RU1775808C - Вентильный электропривод посто нного тока - Google Patents

Abstract

Использование: в электроприводах с питанием от сети переменного тока. Сущность: в пазы статора асинхронного двигател  с зубчатым статором, в которых уложена многофазна , соединенна  в многоугольник обмотка, уложена дополнительна  двухфазна  обмотка. Кажда  фаза дополнительной обмотки зашунтирована конденсатором. Конденсаторы компенсируют потребление из сети тока холостого хода, что приводит к увеличению мощности и КПД двигател ,2 ил.

Description

Изобретение относитс  к электроприводам , а точнее к вентильным электроприводам , получающим питание от сети посто нного тока низкого напр жени .

Известны вентильные электроприводы, содержащие синхронный или асинхронный электродвигатель и полупроводниковый коммутатор на неполностью управл емых ключевых элементах, например тиристорах. Недостатками этих конструкций  вл ютс  низкие КПД и надежность, значительные масса и габариты, обусловленные необходимостью введени  коммутирующих конденсаторов, значительными перенапр жени ми в ключевых элементах.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству  вл етс  электропривод, содержащий асинхронный электродвигатель с короткозамкнутым симметричным ротором и полупроводниковый коммутатор на полностью управл емых ключевых элементах, например транзисторах , подключенный своими выходами к вершинам соединенной в многоугольник обмотки статора. Привод прост по конструкции, но вследствие неперпендикул рности линии раздела токов в статоре и линии магнитного потока не обладает высоким КПД, имеет низкую надежность из-за значительных коммутационных перенапр жений в ключевых элементах

Целью изобретени   вл етс  повышение КПД и надежности электропривода.

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в вентильном электроприводе посто нного тока, содержащем асинхронный двигатель с зубчатым статором, в пазах которого уложена многофазна  обмотка с фазами соединенными в многоугольник, и короткозамкнутым симметричным ротором, полупроводниковый коммутатор, выполненный на полностью управл емых ключевых элементах, соединенных по многофазной мостовой схеме с входными выводами дл  подключени 

k/ t

Vl Х1

СЛ 00 О 00

к источнику посто нного тока и выходными выводами, соединенными с фазными выводами обмотки статора, согласно изобретению, в пазы статора уложена дополнительна  двухфазна  обмотка, кажда  фаза которой зашун- тирована соответствующим конденсатором, каждый конденсатор выполнен с величиной емкостного сопротивлени , равной величине реактивного сопротивлени  данной фазы дополнительной обмотки при номинальной частоте вращени .

Предлагаемые отличи  призваны обеспечить компенсацию тока холостого хода обмотки статора и за счет этого перпендикул рность линии раздела потребл емого тока статора и линии направлени  магнитного потока.

В технике известны решени , когда с помощью емкостного контура, выполн ющего функции коммутации ключевых элементов , компенсируют одновременно и намагничивающий ток двигател . Однако дл  обеспечени  надежной коммутации используют конденсаторы большой емкости, что обусловливает емкостной характер потребл емого тока. Лини  раздела токов в статоре не ориентируетс  в этом случае перпендикул рно оси вращающегос  магнитного пол  при коммутации обмоток. Более того, при трехфазном исполнении статора и несинусоидальном питании его обмоток от коммутатора имеет место скачкообразность во вращательном движении магнитного пол . В этих услови х достижение поставленных целей должно обеспечиватьс  трем  изменени ми в конструкции:

а)переходом к многофазной (с m 5,7,9...} обмотке статора, соедин емой многоугольником;

б)размещением на статоре дополнительной , лучше двухфазной, обмотки;

в)подключением каждой фазы этой дополнительной обмотки к конденсаторам, емкостные сопротивлени  которых на частоте переключени  коммутатора равны реактивным сопротивлени м фаз при номинальной скорости вращени .

Такое сочетание обеспечивает, во-первых , более равномерное вращение магнитного пол  и, следовательно, синусоидальность электромагнитных процессов в асинхронном двигателе, а, во-вторых, перпендикул рность линий раздела токов в статоре и магнитного потока. Все это обусловливает повышение КПД и надежности вентильного электропривода .

На фиг.1 дана электрическа  схема электропривода; на фиг.2 - векторна  диаграмма .

Привод содержит асинхронный двигатель 1 и коммутатор 2. Многофазна  (в данном случае п тифазна ) первична  обмотка 3-7 двигател  соединена в многоугольник,

который своими вершинами подключен к выходным зажимам коммутатора 2. Ротор 8 двигател  - короткозэмкнутый, например, полый, немагнитный. В пазах статора двигател  1 дополнительно уложена двухфазна 

0 обмотка 9. 10, имеюща  значительно большее число витков, чем первична  обмотка 3-7, но выполненна  из более тонкого провода . Число витков в фазах дополнительной обмотки рассчитываетс  таким образом,

5 чтобы на них оказалось повышенное напр жение , а их реактивные сопротивлени  соответствовали реактивным сопротивлени м выбранным по ГОСТ номиналам конденсаторов 11, 12, на которые замыкаетс  соот0 ветственно кажда  из фаз.

