Частотно-управляемый электропривод

 

Оп ИСАНИЕ 921019

ИЗОБЬЕТЕ Н Ия . К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Colo 3 Советсиик . Социапистичвсинк

Респубпик (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 110 80 (213 2909060/24-07 с присоединением заявки №(23)Приоритет (51) М., Кл.

Н 02 Р 7/42

1Ьеудвротеапвй коинтет

СССР до делам кэабретеекй к открытий (53) УДК,62-83:621. .313.333 072. .9(088.8}

Опубликовано 150482- бюллетень №

Дата опубликования описания 150482 (72) Автор. изобретения

В.А.Фокин (71) Заявитель

Запорожский машиностроительный институт им. В.Я.Чубаря (54} ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

Изобретение относится к электротех. нике и может быть использовано для регулирования скорости специального мощного асинхронного двигателя.

Известен частотно-управляемый электропривод, содержащий асинхронный двигатель, непосредственные преобразователи частоты с многофазными трансформаторами. К выходам преобразователей подсоединены обмотки двигателя 1) .

Недостаток состоит в некотором ограничении сверху диапазона частотного регулирования управляемого двигателя этого устройства из-за того, 15 что в нем одному циклу коммутации должно соответствовать шесть интервалов подключения нагрузки к каждой из шести вторичных обмоток его трансформатора.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является частотно-управляемый электропривод, содержащий асинхронный электродвигатель, непосредственные преобразователи частоты, выполненные в виде двух мно" гофазных диодных мостов на каждую фазу источника питания, многофазные трансформаторы по числу фаз источника питания, одни выводы перичных обмоток каждого трансформатора подсоединены к источнику питания, а другие выводы - ко входам первого диодного ,моста соответствующего преобразовате» ля частоты, вторичные обмотки каждого трансформатора одними выводами объединены, а вторыми выводами подсоединены ко входам второго диодного моста этого же преобразователя, между анодными и катодными группами каждого диодного моста включена цепь,составленная из последовательно соединенных индуктивности и управляемого вентиля, а одноименные зажимы управляемых вентилей цепей соединены через конденсатор. Йногократное уменьшение обратных напряжений на полупроводниковых элементах обуславлива"

3 92 ет существенное повышение надежности. Это, в частности, объясняется тем, что в данном устройстве все электромагнитные элементы (обмотки трансформатора и статора управляемого двигателя), работают в режиме непрерывногти тока при любом положении полупроводниковых ключей переменного тока, а трансформатор поочередно переходит от режима работы к режиму короткого замыкания. Вместе с тем кривая выходного напряжения устройства значительно больше отличается от синусоиды, чем кривая выходного напряжения другого известного устройства (23.

Наряду с этим, основным его недостатком является также ограничение сверху диапазона частотного регулирования.

Цель изобретения - расширение лиапазона частотного управления в сторону высоких частот.

Поставленная цель достигается тем, что статорная обмотка асинхронного электродвигателя выполнена секционированной, число секций на фазу которой равно числу фаз источника питания, причем секции разных фаз объединены s группы, каждая секция группы включена между входами диодных мостов соответствующих преобразователей частоты.

На фиг. 1 изображена.принципиальная схема частотно-управляемого электропривода переменного тока; на фиг. 2 -4 - временные диаграммы.

Электропривод содержит асинхронный электродвигатель, многофазные трансформаторы 1 - 3, непосредственные преобразователи частоты, выполненные в виде двух многофазных диодных мостов 4 и 5, 6 и 7, 8 и 9 на каждую фазу соответственно.Между анодными и катодными группами каждого диодного моста включена цепь,состоящая из последовательно соединенных индуктивности и управляемого вентиля 10 - 15 соответственно, а одноименные зажимы управляемых вентилей соединены через конденсаторы 16 - 21.

Ротор 22 асинхронного двигателя выполнен короткозамкнутым. Каждая из групп 23 — 25 статорных обмоток состоит из секций. При этом секции

26 - 28 одной фазы двигателя подсоединены к входам диодных мостов.

К этим же точкам диодных мостов подсоединены вторые выводы первичных и

1019 4 вторичных обмоток трансформатора первой фазы - последовательно 29-34.

Соответственно секции 35-37 второй фазы двигателя подсоединены к входам диодных мостов, куда подключены вторые выводы первичных и вторичных обмоток трансформатора второй фазы - последовательно 38 — 43. Секции 44 - 46 третьей фазы двигателя подсоединены к входам диодных мос» тов, куда одновременно подключены вторые выводы первичных и вторичных обмоток трансформатора третьей фазыпоследовательно 47-,52. Первичные обмотки каждого многофазного трансформатора первыми выводами подсоединены к сети, а вторичные обмотки свободными выводами объединены соответе ственно для каждого трансформатора.

