Электропривод переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике , в частности к электроприводам с параметрическим управлением для металлургической , горнодобывающей промышленности изобретения. Цель - упрощение и повышение надежности при одновременном улучшении динамических показателей электропривода путем параметрической стабилизации токов статора. Электропривод содержит асинхронный двигатель с фазным ротором, первые выходы обмоток 1 статора которого подключены к сети 2 переменного тока, а выводы обмоток 3 ротора - к входу первого мостового выпрямителя 4. Катодная группа вентилей выпрямителя 4 соединена с анодной группой вентилей второго мостового выпрямителя 5. Трехфазный вход мостового выпрямителя 5 связан с первыми выводами обмоток 1 статора через параметрический стабилизатор 6 переменного тока. С катодной группой вентилей мостового выпрямителя 5 соединена анодная группа вентилей ведомого сетью инвертора 7, а катодная группа вентилей инвертора 7 соединена с анодной группой вентилей первого мостового выпрямителя 4. Трехфазный выход инвертора 7 подключен к вторым выводам обмоток 1 статора. Изобретение позволяет получить требуемые режимы параметрически без применения замкнутых САУ, что упрощает и повышает надежность привода. 2 ил. 2 # С/ с VJ ю ел GJ Os о

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Н 02 P 7/62

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 4

М (л

Ca)

О (21) 4841552/07 (22) 21.06,90 (46) 07.04.92. Бюл. ЬЬ 13 (71) Институт электродинамики АН УССР и Украинский научно-исследовательский и конструкторский институт "УкрНИИпластмаш" (72) И.В.Волков, В.П.Стяжкин, В.П.Аркушин и В,Н.Исаков (53) 621.34.57(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

М 1100705, кл. Н 02 P 7/62, 1984.

2. Авторское свидетельство СССР

М 1272463, кл; Н 02 P 7/62, 1986. (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО

ТОКА (57) Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводам с параметрическим управлением для металлургической, горнодобывающей промышленности изобретения. Цель упрощение и повышение надежности при одновременном улучшении динамических показателей электропривода путем пара Ы 1725360А1 метрической стабилизации токов статора.

Электропривод содержит асинхронный двигатель с фазным ротором, первые выходы обмоток 1 статора которого подключены к сети 2 переменного тока, а выводы обмоток

3 ротора — к входу первого мостового выпрямителя 4. Катодная группа вентилей выпрямителя 4 соединена с анодной группой вентилей второго мостового выпрямителя 5.

Трехфазный вход мостового выпрямителя 5 связан с первыми выводами обмоток 1 статора через параметрический стабилизатор 6 переменного тока. С катодной группой вентилей мостового выпрямителя 5 соединена анодная группа вентилей ведомого сетью инвертора 7, а катодная группа вентилей инвертора 7 соединена с анодной группой вентилей первого мостового выпрямителя 4.

Трехфазный выход инвертора 7 подключен к вторым выводам обмоток 1 статора. Изобретение позволяет получить требуемые режимы параметрически без применения замкнутых САУ, что упрощает и повышает надежность привода. 2 ил, 2

1725360

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводам с параметрическим управлением для металлургической, горнодобывающей пром ы ш лен ности.

Известен электропривод (1), содержащий асинхронный двигатель с фазным ротором, обмотки статора которого предназначены для подключения к сети переменного тока, причем выводы обмоток ротора подключены к входу первого мостового выпрямителя, катодная группа вентилей которого соединена с анодной группой вентилей второго мостового выпрямителя, трехфазный вход которого связан с выводами обмоток статора через параметрический стабилизатор переменного тока, резисторный элемент, одним выводом соединенный с катодной группой вентилей второго мостового выпрямителя, а другим выводом — с анодной группой вентилей первого мостового выпрямителя.

В этом электроприводе параметрически получают только одну механическую характеристику с постоянным моментом, поэтому его технические возможности ограничены.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является электропривод (2), содержащий асинхронный двигатель с фазным ротором, обмотки статора которого предназначены для подключения к сети переменного тока, причем выводы обмоток ротора подключены к входу первого мостового выпрямителя, катодная группа вентилей которого соединена с анодной группой вентилей второго мостового выпрямителя, трехфазный вход которого связан с выводами обмоток статора через параметрический стабилизатор переменного тока, ведомый сетью инвертор, трехфазный выход которого соединен с выводами обмоток статора, анодная группа вентилей соединена с катодной группой вентилей второго мостового выпрямителя, а катодная группа вентилей — с анодной группой вентилей первого мостового выи рямителя.

