ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ
НОВЫЕ ПАТЕНТЫ, ЗАЯВКИ НА ПАТЕНТ
БИБЛИОТЕКА ПАТЕНТОВ НА ИЗОБРЕТЕНИЯ

электрический привод переменного тока

Классы МПК:
Автор(ы):,
Патентообладатель(и):Львов Евгений Львович,
Фомченков Владимир Петрович
Приоритеты:
подача заявки:
1992-01-27
публикация патента:

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.

Рисунки к патенту РФ 2025037

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

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; Uэлектрический привод переменного тока, патент № 2025037 - сигнал на выходах устройства управления; электрический привод переменного тока, патент № 2025037 - угол фазового регулирования; iа,в,с,р - переменные токи обмоток; Iо - постоянный ток роторной обмотки второй машины; а1112, в2, с212 - 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:

электрический привод переменного тока, патент № 2025037= Lэлектрический привод переменного тока, патент № 2025037 ia- электрический привод переменного тока, патент № 2025037 cosэлектрический привод переменного тока, патент № 2025037

электрический привод переменного тока, патент № 2025037= Lэлектрический привод переменного тока, патент № 2025037 iв- электрический привод переменного тока, патент № 2025037 cos(электрический привод переменного тока, патент № 2025037-2/3)электрический привод переменного тока, патент № 2025037

электрический привод переменного тока, патент № 2025037= Lэлектрический привод переменного тока, патент № 2025037 ic- электрический привод переменного тока, патент № 2025037 cos(электрический привод переменного тока, патент № 2025037+2/3)электрический привод переменного тока, патент № 2025037

электрический привод переменного тока, патент № 2025037= электрический привод переменного тока, патент № 2025037 - iacosэлектрический привод переменного тока, патент № 2025037 - iвcos(электрический привод переменного тока, патент № 2025037-2/3) - iccos(электрический привод переменного тока, патент № 2025037+2электрический привод переменного тока, патент № 2025037/3)электрический привод переменного тока, патент № 2025037

электрический привод переменного тока, патент № 2025037= Lэлектрический привод переменного тока, патент № 2025037 ia+ электрический привод переменного тока, патент № 2025037 sinэлектрический привод переменного тока, патент № 2025037

электрический привод переменного тока, патент № 2025037= Lэлектрический привод переменного тока, патент № 2025037 iв+ электрический привод переменного тока, патент № 2025037 sin(электрический привод переменного тока, патент № 2025037-2электрический привод переменного тока, патент № 2025037/3)электрический привод переменного тока, патент № 2025037 (1)

электрический привод переменного тока, патент № 2025037= Lэлектрический привод переменного тока, патент № 2025037 ic+ электрический привод переменного тока, патент № 2025037 sin(электрический привод переменного тока, патент № 2025037+2электрический привод переменного тока, патент № 2025037/3)электрический привод переменного тока, патент № 2025037

электрический привод переменного тока, патент № 2025037= электрический привод переменного тока, патент № 2025037 + iasinэлектрический привод переменного тока, патент № 2025037 + iвsin(электрический привод переменного тока, патент № 2025037-2электрический привод переменного тока, патент № 2025037/3) + icsin(электрический привод переменного тока, патент № 2025037+2электрический привод переменного тока, патент № 2025037/3)электрический привод переменного тока, патент № 2025037

m2= Jo электрический привод переменного тока, патент № 2025037 = электрический привод переменного тока, патент № 2025037 Jo(iacosэлектрический привод переменного тока, патент № 2025037+bcos(электрический привод переменного тока, патент № 2025037-2электрический привод переменного тока, патент № 2025037/3)+iэлектрический привод переменного тока, патент № 2025037cos(электрический привод переменного тока, патент № 2025037+2электрический привод переменного тока, патент № 2025037/3)) ,

m1= -ip электрический привод переменного тока, патент № 2025037 = электрический привод переменного тока, патент № 2025037 ip(iasinэлектрический привод переменного тока, патент № 2025037+iвsin(электрический привод переменного тока, патент № 2025037-2электрический привод переменного тока, патент № 2025037/3)+iэлектрический привод переменного тока, патент № 2025037sin(электрический привод переменного тока, патент № 2025037+2электрический привод переменного тока, патент № 2025037/3)) , где L - индуктивность одной фазы статорной обмотки;

n = электрический привод переменного тока, патент № 2025037 - коэффициент трансформации между статорной и роторной обмотками при совпадении их осей;

электрический привод переменного тока, патент № 2025037 - 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 электрический привод переменного тока, патент № 2025037 , либо cos электрический привод переменного тока, патент № 2025037 , 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:

электрический привод переменного тока, патент № 2025037 - электрический привод переменного тока, патент № 2025037 = 0 , l = a, в, c (2)

электрический привод переменного тока, патент № 2025037 = Umsinэлектрический привод переменного тока, патент № 2025037t где электрический привод переменного тока, патент № 2025037 , Um - частота и амплитуда напряжения сети Uс.

