RU2192091C1 - Direct-current drive - Google Patents

Direct-current drive Download PDF

Info

Publication number
RU2192091C1
RU2192091C1 RU2001116419A RU2001116419A RU2192091C1 RU 2192091 C1 RU2192091 C1 RU 2192091C1 RU 2001116419 A RU2001116419 A RU 2001116419A RU 2001116419 A RU2001116419 A RU 2001116419A RU 2192091 C1 RU2192091 C1 RU 2192091C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
windings
phase
pair
voltage
power supply
Prior art date
Application number
RU2001116419A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Е.Д. Лоскутов
А.В. Панков
А.В. Петров
В.С. Ядыкин
Original Assignee
Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса filed Critical Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса
Priority to RU2001116419A priority Critical patent/RU2192091C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2192091C1 publication Critical patent/RU2192091C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

FIELD: electrical engineering; high-speed induction motor drives. SUBSTANCE: ac drive has three-phase induction motor whose rotor speed is up to 12 000 rpm; its stator slots accommodate three groups of half-windings similar in design; half- windings related to same group are disposed in same slots and connected through transistor switches as follows: one pair of half-windings connected in parallel opposition is fed with phase voltage of power supply; other pair of half-windings connected in parallel opposition whose turn number is

Description

Изобретение относится к электроприводу, в частности к электроприводу переменного тока повышенной частоты с асинхронными электродвигателями, и может использоваться для привода машин и механизмов с частотой вращения рабочих органов до 12000 об/мин, например стригальных машин, центрифуг, электроинструмента и др. The invention relates to an electric drive, in particular to an alternating current electric drive of increased frequency with asynchronous electric motors, and can be used to drive machines and mechanisms with a speed of working bodies up to 12000 rpm, for example shearing machines, centrifuges, power tools, etc.

Известен умножитель частоты для питания высокоскоростных асинхронных электроприводов [1], позволяющих получить напряжение питания с частотой 200 Гц, выполненный на стержневом трансформаторе с использованием дополнительных обмоток подмагничивания постоянным током и обмотки самоподмагничивания токами четвертой гармоники, замкнутой на конденсатор. Недостатками этого устройства являются: довольно низкий к.п.д., значительная материалоемкость, большое количество управляемых полупроводниковых элементов. Известен также электропривод переменного тока [2] , содержащий электродвигатель, в пазах магнитопровода статора которого находятся четыре обмотки, последовательно к каждой из которых подключены встречно-параллельно соединенные запираемые тиристоры. Недостатками этого устройства являются: необходимость формирования управляющих импульсов обратной полярности, нужных для запирания тиристоров, что усложняет схему управления тиристорами; неравномерная загрузка фаз питающей сети; субгармонические составляющие намагничивающей силы, негативно влияющие на механическую характеристику электропривода. A known frequency multiplier for powering high-speed asynchronous electric drives [1], allowing to obtain a supply voltage with a frequency of 200 Hz, made on a rod transformer using additional DC magnetizing windings and self-magnetizing windings with fourth harmonic currents closed to the capacitor. The disadvantages of this device are: rather low efficiency, significant material consumption, a large number of controlled semiconductor elements. Also known is an AC electric drive [2], containing an electric motor, in the grooves of the stator magnetic circuit of which there are four windings, in turn connected to each other are counter-parallel connected lockable thyristors. The disadvantages of this device are: the need for the formation of control pulses of reverse polarity needed to lock the thyristors, which complicates the control circuit of the thyristors; uneven loading of the phases of the supply network; subharmonic components of the magnetizing force, negatively affecting the mechanical characteristics of the electric drive.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению и принятым авторами за прототип является электропривод переменного тока [3], содержащий трехфазный асинхронный электродвигатель, в пазах магнитопровода статора которого расположены две группы полуобмоток, полуобмотки каждой фазы обеих групп заложены в одни и те же пазы, полуобмотки одной группы включены в диагонали управляемых двухполупериодных выпрямительных мостов, подключенных к фазному напряжению источника питания, а полуобмотки второй группы имеют число витков в