В таком электроприводе получают параметрически только механическую характеристику с постоянным моментом (характеристика I на фиг.2), что ограничивает возможности электропривода режимами пуска и торможения при постоянной нагрузке и регулирования скорости при вентиляторной нагрузке. Параметрическая стабилизация мощности, требуемая для ряда механизмов в металлургической, горнодобывающей промышленности, здесь не возможна, для этого необходим дополни40

Новое соединение элементов электропривода позволяет параметрически, без автоматического управления, получить участок механической характеристики с постоянной мощностью в диапазоне скоростей, я вля ющихся рабочими для аси нхронного двигателя в большинстве производств — (0,4 — 0,9) во (щ — скорость идеального холостого хода). В диапазоне скоростей от 0 до 0,4 сто предложенный электропривод реализует режим источника момента, что и электропривод, выбранный за прототип, с тем отличительным положительным эффектом, что переходные процессы характеризуются большей плавностью и мягкостью благодаря созданию ненулевых начальных условий (параметрический стабилизатор переменного тока формирует в статорной цепи постоянный магнитный поток) и включению схемы по роторной цепи, тельный управляемый преобразователь в

САУ, снижающий первоначальную простоту и надежность схемы.

Кроме того, пуск электропривода сопро5 вождается начальными значительными бросками токов статора. и инвертора, т.е. электромагнитными и электромеханическими динамическими ударами, ограничение которых требует применения дополнитель10 ных токоограничивающих реакторов или трансформатора на трехфазном выходе инвертора и дросселя в цепи выпрямленного тока.

Целью изобретения является упроще15 ние и повышение надежности при одновременном улучшении динамических показателей электропривода путем параметрической стабилизации токов статора.

Цель достигается тем, что в электропри20 воде, содержащем асинхронный двигатель с фазным ротором, первые выводы обмоток статора которого предназначены для подключения к сети переменного тока, а выводы ротора подключены к входу первого

25 мостового выпрямителя, катодная группа вентилей которого соединена с анодной группой вентилей второго мостового выпрямителя, трехфазный вход которого связан с первыми выводами обмоток статора через

30 параметрический стабилизатор переменного тока, ведомый сетью инвертор, анодная группа вентилей которого соединена с катодной группой вентилей второго мостового выпрямителя, а катодная группа венти35 лей — с анодной группой вентилей первого мостового выпрямителя, трехфазный выход инвертора подключен к вторым выводам обмоток статора.

1725360

10

35

45

Рэм = Pu Р1 -ЛР1

55

Рэм = Рмх + Р2 + 4 Р2

Pu = P2+ Рст ЬРст. (2) (3) Таким образом, совокупность новых соединений элементов электропривода совместно с соединениями ограничительной части формулы позволяют обеспечить достижение цели.

Совокупность элементов электропривода и их последовательность соединений, сходные с признаками, отличающими заявляемое техническое решение от аналогов, в других технических решениях не обнаружены. Следовательно, предлагаемое техническое решение соответствует критерию

"существенные отличия".

На фиг,1 представлена функциональная схема электропривода; на фиг.2 — его статическая механическая характеристика и механическая характеристика прототипа.

Электропривод переменного тока содержит асинхрон н ый двигател ь с фавн ым ротором, первые выводы обмоток 1 статора которого подключены к сети 2 переменного тока, а выводы обмоток 3 ротора — к входу первого мостового выпрямителя 4, катодная группа вентилей которого соединена с анодной группой вентилей второго мостового выпрямителя 5, трехфазный вход которого соединен с первыми выводами обмоток 1 статора через параметрический стабилизатор 6 переменного тока, ведомый сетью инвертор 7, анодная группа вентилей которого соединена с. катодной группой вентилей второго мостового выпрямителя 5, а катодная группа вентилей — с анодной группой вентилей первого мостового выпрямителя

4, трехфазный выход инвертора 7 подключен к вторым выводам обмоток 1 статора.

Электропривод переменного тока работает следующим образом.

В результате подачи напряжения сети 2 на первые выводы обмоток. 1 статора и вход стабилизатора 6 переменного тока выпрямленный ток Id стабилизатора 6 протекает по вентилям ведомого сетью инвертора

7 и обмоткам 1 статора в соответствии с законами коммутации, Если обмотки 3 ротора, соединенные в "звезду", отключены от входа первого мостового выпрямителя 4, все шесть вентилей выпрямителя 4 проводят ток 4/3. Основной магнитный поток двигателя сформирован, на выводах обмоток 3 ротора наводится ЭДС, но так как цепь протекания токов ротора разорвана, момент не создается, двигатель не вращается.

