RU2728283C1 - Electric drive with asynchronous motor - Google Patents
Electric drive with asynchronous motor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2728283C1 RU2728283C1 RU2019135411A RU2019135411A RU2728283C1 RU 2728283 C1 RU2728283 C1 RU 2728283C1 RU 2019135411 A RU2019135411 A RU 2019135411A RU 2019135411 A RU2019135411 A RU 2019135411A RU 2728283 C1 RU2728283 C1 RU 2728283C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- source
- asynchronous motor
- inputs
- voltage inverter
- output
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K11/00—Structural association of dynamo-electric machines with electric components or with devices for shielding, monitoring or protection
- H02K11/30—Structural association with control circuits or drive circuits
- H02K11/33—Drive circuits, e.g. power electronics
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
- H02P25/16—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
- H02P25/22—Multiple windings; Windings for more than three phases
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике и предназначено для преобразования электрической энергии в механическую вращательную энергию, в частности для приведения в движение подвижного состава железных дорог.The invention relates to electrical engineering and is intended to convert electrical energy into mechanical rotational energy, in particular for driving the rolling stock of railways.
Общеизвестно, что электроприводы с асинхронным двигателем предназначены для приведения во вращение или движение различных механизмов и оборудования.It is well known that electric drives with an asynchronous motor are designed to rotate or move various mechanisms and equipment.
Известные электроприводы с асинхронным двигателем обладают высокой надежностью, вследствие высокой надежности и простоты обслуживания асинхронных двигателей. Однако при работе они потребляют значительную мощность на преобразование электрической энергии в механическую.Known electric drives with an asynchronous motor have high reliability due to the high reliability and ease of maintenance of asynchronous motors. However, during operation, they consume significant power to convert electrical energy into mechanical energy.
Известен электропривод с асинхронным двигателем, принцип работы которого основан на преобразовании электрической энергии во вращательную механическую энергию [Вольдек, А.И. Электрические машины. Машины переменного тока [Текст]: Учебник для вузов / А.И. Вольдек, В.В. Попов. - СПб.: Питер, 2010. - 350 с.: ил. - С. 134-135].Known electric drive with an asynchronous motor, the principle of operation of which is based on the conversion of electrical energy into rotational mechanical energy [Voldek, A.I. Electric cars. AC machines [Text]: Textbook for universities / A.I. Voldek, V.V. Popov. - SPb .: Peter, 2010 .-- 350 p .: ill. - S. 134-135].
Электропривод с асинхронным двигателем содержит источник электрической энергии, трехполюсный контактор, асинхронный двигатель и нагрузку. Асинхронный двигатель имеет трехфазную обмотку, соединенную звездой, которая располагается в соответствующих группах пазов, и ротор. Выводы трехфазной обмотки являются входами двигателя, а ротор асинхронного двигателя - его выходом. Выход двигателя соединен с нагрузкой.An electric drive with an asynchronous motor contains a source of electrical energy, a three-pole contactor, an asynchronous motor and a load. The asynchronous motor has a three-phase winding connected by a star, which is located in the corresponding groups of grooves, and a rotor. The terminals of the three-phase winding are the inputs of the motor, and the rotor of the induction motor is its output. The motor output is connected to the load.
Источник электрической энергии содержит три выхода, которые соединены с одноименными тремя входами трехполюсного контактора, выходы которого соединены с одноименными входами двигателя.The source of electrical energy contains three outputs, which are connected to the same three inputs of a three-pole contactor, the outputs of which are connected to the same inputs of the motor.
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
Источник электрической энергии создает переменное трехфазное напряжение, которое поступает на вход трехполюсного контактора. При срабатывании трехполюсного контактора он пропускает ток через свои выводы, и на двигатель подается трехфазное переменное напряжение, вырабатываемое источником электрической энергии. Трехфазное переменное напряжение, приложенное к трехфазной обмотке асинхронного двигателя создает в ней переменный трехфазный ток. Протекая по трехфазной обмотке двигателя переменный трехфазный ток генерирует вращающееся магнитное поле, которое создает на роторе электромагнитный момент и приводит его во вращение. Механическая энергия от ротора асинхронного двигателя передается в нагрузку, где полезно расходуется.The source of electrical energy creates an alternating three-phase voltage, which is fed to the input of a three-pole contactor. When a three-pole contactor is triggered, it passes current through its terminals, and a three-phase alternating voltage generated by a source of electrical energy is supplied to the motor. A three-phase alternating voltage applied to a three-phase winding of an induction motor creates an alternating three-phase current in it. Flowing through the three-phase winding of the motor, the alternating three-phase current generates a rotating magnetic field, which creates an electromagnetic moment on the rotor and drives it into rotation. Mechanical energy from the rotor of an asynchronous motor is transferred to the load, where it is usefully consumed.
