Вентильный электропривод постоянного тока
Использование: в электроприводах с питанием от сети переменного тока. Сущность: в пазы статора асинхронного двигателя с зубчатым статором, в которых уложена многофазная, соединенная в многоугольник обмотка, уложена дополнительная двухфазная обмотка. Каждая фаза дополнительной обмотки зашунтирована конденсатором. Конденсаторы компенсируют потребление из сети тока холостого хода, что приводит к увеличению мощности и КПД двигателя,2 ил.
СОЮЗ СОВ.:ТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4882168/07 (22) 16.11.90 (46) 15.11.92. Бюл. N. 42 (72) Б,И,Грива, А.И.Коврига. Н.Н.Левин, В.И.Никули.н и А.В.Якушков (56) Булгаков А.А„Частотное управление асинхронными электродвигателями, М,: Наука, 1966, с.222, рис.6.16,а.
Ромаш Э.М, и др., Высокочастотные транзисторные преобразователи, М.: Радио и связь, 1988, с.270, рис.7.18,а.
Изобретение относится к электроприводам, а точнее. к вентильным электроприводам, получающим питание от сети постоянного тока низкого напряжения.
Известны вентильные эпектроприводы, содержащие синхронный или асинхронный электродвигатель и полупроводниковый коммутатор на неполностью управляемых ключевых элементах, например тиристорах, Недостатками этих конструкций являются низкие КПД и надежность, значительные масса и габариты, обусловленные необходимостью введения коммутирующих конденсаторов, значительными перенапряжениями в ключевых элементах.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является ,электропривод, содержащий асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым симметричным ротором и полупроводниковый коммутатор на полностью управляемых ключевых элементах. например транзисто Ы«, 1775808 А1
Целью изобретения является повышение КПД и надежности эпектропривода.
Поставленная цель достигается тем, что в вентильном электроприводе постоянного тока, содержащем асинхронный двигатель с зубчатым статором. в пазах которого уложена многофазная обмотка с фазами. соединенными в многоугольник, и короткоэамкнутым симметричным ротором, полупроводниковый коммутатор, выполненный на полностью управляемых ключевых элементах, соединенных по многофазной мостовой схеме с входными выводами дпя подключения
1775808
40
Такое сочетание обеспечивает, во-первых, более равномерное вращение магнитно- 50
55 к источнику постоянного тока и выходными выводами, соединенными с фазными выводами обмотки статора, согласно изобретению, в пазы статора уложена дополнительная двухфазная обмотка, каждая фаза которой зашунтирована соответствующим конденсатором, каждый конденсатор выполнен с величиной емкостного сопротивления, равной величине реактивного сопротивления данной фазы дополнительной обмотки при номинальной частоте вращения.
Предлагаемые отличия призваны обеспечить компенсацию тока холостого хода обмотки статора и за счет этого перпендикулярность линии раздела потребляемого тока статора и линии направления магнитного потока.
В технике известны решения, когда с помощью емкостного контура, выполняющего функции коммутации ключевых элементов, компенсируют одновременно и намагничивающий ток двигателя. Однако для обеспечения надежной коммутации используют конденсаторы большой емкости, что обусловлйвает емкостной характер потребляемого тока. Линия раздела токов в статоре не ориентируется в этом случае перпендикулярно оси вращающегося магнитного поля при коммутации обмоток. Более того, при трехфазном исполнении статора и несинусоидальном питании его обмоток от коммутатора имеет место "скачкообраэность" во вращательном движении магнитного поля. В этих условиях достижение поставленных целей должно обеспечиваться тремя изменениями в конструкции: а) переходом к многофазной (с m =
5,7,9...) обмотке статора, соединяемой многоугольником; б) размещением на статоре дополнительной, лучше двухфазной, обмотки; в) подключением каждой фазы этой дополнительной обмотки к конденсаторам, емкостные сопротивления которых на частоте переключения коммутатора равны реактивным сопротивлениям фаз при номинальной скорости вращения. го поля и, следовательно, синусоидальность электромагнитных процессов в асинхронном двигателе, à, во-вторых; перпендикулярность линий раздела токов в статоре и магнитного потока. Все это обусловливает повышение
КПД и надежности вентильного злектропривода.
На фиг.1 дана электрическая схема электропривода; на фиг.2 — векторная диаграмма.
Привод содержит асинхронный двигатель 1 и коммутатор 2. Многофазная (в данном случае пятифазная) первичная обмотка
3 — 7 двигателя соединена в многоугольник, который своими вершинами подключен к выходным зажимам коммутатора 2. Ротор 8 двигателя — короткозамкнутый, например, полый, немагнитный. В пазахстаторадвигателя 1 дополнительно уложена двухфазная обмотка 9. 10, имеющая значительно большее числб витков, чем первичная обмотка
3 — 7, но выполненная из более тонкого провода. Число витков в фазах дополнительной обмотки рассчитывается таким образом, чтобы на них оказалось повышенное напряжение, а их реактивные сопротивления соответствовали реактивным сопротивлениям выбранным по ГОСТ номиналам конденсаторов 11, 12, на которые замыкается соответственно каждая из фаз.