Благодаря электрической связи стабилизатора 6 и статорных обмоток 1 токи статора 1> и стабилизатора 1ст имеют равные значения, поэтому номинальная величина тока статора I> предварительно задается установкой элементов стабилизатора 6 с соответственно рассчитанными параметрами.

Подключением свободных выводов роторных обмоток 3 к входу первого мостового выпрямителя. 4 замыкаются цепи протекания токов ротора, двигатель развивает момент и разгоняется.

Ненулевые начальные условия (установившийся магнитный поток Ф статора), а также наличие в цепях переменного тока элементов с большой индуктивностью и электрическая связь этих элементов обеспечивают мягкое протекание электромагнитных (пусковой ток превосходит установившееся значение не более чем в

1,8 раза), а следовательно, электромеханических переходных процессов пуска, торможения, изменения скорости при сбросе-набросе нагрузки. Плавность электромеханических переходных процессов обеспечивается и в случае приложения ударной нагрузки, при этом двигатель в системе электропривода защищен от перегрузки параметрической стабилизацией момента в области малых скоростей (характеристика II на фиг.2).

Описание работы электропривода в режиме с плавно изменяющейся нагрузкой более полно характеризует его основные свойства.

С увеличением нагрузки скорость вдвигателя уменьшается от скорости идеального холостого хода (а = во на фиг.2) до в = 0,9 . во, растут ЭДС Е2 и ток 12 ротора. При этом мощность скольжения, поступающая из ротора через выпрямитель 4 в цепь выпрямленного тока, не оказывает заметного влияния на электромеханические процессы в электроприводе.

Электромагнитная мощность Рэм, передаваемая из статора в ротор двигателя, формируется за счет мощности Рц, поступающей через инвертор 7 из цепи выпрямленного тока, эа вычетом мощности Р>, передаваемой в сеть 2, и потерь в первичной цепи Л P>.

Часть мощности Рэм превращается в механическую мощность Рмх, развиваемую на роторе. Другая ее часть- Р2 через роторные обмотки 3 и выпрямитель 4 за вычетом потерь во вторичной цепи ЬР2 поступает в цепь выпрямленного тока, где совместно с активной мощностью (Рст — Л PcT), поступающей из сети 2 через стабилизатор 6 и выпрямитель 5, формирует мощность PU, 1725360

Из выражений (1) — (3) следует

Рмх= Рст- Р1-АР1-ЛР2 Рст . (4)

При й) =No Pc = P1 - ЛР1 согласно выражению(4) Рмх=0

Рост тока lz с уменьшением скорости от во обусловливает увеличение момента на валу двигателя в соответствии с выражением

М= С Ф. Iz . .cos+, где ф — угол между векторами ЭДС Е2 и тока lz ротора; С вЂ” коэффициент пропорциональности.

В диапазоне скоростей со, — 0,9 и, рост тока Iz вызывает более значительный рост момента М, чем падение скорости в, поэтому мощность Рмх на валу двигателя увеличивается. В соответствии с выражением (4) это выражается в более быстром росте мощности Рст по сравнению с Р1. Электромагнитные процессы в этом диапазоне

СкарОСтЕй ОпрЕдЕлЕны пОСтОянным тсксм id в цепи выпрямленного тока, заданным стабилизатором 6, поэтому рост величины Р> и

Рст вызывает соответствующее увеличение напряжений на трехфазном выходе инвертара 7 Uw На ЕГО ВХОДЕ Udu И ВЫХОДЕ ВЫпрямителя 5 стабилизатора 60dcr. Таким образом, напряжение Udu практически не оказывает влияния на формирование величины Id, и инвертор 7 имеет на этом участке внешнюю характеристику, повторяющую характеристику источника тока (стабилизатор 6 и выпрямитель 5).

Начиная со скорости в = 0,9 в,, когда среднее значение тока ротора Iz становится равным 1ст, работа электропривода характеризуется параметрической стабилизацией мощности на валу двигателя, Ток ротора Iz не стабилизируется на уровне Iст, определенном стабилизатором 6 переменного тока, а с ростом нагрузки (ЭДС ротора) превышает его, определяя поэтому соответствующее увеличение тока ld. При этом среднее значение тока, протекающего по статорным обмоткам 1 11 остается постоянным, что объясняется увеличением угла коммутации у тока инвертора 7. Стабилизируется величина Р1, но рост напряжений 0ли и Ud< продолжается и связан он с ростом тока !С1.