В момент пуска асинхронного двигателя его обмотки обладают низким электрическим сопротивлением, в результате чего увеличивается ток в трехфазной обмотке и возрастают дополнительные потери мощности, что снижает объем энергии, передаваемой от источника напряжения в нагрузку. После разгона до номинальных скоростей, сопротивление обмоток возрастает и дополнительные потери мощности снижаются до приемлемого уровня.At the time of starting an induction motor, its windings have a low electrical resistance, as a result of which the current in the three-phase winding increases and additional power losses increase, which reduces the amount of energy transferred from the voltage source to the load. After acceleration to rated speeds, winding resistance increases and additional power losses are reduced to an acceptable level.
Достоинство известного электропривода с асинхронным двигателем заключается в его надежности, обусловленной простотой его конструкции.The advantage of the known electric drive with an asynchronous motor lies in its reliability due to the simplicity of its design.
Недостаток известного электропривода с асинхронным двигателем заключается в его низкой энергоэффективности при пуске двигателя, вследствие возрастания дополнительных потерь мощности, вызванных увеличением тока в трехфазной обмотке, что снижает объем энергии, передаваемой от источника напряжения в нагрузку.The disadvantage of the known electric drive with an asynchronous motor is its low energy efficiency when starting the motor, due to an increase in additional power losses caused by an increase in current in the three-phase winding, which reduces the amount of energy transferred from the voltage source to the load.
Наиболее близким к заявляемому решению по совокупности существенных признаков и достигаемому результату является электропривод с асинхронным двигателем, принцип работы которого основан на преобразовании электрической энергии во вращательную механическую энергию [Емельянов А.А., Бесклеткин В.В., Авдеев А С, Чернов М.В., Киряков Г.А., Габзалилов Э.Ф. Моделирование системы АИН ШИМ - асинхронный двигатель с переменными в неподвижной системе координат αβ [Текст] // Молодой ученый. - 2015. - №20. - С. 5-16. - URL https://moluch.ru/archive/100/22630/].The closest to the claimed solution in terms of the combination of essential features and the achieved result is an electric drive with an asynchronous motor, the principle of operation of which is based on the conversion of electrical energy into rotational mechanical energy [AA Emelyanov, VV Beskletkin, AS Avdeev, M. Chernov V., Kiryakov G.A., Gabzalilov E.F. Modeling the AIN PWM system - an asynchronous motor with variables in a fixed coordinate system αβ [Text] // Young scientist. - 2015. - No. 20. - S. 5-16. - URL https://moluch.ru/archive/100/22630/].
Электропривод с асинхронным двигателем содержит систему управления, автономный инвертор напряжения, источник электрической энергии, асинхронный двигатель и нагрузку.An electric drive with an induction motor contains a control system, an autonomous voltage inverter, a source of electrical energy, an induction motor and a load.
Система управления содержит три источника задающих сигналов и один источник опорного сигнала. Выходы источников задающих сигналов и источника опорного сигнала являются выходами системы управления.The control system contains three sources of reference signals and one source of a reference signal. The outputs of the sources of the reference signals and the source of the reference signal are outputs of the control system.
Автономный инвертор напряжения представляет собой статический преобразователь электрической энергии на электронных ключах и имеет четыре управляющих входа, один вход для питания и три силовых вывода. Управляющие входы автономного инвертора напряжения соединены с одноименными выходами системы управления, вход для питания соединен с источником напряжения, а выводы выходного напряжения соединены с входами асинхронного двигателя. Вход для питания автономного инвертора напряжения соединен с выходом источника электрической энергии.The stand-alone voltage inverter is a static converter of electrical energy on electronic keys and has four control inputs, one input for power supply and three power outputs. The control inputs of the autonomous voltage inverter are connected to the outputs of the same name of the control system, the input for power supply is connected to the voltage source, and the outputs of the output voltage are connected to the inputs of the asynchronous motor. The input for power supply of the autonomous voltage inverter is connected to the output of the electric power source.