Figure 00000004
раз больше числа витков в полуобмотках первой группы и включены в диагонали управляемых двухполупериодных выпрямительных мостов, подключенных к линейному напряжению источника питания, причем полярность подключения к напряжению источника питания полуобмоток первой группы противоположна полярности подключения полуобмоток второй группы, а угол включения управляемых вентилей управляемых двухполупериодных выпрямительных мостов больше π/2.
Недостатками этого устройства являются: использование только конечной части синусоиды питающего напряжения; частота вращения рабочих органов до 6000 об/мин.Closest to the proposed invention and adopted by the authors for the prototype is an AC electric drive [3], containing a three-phase asynchronous electric motor, in the grooves of the stator magnetic circuit of which there are two groups of half-windings, the half-windings of each phase of both groups are laid in the same grooves, the half-windings of one group are included in the diagonal of controlled half-wave rectifier bridges connected to the phase voltage of the power source, and the semi-windings of the second group have the number of turns in
Figure 00000004
times the number of turns in the semi-windings of the first group and are included in the diagonals of the controlled half-wave rectifier bridges connected to the linear voltage of the power source, the polarity of the connection to the voltage of the power supply of the semi-windings of the first group is opposite to the polarity of the connection of the semi-windings of the second group, and the angle of the controlled valves of the controlled half-wave rectifier bridges greater than π / 2.
The disadvantages of this device are: the use of only the final part of the sinusoid supply voltage; rotation frequency of working bodies up to 6000 rpm

Целью данного изобретения является увеличение частоты вращения ротора трехфазного асинхронного электродвигателя до 12000 об/мин, повышение коэффициента мощности электропривода за счет использования начальной и конечной части синусоиды питающего напряжения. The aim of this invention is to increase the rotational speed of the rotor of a three-phase asynchronous motor up to 12000 rpm, increase the power factor of the electric drive through the use of the initial and final parts of the sinusoid of the supply voltage.

Поставленная цель достигается тем, что электропривод переменного тока содержит трехфазный асинхронный электродвигатель, в пазах магнитопровода статора которого расположены группы полуобмоток, при этом полуобмотки составляют три одинаково исполненные группы, полуобмотки, принадлежащие одной группе, расположены в одних и тех же пазах и через транзисторные ключи подключены: одна пара встречно-параллельно включенных полуобмоток к фазному напряжению источника питания, другая пара встречно-параллельно включенных полуобмоток, имеющих число витков в

Figure 00000005
раз больше числа витков первой пары, к линейному напряжению источника питания, имеющему фазовый сдвиг по отношению к фазному напряжению на 90 электрических градусов.This goal is achieved by the fact that the AC drive contains a three-phase asynchronous motor, in the grooves of the stator magnetic core of which there are half-winding groups, while the half-windings are three equally executed groups, the half-windings belonging to one group are located in the same grooves and are connected through transistor switches : one pair of counter-parallel connected half-windings to the phase voltage of the power source, another pair of counter-parallel connected half-windings having Lo turns in
Figure 00000005
times the number of turns of the first pair, to the linear voltage of the power source having a phase shift with respect to the phase voltage of 90 electrical degrees.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием транзисторных ключей и на каждый полюс и фазу приходится четыре полуобмотки. Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию "новизна". Comparative analysis with the prototype shows that the inventive device is distinguished by the presence of transistor switches and that there are four half-windings for each pole and phase. Thus, the claimed device meets the criterion of "novelty."

Сравнение заявляемого решения с другими техническими устройствами показывает, что известно применение на статоре четырех обмоток, включенных встречно-параллельно к источнику питания [2], однако введение транзисторных ключей, в указанной связи, с полуобмотками статора электродвигателя в заявляемый электропривод позволяет формировать результирующую ЭДС учетверенной частоты по отношению к частоте источника питания, что позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия". Comparison of the proposed solution with other technical devices shows that it is known to use four windings on the stator that are connected in parallel to the power source [2], however, the introduction of transistor switches, in this connection, with the semi-windings of the electric motor stator in the inventive electric drive allows the formation of the resulting EMF of quadruple frequency in relation to the frequency of the power source, which allows us to conclude that the technical solution meets the criterion of "significant differences".

На фиг.1 изображена торцевая схема обмотки статора электродвигателя. На фиг.2 приведена принципиальная схема описываемого электропривода, а на фиг.3 - временные диаграммы напряжений и магнитных потоков, поясняющие принцип работы электропривода. Figure 1 shows the end circuit of the stator winding of the electric motor. Figure 2 shows a schematic diagram of the described electric drive, and figure 3 is a timing diagram of voltages and magnetic fluxes explaining the principle of operation of the electric drive.

