СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО НАСОСА И ТРЕХФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ

СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО НАСОСА И ТРЕХФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ


RU (11) 2116517 (13) C1

(51) 6 F04D15/00, H02P7/46 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие 

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

(14) Дата публикации: 1998.07.27 
(21) Регистрационный номер заявки: 96118719/06 
(22) Дата подачи заявки: 1996.09.20 
(45) Опубликовано: 1998.07.27 
(56) Аналоги изобретения: 1. SU, авторское свидетельство, 1048173, кл. F 04 D 15/00, 1983. 2. SU, а вторское свидетельство, 1131012, кл. H 02 P 7/46, 1984. 
(71) Имя заявителя: Стрелков Владимир Иванович; Попелнуха Григорий Викторович 
(72) Имя изобретателя: Стрелков Владимир Иванович; Попелнуха Григорий Викторович 
(73) Имя патентообладателя: Стрелков Владимир Иванович; Попелнуха Григорий Викторович 

(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ СКОРОСТИ АСИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ ЦЕНТРОБЕЖНОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО НАСОСА И ТРЕХФАЗНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ 

Изобретение предназначено для управления скоростью двигателей центробежных гидравлических насосов. В способе регулирвоания скорости асинхронного двигателя формируют выпрямленное и отфильтрованное напряжение и с помощью инвертора преобразуют его в трехфазное для накачки двигателя. Частоту и последовательность переключений ключей инвертора задают с помощью стартовых импульсов блока управления, а также осуществляют периодическое шунтирование инвертора с помощью шунтирующего ключа. Широтно-импульсную модуляцию накачки двигателя осуществляют с помощью ключа накачки, включенного в цепь питания инвертора и коммутирующего по сигналам блока управления цепь питания инвертора синхронно с ключами инвертора, а шунтирование последнего осуществляют в паузах между включениями ключа накачки. 2 с. и 6 з.п. ф-лы, 2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к управлению гидравлическими центробежными погружными насосами и может быть использовано преимущественно в области добычи воды, нефти и иных сред с помощью глубинных и т.п. насосов.

Уровень техники в данной области характеризуется тем, что известен способ регулирования скорости асинхронного двигателя гидравлического насоса и трехфазный преобразователь напряжения, в которых управляют скоростью двигателя с помощью цепей обратной связи [1].

Недостатком известных способа и преобразователя является большая пульсация момента, передаваемого двигателем на насос.

Известен также способ регулирования скорости асинхронного двигателя, при котором формируют выпрямленное напряжение и с помощью инвертора преобразуют его в трехфазное для накачки двигателя, причем частоту и последовательность переключений ключей инвертора задают с помощью стартовых импульсов блока управления, а также осуществляют периодическое шунтирование инвертора с помощью шунтирующего ключа, замыкаемого на заданное время с частотой, кратной частоте на выходе инвертора. Известен трехфазный преобразователь напряжения, содержащий выпрямитель и блок управления, подключенные к управляемому шунтирующему ключу и включенному параллельно последнему инвертору, имеющему диоды и ключи и связанному с обмотками двигателя для его накачки.

Техническими недостатками известных способа и преобразователя являются узость диапазона применения, т.к. они не применены для двигателей с короткозамкнутым ротором, большая пульсация момента, передаваемого двигателем на вал центробежного погружного насоса с соответствующими колебаниями потока перекачиваемой (добываемой) среды, а также низкий cos , существенные помехи (гармоники), вносимые в сеть.

Технической задачей изобретения является расширение диапазона применения для использования двигателей как с короткозамкнутым, так и с фазным ротором, упрощение логики и уменьшение пульсаций момента, передаваемого двигателем на вал насоса, а также повышение cos до единицы и снижение помех (гармоник), вносимых в сеть.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе регулирования скорости асинхронного двигателя, при котором формируют выпрямленное напряжение и с помощью инвертора преобразуют его в трехфазное для накачки двигателя, причем частоту и последовательность переключений ключей инвертора задают с помощью стартовых импульсов блока управления, а также осуществляют периодическое шунтирование инвертора с помощью шунтирующего ключа. Замыкаемого на заданное время с частотой, кратной частоте на выходе инвертора, по сигналам блока управления, осуществляют фильтрацию напряжения и широтно-импульсную модуляцию накачки двигателя с помощью ключа накачки, включенного в цепь питания инвертора и коммутирующего по сигналам блока управления цепь питания синхронно с ключами инвертора, а шунтирование последнего осуществляют в паузах между включениями ключа накачки, обмотку двигателя при этом одновременно закорачивают диодами инвертора и шунтирующим ключом с обеспечением непрерывности тока, накопленного в индуктивностях этих обмоток. Кроме того, формируют выпрямленное напряжение с помощью неуправляемого выпрямителя, на вход которого подают сетевое напряжение, например, напряжение промысловой сети, формируют отфильтрованное напряжение с помощью фильтра при постоянном напряжении на его емкости, обеспечивают постоянство отношения эффективного линейного напряжения двигателя к частоте напряжения на выходе инвертора путем пропорционального увеличения длительности импульсов накачки, т.е. времени замыкания ключа накачки и частоты переключений ключей.

