ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА


RU (11) 2025037 (13) C1

(51) 5 H02P7/74 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 07.12.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 5024051/07 
(22) Дата подачи заявки: 1992.01.27 
(45) Опубликовано: 1994.12.15 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Голован А.Г. Основы электропривода. М.: Госэнергоиздат, 1959, с.314. 2. Авторское свидетельство СССР N 81240, кл. H 02P 7/74, 1950. 3. Сабинин Ю.А. Электромашинные устройства автоматики. Л.:Энергоатомиздат, 1988, с.296. 
(71) Заявитель(и): Львов Евгений Львович; Фомченков Владимир Петрович 
(72) Автор(ы): Львов Евгений Львович; Фомченков Владимир Петрович 
(73) Патентообладатель(и): Львов Евгений Львович; Фомченков Владимир Петрович 

(54) ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 

Использование: в приводах тягового состава, следящих системах автоматических линиях и механизмах. Сущность: электрический привод переменного тока с двумя синхронными машинами 1, 2 снабжен k-фазным управляемым выпрямителем 3, выходом подключенным к однофазной обмотке ротора синхронной машины 1. Роторная обмотка синхронной машины 3 соединена с источником 4 питания постоянного тока. Роторы машин сдвинуты на 90 эл.градусов, а статорные обмотки пофазно соединены через симисторы 5 - 7 последовательно. Такое выполнение позволило упростить привод и расширить его диапазон регулирования частоты вращения. 5 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнике, конкретно к управляемому электроприводу, и может быть исопользовано для привода тягового состава, в следящих системах, автоматических линиях и механизмах с широким диапазоном изменения частоты вращения.

Известна схема привода, содержащая два асинхронных двигателя с фазными роторами, сидящими на общем валу, и регулировочными реостатами в цепях роторов, причем одна машина работает в двигательном режиме, а вторая - в режиме противотока [1].

Недостатком такой схемы являются невысокие энергетические показатели привода, что связано с потерями мощности при регулировании частоты вращения реостатом в роторе.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является электрический привод переменного тока, выполненный из двух асинхронных двигателей с фазными роторами, сидящими на общем валу и включенными последовательно через резисторы с дросселями, причем регулирование частоты вращения осуществляется за счет поворота статора одного из двигателей [2].

Однако наличие поворотного статора у одного из двигателей усложняет конструкцию привода. Другой недостаток прототипа заключается в ограниченном диапазоне изменения частоты вращения, что связано с потеpями мощности в резисторах.

Цель изобретения - расширение диапазона регулирования частоты вращения и упрощение конструкции привода.

Цель достигается тем, что в известный электрический привод переменного тока, содержащий две машины с трехфазными электрически связанными обмотками на статорах и жестко соединенными валами роторов, введены k-фазный управляемый выпрямитель с входами для соединения с k-фазной сетью, источник питания постоянного тока и три симметричных управляемых ключа, каждый из которых включен последовательно в цепи соединения одноименных фаз статорных обмоток, роторы машин сдвинуты на 90 эл. градусов, а роторные обмотки выполнены однофазными, причем роторная обмотка второй машины подключена к выходу источника питания постоянного тока, а роторная обмотка первой машины соединена с выходом k-фазного управляемого выпрямителя, где k=1,3.

Кроме того, к достоинствам заявляемого привода следует отнести простоту управления частотой вращения, отсутствие необходимости в специальных мерах для осуществления пуска, устойчивость работы на "ползучих" частотах вращения, а также возможность питания как от трехфазной, так и от однофазной сети что позволяет расширить его область применения.

На фиг.1 представлена схема предлагаемого электрического привода переменного тока; на фиг.2 - условно положительные направления токов и потокосцеплений; на фиг.3 - семейство электромеханических характеристик; на фиг.4 - временные диаграммы работы привода в режиме заторможенного ротора для случая питания от однофазной сети, где Uс - напряжение сети; Uр - напряжение на роторной обмотке первой машины; U - сигнал на выходах устройства управления; - угол фазового регулирования; iа,в,с,р - переменные токи обмоток; Iо - постоянный ток роторной обмотки второй машины; а1,в1,с1,а2, в2, с2,р1,р2 - потокосцепления обмоток; Wр,Wст - количество витков соответственно роторной обмотки и одной фазы статорной обмотки; на фиг.5 - вариант функциональной схемы устройства управления.