Коммутатор 2 собирается по мостовой схеме на управляемых ключевых элементах (транзисторах) 13 — 22.
Привод работает следующим образом.
Коммутатор периодически подключает "диагонали" многоугольника к сети постоянного тока. Например, в первый момент времени открыты транзисторы 17, 14, 22, т.е. вершина "а" многоугольника подключена к "+" источника, а вершины "с" и "d" к "— ".
В обмотках 3, 4 и 7. 6 протекают токи, создающие магнитный поток определенного направления; обмотка 5 оказывается закороченной (в ней протекают коммутационные процессы). 8 следующий момент времени транзистор 22 закроется, а откроется транзистор 19 (транзисторы 14, 17 остаются во включенном состоянии). К "+" источника окажутся подключенными вершины "а" и
"Ь", к "—" — вершина "d", Фаза 3 окажется закороченной, а фазы 4, 5 и 7, 6 создадут магнитный поток, повернутый для изображенной пятифазной обмотки на 36 . Далее закроется транзистор 17, откроется транзистор 16, т,е. в открытом состоянии будут находиться транзисторы 19, 14, 16, обеспечивая подключение вершины "Ь" к "+", а вершин "dГ и "е" к "—" источника. В фазе 3 коммутационные процессы закончены, направление тока в ней изменилось на противоположное. Фаза 6 находится в коммутации. Фазы 4, 5 и 3, 7 создают магнитный поток, повернутый на 36 относительно предыдущего направления. И так далее, Магнитное поле с минимальной дискретностью начинает вращаться, увлекая за собой ротор 8.
Наличие в вентильном электроприводе емкостного контура, состоящего из дополнительной обмотки 9, 10, нагруженной каж1775808 дой фазой на конденсатор 11, 12, емкостное сопротивление которого равно реактивной составляющей сопротивления фазы дополнительной обмотки, приводит к тому, что его ток I компенсирует потребление из сети тока холостого хода 4 статорной обмотки (фиг.2). В этих условиях линия раздела токов в статорной обмотке двигателя, совпадающая с линией прикладываемого к этой обмотке напряжения, и линия направления магнитного потока, создаваемого обмоткой, оказываются взаимно перпендикулярными.
При этом и наводимая этим потоком ЭДС, и активная составляющая 01 приложенного напряжения источника постоянного тока оказываются наибольшими, следовательно, электромагнитная мощность и КПД такого двигателя становятся максимально возможными. Помимо сказанного коммутируемые фазы претерпевают наименьшее изменение. потокосцепления, отсюда коммутация получается "спокойной", ключевые элементы функционируют без перенапряжений в облегченных условиях, повышается надежность привода.
Дополнительную обмотку рекомендуется выполнять большим числом витков тонкого провода, что обеспечит ее значительное сопротивление и снизит габариты, массу конденсаторов.
Таким образом, предлагаемый привод обладает следующими технико-экономическими преимуществами: . — простота конструкции, небольшие га. бариты и масса, так какдобавочный вес.двух конденсаторов в условиях многовиткового исполнения дополнительной обмотки оказывается небольшим; — высокий КПД вследствие обеспечения
5 перпендикулярности линий раздела токов в статоре и магнитного потока: — облегченные условия функционирования ключевых элементов.
10 Формула изобретения
Вентильный электропривод постоянного тока, содержащий асинхронный двигатель с зубчатым статором, в пазах которого
15 уложена многофазная обмотка с фазами, соединенными в многоугольник, и короткозамкнутым симметричным ротором, полупроводниковый коммутатор, выполненный на полностью управляемых ключевых элемен20 тах, соединенных по многофазной мостовой схеме с входными выводами для подключения к источнику постоянного тока и выходными выводами, соединенными с фазными выводами обмотки статора, о т л и ч а ю щ и25 и сятем,,что,,с целью повышения КПД и надежности, введены два конденсатора, а в пазы статора уложена дополнительная двухфазная обмотка, каждая фаза которой зашунтирована соответствующим конден30 сатором, каждый конденсатор выполнен с величиной емкостного сопротивления, равной величине реактивного сопротивления . данной фазы дополнительной обмотки при номинальной частоте вращения.
1775808
Составитель А.якушков
Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Л.Филь
Редактор Т.Иванова
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101
Заказ 4039 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35. Раушская наб., 4/5