Электропривод переменного тока (фиг.2) содержит асинхронный двигатель с короткозамкнугым ротором, в пазах статора которого находятся двенадцать полуобмоток (1-12) в виде трех групп полуобмоток. Первая группа полуобмоток включает в себя 1, 2, 7 и 8 полуобмотки, вторая группа включает в себя полуобмотки 3, 4, 9 и 10, третья группа - полуобмотки 5, 6, 11 и 12. Группы полуобмоток сдвинуты друг относительно друга на сто двадцать электрических градусов. Полуобмотки 1, 2 подключены через транзисторные ключи 13 и 14 к фазному напряжению UA, полуобмотки 3, 4 подключены через транзисторные ключи 15 и 16 к фазному напряжению UB, полуобмотки 5, 6 подключены через транзисторные ключи 17 и 18 к фазному напряжению UC. Полуобмотки 7, 8; 9, 10; 11, 12 подключены через транзисторные ключи 19, 20; 21, 22; 23, 24 к линейным напряжениям UBC, UCA, UAB соответственно. Число витков полуобмоток 7-12 в

Figure 00000006
раз больше, чем у полуобмоток 1-6.The AC electric drive (Fig. 2) contains an asynchronous motor with a short-circuited rotor, in the grooves of the stator of which there are twelve half-windings (1-12) in the form of three groups of half-windings. The first group of half-windings includes 1, 2, 7 and 8 half-windings, the second group includes half-windings 3, 4, 9 and 10, the third group - half-windings 5, 6, 11 and 12. The groups of half-windings are shifted relative to each other by one hundred and twenty electrical degrees. Half windings 1, 2 are connected through transistor switches 13 and 14 to phase voltage U A , half windings 3, 4 are connected through transistor switches 15 and 16 to phase voltage U B , half windings 5, 6 are connected through transistor switches 17 and 18 to phase voltage U C . Half-windings 7, 8; 9, 10; 11, 12 are connected through transistor switches 19, 20; 21, 22; 23, 24 to the line voltages U BC , U CA , U AB, respectively. The number of turns of semi-windings 7-12 in
Figure 00000006
times more than semi-windings 1-6.

Принцип работы электропривода можно рассмотреть на примере работы одной группы полуобмоток, содержащей полуобмотки 1, 2, 7, 9 и транзисторные ключи 13, 14, 19, 20 (фиг.3). The principle of operation of the electric drive can be considered by the example of the operation of one group of half-windings containing half-windings 1, 2, 7, 9 and transistor switches 13, 14, 19, 20 (Fig. 3).

На интервале времени 0 - t1 управляющее напряжение Uупр13 подается на транзисторный ключ 13, транзистор открыт и по полуобмотке 1 протекает ток. В момент времени t1 транзистор в транзисторном ключе 13 закрывается, напряжение управления Uупр19 подается на транзисторный ключ 19 и ток в интервале t1 - t2 протекает по полуобмотке 7. В момент времени t2 закрывается транзисторный ключ 19, напряжение управления Uупр14 открывает транзисторный ключ 14, в интервале времени t2 - t3 ток протекает по полуобмотке 2, но магнитный поток, создаваемый полуобмоткой 2, направлен встречно относительно магнитного потока, создаваемого полуобмоткой 1. В момент времени t3 транзисторный ключ 14 закрывается и напряжением Uупр20 открывается транзисторный ключ 20, ток в интервале времени t3 - t4 протекает по полуобмотке 8, магнитный поток направлен встречно магнитному потоку полуобмотки 7. В момент времени t4 транзисторный ключ 20 закрывается и напряжением Uупр13 открывается транзисторный ключ 13, ток течет по полуобмотке 1. Далее процесс повторяется.In the time interval 0 - t 1, the control voltage U upr13 is supplied to the transistor switch 13, the transistor is open and a current flows through the half-winding 1. At time t 1, the transistor in the transistor switch 13 closes, the control voltage U control 19 is supplied to the transistor switch 19 and the current in the interval t 1 - t 2 flows through the semi-winding 7. At time t 2 the transistor switch 19 closes, the control voltage U control 14 opens transistor switch 14, in the time interval t 2 - t 3, the current flows through the semi-winding 2, but the magnetic flux generated by the semi-winding 2 is directed counter to the magnetic flux created by the semi-winding 1. At time t 3, the transistor switch 14 is closed and the voltage m U upr20 opens the transistor switch 20, the current in the time interval t 3 - t 4 flows through the semi-winding 8, the magnetic flux is directed counter to the magnetic flux of the semi-winding 7. At time t 4 the transistor switch 20 closes and the voltage U upr13 opens the transistor switch 13, current flows through the semi-winding 1. The process then repeats.

Результирующий магнитный поток Ф в магнитопроводе имеет частоту 200 Гц. При исполнении статора асинхронного двигателя с одной парой полюсов, получаем частоту вращения ротора до 12000 об/мин. The resulting magnetic flux f in the magnetic circuit has a frequency of 200 Hz. When executing a stator of an induction motor with one pair of poles, we obtain a rotor speed of up to 12,000 rpm.