Асинхронный двигатель имеет трехфазную обмотку, соединенную звездой, которая располагается в соответствующих группах пазов, и ротор. Выводы трехфазной обмотки являются входами асинхронного двигателя, а ротор асинхронного двигателя - его выходом.The asynchronous motor has a three-phase winding connected by a star, which is located in the corresponding groups of grooves, and a rotor. The terminals of the three-phase winding are the inputs of the asynchronous motor, and the rotor of the asynchronous motor is its output.
Силовые выводы автономного инвертора напряжения соединены с входами асинхронного двигателя. Выход асинхронного двигателя соединен с нагрузкой.Power outputs of the autonomous voltage inverter are connected to the inputs of the induction motor. The output of the induction motor is connected to the load.
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
Источник электрической энергии создает постоянное напряжение, которое передается на автономный инвертор напряжения.The source of electrical energy creates a constant voltage that is transmitted to a stand-alone voltage inverter.
В системе управления источники задающих сигналов создают синусоидальные сигналы одинаковой частоты, образующие симметричную систему, где фаза каждого сигнала на 120 градусов отстает от предыдущего сигнала, и на 120 градусов опережает следующий сигнал. Источник опорного сигнала создает переменный пилообразный сигнал, частота которого больше частоты источников задающих сигналов. Эти сигналы поступают в автономный инвертор напряжения, где определяют открытие и закрытие его электронных ключей.In a control system, the signal sources create sinusoidal signals of the same frequency, forming a symmetrical system, where the phase of each signal is 120 degrees behind the previous signal and 120 degrees ahead of the next signal. The reference signal generates a variable ramp signal with a frequency greater than the frequency of the reference signal sources. These signals go to the autonomous voltage inverter, where they determine the opening and closing of its electronic keys.
Автономный инвертор напряжения преобразует постоянное напряжение источника электрической энергии в квазисинусоидальное переменное напряжение, которое создает на своих силовых выводах. Преобразование напряжения производится по принципу широтно-импульсной модуляции и определяется параметрами сигналов, вырабатываемых системой управления.A stand-alone voltage inverter converts the DC voltage of an electrical power source into a quasi-sinusoidal AC voltage, which it creates at its power terminals. The voltage conversion is carried out according to the principle of pulse-width modulation and is determined by the parameters of the signals generated by the control system.
Создаваемое автономным инвертором квазисинусоидальное переменное напряжение, приложенное к трехфазной обмотке асинхронного двигателя, создает в ней переменный трехфазный ток. Протекая по трехфазной обмотке двигателя переменный трехфазный ток генерирует вращающееся магнитное поле, которое создает на роторе электромагнитный момент и приводит его во вращение. Механическая энергия от ротора асинхронного двигателя передается в нагрузку, где полезно расходуется.A quasi-sinusoidal alternating voltage created by an autonomous inverter, applied to a three-phase winding of an asynchronous motor, creates an alternating three-phase current in it. Flowing through the three-phase winding of the motor, the alternating three-phase current generates a rotating magnetic field, which creates an electromagnetic moment on the rotor and drives it into rotation. The mechanical energy from the rotor of the induction motor is transferred to the load, where it is usefully consumed.
В момент пуска асинхронного двигателя система управления создает такие сигналы, благодаря которым напряжение на выходе автономного инвертора напряжения имеет пониженную частоту и амплитуду. Благодаря этому снижается ток в трехфазной обмотке асинхронного двигателя, вследствие чего снижаются дополнительные потери мощности при его пуске.At the moment of starting the asynchronous motor, the control system creates such signals, due to which the voltage at the output of the autonomous voltage inverter has a reduced frequency and amplitude. Due to this, the current in the three-phase winding of the asynchronous motor is reduced, as a result of which additional power losses during start-up are reduced.
