Регулируемый электропривод для низкоскоростного технологического оборудования
Изобретение относится к электротехнике . Целью изобретения является увеличение диапазона регулирования частоты вращения и повышение энергетических показателей. Указанная цель достигается тем, что в регулируемом электроприводе для низкочастотного технологического оборудования обмотка ротора дугостаторного электродвигателя выполнена многофазной и составлена -из секций 6, 7, 8,9,равномерно распределенных по окружности ротора . Концы секций соединены перемычками 18, 19, 20, 21 из материала с низким удельным сопротивлением и перемычками 22 из материала с высоким удельным сопротивлением. Для обеспечения регулирования частоты вращения выводы обмотки дугостатора подключены к сети через ключи,управляемые блоком управления . Для возврата энергии в сеть на пониженных скоростях использованы выпрямитель и инвертор. 8 ил. (Q (Л
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ
1З 10
17
ZO
21 иГ2 12
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3952572/24-07 (22) 14.06.85 (46) 30.03.88. Бюл. и 12 (72) Р.И.Батырев и В. Б.Муляр (53) 62-83:621.316.718(088.8) (56) Калинский Д.М. и др. Применение дугостаторных асинхронных двигателей в автоматизированном электроприводе прессов. Автоматизированный электропривод. N.; Энергия, 1980, с.258, рис.1.
Авторское свидетельство СССР
Ф 42629, кл. Н 02 К 41/02, 1965. (54) РЕГУЛИРУЕМЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД ДЛЯ
НИЗКОЧАСТОТНОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО
ОБОРУДОВАНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является увеличение диапазона регулирования
„„SU„, 1385213 А1 (1) 4 Н 02 Р 1/36, Н 02 К 41/02 частоты вращения и повышение энергетических показателей. Указанная цель достигается тем, что в регулируемом электроприводе для низкочастотного технологического оборудования обмотка ротора дугостаторного электродвигателя выполнена многофазной и составлена из секций 6, 7, 8,9,равномерно распределенных по окружностч ротора.
Концы секций соединены перемычками
18, 19, 20, 21 из материала с низким удельным сопротивлением и перемычками
22 из материала с высоким удельным сопротивлением. Для обеспечения регулирования частоты вращения выводы обмотки дугостатора подключены к сети через ключи, управляемые блоком управления. Для возврата энергии в сеть на пониженных скоростях использованы выпрямитель и инвертор. 8 ил.
i 385213
Изобретение относится к электроприводу, в частности к дугостаторному электроприводу, и может быть использовано в качестве безредукторного электропривода для различного технологического оборудования, т ° е. низкоскоростного и тихоходного химического оборудования.
Цель изобретения — увеличение диа- 10 пазона регулирования частоты вращения и повышение энергетических показателей.
На фиг. 1 представлена блок-схема дугостаторного электропривода; на 15 фиг.2 — пример блока управления; на фиг,Ç(à,б) 4(а-б) -диаграммы токов в фазе ротора при различных углах его поворота относительно дугостатоDoB и на разных pez Злоктропривод содержит электродви- 25 гатель с двумя дуговыми статорами 1 и 2 (фиг.1), каждый из которых снабжен трехфазной обмоткой с неявновыраженными полюсами и ротор 3 с обмоткой. Обмотка дугостатора 1 подключена 30 к трехфазной сети 4 с фазами А,В,С. Статоры расположены диаметрально противоположно с равным воздушным зазором над боковой поверхностью ротора. Обмотка 5 ротора 3 выполнена многофазной„ каждая фаза которой составлена из четырех секций 6 — 9 (фиг.8), равномерно распределенных по окружности ротора 3. Одноименные выводы 10, 11 и 12, 13 40 диаметрально расположенных секций 6, 8 и 7, 9 в каждой фазе обмотки 5 соединены между собой, а разноименные выводы 14, 15 и 16, 17 смежных секций 6, 9 и 7, 8 соединены между попарно 45 соответственно перемычками 18, 19 и 20, 21 из материала с низким удельным сопротивлением. Кроме того, выводы 10, 13 и 11, 12 секций 6,9 и 7,8 соединены попарно перемычками 22 из материала с высоким удельным сопротивлением, например из стали. В электропривод введены управляемые ключи 23— 25 для поцключения обмотки второго дугостатора 2 к фазам A,В,С сети 4, блок управления 26, и последовательно соединенные между собой мостовой выпрямитель 27 и инвертор 28. Вход выпрямителя 27 соединен с выводами обмотки второго дугостатора 2, выход инвертора снабжен выводами для подключения к фазам А,В,С сети. Управляющие входы ключей 23 25 и инвертора 28 соединены с выходами блока управления 26, вход которого подключен