Асинхронный вентильный каскад

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОЫ ЕтЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ i ц 777786 боюз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт, свид-ву (22) Заявлено 20.09.77 (21) 2526272/24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.11.80. Бюллетень № 41 (51) М. Кл.

Н 02Р 7/62

Государстсеаиык комитет (53) УДК 621.313.333. .062.4: 621. .314.632 (088.8) по делам изобретений и открытий (45) Дата опубликования описания 07.11.80 (72) Автор изобретения (71) Заявитель

А. Г. Савин

Калининский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт (54) АСИНХРОННЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ КАСКАД

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах переменного тока производственных механизмов.

Известен асинхронный вентильный каскад, содержащий асинхронный двигатель, в цепи ротора которого подключен выпрямитель, соединенный с инвертором, выполненный по трехфазной нулевой схеме и подключенный к источнику переменного тока, 10 причем выпрямитель положительным полюсом соединен с нейтралью обмоток статора двигателя (1).

Недостатком извсстного устройства являются низкие энергетические показатели 15 привода в связи с тем, что по обмоткам статора проходит значительная постоянная составляющая тока, вызывая ее нагрев.

Наиболее близким к предложенному каскаду является асинхронный вентильный кас- 20 кад, содержащий асинхронный двигатель с фазным ротором, обмотки статора которого началами подключены к источнику переменного тока, а обмотки ротора — к выпрямителю, соединенному через фильтр с 25 инвертором и выполненному по трехфазной мостовой схеме и поодключенному к вторичной обмотке трансформатора, первичная обмотка которого соединена с источником переменнбго тока (2), З

Недостатком этого устройства является низкий коэффициент мощности. Его снижение обусловлено тем, что при максимальной скорости вращения двигателя, инвертор каскада работает с углом управления р=

=90 и дополнительно потребляет реактивную мощность.

Целью изобретения является уменьшение потребления реактивной мощности.

Поставленная цель достигается тем, что в асинхронном вентильном каскаде, содержащем асинхронный двигатель с фазным ротором, обмотки статора которого одними выводами подключены к источнику переменного тока, а обмотки ротора — к выпрямителю, соединенному с инвертором, выполненным по трехфазной мостовой схеме и подключены к вторичной обмотке трансформатора, фильтр, подключенный параллельно выпрямителю, в инвертор введены вентили, включенные встречно-параллельно тиристорам, а первичная обмотка трансформатора подключена к другим выводам обмотки статора.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема каскада; на фиг. 2 — временные диаграммы; на фиг. 3 — схема замещения; на фиг. 4, 5 — векторные диаграммы каскада при работе на холостом ходу и под нагрузкой.

777786

Зо

Е = 0,741К E

Устройство содержит асинхронный двигатель с фазным ротором 1 (фиг. 1), к выводам роторной обмотки которого подключен неуправляемый выпрямитель 2. Выводы постоянного тока выпрямителя 2 соединены с выводами постоянного тока инвертора 3, каждый тиристор 4 — 9 которого зашунтирован встречно-параллельно включенным неуправляемым вентилем 10 — 15, причем по отношению к выпрямленному току ротора неуправляемые вентили включены встречно. Выводы переменного тока инвертора 3 связаны с концами статорной обмотки двигателя через трансформатор 16. Для сглаживания выпрямленного тока параллельно роторному выпрямителю подключен конденсатор фильтра 17.

Работает устройство следующим обраЗОМ.

Для упрощения предположим, что по обмоткам статора и ротора двигателя протекают синусоидальные токи, образующие трехфазные симметричные системы, а к выходу роторного выпрямителя подключен сглаживающий конденсатор 17, причем пульсация напряжения на нем отсутствует.

Величина напряжения на конденсаторе равна Ед.

Принятые за положительные направления токов на фиг. 1 обозначены стрелками.

Обозначим действующие значения основных гармоник токов: I> — ток статора двигателя; I> — ток ротора; 1 — ток на входе инвертора 3.

Пренебрегая намагничивающим током трансформатора 16, имеем з

3 К

I, 1(, — коэффициент трансформации трансформатора.

Диаграммы работы вентилей инвертора 3 приведены на фиг. 2 б. Рассмотрим про.1ессы в фазе А. Пусть в положительный полупериод открыт тиристор 4, В момент

tI (фиг. 2), когда ток, =0, тиристор 4 закрывается и далее открывается вентиль

Ви При этом тиристор 4 будет восстанавливать свою вентильную прочность под действием падения напряжения на вентиле 10.

В момент 4 с запаздыванием на интервал

Р относительно момента перехода тока через 0 открывается тиристор 7, при этом вентиль 10 закрывается, а к тиристору 4 прикладывается напряжение в проводящем направлении. Далее процесс повторяется.

В других фазах переключение вентилей происходит аналогично с соответствующим сдвигом во времени. Для восстановления вентильной прочности тиристоров необходимО Выполнение условия P ) Pмин.

