Электропривод переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в судовом и металлургическом оборудовании . Целью изобретения является уменьшение потерь электроэнергии путем снижения потребления реактивной мощности из сети при больших скольжениях . Электропривод переменного тока содержит асинхронный электродвигатель (АД) 1 с фазным ротором. В цепь ротора включены соединенные между собой мостовые вьтрямители (MB) 4, 3 и ведомый сетью инвертор 6. Трехфазный вход MB 4 через параметрический стабилизатор 5, а трехфазный выход инвертора 6 непосредственно подключены к выводам обмотки статора АД 1. Трехфазньш выход управляемого вентильного преобразователя 7 подключен к сети, его катодная и анодная группы вентилей соединены соответственно с катодной и анодной группами вентилей MB 3. Такое подключение позволяет работать преобразователю 7 в режиме малых углов управления. 3 ил. с (Л с

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 Н 02 P 7/62 л

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ л хфс

«7

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ С8ИДЕТЕПЬСТВУ (21) 4142677/24-07 (22) 24.09.86 (46) 15. 10.88. Бюл. ¹ 38 (71) Институт электродинамики АН

УССР, Украинский научно-исследовательский и конструкторский институт

"Укрниипластмаш" и Киевский политехнический институт им. 50-летия Великой Октябрьской социалистической революции (72) В.П.Аркушин, И.В.Волков, Г.Г.Восканян, В.Н.Исаков, А.R.Ковальчук, А.П.Плугатарь, А.Л.Радченко и В.П.Стяжкин (53) 621.34.57 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1272463, кл. Н 02 P 7/6?, 1985.

Авторское свидетельство СССР № 1379933, кл. Н 02 Р 7/62, 1986. (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано

„„SU„„1431027 А1 в судовом и металлургическом оборудо" ванин. Целью изобретения является уменьшение потерь электроэнергии путем снижения потребления реактивной . мощности из сети при больших скольжениях. Электропривод переменного тока содержит асинхронный электродвигатель (АЛ) 1 с фазным ротором. В цепь ротора включены соединенные между собой мостовые выпрямители (NB) 4, 3 и ведомый сетью инвертор 6. Трехфазный вход MR 4 через параметрический стабилизатор 5, а трехфазный выход инвертора 6 непосредственно подключены к выводам обмотки статора АД 1. Трехфазный выход управляемого вентильного преобразователя 7 подключен к сети, его катодная и анодная группы вентилей соединены соответственно с катодной и анодной группами вентилей

МВ 3. Такое подключение позволяет работать преобразователю 7 в режиме малых углов управления. 3 ил.

1431027

Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводу переменного тока на базе асинхронного двигателя с фазным ротором, и может быть использовано, например, в судо5 вом и металлургическом электрооборудовании, где необходимо стабилизировать момент нагрузки и регулировать скорость вращения в зоне малых значений.

Цель изобретения — уменьшение потерь электроэнергии путем снижения ,потребления электроприводом реактив.ной мощности из сети переменного тока при больших скольжениях.

На фиг.1 представлена функцио.нальная схема электропривода переменного тока, на фиг,2 — пример замкнутой двухконтурной системы подчиненного регулирования; на фиг.3 — расчетные зависимости потребления электроприводом реактивной мощности в функции момента.

Электропривад переменного тока 25 содержит асинхронный двигатель 1 (фиг.1) с фаэным ротором, обмотки статора которого предназначены для подключения к сети 2 переменного тока. Выводы обмоток ротора подклю- gp чены к входу первого мостового выпрямителя 3, катодная группа вентилей которого соединена с анодной группой вентилей второго мостового вып" рямителя 4. Трехфазный вход мостового выпрямителя:4 подключен к выводам обмоток статора через параметрический стабилизатор 5 переменного тока.

Трехфазный, выход ведомого сетью инвертора 6 соединен с выводами обмо- 40 ток статора. Анодная группа вентилей ведомого сетью инвертора 6 соединена с катодной группой вентилей второго мостового выпрямителя 4, а катодная группа вентилей названного инвертора - с анодной группой вентилей первого мостового выпрямителя. Трехфазный выход управляемого вентильного преобразователя 7 предназначен для подключения к сети 2 переменного тока, его катодная и анодная группы вентилей соединены соответственно с катодной и анодной группами вентилей первого мостового выпрямителя 3.

