ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ПРИВОД ПЕРЕМЕННОГО ТОКА


RU (11) 2085017 (13) C1

(51) 6 H02P7/36, H02P7/62 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 20.11.2007 - прекратил действие 

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

(21) Заявка: 93011383/07 
(22) Дата подачи заявки: 1993.03.23 
(45) Опубликовано: 1997.07.20 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: 1. Авторское свидетельство СССР N 758453, кл. H 02 P 5/28, 1980. 2. Чиженко И.М. и др. Основы преобразовательной техники. - М.: Высшая школа, 1974, рис. 14-4. 
(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: для привода тягового состава, металлорежущих станков и механизмов с широким диапазоном изменения частоты вращения. Сущность: в электроприводе переменного тока у асинхронного двигателя переменного тока с фазным ротором роторные обмотки замкнуты на звезду симисторов, одна статорная обмотка соединена с источником постоянного тока, а две другие, соединенные последовательно, через управляемый выпрямитель соединены с однофазной или трехфазной сетью переменного тока. При этом угол управления симисторами и вентилями управляемого выпрямителя выбирают из условия прерывистого тока в обмотке статора. 3 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к электротехнике, конкретно к управляемому электроприводу, и может быть использовано, в частности, для привода тягового состава, металлорежущих станков и механизмов с широким диапазоном изменения частоты вращения.

Известны схемы, где управление частотой вращения трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором осуществляется путем регулирования тока в роторных обмотках. Существуют каскадные и одномашинные электроприводы. Среди последних можно выделить две группы.

В первой из них /1/ обмотки ротора замыкаются на звезду резисторов, шунтированных симисторами. Регулирование тока производится изменением фазы отпирающих симисторы импульсов. Недостатком указанной группы являются потери в резисторах роторных цепей, соизмеримые с мощностью двигателя, и ограниченный снизу диапазон регулирования частоты вращения. Использование электроприводов этой группы возможно лишь при наличии трехфазной сети, что исключает их применение в электрической тяге и бытовой аппаратуре.

Во второй группе токи роторных обмоток, имеющие частоту скольжения, выпрямляются и инвертируются в сеть /2/. Известны и модификации электропривода, где используются инверторы с непосредственной связью. Регулирование частоты вращения двигателя осуществляется воздействием на фазу управляющих импульсов инвертора. Достоинством второй группы электроприводов по сравнению с первой является отсутствие роторных резисторов, а недостатком - наличие трансформаторов и дросселей в силовых цепях.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для регулирования скорости трехфазного асинхронного двигателя с фазным ротором /1/, в котором регулирование осуществляется с помощью симисторов, шунтирующих резисторы цепей ротора.

Наиболее существенным общим признаком изобретения и прототипа является включение симисторов в роторные цепи.

Технический результат, достигаемый изобретением, состоит в устранении резисторов из цепей ротора и связанных с ними потерь, возможности питания как от однофазной, так и от трехфазной сети, отсутствии трансформаторов и реактивных элементов в силовых цепях и в обеспечении работы при малых частотах вращения.

Поставленная задача достигается тем, что роторные обмотки двигателя замыкаются на звезду симисторов, работающих в режиме прерывистых токов, одна из статорных обмоток питается от выпрямителя постоянным током, а две другие статорные обмотки соединяются встречно последовательно и питаются от управляемого выпрямителя, связанного с однофазной или трехфазной сетью, либо непосредственно от однофазной сети.

К достоинствам заявляемого электропривода можно также отнести возможность его бесконтактного исполнения, в котором симисторы закрепляются на валу, а управляющие импульсы передаются на ротор магнитным или оптическим способом.

При рассмотрении принципа действия электропривода воспользуется схемой фиг. 2, где обмотки статора 1 и 3 фиг. 1, вектор намагничивающей силы которых сдвинут в пространстве на 90 электрических градусов по отношению к обмотке 2, замещены обмоткой 10 с тем же пространственным сдвигом, а управляемый выпрямитель 9 питается от однофазной сети.

На управляющие электроды симисторов 5-7 и тиристоров моста 9 одновременно поступают открывающие импульсы, сдвинутые на угол относительно моментов прохождения сети через нуль. Регулирование частоты вращения двигателя достигается изменением g в диапазоне, где токи ia, ib и ie имеют прерывистый характер. Интервал между импульсами в стационарном режиме при питании моста 9 от однофазной сети равен полупериоду, а при питании от трехфазной сети трети периода. Интервал между импульсами при питании обмоток 1-3 непосредственно от однофазной сети равен периоду. Положение ротора определяется углом q в электрических градусах между магнитными осями обмотки 10 и фазы "а" роторной обмотки.

Как вариант исполнения в составе заявляемого привода возможно применение двигателя, у которого встречно-последовательное соединение фаз 1 и 3 заменено одной обмоткой 10, магнитная ось которой сдвинута на 90 электрических градусов относительно оси обмотки 2, как это показано на фиг. 2. Управляемый выпрямитель 9 здесь выполнен по однофазной симметричной мостовой схеме, что соответствует подключению к однофазной сети /К=1/.

Работу привода рассмотрим для схемы, представленной на фиг. 2. В качестве симметричных ключей 5-7 взяты симисторы. Пуск и управление частотой вращения осуществляется путем синхронного изменения угла g отпирания тиристоров одного плеча выпрямителя 9 и симисторов 5-7 в диапазоне, в котором токи i1, i2, ib, ic обмоток 10 и 4 имеют прерывистый характер. Обмотка 2 питается постоянным током I2. Положение ротора определяется углом q в электрических градусах между магнитными осями обмотки 10 и фазы "а" обмотки 4.

