Электропривод переменного тока

 

Изобретение относится к области электротехники, в частности к электроприводу переменного тока повышенной частоты с асинхронными электродвигателями. Техническая задача, решаемая изобретением, состоит в увеличении частоты вращения ротора трехфазного асинхронного электродвигателя до 12000 об/мин, а также в увеличении коэффициента мощности электропривода за счет использования начальной и конечной части синусоиды питающего напряжения. Сущность изобретения состоит в следующем. Электропривод переменного тока содержит трехфазный асинхронный электродвигатель, в пазах магнитопровода статора которого расположены группы полуобмоток, полуобмотки составляют три одинаково исполненных группы, полуобмотки, принадлежащие одной группе, расположены в одних и тех же пазах и через транзисторные ключи подключены: одна пара встречно-параллельно включенных полуобмоток к фазному напряжению источника питания, другая пара встречно-параллельно включенных полуобмоток, имеющих число витков в раз больше числа витков первой пары, к линейному напряжению источника питания, имеющему фазовый сдвиг по отношению к фазному напряжению на 90 электрических градусов. Особенностью предлагаемого электропривода является использование на каждый полюс и фазу статора электродвигателя четырех полуобмоток, подключенных через транзисторные ключи к источнику питания. 3 ил.

Изобретение относится к электроприводу, в частности к электроприводу переменного тока повышенной частоты с асинхронными электродвигателями, и может использоваться для привода машин и механизмов с частотой вращения рабочих органов до 12000 об/мин, например стригальных машин, центрифуг, электроинструмента и др.

Известен умножитель частоты для питания высокоскоростных асинхронных электроприводов [1], позволяющих получить напряжение питания с частотой 200 Гц, выполненный на стержневом трансформаторе с использованием дополнительных обмоток подмагничивания постоянным током и обмотки самоподмагничивания токами четвертой гармоники, замкнутой на конденсатор. Недостатками этого устройства являются: довольно низкий к.п.д., значительная материалоемкость, большое количество управляемых полупроводниковых элементов. Известен также электропривод переменного тока [2] , содержащий электродвигатель, в пазах магнитопровода статора которого находятся четыре обмотки, последовательно к каждой из которых подключены встречно-параллельно соединенные запираемые тиристоры. Недостатками этого устройства являются: необходимость формирования управляющих импульсов обратной полярности, нужных для запирания тиристоров, что усложняет схему управления тиристорами; неравномерная загрузка фаз питающей сети; субгармонические составляющие намагничивающей силы, негативно влияющие на механическую характеристику электропривода.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению и принятым авторами за прототип является электропривод переменного тока [3], содержащий трехфазный асинхронный электродвигатель, в пазах магнитопровода статора которого расположены две группы полуобмоток, полуобмотки каждой фазы обеих групп заложены в одни и те же пазы, полуобмотки одной группы включены в диагонали управляемых двухполупериодных выпрямительных мостов, подключенных к фазному напряжению источника питания, а полуобмотки второй группы имеют число витков в раз больше числа витков в полуобмотках первой группы и включены в диагонали управляемых двухполупериодных выпрямительных мостов, подключенных к линейному напряжению источника питания, причем полярность подключения к напряжению источника питания полуобмоток первой группы противоположна полярности подключения полуобмоток второй группы, а угол включения управляемых вентилей управляемых двухполупериодных выпрямительных мостов больше π/2. Недостатками этого устройства являются: использование только конечной части синусоиды питающего напряжения; частота вращения рабочих органов до 6000 об/мин.

Целью данного изобретения является увеличение частоты вращения ротора трехфазного асинхронного электродвигателя до 12000 об/мин, повышение коэффициента мощности электропривода за счет использования начальной и конечной части синусоиды питающего напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что электропривод переменного тока содержит трехфазный асинхронный электродвигатель, в пазах магнитопровода статора которого расположены группы полуобмоток, при этом полуобмотки составляют три одинаково исполненные группы, полуобмотки, принадлежащие одной группе, расположены в одних и тех же пазах и через транзисторные ключи подключены: одна пара встречно-параллельно включенных полуобмоток к фазному напряжению источника питания, другая пара встречно-параллельно включенных полуобмоток, имеющих число витков в раз больше числа витков первой пары, к линейному напряжению источника питания, имеющему фазовый сдвиг по отношению к фазному напряжению на 90 электрических градусов.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием транзисторных ключей и на каждый полюс и фазу приходится четыре полуобмотки. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими устройствами показывает, что известно применение на статоре четырех обмоток, включенных встречно-параллельно к источнику питания [2], однако введение транзисторных ключей, в указанной связи, с полуобмотками статора электродвигателя в заявляемый электропривод позволяет формировать результирующую ЭДС учетверенной частоты по отношению к частоте источника питания, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

На фиг.1 изображена торцевая схема обмотки статора электродвигателя. На фиг.2 приведена принципиальная схема описываемого электропривода, а на фиг.3 - временные диаграммы напряжений и магнитных потоков, поясняющие принцип работы электропривода.