В замкнутой двухфазной системе подчиненного регулирования угловой

55 скорости ротора электродвигателя с внутренним контуром регулирования крутящего момента вход управления вентильного преобразователя 7 соединен с выходом системы 8 импульснофазового управления (фиг.2), вход которого подключен к выходу регулятора 9 тока. Вход регулятора 9 тока подсоединен к выходу сумматора 10 токов, инвертирующий вход которого соединен с выходом датчика 11 выпрямленного тока ротора, а неинвертирующий— с выходом регулятора 12 частоты вращения. Датчик 11 тока своим входом по выпрямленному току подсоединен между катодной группой вентилей первого мостового выпрямителя 3 и катодной группой вентилей управляемого вентильного преобразователя 7, à регулятор 12 частоты вращения своим входом — к выходу сумматора 13 частоты вращения, неинвертирующий вход которого предназначен для задания требуемого значения частоты вращения, а инвертирующий вход подключен к выходу датчика 14 частоты вращения.

Электропривод переменного тока работает следующим образом.

Сигнал задания частоты вращения

U> определяет выходной сигнал регулятора 12 частоты вращения, а следовательно, выходной сигнал регулятора 9 тока, изменение которого определяет угол управления вентилями управляемого преобразователя 7, работающего в режиме инвертирования по отношению к параметрическому стабилизатору 5 переменного тока. Угол управления преобразователем 7 устанавливается посредством системы 8 импульсно-фазового управления и изменяется так, что при отсутствии сигнала П ток Тр„ управляемого преобразователя 7 равен выпрямленному току I стабилизатора 5 тока, выпрямленный ток ротора Т d = Т o — Ip„ при этом равен нулю, а с увеличением сигналя U>z ток I<> уменьшается, увеличивается I < и, следовательно, ток в обмотках ротора двигателя 1, растет крутящий момент и ротор двигателя 1 разгоняется до заданной частоты вращения, контролируемой датчиком 14 частоты вращения.

При изменении момента нагрузки во время работы электропривода частота вращенйя благодаря двухконтурной системе подчиненного регулирования стабилизируется на заданном уровне.

Когда момент нагрузки на вал двигателя 1 равен нулю, сигнал на выходе з

143 регулятора 9 тока также равен нулю, при этом ток 1р„ регулируемого инвертора 7 автоматически устанавливается равным I() и выпрямленный ток ротора Т,) = О. При максимальной нагрузке (M = Ин,„ ) ток Т р„ устанавливается равным нулю, ток I< достигает своего максимального значения (I> = I,), переменный ток в обмотках ротора и крутящий момент тоже становятся максимальными.

При работе управляемого преобразователя н инверторном режиме (вентили, составляющие схему регулируемого инвертора, включены встречнопараллельно мостоному выпрямителю 3 тока ротора) входной ток Т„„ нерегулируемого инвертора 6 равен стабилизированному току I = (I, где I выпрямленный ток ротора, при котором крутящий момент, развиваемый двигателем 1, номинальный, F — - постоянный коэффициент (g7, 1).

Тогда реактивная мощность, потребляемая нерегулируемым инвертором

6, определяется выражением

QHH 1 Id Ud РН Э а в котором ((Ud„=— - U максимальное напряжение на нерегулируемом инверторе 6, Ug„ — напряжение на выходе мосто ного выпрямителя 3 тока ротора при неподвижном роторе (S - =1) двигателя 1; постоянный коэффициент (o(i1),,рц — угол опережения инвертора 6.

Ток регулируемого преобразователя

7 равен разности токов I() u Ig.

Тр„= Т,„- Т, °

Тогда реактивная мощность, потребляемая регулируемым преобразователем

7, определяется выражением

1027 о

Up1, Ир„соз Ug cos р(, (3) и равно текущему значению напряжения на выходе мостового вьптрямителя 3 тока ротора (фиг.1) Ug.

Из выражений (2) и (3) следует, что,(4) 10 Q,.= (gI Т,,)U

Суммарная реактивная мощность, потребляемая иннертором 6 и преобра15 зователем 7. а значит электроприво»

У Ф дом, согласно выражений (1) и (4), равна

0 = Они+ Qu — (o(I н"дн"" p„+ (5)

20 + (Т Т )Ц

Полагая базовым значением реактивной мощности Q H = Ug„ I >„, из (5)

25 выражение для удельной реактивной мощности Q = Q/Q„, потребляемой электроприводом из сети, принимает вид

С учетом принятых условий и ныра45 жения (6) удельная реактивная мощность, потребляемая электроприводом из сети, определяется выражением где Ud = Up Up)(Ig = Ig Т, н °

Относительное значение напряжения

U выпрямителя 3 тока ротора ранно

35 скольжению S(U,1 = Б), а тока ? с — относительному значению момента двигателя 1 (I @ = M). Кроме того, полагая, что S изменяется от О до. 1, а момент нагрузки не превышает номиналь40 ного, E принимается равным 1, а полагая, что p = О (возможно лишь теоретически), 1)(принимается равным 1.