В состав электрического привода переменного тока входят синхронные машины 1 и 2 с трехфазной обмоткой на статоре и однофазной - на роторе, управляемый выпрямитель 3, источник питания постоянного тока 4, симисторы 5-7, устройство управления 8, усилители-формирователи 9-11, нуль-органы 12-13, сумматор 14 и фазосдвигающие устройства 15-16.

Валы роторов машин 1 и 2 жестко соединены и сдвинуты на 90 эл.градусов. Выход источника питания 4 присоединен к роторной обмотке машины 2, а его вход подключен к сети. Симисторы 5-7 соединяют одноименные фазы статорных обмоток машин 1 и 2. Роторная обмотка машины 1 подключена к выходу выпрямителя 3, входами своими соединенного с сетью. Входы фазосдвигающих устройств 15 и 16 соединены между собой и подключены к напряжению синхронизации. Выход фазосдвигающего устройства 15 соединен с одним из входов нуль-органа 12, а выход фазосдвигающего устройства 16 подключен к одному из входов нуль-органа 13. Вторые входы нуль-органов 12-13 соединены с напряжением управления, а их выходы подключены к входам усилителей-формирователей соответственно 9-10. Один из входов сумматора 14 соединен с выходом нуль-органа 12, а другой вход подключен к выходу нуль-органа 13, выход сумматора 14 соединен с входом усилителя-формирователя 11. Выходы усилителей-формирователей 9-10 подключены к управляющим входам выпрямителя 3, а выходы усилителя-формирователя 11 соединены с управляющими электродами симисторов 5-7.

Работа привода для случая подключения его к однофазной сети (k=1). Управляемый выпрямитель 3 выполняется по однофазной мостовой двухполупериодной симметричной схеме. В качестве машин 1 и 2 применены синхронные машины, источник питания 4 построен в виде диодного моста, а в качестве симметричных управляемых ключей 5-7 взяты симисторы.

Для положительных направлений токов и потокосцеплений, принятых на фиг. 2, уравнения рассматриваемого привода имеют вид:

= L ia- cos

= L iв- cos(-2/3)

= L ic- cos(+2/3)

= - iacos - iвcos(-2/3) - iccos(+2/3)

= L ia+ sin

= L iв+ sin(-2/3) (1)

= L ic+ sin(+2/3)

= + iasin + iвsin(-2/3) + icsin(+2/3)

m2= Jo = Jo(iacos+bcos(-2/3)+icos(+2/3)) ,

m1= -ip = ip(iasin+iвsin(-2/3)+isin(+2/3)) , где L - индуктивность одной фазы статорной обмотки;

n = - коэффициент трансформации между статорной и роторной обмотками при совпадении их осей;

- угол сдвига между осями обмотки ротора и фазы "а" статора машины 1;

m1 и m2 - мгновенные значения моментов, развиваемых машинами 1 и 2.

Уравнения (1) получены для случая использования одинаковых машин с неявнополюсными роторами при допущении линейности магнитной системы и пренебрежении рассеиванием и потерями в стали. Разница в формулах для потокосцеплений и моментов машин 1 и 2, связанная с наличием либо sin , либо cos , обусловлена пространственным сдвигом роторов машин на 90 эл. градусов.

Дифференциальные уравнения цепей статорных обмоток и роторной обмотки машины 1 при открытых тиристорах одного плеча моста выпрямителя 3 и симисторах 5-7 без учета активного сопротивления обмоток имеют вид:

- = 0 , l = a, в, c (2)

= Umsint где , Um - частота и амплитуда напряжения сети Uс.

Решение дифференциальных уравнений (2) с учетом (1) для =const и начальных условий t= , iр=iа=iв=iс=0, что соответствует закрытому состоянию тиристоров выпрямителя 3 и симисторов 5-7 в момент подачи импульса отпирания, составляет:

ia = ipcos

iв = ipcos (-2/3)

ic = ipcos (+2/3) (3)

ip = (cos-cost)

Запирание ключей происходит естественным образом по достижении токами обмоток нулевого значения, при этом t=2 - .