Электропривод переменного тока (фиг.2) содержит асинхронный двигатель с короткозамкнугым ротором, в пазах статора которого находятся двенадцать полуобмоток (1-12) в виде трех групп полуобмоток. Первая группа полуобмоток включает в себя 1, 2, 7 и 8 полуобмотки, вторая группа включает в себя полуобмотки 3, 4, 9 и 10, третья группа - полуобмотки 5, 6, 11 и 12. Группы полуобмоток сдвинуты друг относительно друга на сто двадцать электрических градусов. Полуобмотки 1, 2 подключены через транзисторные ключи 13 и 14 к фазному напряжению U_A, полуобмотки 3, 4 подключены через транзисторные ключи 15 и 16 к фазному напряжению U_B, полуобмотки 5, 6 подключены через транзисторные ключи 17 и 18 к фазному напряжению U_C. Полуобмотки 7, 8; 9, 10; 11, 12 подключены через транзисторные ключи 19, 20; 21, 22; 23, 24 к линейным напряжениям U_BC, U_CA, U_AB соответственно. Число витков полуобмоток 7-12 в раз больше, чем у полуобмоток 1-6.

Принцип работы электропривода можно рассмотреть на примере работы одной группы полуобмоток, содержащей полуобмотки 1, 2, 7, 9 и транзисторные ключи 13, 14, 19, 20 (фиг.3).

На интервале времени 0 - t₁ управляющее напряжение U_упр13 подается на транзисторный ключ 13, транзистор открыт и по полуобмотке 1 протекает ток. В момент времени t₁ транзистор в транзисторном ключе 13 закрывается, напряжение управления U_упр19 подается на транзисторный ключ 19 и ток в интервале t₁ - t₂ протекает по полуобмотке 7. В момент времени t₂ закрывается транзисторный ключ 19, напряжение управления U_упр14 открывает транзисторный ключ 14, в интервале времени t₂ - t₃ ток протекает по полуобмотке 2, но магнитный поток, создаваемый полуобмоткой 2, направлен встречно относительно магнитного потока, создаваемого полуобмоткой 1. В момент времени t₃ транзисторный ключ 14 закрывается и напряжением U_упр20 открывается транзисторный ключ 20, ток в интервале времени ₃ - t₄ протекает по полуобмотке 8, магнитный поток направлен встречно магнитному потоку полуобмотки 7. В момент времени ₄ транзисторный ключ 20 закрывается и напряжением U_упр13 открывается транзисторный ключ 13, ток течет по полуобмотке 1. Далее процесс повторяется.

Результирующий магнитный поток Ф в магнитопроводе имеет частоту 200 Гц. При исполнении статора асинхронного двигателя с одной парой полюсов, получаем частоту вращения ротора до 12000 об/мин.

Преимуществами предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом являются: увеличение частоты вращения ротора до 12000 об/мин, повышение коэффициента мощности за счет использования начальной и конечной части синусоиды питающего напряжения.

Источники информации 1. А.с. СССР 1069095, кл. Н 02 М 5/16, 1984.

2. Пат. РФ 2111606, кл. Н 02 Р 5/40, 1998.

3. Заявка на изобретение 2000102959/09 (002868), Н 02 Р 5/40, Н 02 К 47/22, 2000 /прототип/.

Формула изобретения

Электропривод переменного тока, содержащий трехфазный асинхронный электродвигатель, в пазах магнитопровода статора которого расположены группы полуобмоток, отличающийся тем, что полуобмотки составляют три одинаково исполненные группы и полуобмотки, принадлежащие одной группе, расположены в одних и тех же пазах и через транзисторные ключи подключены: одна пара встречно-параллельно включенных полуобмоток к фазному напряжению источника питания, другая пара встречно-параллельно включенных полуобмоток, имеющих число витков в раз больше числа витков первой пары, к линейному напряжению источника питания, имеющему фазовый сдвиг по отношению к фазному напряжению на 90 электрических градусов.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3