ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА


RU (11) 2237344 (13) C2

(51) 7 H02P7/635 

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

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

(21) Заявка: 2002129670/09 
(22) Дата подачи заявки: 2002.11.04 
(24) Дата начала отсчета срока действия патента: 2002.11.04 
(43) Дата публикации заявки: 2004.06.10 
(45) Опубликовано: 2004.09.27 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: SU 1272463 А, 23.11.1986. RU 2075819 С1, 20.03.1997. RU 2073309 С1, 10.02.1997. RU 2187194 С1, 10.08.2002. SU 1661957 А1, 07.07.1991. SU 1757076 А1, 23.08.1992. GB 1372092 А, 30.10.1974. GB 2187052 А, 26.08.1987. JP 62- 181698 А, 10.08.1987. WO 96/25787 А1, 22.08.1996. 
(72) Автор(ы): Мещеряков В.Н. (RU) 
(73) Патентообладатель(и): Липецкий государственный технический университет (RU) 
Адрес для переписки: 398600, г.Липецк, ул. Московская, 30, НИС ЛГТУ 

(54) ЭЛЕКТРОПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 
Изобретение относится к системам электропривода переменного тока и может быть использовано на подъемно-транспортных механизмах. Техническим результатом является обеспечение регулирования крутящего момента двигателя и энергосбережения. Электропривод переменного тока содержит асинхронный двигатель с фазным ротором, обмотка ротора которого подключена ко входу диодного мостового выпрямителя, выходы которого соединены с трехфазным регулирующим устройством. Каждая фаза асинхронного двигателя состоит из соединенных последовательно диода и двух управляемых вентилей. Выводы питающей сети подключены к точке соединения катода диода и анода управляемого вентиля. Фазные обмотки статора двигателя подключены к точкам соединения катода и анода двух управляемых вентилей. Катодный вывод регулирующего устройства соединен с анодным выводом диодного мостового выпрямителя, катодный вывод которого соединен через сглаживающий реактор с анодным выводом регулирующего устройства. К выводам обмотки статора двигателя подключены параллельно три конденсатора, соединенные в треугольник, управляющие электроды и аноды каждого из управляемых вентилей регулирующего устройства подключены к соответствующим выходам блока формирования импульсов управления, а трехфазный вход блока формирования импульсов управления соединен с питающей сетью. 4 ил.





ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ


Изобретение относится к системам электропривода переменного тока и может быть использовано на механизмах, требующих режима регулирования крутящего момента двигателя, например на подъемно-транспортных механизмах.

Известен электропривод переменного тока, содержащий асинхронный двигатель с фазным ротором, обмотка статора которого подключена к питающей сети, выводы обмотки ротора соединены с трехфазным выходом нерегулируемого мостового выпрямителя, анодная группа вентилей которого связана через согласующий элемент с катодной группой вентилей второго нерегулируемого мостового выпрямителя, анодная группа вентилей которого соединена с катодной группой выпрямителей первого выпрямителя, трехфазный вход второго мостового выпрямителя соединен с выходом параметрического стабилизатора тока, входные выводы которого подключены к сети переменного тока [1].

Недостатком данного устройства являются сложность регулирования механических характеристик двигателя и большие потери энергии на согласующем резисторе.

Наиболее близким к предлагаемому является электропривод переменного тока, содержащий асинхронный двигатель с фазным ротором, статорные обмотки которого подключены к сети переменного тока, выводы обмоток ротора подключены к входу первого мостового выпрямителя 3, 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, катодная группа вентилей второго мостового выпрямителя соединена с анодной группой вентилей ведомого сетью инвертора, катодная группа вентилей которого соединена с анодной группой вентилей первого выпрямителя, а трехфазный выход инвертора соединен с выводами обмоток статора [2].

Недостатками данного электропривода являются большое потребление реактивного тока инвертором и сложность регулирования механических характеристик электропривода, т.к. параметрический резонансный стабилизатор переменного тока не позволяет плавно регулировать ток двигателя, а также в электроприводе не обеспечивается регулирование крутящего момента двигателя.