Поскольку напряжение, подаваемое на трехфазную отмотку асинхронного двигателя, является квазисинусоидальным, то ток в этой обмотке содержит высокочастотные пульсации, частота которых, в основном, определяется частотой пилообразного сигнала от источника опорного напряжения. Высокочастотные пульсации тока вызывают высокочастотные пульсации магнитного поля в асинхронном двигателе, являющиеся источником дополнительных потерь мощности. Из-за наличия дополнительных потерь мощности снижается объем энергии, передаваемой от источника напряжения в нагрузку.Since the voltage applied to the three-phase winding of the induction motor is quasi-sinusoidal, the current in this winding contains high-frequency ripples, the frequency of which is mainly determined by the frequency of the sawtooth signal from the reference voltage source. High-frequency current ripples cause high-frequency pulsations of the magnetic field in the induction motor, which are a source of additional power losses. Due to the presence of additional power losses, the amount of energy transferred from the voltage source to the load is reduced.
Достоинство известного электропривода с асинхронным двигателем заключается в его повышенной энергоэффективности при пуске двигателя, обусловленной снижением дополнительных потерь мощности благодаря снижению амплитуды и частоты напряжения на входах асинхронного двигателя.The advantage of the known electric drive with an asynchronous motor lies in its increased energy efficiency when starting the motor, due to a decrease in additional power losses due to a decrease in the amplitude and frequency of the voltage at the inputs of the asynchronous motor.
Однако энергоэффективность известного электропривода с асинхронным двигателем остается недостаточной. Это обусловлено наличием дополнительных потерь мощности, вызываемых высокочастотными пульсациями магнитного поля в асинхронном двигателе.However, the energy efficiency of the known induction motor drive remains insufficient. This is due to the presence of additional power losses caused by high-frequency pulsations of the magnetic field in the induction motor.
Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в разработке электропривода с асинхронным двигателем, повышающего энергоэффективность за счет снижения дополнительных потерь мощности, вызываемых высокочастотными пульсациями магнитного поля в асинхронном двигателе.The problem to be solved by the invention is to develop an electric drive with an asynchronous motor, which increases energy efficiency by reducing additional power losses caused by high-frequency pulsations of the magnetic field in the asynchronous motor.
Для решения поставленной задачи в электроприводе с асинхронным двигателем, содержащем систему управления, содержащую три источника задающих сигналов и один источник опорного сигнала, которые являются ее выходами, автономный инвертор напряжения, который имеет четыре управляющих входа, один вход для питания и три силовых вывода, асинхронный двигатель, который имеет трехфазную обмотку, соединенную звездой, которая располагается в соответствующих группах пазов и образует его три входа, и ротор, который является его выходом, источник электрической энергии и нагрузку, при этом выходы системы управления соединены с управляющими входами автономного инвертора напряжения, выход источника электрической энергии соединен с входом для питания автономного инвертора напряжения, силовые выводы которого соединены с входами асинхронного двигателя, выход которого соединен с нагрузкой, дополнительно введен второй автономный инвертор напряжения, в систему управления дополнительно введен элемент задержки, вход которого соединен с выходом источника опорного сигнала, а выход является пятым выходом системы управления, в асинхронный двигатель дополнительно введена вторая трехфазная обмотка, входы которой являются его четвертым, пятым и шестым входами, при этом первый, второй, третий и пятый выходы системы управления соединены с управляющими входами второго автономного инвертора напряжения, выход источника электрической энергии соединен с входом для питания второго автономного инвертора напряжения, силовые выводы которого соединены с четвертым, пятым и шестым входами асинхронного двигателя, кроме того одноименные фазы двух трехфазных обмоток асинхронного двигателя укладываются в одни группы пазов и имеют идентичную структуру.To solve the problem in an electric drive with an asynchronous motor, containing a control system containing three sources of reference signals and one source of a reference signal, which are its outputs, an autonomous voltage inverter, which has four control inputs, one input for power supply and three power outputs, asynchronous a motor that has a three-phase winding connected by a star, which is located in the corresponding groups of grooves and forms its three inputs, and a rotor, which is its output, a source of electrical energy and a load, while the outputs of the control system are connected to the control inputs of an autonomous voltage inverter, output the source of electrical energy is connected to the input for powering the autonomous voltage inverter, the power outputs of which are connected to the inputs of the asynchronous motor, the output of which is connected to the load, a second autonomous voltage inverter is additionally introduced, a delay element is additionally introduced into the control system, input One of which is connected to the output of the reference signal source, and the output is the fifth output of the control system, a second three-phase winding is additionally introduced into the asynchronous motor, the inputs of which are its fourth, fifth and sixth inputs, while the first, second, third and fifth outputs of the control system are connected with the control inputs of the second autonomous voltage inverter, the output of the electrical energy source is connected to the input for powering the second autonomous voltage inverter, the power outputs of which are connected to the fourth, fifth and sixth inputs of the induction motor, in addition, the phases of the same name of two three-phase windings of the induction motor are placed in the same groups of grooves and have an identical structure.