Сущность изобретения заключается также в том, что трехфазный преобразователь напряжения, содержащий выпрямитель напряжения и блок управления, подключенные к управляемому шунтирующему ключу и к включенному параллельно последнему инвертору, имеющему диоды и ключи и связанному с обмотками двигателя для его накачки, снабжен фильтром напряжения и включенным в цепь питания инвертора управляемым ключом накачки, связанным с блоком управления, а последний выполнен с возможностью формирования сигналов попеременного замыкания ключа накачки и шунтирующего ключа при замыкании и замыкании ключей инвертора соответственно, к выходам которого непосредственно подключены обмотки двигателя. Кроме того, выпрямитель подключен к промышленной сети, например, к промысловой сети, к выходам инвертора непосредственно подключены обмотки статора двигателя, а ротор выполнен короткозамкнутым и кинематически связан с валом гидравлического насоса с обеспечением постоянного передаваемого момента.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема трехфазного преобразователя напряжения; на фиг. 2 - схема преобразования с двигателем и насосом.

Преобразователь содержит выпрямитель 1, подключенный непосредственно к сети, например промысловой сети в районе нефтедобычи, фильтрующий дроссель 2, емкостной фильтр 3 напряжения, трансформатор 4 тока, блок 5 управления, управляемые шунтирующий ключ 6 и ключ 7 накачки, обратный диод 8, автономный инвертор 9, имеющий обратные диоды 10 - 15 и ключи 16 - 21. К выходам инвертора 9 непосредственно подключены обмотки статора двигателя 22, ротор которого выполнен, например, короткозамкнутым. Блок 5 подключен к ключам 6, 7 и выполнен с возможностью формирования сигналов попеременного замыкания ключа 7 накачки и шунтирующего ключа 6 при замыкании и размыкании ключей 16 - 21 инвертора 9 соответственно. Ключ 6 выполнен включенным параллельно инвертору 9. Ротор (не изображен) двигателя 11 кинематически связан с валом 23 гидравлического, например, центробежного насоса 24 (фиг. 2). На фиг. 2 преобразователь, представленный на фиг. 1, изображен как блок-схема 25, с которой связан блок 26 контроля текущих параметров, определяющих расход и давление перекачиваемой среды на выходе насоса 24. Линии управления изображения пунктирно, стрелками указаны управляемые элементы преобразователя.

Способ регулирования скорости асинхронного двигателя гидравлического насоса и работа трехфазного преобразователя напряжения осуществляются следующим образом.

Выпрямленное выпрямителем 1 сетевое напряжение снимается с емкостного фильтра 3 и подается на обмотки двигателя 22 через инвертор 9 и ключ 7. Ключи 16 - 21 инвертора 9 замыкаются по три в последовательности, задаваемой стартовыми импульсами блока 5, тем самым выпрямленное напряжение преобразуется в трехфазное, причем осуществляют широтно-импульсную модуляцию накачки двигателя 22 с помощью ключа 7, коммутирующего по сигналам блока 5 цепь питания синхронно с ключами 16 - 21, и периодическое шунтирование инвертора 9 с помощью ключа 6, замыкаемого на заданное время с частотой, кратной частоте на выходе инвертора 9, по сигналам блокам5 в паузах между включениями ключа 7, т.е. импульсами накачки двигателя 22, обмотки которого при этом одновременно закорачивают диодами 10 - 15 и ключом 6.

Последовательность работы ключей 16 - 21 можно разделить на два цикла:

цикл накачки, во время которого в обмотках двигателя 22 происходят восстановлением амплитуды и поворот вектора магнитной индукции Bm. При этом ключ 7 замкнут, ключ 6 разомкнут, одновременно замкнута какая-либо тройка из ключей 16 - 21,

цикл коммутации инвертора 9, при котором сохраняется без изменения направление токов в обмотках статора двигателя 22, инвертор 9 закорачивается ключом 6, а ключ 7 разомкнут. Токи в обмотке протекают через ту же ройку ключей (16 - 21) инвертора 9, которые были включены в цикле накачки, или обратные диоды 10 - 15, или ключ 6 в зависимости от режима работы двигателя 22.

В конце цикла коммутации ключ 6 размыкается как и ключи инвертора 9, включенные в предыдущем цикле накачки. Преобразователь (фиг. 1) переходит в новый цикл накачки, при котором замыкаются ключ 7 и другие три ключа (из 16 - 21) инвертора 9. Очередность и последовательность замыкания ключей 16 - 21 определяют направлением вращения двигателя 22. За время включения одной тройки ключей (16 - 21) может быть осуществлено несколько циклов накачки-коммутации с обеспечением непрерывности тока, накопленного в индуктивностях обмоток двигателя 22.

