Электропривод переменного тока

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскни

С©циапнстическнн

Респубпни

<п>904179 (61) Дояолнительиое к авт. свид-ву(22) Заявлено 30. 06. 80 (21) 294 7467/24-07 (Sl)< Кв.

Н 02 P 7/42 с прнсоединеииеат заявки,рй

Гоеудвротаааый кшнитат

СССР ио делам изобретений и открытий (23) П риоритет

Опубликовано 07.02.82. Бюллетень .% 5

Дата опубликования описания 07.02.82, (53) УДК 621. 313. .333.072.9 (088.8) Н.Н.Новвков, A.Í.Koíÿåâ, Э.Х.Твсеяг, А.С;Элоев я T:Ê;Ìîééèîâà (1

Ворошиловградский машиностроительный а нсти11ут...;.,: -:":..-;

I (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕИЕННОГО ТОКА

Изобретение относится к- электро- .технике и может быть использовано в регулируемом электроприводе пе" ременного тока со статическим преобразователем частоты, обеспечива" ющим его устойчивую работу независимо от частоты питающего напряжения и режимов работы нагрузки, а также на железнодорожном транспортте в электроприводах вспомогательных механизмов как тепловозов, так и электровозов.

Известен электропривод, содержа щий преобразователь частоты с непосредственной связью и искусственной коммутацией, выполненный на встречно-включенных блоках главных тиристоров, а также коммутирующие выпрямительные мосты, присоединенные к выходным и входным шинам преобразователя с подключением к их входам соответственно дросселя и узла искусственной коммутации с цепями разряда и перезаряда коммутирующего конденсатора fll.

Недостатками такого устройства являются неполный сброс реактивной энергии нагрузки при ее низком коэф5 фициенте мощности (cos+„4 0,53), сложность исполнения и завышенная установленная мощность узла искусственной коммутации в виду необ10 ходимости принудительного запирания тиристоров, установленных в цепях сброса реактивной-энергии.

Наиболее близким к предлагаемому является электропривод переменного тока, содержащий трехфазный электродвигатель, фазные обмотки которо.го выполнены в виде двух параллельных секций, статический преобразователь частоты с непосредственной связью и искусственной коммутацией, выполненный в виде встречно-включенных главных тиристоров, входы которых связаны с трехфазным источником, а выход каждого блока

4179 4

Недостатком известного электропривода является невозможность раб. ты преобразователя частоты на нагрузку с низким коэффициентом мощности (cos ф<0,53), заключающийся в том, что при работе преобразователя частоты с трехфазным асинхронным электродвигателем, а также во время переходных процессов прн определенных законах частотного управления и различных нагрузках с изменением частоты питающего напряжения изменяется величина абсолютного. скольжения двигателя, с изменением которого падает коэффициент мощности двигателя. Это приводит к увеличению длительности спадания реактивного тока нагрузки свыше 1/6 периода выходной частоты преобразователя (CO K )Л/3). Нри этом распределительные гиристоры не гасятся и при очередном отпирании взаимообратного,бло-, ка главных тиристоров ЭДС взаимоии"

-дукции, наводимая этой секцией фазной обмотки, в другой секции этой же фазной обмотки замыкается на отключенную секцию другой фазной обмотки, что недопустимо.

Цель изобретения — повышение КПД и перегрузочной способности.

Поставленная цель достигается тем, что цепи распределения реактивного тока нагрузки выполнены из трех групп вспомогательных тиристоров и введены три дросселя, причем катоды трех ти) исторов первой вспомога тельной группы подключены порознь и катодами соответствующих групп главных тиристоров в каждой фазе, а анодами — к катодам. групп главных тиристоров последующих фаз, три других тиристора этой же группы подклю чены анодами к анодам групп главных тиристоров в каждой фазе, а катодами " к анодам групп главных тирис/ торов последующих фаз, три тирис" тора второй вспомогательной группы .катодамиьподключены к концам первых секций фазной обмотки электродвигателя, а анодами — к анодным груп.пам главных тиристоров последующих

3 90 главных тиристоров соединен с одним выводом соответствующей секции фазной обмотки электродвигателя, а также цепи распределения реактивного тока нагрузки между секциями фазных обмоток электродвигателя f21. фаз, другие три тиристора второй вспомогательной группы анодами подключены к концам вторых секций фаэиых обмоток, а катодами — к катодам

5 групп главных тиристоров последующих фаз, а третья групца вспомогательных тиристоров соединяет между собой концы секций каждой фазной обмотки через два последовательно

tO соединенных тиристора, между которымн включен введенный дроссель, средняя точка которого соединена со средними точками дросселей других фаз.

15 На фиг. 1 приведена принципиальная схема электропривода переменного тока со статическим преобразователем частоты с непосредственной связью и искусственной коммутацией; рр на фиг. 2 — диаграмма распределения управляющих импульсов на тиристорах преобразователя; на фиг. 3 — графики напряжения н тока в секциях фазной обмотки электродвигателя, на д фиг. 4 - зависимость длительности спадания реактивного тока нагрузки от коэффициента мощности нагрузки на первой гармонике.