Работа устройства состоит в. пооzo1 чередном отпирании одного из попарно связанных тиристоров 10 и 11, 12 и

13, 14 и 15, приводящее к последующему запиранию другого тиристора этой пары обратным напряжением коммутирующих конденсаторов 16 и 1 7, или 18 и 19, или 20 и 21, к замыканию анодной и катодной групп одного диодного моста и размыканию другого. Это в свою очередь приводит к объединению зажимов обмоток, присоединенных ко входу закороченного диодного моста, и к разъединению других зажимов обмоток, присоединенных . ко входу диодного моста с запираемым . тиристором на его выходе. Результат такого переключения - изменение на

180 начальной фазы напряжения на соответствующей секции трехфазной

® обмотки управляемого двигателя.

Рассмотрим, например, работу той части устройства, которая непосредственно связана с трансФорматором 1.

Начнем с того интервала времени,когда открыт тиристор на выходе диодного моста 5, а шунтирующий тиристор на выходе диодного моста 4 заперт.

Этому интервалу времени соответствует объединение в:замкнутую нулевую точ50 ку правых зажимов фаз 26, 35 и 44 трехфазной группы 23 обмотки управляемого асинхронного двигателя, закорачивание фаз 30, 39 и 48 вторичной обмотки трансформатора 1, работающего в этот интервал. времени в режиме

55 короткого замыкания, практически равное нулю падение напряжения 29, 38 и 47 первичной обмотки этого трансформатора 1, работающего в режиме ко9210 роткого замыкания, подключение зажимов фаз 26, 35 и 44 трехфазной группы 23 обмотки управляемого двигателя к напряжению питаюц|ей сети через пос" редство фаз 29, 38 .и 47 первичной об- э мотки трансформатора 1, заряд конденсаторов 16 и 17 до напряжения такой полярности, которая соответствует возможности запирания тиристора 11 после отпирания тиристора 10.. 16

Следующий интервал времени начинается отпиранием тиристора 10, это приводит к запиранию ранее открытого тиристора 11 обратным напряжением коммутирующих конденсаторов 16 и 17, 15 которые далее перезаряжаются до напряжения противоположной полярности через колебательный контур, включающий в себя также индуктивность шун" тирующей цепочки на выходе- диодного 20 моста 5, к закорачиванию диодного моста .4 и обусловленному этим объединению левых зажимов фаз 26, 35 и

44 группы 23 обмотки статора управляемого асинхронного двигателя, à 25 (также правых зажимов фаз 29, 38 и 47 первичной обмотки трансформатора 1, к подключению лучей звезды первичной, обмотки трансформатора 1 с фазами

29, 38 и 47 к питающей сети, вслед- зо ствие чего появляется ЭДС и на вторичной обмотке этого трансформатора с фазами 30, 39 и 48, к подключению к лучам звезды, находящейся под напряжением вторичной обмотки трансформатора 1 с фазами 30, 39 и 48, пра" вых зажимов соединенной звездой группы 23 статорной обмотки с фазами 26, 35 и 44 к изменению на 180 началь ной фазы напряжения на фазах 26, 35 и 44 группы 23 статорной обмотки управляемого асинхронного двигателя.

В результате циклического поочередного переключения тиристоров на выходе диодных мостов 4 и 5 имеет место циклическое стачкообразное изменение на 180 начальной фазы напряжения на каждой фазе трехфазной группы 23 статорной обмотки асинхронного двигателя, и эти несинусоидальные напряжения можно представить как результат умножения соответствующих синусоид питающего напряжения питающей сети на модуляционную функцию.

И

Аналогичные процессы происходят в элементах преобразователя соответствующих групп 24 и 25, а также в относящихся к ним трансформаторах .

19 6 г

2 и 3 вместе с их парами диодных мостов и шунтирующими цепочками из дросселей и тиристоров и коммутирующими конденсаторами, разница состоит в том, что модуляционные функции, вы" ражающие поочередное переключение пар тиристоров, относящихся к груп" пам 24 и 25, сдвинуты на третью часть цикла переключения как между собой, так и относительно эпюры переключения тиристоров, относящихся к группе 23 статорной обмотки управляемого трехфазного трехсекционного асинхронного двигателя.

Отмеченное иллюстрируется соот" . ветствующими временными диаграммами.

На фиг. 2а, 2б, 2в приведены кривые. отдельных напряжений U, J@," Utфаз источника питания, к которым подсоединены (если условно предложить запертыми все шунтирующие тиристоры устройства) цепочки из последовательно соединенных обмоток 29, 26 и 30 (фиг. 2а), обмоток 33, 28 и

34 (фиг. 2в).На фиг. 2г, 2д, 2е приведены эпюры переключения тиристоров на выходе пар диодных мостов

4 и 5 и соответственно 6 и 7 или

8 и 9; на" фиг. 2ж - 2и приведены кривые несинусоидальных напряжений на секциях 26, 27 и 28 одной фазы статорной обмотки управляемого осинхронного короткозамкнутого двигателя.