Совокупность существенных признаков заявляемого решения отличается от совокупности существенных признаков прототипа введением второго автономного инвертора напряжения, элемента задержки в систему управления и второй трехфазной обмотки в асинхронный двигатель, при этом входы второй трехфазной обмотки асинхронного двигателя являются его четвертым, пятым и шестым входами, вход элемента задержки соединен с выходом источника опорного сигнала, а его выход является пятым выходом системы управления, в управляющие входы второго автономного инвертора напряжения поступают сигналы от первого, второго, третьего и пятого выходов системы управления, а выход источника электрической энергии соединен с входом для питания второго автономного инвертора напряжения, силовые выводы которого соединены с четвертым, пятым и шестым входами асинхронного двигателя, кроме того одноименные фазы двух трехфазных обмоток асинхронного двигателя укладываются в одни группы пазов и имеют идентичную структуру.The set of essential features of the proposed solution differs from the set of essential features of the prototype by the introduction of a second autonomous voltage inverter, a delay element into the control system and a second three-phase winding into an asynchronous motor, while the inputs of the second three-phase winding of an induction motor are its fourth, fifth and sixth inputs, the input of a delay element is connected to the output of the reference signal source, and its output is the fifth output of the control system, signals from the first, second, third and fifth outputs of the control system arrive at the control inputs of the second autonomous voltage inverter, and the output of the electric power source is connected to the input for powering the second autonomous inverter voltage, the power leads of which are connected to the fourth, fifth and sixth inputs of the induction motor, in addition, the phases of the same name of two three-phase windings of the induction motor fit into the same groups of slots and have an identical structure.
Наличие в совокупности существенных признаков заявляемого решения существенных отличительных признаков свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности «новизна».The presence in the aggregate of essential features of the proposed solution of essential distinctive features indicates the compliance of the proposed solution with the criterion of patentability of "novelty".
Дополнительное введение в устройство второго автономного инвертора напряжения, элемента задержки в систему управления и второй трехфазной обмотки в асинхронный двигатель с образованием новых взаимосвязей между ними и другими элементами приводит к повышению энергоэффективности за счет снижения дополнительных потерь мощности, вызываемых высокочастотными пульсациями магнитного поля в асинхронном двигателе.Additional introduction into the device of a second autonomous voltage inverter, a delay element in the control system and a second three-phase winding in an asynchronous motor with the formation of new interconnections between them and other elements leads to an increase in energy efficiency by reducing additional power losses caused by high-frequency pulsations of the magnetic field in the induction motor.
Это обусловлено тем, что на первый автономный инвертор напряжения пилообразный сигнал от источника опорного напряжения поступает напрямую, а на второй автономный инвертор напряжения - с задержкой в половину периода, благодаря элементу задержки, в результате чего высокочастотные пульсации тока в первой трехфазной обмотке асинхронного двигателя будут находиться в противофазе с высокочастотными пульсациями тока во второй трехфазной обмотке асинхронного двигателя. В следствие этого высокочастотные пульсации магнитного поля от обоих обмоток будут направлены встречно, благодаря чему будут компенсировать друг друга. За счет этого суммарные высокочастотные пульсации магнитного поля будут незначительными, что снизит дополнительные потери мощности в асинхронном двигателе и увеличит относительный объем энергии, передаваемой от источника электрической энергии в нагрузку.This is due to the fact that the sawtooth signal from the reference voltage source goes directly to the first autonomous voltage inverter, and to the second autonomous voltage inverter - with a half-period delay, thanks to the delay element, as a result of which high-frequency current ripples in the first three-phase winding of the induction motor will be in antiphase with high-frequency ripple current in the second three-phase winding of the induction motor. As a result, high-frequency pulsations of the magnetic field from both windings will be directed oppositely, due to which they will compensate each other. Due to this, the total high-frequency pulsations of the magnetic field will be insignificant, which will reduce additional power losses in the induction motor and increase the relative amount of energy transferred from the source of electrical energy to the load.
