RU2195068C1

RU2195068C1 - Ac drive

Info

Publication number: RU2195068C1
Application number: RU2001116271A
Authority: RU
Inventors: Е.Д. Лоскутов; И.В. Пеленков; И.Ю. Седова; В.С. Ядыкин
Original assignee: Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса
Priority date: 2001-06-13
Filing date: 2001-06-13
Publication date: 2002-12-20

Abstract

FIELD: electrical engineering; high-speed induction-motor drives. SUBSTANCE: ac drive has motor whose stator core slots accommodate stator windings integrated in three similar groups, three windings per group,; windings of one group are disposed in same slots and constitute one of phases; winding groups are spaced 120 electrical degrees apart; windings of one group are connected through switching members to phase voltage circuit of three-phase power supply and those of other groups are connected through other switching members to line voltage circuit of same power supply. Such connection ensures induction motor speed as high as up to 9000 rpm. EFFECT: enhanced torque of three-phase induction motor. 3 dwg

Description

Изобретение относится к электроприводу, в частности к электроприводу переменного тока повышенной частоты с асинхронными электродвигателями, и может использоваться в качестве силового электропривода машин и механизмов с частотой вращения рабочих органов до 9000 об/мин, например, высокоскоростные водяные насосы, центрифуги, вентиляторы 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 as a power electric drive of machines and mechanisms with a speed of working bodies up to 9000 rpm, for example, high-speed water pumps, centrifuges, fans, etc.

Известен частотно-управляемый электропривод переменного тока (1), содержащий трехфазный асинхронный электродвигатель, в пазах магнитопровода статора которого расположены две обмотки, первая из которых соединена в звезду и выводами через пазы встречно-параллельно включенных тиристоров подключена к фазам источника питания, с которыми соединены одни выводы второй обмотки электродвигателя и через пары встречно-параллельно включенных тиристоров другие выводы второй обмотки. Недостатком данного устройства является использование последней трети полупериода питающего напряжения для формирования результирующего однофазного напряжения, которое приводит к существенному снижению среднего значения напряжения на обмотках, что, при условии применения стандартных заготовок для изготовления сердечника статора, рассчитанных на стандартное напряжение 380/220 В, ведет к ухудшению механических характеристик двигателя. A frequency-controlled AC electric drive (1) is known, comprising a three-phase asynchronous electric motor, in the grooves of the stator magnetic circuit of which there are two windings, the first of which is connected to the star and the outputs through the grooves of the on-parallel connected thyristors are connected to the phases of the power source, to which some are connected the conclusions of the second winding of the electric motor and through the pairs of counter-parallel connected thyristors, the other conclusions of the second winding. The disadvantage of this device is the use of the last third of the half-cycle of the supply voltage for the formation of the resulting single-phase voltage, which leads to a significant decrease in the average voltage value on the windings, which, provided that standard workpieces are used for the manufacture of the stator core, designed for a standard voltage of 380/220 V, leads to deterioration of the mechanical characteristics of the engine.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа 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. Недостатком данного устройства является двухфазная система обмоток, расположенных под углом 90 градусов в пространстве, дающая в 1,5 раза меньшую, чем обычная трехфазная система, намагничивающую силу и, следовательно, меньший вращающий момент для данного сечения магнитопровода статора. The closest in technical essence to the claimed device is an alternating current electric drive (2) selected as a prototype, containing an electric motor, in the grooves of the stator magnetic circuit there are four windings, lock-on thyristors connected in parallel to each other are connected in series. The disadvantage of this device is a two-phase system of windings located at an angle of 90 degrees in space, which gives 1.5 times less than the usual three-phase system, the magnetizing force and, therefore, less torque for a given section of the stator magnetic circuit.

Целью данного изобретения является увеличение вращающего момента. The aim of this invention is to increase the torque.

Поставленная цель достигается тем, что электропривод переменного тока содержит электродвигатель с расположенными в пазах магнитопровода статора обмотками, которые составляют три одинаково исполненные группы из трех обмоток, расположенных в одних и тех же пазах, и сдвинутых друг относительно друга на 120 электрических градусов, и подключенных через ключевые элементы к фазному и линейному напряжению источника питания. This goal is achieved by the fact that the AC drive contains an electric motor with windings located in the grooves of the stator magnetic circuit, which comprise three equally executed groups of three windings located in the same grooves and offset from each other by 120 electrical degrees, and connected through key elements to the phase and linear voltage of the power source.

На фиг.1 изображена торцевая схема обмотки статора электродвигателя. На фиг.2 приведена принципиальная схема описываемого электропривода, а на фиг.3 - временные диаграммы напряжений в обмотках, 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 the voltage in the windings, explaining the principle of operation of the electric drive.