Примем следующие допущения:

магнитная система машины линейна;

распределение индукции в воздушном зазоре, возбуждаемой током отдельной обмотки, имеет косинусоидальный характер.

Введем обозначения:

LL, LS1 индуктивность и индуктивность рассеивания обмотки 10;

L, LS индуктивность и индуктивность рассеивания фазы обмотки 4;

Mk1, Mk2 / k= a, b, c/, взаимоиндуктивности между фазами обмотки 4 и соответственно обмотками 10 и 2;

Mab, Mac, Mbc взаимоиндуктивности между фазами обмотки 4.

Для взаимоиндуктивностей справедливы соотношения:



Потокосцепления обмотки 10 и фазы "а" обмотки 4:





В выражении для a учтено, что ia+ib+ic=0

Произведем замену переменных

ia= idcos+iqsin (4)

Дифференциальные уравнения цепей обмотки 10 и фазы "а" обмотки 4:

P1+i1r1=Umsin<IMG SRC="http://www.fips.ru/chr/969.gif" ALIGN=ABSMIDDLE>t (5)

Pa+iar=0 (6)

где r1 и r сопротивления обмотки 10 и фазы обмотки 4;

Um, амплитуда и частота напряжения сети;

P оператор дифференцирования.

Уравнения для фаз "b" и c" обмотки 4 получаются при замене в /3/, /4/, /6/ ia на ib или ic и на 

После исключения из /3/-/6/ промежуточных переменных получаем систему дифференциальных уравнений для токов i1, id и iq:







которая решается при начальных условиях:

t = , i1=id=iq= 0 (10)

что соответствует закрытому состоянию вентилей в момент подачи отпирающего импульса.

Рассмотрим режим заторможенного ротора, когда q const. Из /9/ и /10/ следует, что в этом режиме iq=0.

После исключения из /7/ и /8/ i1 получаем дифференциальное уравнение для id:



Опустив малые параметры после деления /11/ на p получаем приближенное уравнение 1-ого порядка для тока id:



К аналогичному упрощению прибегают при расчете момента обычной асинхронной машины, когда пренебрегают намагничивающим током статорной обмотки.

Введем обозначения:



Тогда /12/ принимает вид:

(1+Tp)id=Idmsin t (14)

Аналогичным путем /7/ и /8/ преобразуются в приближенное уравнение для тока i1:

(1+Tp)i1=I1msin t (15)

где



а постоянная времени T выражается формулой /13/.

Из /14/ и /15/ следует, что в рассматриваемом режиме токи i1 и id пропорциональны:



Решение /14/ при начальных условиях /10/ имеет вид:



В момент t= токи id и i1 достигают нулевого значения и вентили в цепях обмоток 10 и 4 запираются. Согласно /18/



Условие прерывистости тока i1:

- (20)

Из /19/ следует, что при min=arctg T угол = min+ Допустимый диапазон управления лежит в пределах min < 

Мгновенные значения момента на валу ротора:



где геометрический угол поворота ротора,

Pn число пар полюсов.

Согласно /1/, /4/ и /21/:



Среднее за полупериод значение момента составляет:



Согласно /18, /22/ и /23/:



где:



При выводе /24/ было учтено уравнение /19/ границы режима.

Из уравнений /24/ им /19/ следует, что не зависит от положения ротора и целиком определяется углом-управления При угол =min+ и Если же



При вращении ротора с угловой скоростью на обмотках машины наводится э.д.с. вращения и уравнения токов /7/-/9/ принимают вид:



Анализ показывает, что при вращении ротора ток i1 и токи фазных обмоток достигают нулевого значения не одновременно. Будут существовать интервалы, в одном из которых один из фазных токов равен нулю, а в другом существует лишь ток i1. Указанные эффекты приводят к уменьшению момента с ростом частоты вращения 

Полученные выражения могут быть применены и при расчете схемы с асинхронным двигателем /фиг. 1/. При этом следует использовать следующие соотношения:

L1=3Lc, Ls1=2Lsc, L=Lp, Ls=Lsp,



Здесь индуктивность Lc и индуктивность рассеивания Lsc фазы статорной обмотки, индуктивность Lp и индуктивность рассеивания Lsp фазы роторной обмотки, амплитуда взаимоиндукции между фазами статора и ротора Mcp, сопротивления rc и rp фазы обмоток соответственно статора и ротора есть параметры асинхронного двигателя.

На фиг. 3 приведено семейство расчетных электромеханических характеристик для асинхронного двигателя типа MTF III-6. Характеристики построения в относительных единицах: и при и 1=11,7A

В качестве базисных величин приняты:

mб= 2Mocosmin; 

При питании от трехфазной сети (K=3) управляемый выпрямитель 9 выполняется по трехфазной мостовой симметричной схеме. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



Электрический привод переменного тока, содержащий асинхронный двигатель с фазным ротором, роторные обмотки которого замкнуты на звезду симисторов, отличающийся тем, что одна из статорных обмоток соединена с источником постоянного тока, а две другие статорные обмотки соединены последовательно и через управляемый выпрямитель подключены к однофазной или трехфазной сети, а угол открытия симисторов и вентилей управляемого выпрямителя выбран в диапазоне, где ток двух последовательно соединенных статорных обмоток имеет прерывистый характер.




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