Предлагаемый электропривод переменного тока содержит асинхронный двигатель с фазным ротором, обмотка ротора которого подключена ко входу диодного мостового выпрямителя, выходы которого соединены с обмоткой статора двигателя и питающей сетью через группы вентилей, объединенных в общее трехфазное регулирующее устройство, каждая фаза которого состоит из соединенных последовательно диода и двух управляемых вентилей, причем катод диода соединен с анодом первого управляемого вентиля, катод которого соединен с анодом второго управляемого вентиля, катоды вторых управляемых вентилей трех фаз регулирующего устройства соединены в общую точку, являющуюся его катодным выводом, аноды диодов трех фаз регулирующего устройства объединены в другую общую точку, являющуюся его анодным выводом, в каждой из трех фаз регулирующего устройства, к общей точке соединения катода диода и анода первого управляемого вентиля подключена одна фаза питающей сети, а к общей точке соединения катода первого управляемого вентиля и анода второго управляемого вентиля подключена одна фазная обмотка статора двигателя, катодный вывод регулирующего устройства соединен с анодным выводом диодного мостового выпрямителя, катодный вывод которого соединен с первым выводом обмотки сглаживающего реактора, второй вывод которой соединен с анодным выводом регулирующего устройства, к выводам обмотки статора двигателя подключены параллельно три конденсатора, соединенные в треугольник, управляющие электроды каждого из управляемых вентилей регулирующего устройства подключены к соответствующим выходам блока формирования импульсов управления, аноды управляемых вентилей регулирующего устройства подключены к соответствующим выходам блока формирования импульсов управления, а трехфазный вход блока формирования импульсов управления соединен с питающей сетью.

В данном электроприводе с помощью трехфазного регулирующего устройства обеспечивается регулирование напряжения, подведенного к обмотке статора двигателя, что позволяет регулировать скорость и электромагнитный момент двигателя, при этом энергия скольжения из обмотки ротора передается в цепь обмотки статора, что обеспечивает экономичность работы привода.

На фиг.1 приведена функциональная схема электропривода переменного тока; на фиг.2 - один из возможных вариантов схемы формирователя импульсов управления; на фиг.3 - временные диаграммы, поясняющие работу регулирующего устройства, с указанием моментов коммутации вентилей; на фиг.4 - экспериментальные механические характеристики.

Электропривод переменного тока содержит асинхронный двигатель 1 с фазным ротором, мостовой диодный двигатель 2, выход которого подключен к выводам обмотки ротора двигателя 1, трехфазное регулирующее устройство 3, каждая фаза которого состоит из последовательно соединенных диода и двух управляемых вентилей. В первой фазе трехфазного регулирующего устройства катод диода 4 соединен с анодом управляемого вентиля 5, катод которого соединен с анодом управляемого вентиля 6, во второй фазе трехфазного регулирующего устройства катод диода 7 соединен с анодом управляемого вентиля 8, катод которого соединен с анодом управляемого вентиля 9, в третьей фазе регулирующего устройства катод диода 10 соединен с анодом управляемого вентиля 11, катод которого соединен с анодом управляемого вентиля 12. Аноды диодов 4, 7 и 10 соединены в общую точку, являющуюся выводом 13 трехфазного управляющего устройства 3, катоды управляемых вентилей 6, 9 и 12 соединены в общую точку, являющуюся выводом 14 трехфазного управляющего устройства 3, к которому также подключен анодный выход диодного выпрямителя 2, катодный выход которого подключен к первому выводу обмотки сглаживающего реактора 15, второй вывод обмотки которого подключен к выводу 13 трехфазного управляющего устройства 3.

К точке соединения катода диода 4 и анода управляемого вентиля 5 подключена первая фаза питающей сети, к точке соединения катода управляемого вентиля 5 и анода управляемого вентиля 6 подключен вывод первой фазы обмотки статора двигателя 1, к точке соединения катода диода 7 и анода управляемого вентиля 8 подключена вторая фаза питающей сети, к точке соединения катода управляемого вентиля 8 и анода управляемого вентиля 9 подключен вывод второй фазы обмотки статора двигателя 1, к точке соединения катода диода 10 и анода управляемого вентиля 11 подключена третья фаза питающей сети, а к точке соединения катода управляемого вентиля 11 и анода управляемого вентиля 12 подключен вывод третьей фазы обмотки статора двигателя 1. К выводам обмотки статора двигателя 1 подключены три коммутирующих конденсатора 16, соединенные в треугольник. Управляющие электроды каждого из управляемых вентилей 5, 6, 8, 9, 11 и 12 регулирующего устройства подключены к соответствующим выходам блока 17 формирования импульсов управления, аноды управляемых вентилей 5, 6, 8, 9, 11 и 12 регулирующего устройства подключены к соответствующим выходам блока 17 формирования импульсов управления, а трехфазный вход блока 17 формирования импульсов управления соединен с питающей сетью.