Причинно-следственная связь «введение второго автономного инвертора напряжения, элемента задержки в систему управления и второй трехфазной обмотки в асинхронный двигатель с образованием новых взаимосвязей между ними приводит к повышении энергоэффективности за счет снижения дополнительных потерь мощности в асинхронном двигателе и увеличении относительного объема энергии, передаваемой от источника электрической энергии в нагрузку» не обнаружена в уровне техники и явным образом не следует из него, что свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности «изобретательский уровень».A causal relationship “the introduction of a second autonomous voltage inverter, a delay element in the control system and a second three-phase winding in an asynchronous motor with the formation of new relationships between them leads to an increase in energy efficiency by reducing additional power losses in the asynchronous motor and an increase in the relative amount of energy transmitted from source of electrical energy into the load "is not found in the prior art and does not explicitly follow from it, which indicates the compliance of the proposed solution with the patentability criterion" inventive step ".
Наличие новой причинно-следственной связи «отличительные существенные признаки - новый результат» свидетельствует о соответствии заявляемого решения критерию патентоспособности изобретения «изобретательский уровень».The presence of a new causal relationship "distinctive essential features - a new result" testifies to the compliance of the proposed solution with the criterion of patentability of the invention "inventive step".
Электропривод с асинхронным двигателем представлен на фигурах, подтверждающих его работоспособность и «промышленную применимость».An electric drive with an asynchronous motor is shown in the figures confirming its operability and "industrial applicability".
На фиг. 1 представлена схема электропривода с асинхронным двигателем.FIG. 1 shows a diagram of an electric drive with an asynchronous motor.
На фиг. 2 представлены осциллограммы тока в первых фазах трехфазных обмоток асинхронного двигателя.FIG. 2 shows oscillograms of the current in the first phases of the three-phase windings of an induction motor.
Электропривод с асинхронным двигателем основан на преобразовании электрической энергии во вращательную механическую энергию.An electric drive with an asynchronous motor is based on the conversion of electrical energy into rotational mechanical energy.
Электропривод с асинхронным двигателем содержит систему управления 1, два автономных инвертора напряжения 5 и 6, источник электрической энергии 7, асинхронный двигатель 8 и нагрузку 17.An electric drive with an asynchronous motor contains a
Система управления 1 содержит три источника задающих сигналов 2, один источник опорного сигнала 3 и элемент задержки 4. Выходы трех источников задающих сигналов 2 являются первым, вторым и третьим выходами системы управления 1, выход источника опорного сигнала 3 является ее четвертым выходом, а выход элемента задержки 4 - ее пятым выходом. Выход источника опорного сигнала 3 также соединен с входом элемента задержки 4.