Электропривод (фиг. !) содержит . электродвигатель, к калщой фазной обмотке )-3 которого подключены встречно-включенные блоки 4-9 главных тиристоров. Каждая фаэная обмотка электродвигателя выполнена в

35 виде параллельных секций 10 и ) l, причем фазы включены звездой. Однополярные выводы каждой секции 10 и ll фазной обмотки подсоединены к анодам и катодам тиристоров встречно-включенных блоков 4 и 5, другие однополярные выводы секций каждой фазной обмотки через два последовательно соединенных вентиля 12 и 13 и дроссель 14 замкнуты между собой.

Средние точки дросселей 14 всех трех фаз замкнуты между собой.

Общий узел 15 искусственной коммутации состоит из тиристоров 16-19 узла 20 подзаряда коммутирующего конденсатора через дроссель 21, диодов

22-25, служащих для отвода избыточной энергии, накопленной во время коммутации, коммутирующих тнристоров 26.и 27 и дросселя 28. Подключается узел 15 искусственной коммутации к главным тирнсторам встречно-включенных блоков 4-9 с помощью неуправляемого моста 29 и распреде5 904 лительного коммутирующего моста 30. !

Питание коммутирующего узла осуществляется либо от неуправляемого моста 29, либо от вспомогательного исто ника напряжения !1 .

Цепи распределения реактивного тока состоят из трех групп 31"33 тиристоров, подключающих отключаемую секцию фазной обмотки к секциям дру- . гих фаэных обмоток. Первая группа

3l выполнена из шести тиристоров

34-39, соединяющих начала секций фазных обмоток, вторая группа 32 выполнена также на шести тиристорах 40-45, соединяющих концы секций данной фазной обмотки с началами секций последующей фазной обмотки.

Распределительный коммутирующий мост выполнен на тиристорах 46-51.

Особенность работы предлагаемого электропривода заключается в том, что при выключении главных тиристоров преобразователя частоты реактивная энергия нагрузки отключаемой фазной обмотки снимается не с отключаемой секции, а с параллельной секции этой же фазной обмотки и подается не в одну секцию (как в общеизвестных схемах), а идет на ни-. тание сразу двух других последователь ио-соединенных секций фазных обмоток, подключенных в данный момент на напряжение питающей сети. При этом за счет отдачи реактивной энергии двум

J последовательно-соединенным секциям, имеющих на концах более высокие потенциалы, чем у одной секции, уменьшается время спадания реактивного тока до нуля и при чисто индуктивнои нагрузке (Cosf =0) . Эта длительность составляет !/6 Т, где T — период выходной частоты (фиг. 2, .

10 фаэной обмотки 3-вентили 12 и

13 фазных обмоток 3 и 2-секция l фазной o6MQTKH 2-тиристор 40-секция 10 фазной обмотки 1. После спадания тока нагрузки до нуля включается один из главных тиристоров !

О,блока 4, импульсы управления на который подаются спустя 15 эл. град. периода выходной частоты после выключения взаимообратного блока 5.

При этом секция 10 фазной обмотки

3 продолжает получать питание от своего силового блока 8, а также от открывшегося блока 4 и открытом еще вспомогательном тиристоре 35.

При последующем запиранин силового

20 блока 8 коммутационным узлом 15 одновременно запрется и вспомогательный тиристор 35 через силовой блок 4.

Постановка в качестве группы вентилей 32 слаботочных тиристоров вызвана необходимостью исключения замыкания ЭДС взаимоиндукции в параллельной обмотке данной фаэной обмотки

Групп вспомогательных диодов

12 и 13 препятствует замаканию реактивного тока нагрузки на одну секцию, а дроссели !4 небольшой индуктивности уменьшают скорости нарастания тока в момент выключения главных тиристоров и скачкообразного

35 изменения тока нагрузки. Скачкообразное из!вменение тока нагрузки секций 10 и ll i<, iö соответственно фазных обмоток 3 и 2 после комму40

4 тации (фиг. 3) объясняется тем, что до коммутации главных тиристо ров 5 ток секции 10 фазы 3 равен сумме токов секций 1! фазных обмоток 2 и 1, а после коммутации, так как секции 10 u l! фаз 3 и 2 соеди45 няются последовательно на напряжение, снимаемое с блоков 8 и 7, токи секций 10 и 11 фазных обмоток 3 и 2 одинаковые, что возможно лишь при скачкообразном изменении указанных

50 токов.