Коммутатор 2 собираетс  по мостовой схеме на управл емых ключевых элементах (транзисторах) 13-22.

Привод работает следующим образом.

5 Коммутатор периодически подключает диагонали многоугольника к сети посто нного тока. Например, в первый момент времени открыты транзисторы 17t 14, 22, т.е. вершина а многоугольника подключе0 на к + источника, а вершины с и d к -. В обмотках 3,4 и 7. 6 протекают токи, создающие магнитный поток определенного направлени ; обмотка 5 оказываетс  закороченной (в ней протекают коммутаци5 онные процессы). В следующий момен т времени транзистор 22 закроетс , а откроетс  транзистор 19 (транзисторы 14,17 остаютс  во включенном состо нии). К + источника окажутс  подключенными вершины а и

0 Ь, к - - вершина d. Фаза 3 окажетс  закороченной, а фазы 4, 5 и 7, 6 создадут магнитный поток, повернутый дл  изображенной п тифазной обмотки на 36°. Далее закроетс  транзистор 17, откроетс  транзи5 стор 16, т.е. в открытом состо нии будут находитьс  транзисторы 19, 14, 16, обеспечива  подключение вершины Ь к +, а вершин d и е к - источника. В фазе 3 коммутационные процессы закончены, на0 правление тока в ней изменилось на противоположное . Фаза 6 находитс  е коммутации. Фазы 4, 5 и 3, 7 создают магнитный поток, повернутый на 36° относительно предыдущего направлени . И так

5 далее. Магнитное поле с минимальной дискретностью начинает вращатьс , увлека  за собой ротор 8.

# Наличие в вентильном электроприводе емкостного контура, состо щего из дополнительной обмотки 9, 10, нагруженной каж

дои фазой на конденсатор 11,12. емкостное сопротивление которого равно реактивной составл ющей сопротивлени  фазы дополнительной обмотки, приводит к тому, что его ток Ic компенсирует потребление из сети тока холостого хода 10 статорной обмотки (фиг.2). В этих услови х лини  раздела токов в статорной обмотке двигател , совпадаю: ща  с линией прикладываемого к этой обмотке напр жени , и лини  направлени  магнитного потока, создаваемого обмоткой, оказываютс  взаимно перпендикул рными. При этом и наводима  этим потоком ЭДС, и активна  составл юща  Ui приложенного напр жени  источника посто нного тока оказываютс  наибольшими, следовательно, электромагнитна  мощность и КПД такого двигател  станов тс  максимально возможными . Ломимо сказанного коммутируемые фазы претерпевают наименьшее измене- ние потокосцеплени , отсюда коммутаци  получаетс  спокойной, ключевые элементы функционируют без перенапр жений в облегченных услови х, повышаетс  надежность привода.

Дополнительную обмотку рекомендуетс  выполн ть большим числом витков тонкого провода, что обеспечит ее значительное сопротивление и снизит габариты , массу конденсаторов.

Таким образом, предлагаемый привод обладает следующими технико-экономическими преимуществами:

- простота конструкции, небольшие габариты и масса, так как добавочный вес двух

0

5

0

5

5

0

конденсаторов в услови х миоговиткового исполнени  дополнительной обмотки оказываетс  небольшим;

-высокий КПД вследствие обеспечени  перпендикул рности линий раздела токов в статоре и магнитного потока:

-облегченные услови  функционировани  ключевых элементов.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Вентильный электропривод посто нного тока/ содержащий асинхронный двигатель с зубчатым статором, в пазах которого уложена многофазна  обмотка с фазами, соединенными в многоугольник, и коротко- замкнутым симметричным ротором, полупроводниковый коммутатор, выполненный на полностью управл емых ключевых элементах , соединенных по многофазной мостовой схеме С входными выводами дл  подключени  к источнику посто нного тока и выходными выводами, соединенными с фазными выводами обмотки статора, отличающийс  тем, что, с целью повышени  КПД и надежности, введены два конденсатора, а в пазы статора уложена дополнительна  двухфазна  обмотка, кажда  фаза которой зашунтировэна соответствующим конденсатором , каждый конденсатор выполнен с величиной емкостного сопротивлени , равной величине реактивного сопротивлени  данной фазы дополнительной обмотки при номинальной частоте вращени .

   Фиг. 1

   -Ј

   Ј

   Фиг. 2

   Ц

   Ј-4

   -s