к задатчику 29. Блок управления содержит компаратор 30 (фиг.2), вход которого подключен к выходу задатчика 29, к информационным входам аналоговых ключей 31 и 32, а выход компаратора 30 подключен непосредственно к управляющему входу первого аналогового ключа 34, через элемент НЕ 33 — к управляющему входу второго аналогового ключа 32 и ко входам пяти плат управления 34; вход шестой платы управления 35 соединен с выходом первого аналогового ключа 31, а входы шести плат управления 36 — к выходу второго аналогового ключа 32, Устройство работает следующим образом. В начальном положении задатчика 29, соответствующему верхнему значению угловой скорости ротора 3 дугостаторного электропровода, блок логического управления 26 открывает при помощи, управляющих сигналов ключи переменного тока 23 — 25, соединяющие сетевые клеммы блока управления с его выходными клеммами, т.е. с обмоткой дугостатора 2, Таким образом, оба дугостатора 1 и 2 оказываются подключенными к трехфазной сети 4, При этом в воздушном зазоре обоих дугостаторов возникает бегущее магнитное поле, замыкающееся по олайке магнитопровода дугостатора и стали ротора Ф, и Ф (фиг.Ç). Ключи переменного тока 23 — 25 подключены своими входами к выходным клеммам блока управления 26 таким образом, что у дугостатора 2 на двух выводах смещена фаза питающего напряжения по сравнению с дугостатором 1 на 120, поэтому направление вращения магнитных потоков дугостаторов 1 и 2 противоположно. Переменное магнитное поле ф, и ф, наводит в обмотке 5 ротора 3 токи Е„и Е, .На фиг.За представлен дугостаторный электропривод в момент времени, когда ротор 3 находится в положении а, т.е. когда равные части обмотки ротора 3 расположены прямо против ду1385213 35 гостаторов 1 и 2, На фиг.3 условно показана одна фаза обмотки ротора 3: одна часть 37 обмотки 5 находится против дугостатора 1, другая часть 38 обмотки 5 — против дугостатора 2. В этом случае ток Т„ течет по первой части 37 обмотки 5, проходя через перемычки 22, замыкается во второи Ток Т 2 наво- 10 дится во второй части 38 обмотки 5, и проходя через перемычки 22, замыкается в первой части 37 обмотки 5. В каждый момент времени направления 1 токов Х, и Т совпадают (фиг.З). В результате взаимодействия вращающегося магнитного поля Ф, с током I +I возникает вращающий момент М„,. направленный в сторону вращения магнитного поля Ф,. В результате взаимо- 20 действия вращающего магнитного поля ф с током I „+I q возникает вращающий момент М направленный в сторону магнитного поля Ф . Благодаря тому, что магнитные поля ф, и ф1 вращаются в противоположные стороны, вращающие моменты M „ и М, приложенные к ротору 3, складываются, и он вращается под действием суммарного момента с синхроннои угловой скоростью и, обусловленной числом пар полюсов обмоток дугостаторов 1 и 2. При повороте ротора 3 на 90 — в положение б, когда против дугостаторов I и 2 располагаются перемычки 22 (фиг,З), картина токов в частях 37 и 38 обмотки 5 ротора 3 остается прежней, направление и величина вращающих моментов сохраняется. При следующем повороте ротора 3 на 90 он вновь занимает о положение а (фиг.3a), затем снова положение б и т.д. Так как суммарный момент сохраняется постоянным, ротор 3 равномерно вращается с синхронной угловой ско- 45 ростью. При этом возникающие силы притяжения между ротором 3 и дугостаторами 1 и 2 равны друг другу и направлены в разные стороны (дугостаторы I и 2 расположены диаметрально противоположно с одинаковым воздушным зазором над боковой поверхностью ротора) и, компенсируя друг друга, уравновешивают ротор 3. Величина токов 3 и 3 зависит как от ЭДС ду1 . 1 55 гостаторов, так и от сопротивления цепи контуров. В данном случае сопротивление замкнутого контура, состоящего из двух равных частей 37 и 38 обмоток 5 и перемычек 22, обуславливается величиной сопротивления перемычек 22; их сопротивления намного вьш е сопротивления обмоточного провода, так как они выполнены из материала с более высоким удельным сопротивлением. Таким образом, если перемычки 22 изготовлены, например, из сталя, характеристика дугостаторного электропривоца в этом случае будет эквивалентна характеристике асинхронного электродвигателя со стальным ротором и иметь вид, показанный на фиг.5. Преимущество мягкой характеристики заключается в больших пусковых моментах и возможности устойчивого вращения ротора во Ьсем диапазоне угло1;ых скоростей от синхронной до нуля, На фиг.5 представлена механическая характеристика (1) электропривода с одним дугостатором, суммарная характеристика (б) .