Процесс разряда реактивной энер гии протекает следующим образом. . Пусть открыты силовые тиристоры блоков 5, 7 и 8, а ток нагрузки нроходит через секцию 10 фаэной обмотки

3 и далее разветвляется на секции

° 11 соответственно фазных обмоток

2 и 1. Далее в соответствии с диаграммой распределения управляющих импульсов (фиг. 2) с одновременным выключением главных тиристоров блока 5 подаются управляющие импульсы длительностью 30 эл. град. на маломощные вспомогательные тиристоры 35 и 40 двух групп вентилей

31 и 32. При этом реактивный ток

179 6 фазной обмотки 1, снимаемый с секции

l0, замыкается по цепи: секция 10 фазной обмотки l-тиристор 35-секция

Аналогично происходит процесс гашения реактивной энергии и в других фазах преобразователя, импульсы .на вспомогательные тиристорно которо ,Fo подаются в соответствии с диаг,раммой, представленной на фиг. 2.

Регулирование выходного напряжения

7 преобразователя осуществляется фазо-импульсным способом.

Электропривод может быть выполнен с питанием от источника постоянного тока (аккумуляторной батареи или управляемого выпрямителя). В этом случае в каждом блоке главных тиристоров 4-9 вместо трех тиристоров устанавливается один, причем аноды тиристоров 4, 6, 8, а также анод коммутирующего тиристора 26 подключаются к плюсу, а катоды тиристоров 5, 7, 9 и катод коммутирующего тиристора 27 подключается к минусу источника постоянного тока.

Неуправляемый мост 29 при этом исключается.

Длительность разряда реактивной энергии (C0 t) . по отношению к периоду выходной частоты Т> при замене асинхронного двигателя эквивалентной нагрузкой с параметрами

Г, и х» определенными из Т-образ-. ной схемы замещения в зависимости от коэффициента мощности этой нагрузки по первой гармонике cos ф определяется из решений дифференциальных уравнений для токов фазных обмоток, составленных до и после комутационных периодов и аналитически выражается

Графически данная зависимость представлена на фиг. 4 {кривая А).

Из нее видно, что при любом коэффициенте мощности нагрузки длительность спадания реактивного тока нагрузки не превышает СО t®/3. Здесь же на фиг. 4 (кривая Б) представлена зависимость длительности спада" ния реактивного тока нагрузки для общеизвестных схем разряда реактив" ной энергии на одну фазную обмотку.

Уменьшение длительности спадания реактивного тока равносильно увеличению входного коэффициента мощности преобразователя частоты, а обмен реактивной энергии между секциями фазных обмоток полностью исключит. воэможность .появления уравнительных токов.

Таким образом, преобразователь обеспечивает работу электропривода при любой нагрузке без изменения каких-либо дополнительных устройств, будь то компенсирующая емкость зна904)79 8 чительных габаритов в преобразователях частоты со звеном постоянного тока, либо специальные устройства для гашения тиристоров в цепях реактивного тока или датчика тока при превышении длительности разряда энергии 6)>t > 3jS °

15

Формула изобретения

Исключение появления уравнительных токов повышает КПД двигателя и исключает тормозной момент, повышая тем самым перегрузочную способность двигателя.

Электропривод переменного тока, содержащий трехфазный электродвигатель, фазные обмотки которого выполиены в виде двух параллельных секций, статический. преобразователь частоты с непосредственной связью и искусственной коммутацией, выполненный в виде встречно-включенных главных тиристоров, входы которых связаны с трехфазным источником, а выход каждого блока главных тиристоров соединен с одним выводом со-, ответствующей секции фазной обмотки электродвигателя, цепи распределения реактивного тока нагрузки между секциями фазных обмоток электродвигателя, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД и перегрузочной способности двигателя, указанные цепи распределения реактивного тока нагрузки выполнены из трех групп вспомогательных тиристоров и введены три дросселя, причем катоды трех тиристоров первой вспомогательной группы подключены порознь к катодам соответствующих групп главных тиристоров, а анодами — к катодам групп главных тиристоров последующих фаэ, три других тиристора этой же группы подключены анодами к анодам групп глав- ° ных тиристоров в каждой фазе, а катодами — к анодам групп главных тиристоров последующих фаз, три тиристора второй вспомогательной группы катодами подключены к концам первых секций фазной обмотки электродвига" теля, а анодами — к анодным группам главных тиристоров последующих фаз, другие три тиристора второй вспомо" гательной группы анодами подключены . к концам вторых секций фазных обИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

У 269287, кл. Н 02 И 5/28, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке ll 2663625/24-07, кл. Н 02 P 7/42, 1979.

9 904179 l0 моток, а катодами - к катодам групп средними точками дросселей других главных тиристоров последующих фаз, фаз. вспомогательные тиристоры третьей группы включены между соответствующими выводами секций каждой фазной обмотки через два последовательно соединенных тиристора, между которыми включен введенный дроссель, средняя точка которого соединена со

904179

Bur Ф

Составитель В Тарасов

Редактор Н.Ковалева Текред Л,Пекарь Корректор Н.Швыдкая

Заказ 163 46 Тираж 718 Подан сное

BHHHIk Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1!3035, Москва, )Е-35, Рауаская наб., д. 4/5

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