Преимуществами предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом являются: увеличение частоты вращения ротора до 12000 об/мин, повышение коэффициента мощности за счет использования начальной и конечной части синусоиды питающего напряжения. The advantages of the invention in comparison with the prototype are: an increase in the rotor speed to 12000 rpm, an increase in power factor due to the use of the initial and final parts of the sinusoid of the supply voltage.

Источники информации
1. А.с. СССР 1069095, кл. Н 02 М 5/16, 1984.
Sources of information
1. A.S. USSR 1069095, class H 02 M 5/16, 1984.

2. Пат. РФ 2111606, кл. Н 02 Р 5/40, 1998. 2. Pat. RF 2111606, class H 02 P 5/40, 1998.

3. Заявка на изобретение 2000102959/09 (002868), Н 02 Р 5/40, Н 02 К 47/22, 2000 /прототип/. 3. Application for invention 2000102959/09 (002868), Н 02 Р 5/40, Н 02 К 47/22, 2000 / prototype /.

Claims (1)

Электропривод переменного тока, содержащий трехфазный асинхронный электродвигатель, в пазах магнитопровода статора которого расположены группы полуобмоток, отличающийся тем, что полуобмотки составляют три одинаково исполненные группы и полуобмотки, принадлежащие одной группе, расположены в одних и тех же пазах и через транзисторные ключи подключены: одна пара встречно-параллельно включенных полуобмоток к фазному напряжению источника питания, другая пара встречно-параллельно включенных полуобмоток, имеющих число витков в
Figure 00000007
раз больше числа витков первой пары, к линейному напряжению источника питания, имеющему фазовый сдвиг по отношению к фазному напряжению на 90 электрических градусов.
An AC drive containing a three-phase asynchronous motor, in the grooves of the stator magnetic circuit of which there are half-winding groups, characterized in that the half-windings are three equally executed groups and half-windings belonging to the same group, are located in the same grooves and are connected through transistor switches: one pair counter-parallel connected semi-windings to the phase voltage of the power source, another pair of counter-parallel connected semi-windings having a number of turns in
Figure 00000007
times the number of turns of the first pair, to the linear voltage of the power source having a phase shift with respect to the phase voltage of 90 electrical degrees.
RU2001116419A 2001-06-13 2001-06-13 Direct-current drive RU2192091C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001116419A RU2192091C1 (en) 2001-06-13 2001-06-13 Direct-current drive

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2001116419A RU2192091C1 (en) 2001-06-13 2001-06-13 Direct-current drive

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2192091C1 true RU2192091C1 (en) 2002-10-27

Family

ID=20250758

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2001116419A RU2192091C1 (en) 2001-06-13 2001-06-13 Direct-current drive

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2192091C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011002334A1 (en) * 2009-06-30 2011-01-06 Закрытое Акционерное Общество "Технология Смп" Method for increasing the operating efficiency of asynchronous short-circuited electric machines, and an asynchronous short-circuited electric machine (variants)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011002334A1 (en) * 2009-06-30 2011-01-06 Закрытое Акционерное Общество "Технология Смп" Method for increasing the operating efficiency of asynchronous short-circuited electric machines, and an asynchronous short-circuited electric machine (variants)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101154022B1 (en) Electric Motor
Gopakumar et al. Split-phase induction motor operation from PWM voltage source inverter
US20090302787A1 (en) Induction and switched reluctance motor
Zulu et al. Topologies for wound-field three-phase segmented-rotor flux-switching machines
CN112910123B (en) Rotor magnetic pole modulation type induction hybrid excitation brushless motor and power generation system
KR20060091354A (en) Speed changeable motor
EP0868771A1 (en) Variable reluctance motor systems
Lipo Advanced Motor Technologies: Converter Fed Machines (CFMs)
RU2192091C1 (en) Direct-current drive
KR20030039945A (en) Alternators Magnetic Circuit Using Revolving Current
JP2762100B2 (en) Electric motor device
RU2231910C1 (en) Alternating-current drive
RU2168842C1 (en) Ac drive
RU2279173C2 (en) Inductor engine (variants)
US5717586A (en) Single winding power converter
RU2195068C1 (en) Ac drive
US20240022196A1 (en) Electric machine with magnetic flux modulated at high frequency
JP4692707B2 (en) Electric motor
JPH09135545A (en) Electric motor
RU2111606C1 (en) Ac drive
SU1603515A1 (en) A.c. electric drive
SU790087A1 (en) Frequency doubler
Nonaka et al. A new brushless half-speed synchronous motor with q-axis squirrel-cage damper winding driven by voltage source inverter
Tomasini et al. Active Stator Variable Speed Drive: 120 kW DC-fed demonstrator
JP2644333B2 (en) DC no commutator motor