Вариант электрической схемы блока 17 формирования импульсов управления приведен на фиг.2. Схема содержит трехфазный вращающийся фазорегулятор 18, первичная обмотка которого подключена к питающей сети, а вторичная обмотка - к трехфазному мостовому преобразователю, первая фаза которого составлена из: защитного диода 19, катод которого соединен с анодом принадлежащего оптопаре 20 светодиода 21, катод светодиода 21 соединен с анодом принадлежащего оптопаре 22 светодиода 23, катод светодиода 23 оптопары 22 соединен с анодом защитного диода 24, к общей точке соединения катода светодиода 21 и анода светодиода 23 подключена первая фаза вторичной обмотки вращающегося фазорегулятора 18, анод динистора 25 оптопары 20 соединен с анодом вентиля 5, катод динистора 25 оптопары 20 соединен через резистор 26 с управляющим электродом вентиля 5, анод динистора 27 оптопары 22 соединен с анодом вентиля 6, катод динистора 27 оптопары 22 соединен через резистор 28 с управляющим электродом вентиля 6.

Вторая фаза трехфазного мостового преобразователя составлена из: защитного диода 29, катод которого соединен с анодом принадлежащего оптопаре 30 светодиода 31, катод которого соединен с анодом принадлежащего оптопаре 32 светодиода 33, катод светодиода 33 оптопары 32 соединен с анодом защитного диода 34, к общей точке соединения катода светодиода 31 и анода светодиода 33 подключена вторая фаза вторичной обмотки вращающегося фазорегулятора 18, анод динистора 35 оптопары 30 соединен с анодом вентил 7, катод динистора 35 оптопары 30 соединен через резистор 36 с управляющим электродом вентиля 7, анод динистора 37 оптопары 32 соединен с анодом вентиля 9, катод динистора 37 оптопары 32 соединен через резистор 38 с управляющим электродом вентиля 9.

Третья фаза трехфазного мостового преобразователя составлена из: защитного диода 39, катод которого соединен с анодом принадлежащего оптопаре 40 светодиода 41, катод которого соединен с анодом принадлежащего оптопаре 42 светодиода 43, катод светодиода 43 оптопары 42 соединен с анодом диода 44, к общей точке соединения катода светодиода 41 и анода светодиода 43 подключена третья фаза вторичной обмотки вращающегося фазорегулятора 18, анод динистора 45 оптопары 40 соединен с анодом вентиля 11, катод динистора 45 оптопары 40 соединен через резистор 46 с управляющим электродом вентиля 11, анод динистора 47 оптопары 42 соединен с анодом вентиля 12, катод динистора 47 оптопары 42 соединен с управляющим электродом вентиля 12. Аноды диодов 19, 29 и 39 соединены в общую точку, к которой подключен первый вывод токоограничивающего резистора 49, второй вывод которого подключен к общей точке соединения катодов диодов 24, 34 и 44.

Электропривод переменного тока работает следующим образом.

Питающее напряжение подается из сети на трехфазное регулирующее устройство 3 в произвольный момент времени, например в момент времени t0, показанный на временной диаграмме (см. фиг.3а). Одновременно с блока 17 формирования импульсов управления, синхронизированных с питающей сетью, сигналы управления поступают на управляющие электроды вентилей 5 и 9. Эти вентили открываются и ток начинает протекать по цепи: фаза А сети, управляемый вентиль 5, фаза А обмотки статора двигателя 1, фаза В обмотки статора двигателя, управляемый вентиль 9, диоды мостового выпрямителя 2, сглаживающий реактор 15, диод 7, фаза В сети. При этом происходит заряд коммутирующих конденсаторов 16. В обмотке ротора двигателя 1 начинает наводится ЭДС, и ток начинает протекать по обмотке ротора. Напряжение на выходах обмотки ротора выпрямляется мостовым диодным выпрямителем 2 и складывается в каждый момент времени с напряжением на выводах 13 и 14 трехфазного регулирующего устройства. Поэтому обмотка статора питается суммарным напряжением от питающей сети и обмотки ротора. Ток в обмотках статора и ротора двигателя 1 будет одинаков по амплитуде.

В следующий момент времени t1, отмеченный на фиг.3а, сигнал от блока 17 формирователя импульсов управления подается на управляющий электрод вентиля 12. Под действием коммутирующих конденсаторов 16 создаются условия для отпирания управляемого вентиля 12 и запирания управляемого вентиля 9. После коммутации этих вентилей ток протекает по цепи: фаза А сети, управляемый вентиль 5, фаза А обмотки статора двигателя 1, фаза С обмотки статора двигателя 1, управляемый вентиль 12, диоды мостового выпрямителя 2 и обмотки ротора двигателя 1, сглаживающий реактор 15, диод 10, фаза С сети.