Решение дифференциальных уравнений (2) с учетом (1) для электрический привод переменного тока, патент № 2025037 =const и начальных условий электрический привод переменного тока, патент № 2025037 t=электрический привод переменного тока, патент № 2025037 , iр=iа=iв=iс=0, что соответствует закрытому состоянию тиристоров выпрямителя 3 и симисторов 5-7 в момент подачи импульса отпирания, составляет:

ia = электрический привод переменного тока, патент № 2025037 ipcosэлектрический привод переменного тока, патент № 2025037

iв = электрический привод переменного тока, патент № 2025037 ipcos (электрический привод переменного тока, патент № 2025037-2электрический привод переменного тока, патент № 2025037/3)

ic = электрический привод переменного тока, патент № 2025037 ipcos (электрический привод переменного тока, патент № 2025037+2электрический привод переменного тока, патент № 2025037/3) (3)

ip = электрический привод переменного тока, патент № 2025037 (cosэлектрический привод переменного тока, патент № 2025037-cosэлектрический привод переменного тока, патент № 2025037t)

Запирание ключей происходит естественным образом по достижении токами обмоток нулевого значения, при этом электрический привод переменного тока, патент № 2025037 t=2 электрический привод переменного тока, патент № 2025037-электрический привод переменного тока, патент № 2025037 .

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= электрический привод переменного тока, патент № 2025037 (cosэлектрический привод переменного тока, патент № 2025037-cosэлектрический привод переменного тока, патент № 2025037t).

Результирующий момент, таким образом, в режиме заторможенного ротора не зависит от угла электрический привод переменного тока, патент № 2025037 и имеет пульсирующий характер с ненулевым средним значением, определяемым на интервале существования токов как

электрический привод переменного тока, патент № 2025037 = электрический привод переменного тока, патент № 2025037 электрический привод переменного тока, патент № 2025037mdэлектрический привод переменного тока, патент № 2025037t = электрический привод переменного тока, патент № 2025037 [(электрический привод переменного тока, патент № 2025037-электрический привод переменного тока, патент № 2025037)cosэлектрический привод переменного тока, патент № 2025037+sinэлектрический привод переменного тока, патент № 2025037] (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 электрический привод переменного тока, патент № 2025037 до электрический привод переменного тока, патент № 2025037/2 в первом полупериоде и от 2электрический привод переменного тока, патент № 2025037 до 3 электрический привод переменного тока, патент № 2025037 /2 во втором полупериоде. Максимальное значение пускового момента достигается согласно (4) при электрический привод переменного тока, патент № 2025037 = электрический привод переменного тока, патент № 2025037/2:

электрический привод переменного тока, патент № 2025037 = электрический привод переменного тока, патент № 2025037 .

По мере увеличения частоты вращения ротора электрический привод переменного тока, патент № 2025037 = электрический привод переменного тока, патент № 2025037 от нулевой в токах появляются дополнительные составляющие, обусловленные ЭДС вращения:

электрический привод переменного тока, патент № 2025037ia = - электрический привод переменного тока, патент № 2025037 (sinэлектрический привод переменного тока, патент № 2025037-sinэлектрический привод переменного тока, патент № 2025037электрический привод переменного тока, патент № 2025037)

электрический привод переменного тока, патент № 2025037iв = - электрический привод переменного тока, патент № 2025037 (sin(электрический привод переменного тока, патент № 2025037-2электрический привод переменного тока, патент № 2025037/3)-sin(электрический привод переменного тока, патент № 2025037электрический привод переменного тока, патент № 2025037-2электрический привод переменного тока, патент № 2025037/3))

электрический привод переменного тока, патент № 2025037ic = - электрический привод переменного тока, патент № 2025037 (sin(электрический привод переменного тока, патент № 2025037+2электрический привод переменного тока, патент № 2025037/3)-sin(электрический привод переменного тока, патент № 2025037электрический привод переменного тока, патент № 2025037+2электрический привод переменного тока, патент № 2025037/3))

электрический привод переменного тока, патент № 2025037ip = Josin(электрический привод переменного тока, патент № 2025037-электрический привод переменного тока, патент № 2025037электрический привод переменного тока, патент № 2025037) , что приводит к уменьшению момента с роcтом электрический привод переменного тока, патент № 2025037 . Здесь электрический привод переменного тока, патент № 2025037 - текущий угол сдвига, а электрический привод переменного тока, патент № 2025037электрический привод переменного тока, патент № 2025037 - 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 электрический привод переменного тока, патент № 2025037 в относительных единицах,

электрический привод переменного тока, патент № 2025037 = электрический привод переменного тока, патент № 2025037, электрический привод переменного тока, патент № 2025037* = электрический привод переменного тока, патент № 2025037 и Jo = электрический привод переменного тока, патент № 2025037

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 электрический привод переменного тока, патент № 2025037 /2, и 16, осуществляющее сдвиг на 3 электрический привод переменного тока, патент № 2025037/2. 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 электрический привод переменного тока, патент № 2025037 /3 электрический привод переменного тока, патент № 2025037электрический привод переменного тока, патент № 2025037<электрический привод переменного тока, патент № 2025037 , а углы управления тиристорами фаз "в" и "с" сдвинуты соответственно на 2электрический привод переменного тока, патент № 2025037 /3 и 4электрический привод переменного тока, патент № 2025037 /3. Управляющие импульсы на симисторы подаются в моменты электрический привод переменного тока, патент № 2025037 ,электрический привод переменного тока, патент № 2025037 +2 электрический привод переменного тока, патент № 2025037 /3 и электрический привод переменного тока, патент № 2025037 +4 электрический привод переменного тока, патент № 2025037 /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.

Патентный поиск по классам МПК-8:


Наверх