Первый 5 и второй 6 автономные инверторы напряжения являются статическими преобразователями электрической энергии на электронных ключах и имеют по четыре управляющих входа, по одному входу для питания и по три силовых вывода. Управляющие входы первого автономного инвертора напряжения 5 соединены с первым, вторым, третьим и четвертым выходами системы управления 1, а управляющие входы второго автономного инвертора напряжения 6 соединены с первым, вторым, третьим и пятым выходами системы управления 1.The first 5 and the second 6 autonomous voltage inverters are static converters of electrical energy on electronic keys and have four control inputs, one power input and three power outputs. The control inputs of the first
Входы для питания первого 5 и второго 6 автономных инверторов напряжения соединены с выходом источника электрической энергии 7.The inputs for powering the first 5 and second 6 autonomous voltage inverters are connected to the output of the
Асинхронный двигатель 8 имеет две трехфазных обмотки, соединенных звездой, которые располагаются в соответствующих группах пазов 9, и ротор 16. При этом первая фаза 10 первой обмотки является первым входом асинхронного двигателя 8, вторая фаза 11 первой обмотки - его вторым входом, третья фаза 12 первой обмотки - его третьим входом, первая фаза 13 второй обмотки - его четвертым входом, вторая фаза 14 второй обмотки - его пятым входом, а третья фаза 13 второй обмотки - его шестым входом. Одноименные фазы 10 и 13, 11 и 14, 12 и 15 двух трехфазных обмоток укладываются в одни группы пазов 9 и имеют идентичную структуру. Ротор 16 является выходом асинхронного двигателя 8.The
Силовые выводы первого автономного инвертора напряжения 5 соединены с первым, вторым и третьим входами асинхронного двигателя 8, а силовые выводы второго автономного инвертора напряжения 6 соединены с четвертым, пятым и шестым входами асинхронного двигателя 8.The power outputs of the first
Выход асинхронного двигателя 8 соединен с нагрузкой 17.The output of the
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
Источник электрической энергии 7 создает постоянное напряжение, которое передается на первый 5 и второй 6 автономные инверторы напряжения.The source of
В системе управления 1 источники задающих сигналов 2 создают синусоидальные сигналы одинаковой частоты, образующие симметричную систему, где фаза каждого сигнала на 120 градусов отстает от предыдущего сигнала, и на 120 градусов опережает следующий сигнал. Источник опорного сигнала 3 создает переменный пилообразный сигнал, частота которого больше частоты источников задающих сигналов 2. Элемент задержки 4 преобразует пилообразный сигнал от источника опорного сигнала 3 путем его задержки во времени на величину, равную половине периода этого сигнала.In the
Сигналы с выходов системы управления 1 поступают в первый 5 и второй 6 автономные инверторы напряжения, где определяют открытие и закрытие их электронных ключей.The signals from the outputs of the
Первый 5 и второй 6 автономные инверторы напряжения являются идентичными и преобразуют постоянное напряжение источника электрической энергии 7 в квазисинусоидальное переменное напряжение, которое создают на своих силовых выводах. Преобразование напряжения производится по принципу широтно-импульсной модуляции и определяется параметрами сигналов, вырабатываемых системой управления 1.The first 5 and second 6 autonomous voltage inverters are identical and convert the direct voltage of the
Создаваемое автономными инверторами напряжения 5 и 6 квазисинусоидальное переменное напряжение, приложенное к соответствующей трехфазной обмотке асинхронного двигателя 8, создает в ней переменный трехфазный ток. Протекая по каждой трехфазной обмотке асинхронного двигателя 8, переменный трехфазный ток генерирует вращающееся магнитное поле, которое создает на роторе 16 электромагнитный момент и приводит его во вращение. Механическая энергия от ротора асинхронного двигателя 16 передается в нагрузку 17, где полезно расходуется.The quasi-sinusoidal alternating voltage created by
В момент пуска асинхронного двигателя 8 система управления 1 создает такие сигналы, благодаря которым напряжение на выходе автономных инверторов напряжения 5 и 6 имеет пониженную частоту и амплитуду. Благодаря этому снижается ток в трехфазных обмотках асинхронного двигателя 8, вследствие чего снижаются дополнительные потери мощности при его пуске.At the moment of starting the
Поскольку напряжение, подаваемое на трехфазные обмотки асинхронного двигателя 8, является квазисинусоидальным, то ток в этих обмотках содержит высокочастотные пульсации, частота которых, в основном, определяется частотой пилообразного сигнала от источника опорного напряжения 3. Высокочастотные пульсации тока вызывают высокочастотные пульсации магнитного поля в асинхронном двигателе 8, являющиеся источником дополнительных потерь мощности. Поскольку на первый автономный инвертор напряжения 5 пилообразный сигнал от источника опорного напряжения 3 поступает напрямую, а на второй автономный инвертор напряжения 6 - с задержкой в половину периода, благодаря элементу задержки 4, то высокочастотные пульсации тока в первой трехфазной обмотке асинхронного двигателя 8 будут находиться в противофазе с высокочастотными пульсациями тока во второй трехфазной обмотке асинхронного двигателя 8. В результате высокочастотные пульсации магнитного поля от обоих обмоток будут направлены встречно, благодаря чему будут компенсировать друг друга. Вследствие этого суммарные высокочастотные пульсации магнитного поля будут незначительными, что снизит дополнительные потери мощности в асинхронном двигателе 8 и увеличит относительный объем энергии, передаваемой от источника электрической энергии 7 в нагрузку 17. Это свидетельствует о небольшом потреблении энергии электроприводом с асинхронным двигателем и, как следствие, высокой энергоэффективности.Since the voltage applied to the three-phase windings of the
В лабораториях кафедры «Транспорт железных дорог» ДВГУПС проводилось математическое моделирование заявляемого устройства и прототипа, которое показало, что кпд заявляемого электропривода с асинхронным двигателем выше на 0,6%-1,3% по сравнению с прототипом, при различных режимах регулирования.In the laboratories of the Department of Railway Transport, Far Eastern State Transport University, mathematical modeling of the claimed device and prototype was carried out, which showed that the efficiency of the claimed electric drive with an asynchronous motor is 0.6% -1.3% higher compared to the prototype, with different control modes.