Указанные напряжения на секциях

26 - 28 одной фазы статорной обмотки обусловливают соответствующие составляющие результирующего магнитного потока одной фазы статорной обмотки в виде алгебраической суммы этих составляющих. Если условно эти части одной фазы статорной.обмотки заменить одной эквивалентной Фазой обмотки с тем же результирующим магнитным потоком, то напряжение на ней должно выражаться алгебраической суммой напряжений .на секциях 26 - 28 этой фазы.

Кривая такого напряжения приведена на фиг. 2к. На фиг. 3 - аналогичные временные диаграммы, относящиеся к секциям 35 - 37 другой фазы статорной обмотки. На фиг. Зк приведена кривая напряжения, которая была бы приложена к эквивалентной обмотке второй фазы статорной обмотки, а на фиг. 4к - то яе к эквивалентной обмотке третьей фазы статорной обмотки этого двигателя. Из сравнения этих кривых следует, что они весьма близки к синусоидальной форме, имея оди? 921019 наковый спектральный состав, основ- ные составляющие этих -напряжений взаимно сдвинуты во времени на третью часть периода, а их частоты выражаются разностью частот сети и 5 циклов коммутации.

Приведенные временные диаграммы

oTHocHTcR к случаю, когда отношение частоты циклов коммутации к частоте питающей сети составляет 4/3. При tO этом частота основной составляющей эквивалентного напряжения на одной из фаз нагрузки, составляющей третью часть частоты питающей сети, соот-, ветствует разности между частотами И сети и циклов коммутации. Кривая эквивалентного напряжения на любой фазе нагрузки получается в точности такой же, как получалась бы в преоб" разователях фаэоразностного типа с 20 элементарной ступенью скачкообразного изменения начальной фазы, равной

60, что обычно достигается шестью переключениями за один цикл коммутации. 25

Предлагаемое устройство содержит три отдельных узла искусственной коммутации, каждый иэ которых рассчитан только на два переключения за ,один цикл коммутации. Поскольку каж- ЗО дому переключению узла искусственной коммутации должен соответствовать определенный интервал времени, то укаэанные отличия позволяют в данном устройстве достичь значительно

1 более высокой границы частотного диапазона при управлении асинхронным двигателем, Возможность существенного расширения вверх диапазона частотного ре" гулирования асийхронного двигателя достигается в данном устройстве также и благодаря относительному увеличению в два раза результирующего магнитного потока и соответствующего ему эквивалентного напряжения в каждой фазе управляемого двигателя.

Это видно, например, из временных диаграмм (фиг. 2 - 4), где результирующее эквивалентное напряжение каждой иэ фаз двигателя в любой момент времени получается сложением взаимно сдвинутых на 200 напряжений на двух секциях этой фазы с напряжением третьей ее секции, начальная фаза которого отличается на 60 от начальных фаз напряжений на двух секциях этой фазы.

Формула изобретения

Частотно-управляемый электропривод, содержащий асинхронный электродвигатель, непосредственные преобра1 зователи частоты, выполненные в виде двух многофазных диодных мостов на каждую фазу источника питания, многофазные трансформаторы по числу фаэ источника питания, одни выводы первичных обмоток каждого трансформатора подсоединены к источнику питания, а другие выводы - ко входам первого диодного моста соответствующего преобразователя частоты, вторичные обмот ки каждого трансформатора одними выводами объединены,.а вторыми выводами подсоединены ко входам второго диодного моста этого же преобразова-. теля, между анодными и катодными группами каждого диодного моста включена цепь, составленная из последовательно соединенных индуктивности и управляемогс вентиля. а одноименные зажимы управляемых вентилей цепей соединены через конденсатор, о т л ич а ю шийся тем, то, с целью расширения диапазона частотного уп- . равления в сторону высоких частот, статорная обмотка асинхронного электродвигателя выполнена секционированной, число секций на фазу которой равно числу фаз источника питания, причем секции разных фаз объединены в группы, каждая секция группы включена между входами диодных мостов соответствующих преобразователей частоты.

Источники информации, принятые во внимание. при экспертизе .1. Коробан Н.Т., Иастяев Н.3., Иыцык Г.С. Построение и классификация непосредственных преобразователей частоты с: искусственной коммутацией.-В кн. "Современные задачи преобразовательной техники". Ч.2. К., изд"во AH Украинской ССР, 1975, с. 134, рис.,38..

2. Авторское свидетельство СССР

11 658679, кл. H 02 P 5I27,12.06.75.

921019

Составитель В.Тарасов

Редактор Л.Плисак Техред Е.Харитончик Корректор Н. Стец

Заказ 2375/71 Тираж 719 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4