Момент m, развиваемый приводом, равен сумме моментов, создаваемых машинами 1 и 2. После подстановки значений токов из (3) в уравнения (1) для моментов и тригонометрических преобразований имеем

m = m1+m2= (cos-cost).

Результирующий момент, таким образом, в режиме заторможенного ротора не зависит от угла и имеет пульсирующий характер с ненулевым средним значением, определяемым на интервале существования токов как

= mdt = [(-)cos+sin] (4)

Пуск привода осуществляется за счет синхронного изменения фазы управляющих импульсов Uз на тиристоры одного плеча мостового выпрямителя 3 и симисторы 5-7 в диапазоне от до /2 в первом полупериоде и от 2 до 3 /2 во втором полупериоде. Максимальное значение пускового момента достигается согласно (4) при = /2:

= .

По мере увеличения частоты вращения ротора = от нулевой в токах появляются дополнительные составляющие, обусловленные ЭДС вращения:

ia = - (sin-sin)

iв = - (sin(-2/3)-sin(-2/3))

ic = - (sin(+2/3)-sin(+2/3))

ip = Josin(-) , что приводит к уменьшению момента с роcтом . Здесь - текущий угол сдвига, а - его значение в момент подачи управляющего импульса.

Возможность регулирования частоты вращения ротора в широких пределах следует из вида семейства электромеханических характеристик (фиг.3), рассчитанных для фиксированных значений угла в относительных единицах,

= , * = и Jo = 

Устройство управления 9 реализует принцип вертикального управления. Напряжение Uсинх синхронизации, синфазное с силовым напряжением сети Uс,поступает на фазосдвигающие устройства 15, осуществляющее сдвиг фазы на /2, и 16, осуществляющее сдвиг на 3 /2. Сдвинутые по фазе напряжения используются в качестве опорных при сравнении их с напряжением Uупруправления. В момент их равенства посредством нуль-органов 12-13 создаются управляющие сигналы, которые после усилителей-формирователей 9-10 поступают на тиристоры одного плеча моста выпрямителя 3. Эти же сигналы после суммирования в блоке 14 подаются на усилитель-формирователь 11, затем на управляющие электроды симисторов 5-7.

Для осуществления реверса требуется изменить фазу тока iр на обратную. Это может быть достигнуто, например, за счет выполнения выпрямителя 3 по реверсивной схеме с соответствующими изменениями в устройстве управления 8.

При питании от трехфазной сети (m=3) управляемый выпрямитель 3 выполняется по трехфазной мостовой симметричной схеме. Угол отпирания тиристоров фазы "а" выпрямителя при этом находится в диапазоне 2 /3 < /3 и 4 /3. Управляющие импульсы на симисторы подаются в моменты , +2 /3 и +4 /3.

В предлагаемом приводе возможно также использование обращенных машин, в которых однофазные обмотки расположены на статорах, а трехфазные - на роторах. В качестве обращенных машин могут быть применены конструкции асинхронных двигателей с фазным ротором и трехфазными статорными обмотками, соединенными по однофазной схеме. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА, содержащий две машины с трехфазными электрически связанными обмотками на статорах и жестко соединенными валами роторов, отличающийся тем, что в него введены k-фазный управляемый выпрямитель с входами для соединения с k-фазной сетью, источник питания постоянного тока и три симметричных управляемых ключа, каждый из которых включен последовательно в цепи соединения одноименных фаз статорных обмоток, роторы машин сдвинуты на 90 эл.град., а роторные обмотки выполнены однофазными, причем роторная обмотка второй машины подключена к выходу источника питания постоянного тока, а роторная обмотка первой машины соединена с выходом k-фазного управляемого выпрямителя, где k=1,3.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Электроника и электротехника




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+автомобильная -сигнализация".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "датчик" будут найдены слова "датчик", "датчики" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("датчик!").


Металлоискатели и металлодетекторы | Электронные устройства охраны и сигнализации | Электронные устройства систем связи | Приемные и передающие антенны | Электротехнические и радиотехнические контрольно-измерительные приборы и способы электроизмерений | Электронные устройства пуска, управления и защиты электродвигателей постоянного и переменного тока | Электродвигатели постоянного и переменного тока | Магниты и электромагниты | Кабельно-проводниковые и сверхпроводниковые изделия


Рейтинг@Mail.ru