Так как выпрямитель 1 неуправляемый и напряжение фильтра 3 постоянно, т. е. Uф = Const, то время замыкания ключа 7 за один цикл накачки обратно пропорционально частоте циклов накачки и обеспечивается постоянство отношения эффективного линейного напряжения двигателя 22 к частоте D напряжения на выходе инвертор 9 за счет пропорционального увеличения длительности импульсов накачки ( накачки), т.е. . Этим обусловлено сохранение магнитных свойств железа двигателя 22 в линейном диапазоне. Поскольку вращающийся вектор магнитной индукции статора Bm создается током I намагничивания двигателя 22, величина которого определяется I намагничивания , где T - период изменения U линейного; ; к - коэффициент пропорциональности, имеет место



где

Lобм. - индуктивность обмоток двигателя 22, следовательно Bm = Const.

Тем самым отсутствие регулировки напряжения на фильтре 3 влечет за собой незначительность гармоник (помех), вносимых в сесть, сохранение cos = 1 и сравнительно небольшую емкость и стоимость фильтра 3, т.к. энергия A, накапливаемая на фильтре 3 составляет

,

где

Cф - емкость.

При этом выпрямитель 1 выполнен на неуправляемых диодах. В паузах между импульсами накачки передаваемой вращающий момент на вал 23 насоса 24 сохраняется, т. к. в это время обмотки статора двигателя 22 закорочены диодами 10 - 15 и ключом 6, причем ток, накопленный и индуктивностях обмоток статора, не прерывается и продолжает взаимодействовать с током короткозамкнутого ротора.

При скачкообразном изменении нагрузки на валу 23 насоса 24 обеспечивается практически мгновенное изменение вращающегося момента двигателя 22.

Предложенные способы и преобразователь могут применяться для управления двигателями как с фазным, так и с короткозамкнутым ротором. Поскольку парк последних гораздо больше, диапазон использования изобретения значительно шире, чем у известных технических решений.

Проведенные испытания опытных образцов подтвердили достижение указанного технического результата и правильность выбора принципиальной схемы. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ регулирования скорости асинхронного двигателя, при котором формируют выпрямленное напряжение и с помощью инвертора преобразуют его в трехфазное для накачки двигателя, причем частоту и последовательность переключений ключей инвертора задают с помощью стартовых импульсов блока управления, а также осуществляют периодическое шунтирование инвертора с помощью шунтирующего ключа, замыкаемого на заданное время с частотой, кратной частоте на выходе инвертора, по сигналам блока управления, отличающийся тем, что осуществляют фильтрацию напряжения и широтно-импульсную модуляцию накачки двигателя с помощью ключа накачки, включенного в цепь питания инвертора и коммутирующего по сигналам блока управления цепь питания синхронно с ключами инвертора, с шунтированием последнего осуществляют в паузах между включениями ключа накачки, обмотки двигателя при этом одновременно закорачивают диодами инвертора и шунтирующим ключом с обеспечением непрерывности тока, накопленного в индуктивностях этих обмоток.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что формируют выпрямленное напряжение с помощью неуправляемого выпрямителя, на вход которого подают сетевое напряжение, например напряжение промысловой сети.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что формируют отфильтрованное напряжение с помощью фильтра при постоянном напряжении на его емкости.

4. Способ по одному из пп.1 - 3, отличающийся тем, что обеспечивают постоянство отношения эффективного линейного напряжения двигателя к частоте напряжения на выходе инвертора путем пропорционального увеличения длительности импульсов накачки, т.е. времени замыкания ключа накачки и частоты переключений ключей.

5. Трехфазный преобразователь напряжения для регулирования скорости асинхронного двигателя, содержащий выпрямитель напряжения и блок управления, подключенные к управляемому шунтирующему ключу и к включенному параллельно последнему инвертору, имеющему диоды и ключи и связанному с обмотками двигателя для его накачки, отличающийся тем, что он снабжен фильтром напряжения и включенным в цепь питания инвертора управляемым ключом накачки, связанным с блоком управления, а последний выполнен с возможностью формирования сигналов попеременного замыкания ключа накачки и шунтирующего ключа при замыкании и размыкании ключей инвертора соответственно, к выходам которого непосредственно подключены обмотки двигателя.

6. Преобразователь по п.5, отличающийся тем, что выпрямитель подключен к промышленной сети, например к промысловой сети.

7. Преобразователь по п. 5 или 6, отличающийся тем, что к выходам инвертора непосредственно подключены обмотки статора двигателя, а ротор выполнен короткозамкнутым.

8. Преобразователь по одному из пп.5 - 7, отличающийся тем, что ротор двигателя кинематически связан с валом гидравлического насоса с обеспечением постоянного передаваемого момента.




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