В момент времени t2, отмеченный на фиг.3а, сигнал от блока 17 формирователя импульсов управления подается на управляющий электрод вентиля 8, и под действием коммутирующих конденсаторов 16 создаются условия для отпирания управляемого вентиля 8 и запирания управляемого вентиля 5. Дальнейший процесс коммутации вентилей устройства управления 3 происходит аналогичным образом, при этом по обмотке статора двигателя 1 протекает трехфазный переменный ток, причем ток статора и ток ротора двигателя 1 имеют разную частоту, но одинаковую амплитуду.

При приведении всех параметров схемы к цепи постоянного тока можно рассчитать ток в выпрямленной цепи Id по выражению

Id=(Ud0+Ed2kS-Ed1-UB)/RЭ,

где Ud0 - напряжение питающей сети, приведенное к цепи постоянного тока;

Ed1 - ЭДС обмотки статора двигателя, приведенная к цепи постоянного тока;

Ed2k - ЭДС обмотки неподвижного ротора двигателя, приведенная к цепи постоянного тока;

S - скольжение двигателя;

UB - суммарное падение напряжения на вентилях схемы;

RЭ - эквивалентное суммарное сопротивление всех элементов, приведенное в выпрямленной цепи.

На фиг.4 линией 1 показана экспериментальная механическая характеристика электропривода переменного тока, полученная при условии Ud0=const, когда на управляющие электроды вентилей 5, 6, 8, 9, 11 и 12 сигналы управления от блока 17 формирования импульсов поступали в моменты времени, соответствующие точкам К1-К6 естественной коммутации вентилей (см. фиг.3а). При этом угол управления у вентилями регулирующего устройства 3 равен нулю (у=0).

Если подавать сигналы управления на управляемые вентили регулирующего устройства 3 от блока 17 формирования импульсов с запаздыванием на угол у>0 (см. фиг.3б), то выпрямленное напряжение Ud определяется:

Ud=Ud0cosу.

В этом случае напряжение, подаваемое на обмотку статора двигателя 1, уменьшается, токи, протекающие через обмотку статора и ротора двигателя 1, уменьшатся, соответственно уменьшится электромагнитный момент двигателя.

Экспериментальные механические характеристики электропривода при регулировании угла управления у показаны на фиг.4. Линия 1 получена при у1=0, линия 2 получена при у2>0 и линия 3 получена при условии у3>у2.

Регулировочные механические характеристики электропривода при разомкнутой системе управления обеспечивают регулирование крутящего момента двигателя. Они благоприятны для крановых механизмов и других механизмов подъемно-транспортного назначения.

Таким образом, в предлагаемом электроприводе обеспечено регулирование механических характеристик и крутящего момента двигателя, при этом энергия скольжения двигателя из цепи обмотки ротора возвращается в цепь обмотки статора, что обеспечивает энергосбережение.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР № 1100705. Электропривод переменного тока. МКИ Н 02 Р 7/62. 30.06.84. Бюл. № 24.

2. Авторское свидетельство СССР № 1272463. Электропривод переменного тока. МКИ Н 02 Р 7/62. 23.11.86. Бюл. № 43. 



ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ


Электропривод переменного тока, содержащий асинхронный двигатель с фазным ротором, обмотка которого подключена ко входу диодного мостового выпрямителя, выходы которого соединены с обмоткой статора двигателя и питающей сетью через группы вентилей, отличающийся тем, что группы вентилей объединены в общее трехфазное регулирующее устройство, каждая фаза которого состоит из соединенных последовательно диода и двух управляемых вентилей, причем катод диода соединен с анодом первого управляемого вентиля, катод которого соединен с анодом второго управляемого вентиля, катоды вторых управляемых вентилей трех фаз регулирующего устройства соединены в общую точку, являющуюся его катодным выводом, аноды диодов трех фаз регулирующего устройства объединены в другую общую точку, являющуюся его анодным выводом, в каждой из трех фаз регулирующего устройства к общей точке соединения катода диода и анода первого управляемого вентиля подключена одна фаза питающей сети, а к общей точке соединения катода первого управляемого вентиля и анода второго управляемого вентиля подключена одна фазная обмотка статора двигателя, катодный вывод регулирующего устройства соединен с анодным выводом диодного мостового выпрямителя, катодный вывод которого соединен с первым выводом обмотки сглаживающего реактора, второй вывод которой соединен с анодным выводом регулирующего устройства, к выводам обмотки статора двигателя подключены параллельно три конденсатора, соединенных в треугольник, управляющие электроды каждого из управляемых вентилей регулирующего устройства подключены к соответствующим выходам блока формирования импульсов управления, аноды управляемых вентилей регулирующего устройства подключены к соответствующим выходам блока формирования импульсов управления, а трехфазный вход блока формирования импульсов управления соединен с питающей сетью.





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