и соединение вала 15 с маховиком 8 4р может быть и иным. Так, блок 7 управления может быть выполнен в виде ма,шины параллельного возбуждения с электронным управлением, а соединение вала 15 с маховиком 8 может быть осу- 4 ществлено с помощью редуктора. !

При пуске электропривода под действием тока, протекающего через якори 1 и 2, электродвигатели разгоняются, что вызывает увеличение ЭДС на них, и соответственно, увеличение тока в обмотке 10. Под действием токов, протекающих через якорь 11 и обмотку 10, на валу 12 возникает увеличивающийся крутящий момент, стремящийся разогнать маховик 8.Однако муфта 16 свободного хода, ведомый вал (на чертеже левый) который неподвижно закреплен, препятствует вращению в этом направлении. Поэтому вся энергия, поступающая при пуске через неуйравляемый выпрямитель 6 в цепь якорей 1 и 2 электродйигателей . и регулируемого аккумулятора 3 энергии, идет только .на разгон якорей 1 и 2 электродвигателей постояного тока.

Работа электропривода в установившемся двигательном режиме отличается от режима пуска только тем, что частота вращения якорей 1 и 2 электродвигателей определяется внешней нагрузкой и может изменяться по любому закону, не изменяя своего направления в течение продолжительного времени.

При переходе под действием внешних сил якорей 1 и 2 электродвигателей в режимы противовключения направление

ЭДС на них изменяется на противоположное и, соответственно, изменяется на противоположное направление тока . в обмотке IO. Под действием токов, протекающих через якорь 11 и обмотку tO на валу 12 возникает крутящий момент, который разгоняет маховик 8, причем муфта 16 свободного хода не препятствует вращению маховика 8 и связанного с ним якоря 11 в этом направлении, что вызывает ЭДС на якоре 11, направленную противоположно

ЭДС на якорях 1 и 2 электродвигателей. По мере разгона маховика 8,связанного с якорем 14, ЭДС на якоре 14, . направленная противоположно ЭДС на якорях 1 и 2, вызывает уменьшение величины тока, протекающего через обмотки 10 и 13. ЭДС на якоре 11 пропорциональна произведению частоты вращения якоря 11 и тока, протекающего . через обмотку 10, поэтому величина этой ЭДС мало зависит от частоты вращения связанного с якорем 11 маховика 8 и изменяеTcB по величине синхронного с ЭДС на якорях 1 и 2, а

25

Составитель Н. Корева

Редактор Л. Алексеенко Техред М. Надь

Корректор А. Тяско

Заказ 4593/41 Тираж 667 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб. д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4

7 11006 направлена противоположно последней.

Так как ток, протекающий через якорь

11 и якори 1 и 2 не изменяет своего направления, а ЭДС на якорях приблизительно равны, но направлены противо- положно, то мощность, генерируемая якорями 1 и 2, приблизительно равна мощности, расходуемой на разгон якоря

11 и связанного с ним маховика 8.

Этим достигается накапливание (акку- 10 мулирование) генерируемой якорями 1 и 2 энергии путем превращения ее в кинетическую энергию маховика 8, что исключает возврат ее в сеть путем преобразования постоянного тока в переменный и снижает потери энергии при работе электропривода в генераторном режиме, При переходе якорей 1 и 2 электродвигателей в двигательный режим одни под действием протекающего через них тока разгоняются, увеличивая

ЭДС, причем направление ее становится противоположным тому, которое было в режиме противовключения.За счет этого изменяются направление тока в обмотке 10 и ЭДС на якоре 11.

Под действием токов, протекающих через якорь 11 и Обмотку 10, на валу

12 возникает тормозной момент, который снижает частоту вращения маховика 8, что приводит к снижению ЭДС на связанном с ним якоре 14. Так как эта ЭДС направлена противоположно

ЭДС на якорях 1 и 2, это вызывает увеличение тока, протекающего через обмотки 10 и 13. Благодаря этому ЭДС на якоре 11 по-прежнему мало зависит от частоты вращения связанного с якорем 11 маховика 8 и изменяется синхронно по величине и противоположно по направлению ЭДС на якорях 1 и 2 и в двигательном режиме работы последней. При этом осуществляется возврат накопленной в маховике 8 энергии к якорям 1 и 2 двигателей, что уменьшает величину потребляемой энергии из сети путем преобразования переменного тока в постоянный и снижает потери энергии при работе электропривода в двигательном режиме.

Муфта 16 свободного ходя препятствует разгону маховика 8 благодаря энергии, поступающей через управляемый выпрямитель 6 и источник 5 тока из сети 4 переменного тока, а неуправляемый выпрямитель 6 не позволяет возвращать (рекуперировать) энергию в сеть. Мощность, потребляемая из сети 4 переменного тока источником

5 тока, расходуется только на покрытие механических и тепловых потерь в электроприводе.

Предлагаемый электропривод значительно, уменьшает потери энергии при работе во всех режимах и повышает коэффициент мощности сети. Кроме того, данный электропривод, вследствие того, что потребляемая им из сети мощность значительно меньше максимальной кратковременной развиваемой им мощности, может устанавливаться на судах с ограниченной мощностью электростанции, что расширяет круг задач, решаемый этими судами.