Электрическая связь статорных 1 и роторных 3 обмоток двигателя по цепи выпрямленного тока Id и их естественная электромагнитная связь on ределяют теперь электромеханические процессы в электроприводе. Это проявляется в изменении соотношений между абсолютными величинами напряжений на выходе инвертора 7 0 и и выходе роторного выпрямителя 4 Uzd и их

5 . производными по току Id. В диапазоне

0,9 во — 0,4 щ, скорость нарастания напряжения ЛUdu/Л ld при росте тока Id выше, чем скорость нарастания напряжения

Л Uzd/Л Id, что связано с изменением пара10 метров статорной и роторной цепей двигателя. Это обусловливает рост напряжения

Udn- на выходе выпрямителя 5 стабилизатора 6, который прекращается при вМ,4 во, КОГда AUdu/ Л1d = Л0Ы/Ald.

Соответствующее увеличение поступления активной мощности Рст компенсирует увеличивающиеся потери ЛР1, ЛPz, связанные с ростом токов Iz u ld. При этом согласно выражению (4) и с учетом того, что

P> = const, величина Рмх поддерживается на on ределенном уровне. Точность стабилизации механической мощности Рмх составляет 5 .

Увеличение напряжения 0 и на трехфазном выходе инвертора 7 при неизменном угле управления Д его вентилями обусловливает постепенное увеличение жесткости внешней характеристики инвертора.

В диапазоне 0,4 сто - 0 скорость нарастания напряжения Л Udu/Ë!d ниже, чем скорость нарастания напряжения ЛUzd/h.ld. Это определяет уменьшение напряжения на вы35 ходе выпрямителя 5 стабилизатора 6.. Рост

МОЩНОСТИ PGT ПРИ ЭТОМ ПРЕКРаЩдЕТСЯ, Рст стабилизируется на уровне, соответствующем скорости м0,4 во. Увеличивается величина Р1, что в соответствии с выражением (4) вызывает уменьшение Рмх (с падением

40 скорости) до нуля.

Это соответствует работе электропривода на падающем участке механической характеристики (фиг.2), близком к характеристике стабилизированного момента. При этом рост жесткости внешней характеристики инвертора 7 приближает последнюю к виду, характерному для классического варианта подключения инвертора.

Надежность работы инвентора 7 в электроприводе определяет не только значительная индуктивность на стороне переменного тока инвентора 7, но и действие стабилизатора 6, обеспечивающего всегда более мягкую внешнюю характеристику источнику питания по отношению к инвертору 7, благодаря чему работа последнего устойчива, Таким образом, по сравнению с прототипом в предложенном электроприводе

1725360

Формула изобретения

Электропривод переменного тока, содержащий асинхронный двигатель с фазным ротором, первые выводы обмоток

aud 2

Составитель И.Волков

Редактор Т.Юрчикова Техред М.Моргентал Корректор Т.Малец

Заказ 1184 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 происходит упрощение и повышение надежности при одновременном улучшении его динамических показателей путем параметрической стабилизации токов статора, Применение изобретения позволяет отказаться от требуемых в известных схемах разделительного трансформатора, токоограничивающих реакторов, сглаживающего дросселя в силовой схемы электропривода, сложных замкнутых САУ, что повышает широко понимаемую экономичность электропривода и очень важно для ряда производств, характеризующихся большим энергопотреблением. В этом заключается народно-хозяйственная значимость изобретения. статора которого предназначены для подключения к сети переменного тока, выводы обмоток ротора подключены к входу первого мостового выпрямителя, катодная группа

5 вентилей которого соединена с анодной группой вентилей второго мостового выпрямителя, трехфазный вход которого связан с первыми выводами обмоток статора через параметрический стабилизатор переменно10 го тока, ведомый сетью инвертор, анодная группа вентилей которого соединена с катодной группой вентилей второго мостового выпрямителя, а катодная группа вентилей— с анодной группой вентилей первого мосто15 воговыпрямителя,отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности при одновременном улучшении его динамических показателей путем параметрической стабилизации токов статора, 20 трехфазный выход инвертора подключен к вторым выводам обмоток статора.