При переключении тиристоров инвертора

3 его выводы переменного тока соединяются с тем или иным полюсом цепи постоянного тока, при этом на указанных выводах

65 формируется прямоугольно-ступенчатое напряжение. На фиг. 2в показана форма линейных, а на фиг. 2г — фазных напряжений.

Действующее значение фазных напряжений равно U3 ф = 0,472 Еа.

Действующее значение первой гармоники фазного напряжения равно U» ф=0,45Е .

Из диаграмм фиг. 2 следует, что фазные напряжения сдвинуты относительно соответствующих токов на угол 13, причем при изменеии угла р величина и форма этих напряжений меняться не будут.

Для анализа свойства каскада рассмотрим схему замещения, изображенную на фиг. 3 и векторные диаграммы (фиг. 4 и 5), где выпрямитель 2 заменен источником

ЭДС Ер, причем предполагается, что при мгновенной коммутации вентилей ЭДС Ер находится в противофазе с током I>.

Инвертор 3 в цепи статора заменен источником ЭДС Е,.

Эта ЭДС отстает от тока II на угол Р, при этом фазовым сдвигом, вносимым согласующим трансформатором 16, пренебрегаем. Приведенные к цепи статора величины этих ЭДС, соответственно равны

Ес = К, У„ф — 0,45К, Е,„, Остальные обозначения: U — действующее значение напряжения питания; UI — напряжение на обмотке статора (основная гармоника); ZI, XI — суммарное активное и индуктивное сопротивления обмоток статора двигателя и согласующего трансформатора.

Из схемы замещения следует, что в рассматриваемом каскаде к обмоткам статора двигателя приложена геометрическая сумма напряжения сети U и ЭДС Е, . Последняя может изменяться по величине и фазе, в результате чего напряжение на статорс двигателя является переменным по модулюю, Из теории каскадов известно, что при максимальной скорости добавочная ЭДС в цепи ротора должна быть равна О, Из этого следует Е, =Ер"=E=O.

При указанных условиях схема замещения каскада представляет схему замещения асинхронного двигателя с замкнутым накоротко ротором, из чего вытекает, что в этом режиме каскад дополнительной реактивной мощности из сети не потребляет и его коэффициент мощности равен коэффициенту мощности собственного двигателя, работающего па естественной характеристике.

Для снижения скорости вращения двигателя необходимо увеличить противо-ЭДС в цепи ротора Ер, при этом будет увеличиваться ЭДС Е, в цепи статора. Для упрощения будем считать, что при изменении нагрузки двигателя напряжение в цепи по777786

Аа

Ъ

75 тв )7 м

7а т, я 15

Ь в стоянного тока Ед поддерживается постоянным, На холостом ходу, когда Iz=0, р= —.

При этом векторная диаграмма будет иметь впд, изображенный на фиг. 4, откуда следует, что в этом режиме U> U — Е „т. е. чем меньше скорость холостого хода каскада, определяемая величинами Ec и Ep, тем меньше напряжение на статоре двигателя U>. При увеличении нагрузки вектор

Е, будет вращаться против часовой стрелки относительно векторов U> и U>, что приведет к увеличению напряжения U, В пределе при достаточно большой нагрузке, когда р=р„„„и ср10, Ю,И„+Е„т, е. 15 напряжение на статоре двигателя будет больше напряжения сети (фиг. 5). Диапазон изменения напряжения на статоре тем больше, чем больше величина Е„т. е. чем меньше скорость двигателя.

Следует отметить, что асинхронный вентильный каскад возможно применять без трансформатора 16 и конденсатора фильтра 17, в этом случае инвертор непосредственно подключается к концам обмоток ста- 25 тора двигателя.

Асинхронный вентильный касда обладает высоким значением коэффициента мощности при широком диапазоне регулирования скорости двигателя, что позволяет его ши- 30 роко использовать в приводах переменного тока производственных механизмов.

Формула изобретения

Асинхронный вентильный каскад, содержащий асинхронный двигатель с фазным ротором, обмотки статора которого одними выводами подключены к источнику переменного тока, а обмотки ротора — к выпрямителю, соединенному с инвертором, выполненным по трехфазной мостовой схеме и подключенным к вторичной обмотке трансформатора, фильтр, подключенный параллельно выпрямителю, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью уменьшения потребления реактивной мощности, в инвертор введены вентили, включенные встречнопараллельно тиристорам, а первичная обмотка трансформатора подключена к другим выводам обмоток статора двигателя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 245202, кл, Н 02К 17/14 1967.

2. Онищенко Г. Б. и др. Электропривод турбомеханизмов. — М,: Энергия, 1972, с. 172 — 176.

777786

-1г F;S

Составитель В. Боев

Редактор Т. Загребельная

Техред В. Серякова

1(орректор В. Борисова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 2538/10 Изд. № 580 Тираж 798 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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