электропривода с двумя асинхронными дуговыми статорами. Изменяя геометрию перемычек 22 (сечение, длину), а также их электро проводные свойства, можно подобрать необходимую механическую характеристику (в) данного электропривода для конкретного типа технологического оборудования.(фиг.5),с максимальным КПД в точке и ... В качестве ключей переменного тока 23 — 25 (фиг.1) можно использовать, например, тиристорные схемы со встречно-параллельным включением тиристоров, пропускаюцих по очереди положительную и отрицательную полуволну питающего напряжения. При изменении положения движка задатчика.29 в сторону уменьшения угловой скорости и блок логического управления 26 изменяет угол зажигания одного из пар тиристоров любого ключа переменного тока 23 — 25, например, ключа 25. Поскольку другая полуволна остается без изменения, возникает асимметрия фаз А питающего напряжения (неравенство полуволн), что, в свою очередь, приведет к появлению постоянной составляющей напряжения в фазе А, действующей íà вращающийся ротор с током, как тормозное усиление. Чем дальше положение движка асимметрии задатчика 29 от начального положения, тем больше асимметрия фазы А, увеличение доли постоянной составляю1385213 щей в ней .и, следовательно, увеличение тормозного усйления на ротор, что приводит к уменьшению его угловой скорости из-за мягкой механической 5 характеристики {erne одно преимущество мягкой характеристики электронривода), Рассмотрим механическую характери- стику электропривода в данном режиме. 1р Дугостатор 1 включен в, сеть непосредственно и механическая характеристика (а фиг.б) привода от его воздействия не изменилась. Дугостатор 2 работает в совмещенном режиме и воздействует на ротор 3 двумя усилиями: двигательным (а) и тормозным (б) (фиг.б). Суммарная характеристика взаимодействия статора 1 и дугостатора 2 дает механичес- 2р кую характеристику (r) дугостаторного электропривода в совмещенном режиме (фйг.б). Таким образом, можно изменить угловую скорость ротора 3 от синхронной 25 о скорости и до некоторой скорости и двигаясь по семейству характеристик (д) до характеристик (г). При помощи описанных технических средств возможно и дальнейшее сниже3Р ние угловой скорости ротора (от 0,050,1 n ), однако в этом случае почти вся энергия, потребляемая дугостатором 2, пойдет на поддержание тормозного усиления и энергетические характеристики привода будут невысоки, Можно считать оптимальным и эконо мически целесообразным глубину регулирования угловой скорости ротора 3 методом совмещенного режима около 1:3 (до n+=0,3 n ). В этом случае КПД электропривода будет.не хуже 0,5. При дальнейшем изменении положения движка задатчика блок логического управления закрывает ключи 23 — 25 переменного тока и открывает инвертор 28. Таким образом, к сети остается подключенным лишь дугостатор 1, трехфазная обмотка которого создает вращающийся магнитный поток. Переменный 50 магнитный поток ф, наводит в первой части 37 обмотки 5 тот же ток (фиг.4а). Однако замыкается он теперь не через стальные перемычки 22, а по пути наименьшего сопротивления: в положение а перемычка 18, вторая часть 38 обмотки 5, перемычка 19— первая часть 37 обмотки 5 (фиг.4а). Во второй части 38 обмотки 5 ток I теперь течет в том же направлении, что в первой ее части 37 (снизу вверх). В положении ь (фиг.4) ток замыкается по контуру: первая часть 37 обмотки 5,перемычка 21, вторая часть 38 обмотки 5, перемычка 18,первая часть 37 обмотки 5, перемычка 20, вторая часть 38 обмотки 5, перемычка 19. И в этом случае сохраняется картина направлений токов относительно дугостаторов 1 и 2. В результате взаимодействия вращающегося магнитного потока ф, и тока I возникает вращающий момент М,, направленный в сторону вращения магнитного поля. Часть 38 трехфазной обмотки 5 ротора 3 создает вращающийся магнитный поток Ф, замыкающийся в дугостаторе 2, который наводит в обмотках дугостатора 2 ток. В результате взаимодействия вращающегося магнитного потока Ф и тока дугостатора 2 возникает вращающий момент М, приложенный к дугостатору .2 и направленный в сторону вращающегося магнитного потока. Так как дугостатор 2 закреплен неподвижно, этот же момент действует на вращающийся ротор 3 в противоположном направлении, совпадающим с направлением его вращения. Таким образом, на ротор 3 действует суммарный движущий момент М „ - М, и он вращается с малой угловой скоростью (с большим скольжением) относительно угловой синхронной скорости магнитного поля. Энергия скольжения, выделенная в роторе, со стороны