QP)! ((g ц) PP

- (1и,„- („)!1,„) 1:.оР, в котором U = UP — максимальное напряжение на регулируемом преобразователе 7; — угол управления преобразоваP телем 7.

Текущее значение напряжения на входе регулируемого преобразователя

7 определяется выражением

Q = (1 — Г1) !!! — S (7) Из выражения (7) следует, что электропривод при номинальной нагрузке (M = 1) при любой скорости (скольжении) реактивной мощности из сети не потребляет, т.е. Q (M = 1, S = var) = О. При S = 1 электропривод при любой нагрузке не потребляет реактивной мощности Q (M = var, S=1)=О.

1ц31027

Расчетные зависимости Ц как функции момента M для фиксированных значений скольжения в диапазоне от

0 до 1 представлены на фиг.3.

Таким образом подключение управI ляемого нентильного преобразователя параллельно роторному вынрямителю позволяет работать преобразователю при больших скольжениях (больших ЭДС ротора) в режиме малых углов управления р,,что приводит к снижению потребления электроприводом реактивной мощности из сети.

Кроме того, при любом скольжении ротора рост момента нагрузки также ,приводит к снижению потребления ре активной мощности, При необходимости повышения пере грузочной способности двигателя 1 вентили управляемого преобразователя 7, включенные согласно параллельно мостовому выпрямителю 3 тока ротора и составляющие схему регулируемого выпрямителя по отношению к параметрическому стабилизатору 5, переводят в рабочий режим, а вентили, составля" ющие схему регулируемого инвертора— в нерабочий. Тогда через мостовой выпрямитель 3 тока ротора проходит ток равный сумме Е и Е <> (тока регулируемого преобразователя 7) при этом ток в роторных обмотках, а значит, момент двигателя 1 больше номинального. Диапазон изменения тока Ед составляет от 0 до 2Е„.

Потребление реактивной мощности управляемым вентильным преобразователем 7 в режиме выпрямления остается тем же, что и в инверторном режиме (g <> = g,), следовательно, и в этом .случае потребление электроприводом реактивной мощности при малых скоростях незначительно, Таким образом, предлагаемый элек тропривод переменного тока по сравнению с известным обеспечивает снижение потребляемой электроприводом реактивной мощности из сети пере5

45 менного тока при больших скольжениях ротора электродвигателя, Использование электропривода в оборудовании, требуюшем малых рабочих скоростей, уменьшает загрузку питающих сетей и силового энергетического оборудования реактивной мощности и потери электроэнергии в них и снижает установленные мощности компенсирующих устройств.

Формула изобретения

Электропривод переменного тока, содержащий асинхронный двигатель с фазным ротором, обмотки которого предназначены для подключения к сети переменного тока, выводы обмоток ротора подключены к входу первого мостового выпрямителя, катодная группа вентилей которого соединена с анодной группой вентилей второго мостового выпрямителя, подключенного трехфазным входом к выводам обмоток статора через параметрический стабилизатор переменного тока, ведомый сетью инвертор, трехфазный выход которого соединен с выводами обмоток статора, анодная группа вентилей ведомого сетью инвертора соединена с катодной группой вентилей второго мостового выпрямителя, а катодная группа вентилей названного инвертора — с анодной группой вентилей первого мостового выпрямителя, управляемый вентильный преобразователь, трехфазный выход которого предназначен для подключения к сети переменного тока, а его катодная группа вентилей соединена с катодной группой вентилей первого мостового выпрямителя, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью уменьшения потерь электроэнергии путем снижения потребления электроприводом реактивной мощности из сети переменного тока при больших скольжениях, анодная группа вентилей управляемого вентильного преобразователя соединена с анодной группой вентилей первого мостового выпрямителя.

1431027

Составитель А.Жилин

Техред Л.Сердюкова

Корректор С.Черни

Редактор А.Лежнина

Тираж 584 Подписное

ВПИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 5349/54

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужг р д, у жго о л. Проектная, 4