Электропривод переменного тока (фиг.2) содержит электродвигатель, в пазах магнитопровода статора которого находятся девять обмоток 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, объединенных в три группы по три обмотки в каждой группе. Обмотки 10,11,12 одной группы расположены в одних и тех же пазах и составляют одну фазу двигателя, обмотки 13, 14, 15 составляют вторую группу и также расположены в одних и тех же пазах и составляют вторую фазу двигателя и, соответственно, обмотки 16, 17, 18 - третью фазу двигателя. Обмотки 10, 11, 12 через ключевые элементы 1, 2, 3 подключены к фазам А, В и С трехфазного источника питания. Обмотки 13, 14, 15, 16, 17, 18 подключены через ключевые элементы 4, 5, 6, 7, 8, 9 к линейным напряжениям U_AB, U_BC и U_CA того же источника.The AC electric drive (Fig. 2) contains an electric motor, in the grooves of the stator magnetic circuit of which there are nine windings 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, combined into three groups of three windings in each group. The windings 10,11,12 of one group are located in the same grooves and make up one phase of the motor, the windings 13, 14, 15 make up the second group and are also located in the same grooves and make up the second phase of the motor and, accordingly, the windings 16 , 17, 18 - the third phase of the engine. Windings 10, 11, 12 through key elements 1, 2, 3 are connected to phases A, B and C of a three-phase power source. The windings 13, 14, 15, 16, 17, 18 are connected via key elements 4, 5, 6, 7, 8, 9 to the line voltages U _AB , U _BC and U _{CA of} the same source.

Электропривод работает следующим образом. В промежуток времени t₁-t₂ (фиг. 3) ключевой элемент 1 находится в открытом состоянии и по обмотке 10 протекает ток. В момент времени t₂ ключевой элемент 1 закрывается и открывается ключевой элемент 3 и ток протекает по обмотке 12. В момент времени t₃ ключевой элемент 3 закрывается и включается ключевой элемент 2, ток протекает по обмотке 11. В момент времени t₄ ключевой элемент 2 закрывается и включается ключевой элемент 1 и далее процесс повторится. Таким образом, посредством работы ключевых элементов 1, 2, 3 и обмоток 10, 11, 12 формируется напряжение одной из фаз электродвигателя, изменяющееся с частотой в три раза большей частоты напряжения источника питания. В момент времени t₇ включается ключевой элемент 6 и по обмотке 15 начинает протекать ток. В момент времени t₉ ключевой элемент 6 закрывается и открывается ключевой элемент 4 и по обмотке 13 начинает протекать ток. В момент времени t₁₁ ключевой элемент 4 закрывается и открывается ключевой элемент 5 и ток протекает по обмотке 14. В момент времени t₁₃ ключевой элемент 5 закрывается и открывается ключевой элемент 6 и процесс повторяется. Таким образом сформировалось напряжение второй фазы двигателя. Для формирования третьей фазы двигателя порядок работы обмоток следующий. В промежуток времени t₃-t₁₀ работает ключевой элемент 9 и обмотка 18, для промежутка времени t₁₀-t₁₂ работает ключевой элемент 7 и обмотка 16, для промежутка времени t₁₂-t₁₄ работает ключевой элемент 8 и обмотка 17, далее процесс повторяется. Таким образом в обмотках двигателя сформирована трехфазная симметричная система напряжения, с частотой в три раза большей частоты источника питания, за счет чего увеличивается вращающий момент двигателя по сравнению с прототипом.The electric drive operates as follows. In the period of time t ₁ -t ₂ (Fig. 3), the key element 1 is in the open state and current flows through the winding 10. At time t _2, key element 1 is closed and key element 3 is opened and current flows through winding 12. At time t _3, key element 3 is closed and key element 2 is turned on, current flows through winding 11. At time t _4, key element 2 key element 1 is closed and turned on, and then the process will be repeated. Thus, through the operation of key elements 1, 2, 3 and windings 10, 11, 12, the voltage of one of the phases of the electric motor is formed, changing with a frequency three times the frequency of the voltage of the power source. At time t _{7, the} key element 6 is turned on and a current begins to flow through the winding 15. At time t _{9, the} key element 6 closes and the key element 4 opens and a current begins to flow through the winding 13. At time t _11, key element 4 is closed and key element 5 is opened and current flows through winding 14. At time t _13, key element 5 is closed and key element 6 is opened and the process is repeated. Thus, the voltage of the second phase of the engine was formed. To form the third phase of the motor, the operating procedure of the windings is as follows. In the time interval t ₃ -t _{10 the} key element 9 and the winding 18 work, for the time t ₁₀ -t _{12 the} key element 7 and the winding 16 work, for the time t ₁₂ -t _{14 the} key element 8 and the winding 17 work, then the process repeated. Thus, a three-phase symmetric voltage system is formed in the motor windings, with a frequency of three times the frequency of the power source, which increases the motor torque in comparison with the prototype.

Источники информации
1. А.с. СССР 1494187, кл. Н 02 Р 5/40, 1989.Sources of information
1. A.S. USSR 1494187, class H 02 P 5/40, 1989.

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

Claims

An alternating current drive containing an electric motor with windings located in the grooves of the stator magnet drive, characterized in that the stator windings are combined in three windings into three equally executed groups of windings, the windings of one group are located in the same grooves and comprise one of the phases of the electric motor, while winding groups are shifted relative to each other by 120 el. hail. , the windings of one group are connected through key elements to the phase voltage of a three-phase power source, and the windings of two other groups through other key elements are connected to the line voltage of the same power source.