дугостатора 1 при создании момента M наво1 дится в дугостаторе 2 при создании момента М и через трехфазный выпрямитель 13 (фиг.1) и инвертор 14 возвращается обратно в сеть. Характеристика электропривода в этом режиме будет иметь вид а, представленный на фиг.7. Изменение положения движка задатчика 9 приводит к изменению доли возвращаемой в сеть энергии при помощи управляемого инвертора 28 и, следовательно, к появлению семейства характеристик (фиг,7), по. которым можно опускаться вниз до малой и даже ползучей скорости п . При этом электроэнергию потребляет один дугостатор 1, а суммарный момент получается двойной (М „+М ). Полезная работа в этом случае Р = (М,+М )n++. 1385213 10, 15 Регулируемый электропривод для низкоскоростного технологического оборудования, содержащий электродвигатель с дуговыми статорами, на каждом из которых расположена многофазная обмотка с неявно выраженными полюсами, обмотка одного дугового статора снабжена выводами для подключе- . ния к сети, и ротор с обмотками, отличающийся тем, что, с целью увеличения диапазона регулирования частоты вращения и повышения энергетических показателей, обмотка ротора выполнена многофазной, каждая фаза обмотки ротора составлена из четырех секций, равномерно распределенных по окружности ротора, одно-. именные выводы диаметрально расположенных секций и одни разноименные выводы смежно расположенных секций каждой фазы обмотки ротора соединены между собой перемычками из материала с низким удельным сопротивлением, а другие разноименные выводы смежно расположенных секций этой же фазы— перемычками из материала с высоким удельным сопротивлением, например из стали, и введены управляемые ключи для подключения многофазной обмотки второго дугового статора к сети, блок управления, последовательно сое" диненные между собой мостовые выпрямитель и инвертор, вход выпрямителя соединен с выводами многофазной обмотки второго дугового статора, а выход инвертора снабжен выводами для подключения к сети, управляющие входы указанных ключей и инвертора сое динены с выходом блока управления. 40 45 (1: 1000) и, следовательно, может быть использован в качестве безредукторно" ro электропривода низкоскоростного оборудования, что является доказательством расширения его функциональ50 ных возможностей. При этом улучшаются энергетические характеристики электропривода на номинальных и пониПри очень малых значениях n++ (на ползучих скоростях) величина значительно меньше потребляемой электроэнергии дугостатором 1 и вся "лишняя" 5 электроэнергия за вычетом потерь в трехфазном мосте 27 и инвертора 28 рекуперируется в сеть. Блок управления (фиг.2) работает следующим образом. При начальном положении движка задатчика 29, соответствующем максимальной угловой скорости ротора привода, включается компаратор 30 и своим сигналом включает через аналоговый ключ 31 плату управления 5 и непосредственно платы управления 4, управляющие тиристорами ключей переменного тока 23 — 25 через элемент НЕ 34. Компаратор. 30 выключает аналоговый ключ 32. В этом случае включаются ключи переменного тока 23 — 25 и ротор 3 вращается с синхронной угловой скоростью. Изменение положения движка задатчика 29 приводит к прикрыванию тиристора ключа 25 фазы А, пропускающего одну из полуволн, при помощи аналогового ключа 31, действующего на плату управления 35 ° Ротор 3 уменьшает свою угловую скорость30 из-за. возникновения тормозного усиления. Дальнейшее изменение движка задатчика 29 приводит к закрыванию компаратора 30 (в момент, соответствующий n+=0,3 n ) и следовательно, закрыванию плат управления 34 и 35, т.е. выключению ключей переменного тока 23 — 25. Через элемент НЕ 34 закрытый компаратор 30 включает аналоговый ключ 32, дающий разрешение на включение через платы управления 26 инвертора 28 и дальнейшее управление им при помощи задатчика 29. Таким образом, данный дугостаторный электропривод имеет больший диа= пазон регулирования угловой скорости женных оборотах, что выражается в повышении,KIIg на номинальных оборотах за счет уравновешивания ротора диаметральной установкой двух дугостаторов и на пониженных оборотах за счет рекуперации энергии скольжения ротора в сеть и получении двойного момента. Улучшение коэффициента мощности получается за счет выбора соответствующего угла зажигания тиристоров инвертора. формула изобретения 1385213. кин5ерптру Я 1385213 1385213 Составитель А.Головченко Редактор И.Сегляник Техред Л.Олийнык Корректор M.Äåì÷èê Заказ 1418/50 Тираж 583 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4