Использование заявляемого устройства повышает его энергоэффективность за счет снижения дополнительных потерь мощности в асинхронном двигателе, благодаря взаимной компенсации пульсаций магнитного поля от двух трехфазных обмоток.The use of the proposed device increases its energy efficiency by reducing additional power losses in the induction motor, due to mutual compensation of pulsations of the magnetic field from two three-phase windings.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019135411A RU2728283C1 (en) | 2019-11-05 | 2019-11-05 | Electric drive with asynchronous motor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019135411A RU2728283C1 (en) | 2019-11-05 | 2019-11-05 | Electric drive with asynchronous motor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2728283C1 true RU2728283C1 (en) | 2020-07-29 |
Family
ID=72085720
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019135411A RU2728283C1 (en) | 2019-11-05 | 2019-11-05 | Electric drive with asynchronous motor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2728283C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB920259A (en) * | 1959-06-30 | 1963-03-06 | Max Teissie Solier | A control and automatic speed regulation system for an asynchronous electric induction motor |
| SU1753574A1 (en) * | 1989-08-14 | 1992-08-07 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Проектно-Конструкторский И Технологический Институт Взрывозащищенного И Рудничного Электрооборудования | Ac electric motor drive |
| RU2092962C1 (en) * | 1990-09-21 | 1997-10-10 | Виталий Александрович Фокин | Ac drive |
| RU2193814C2 (en) * | 1997-03-19 | 2002-11-27 | Хитачи Лтд. | Control gear and method for controlling induction motor |
| RU2338315C1 (en) * | 2007-04-18 | 2008-11-10 | Александр Борисович Матюнин | Method for asynchronous motors control by compensating magnetic field technique |
-
2019
- 2019-11-05 RU RU2019135411A patent/RU2728283C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB920259A (en) * | 1959-06-30 | 1963-03-06 | Max Teissie Solier | A control and automatic speed regulation system for an asynchronous electric induction motor |
| SU1753574A1 (en) * | 1989-08-14 | 1992-08-07 | Всесоюзный Научно-Исследовательский Проектно-Конструкторский И Технологический Институт Взрывозащищенного И Рудничного Электрооборудования | Ac electric motor drive |
| RU2092962C1 (en) * | 1990-09-21 | 1997-10-10 | Виталий Александрович Фокин | Ac drive |
| RU2193814C2 (en) * | 1997-03-19 | 2002-11-27 | Хитачи Лтд. | Control gear and method for controlling induction motor |
| RU2338315C1 (en) * | 2007-04-18 | 2008-11-10 | Александр Борисович Матюнин | Method for asynchronous motors control by compensating magnetic field technique |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6631080B2 (en) | Systems and methods for boosting DC link voltage in turbine generators | |
| Pramanick et al. | Low-order harmonic suppression for open-end winding IM with dodecagonal space vector using a single DC-link supply | |
| US10483899B2 (en) | Modulation scheme for multiphase machines | |
| Bharti et al. | V/f control of three phase induction motor | |
| Pramanick et al. | A harmonic suppression scheme for full speed range of a two-level inverter fed induction motor drive using switched capacitive filter | |
| US4467262A (en) | Polyphase motor drive system with balanced modulation | |
| US4306182A (en) | Polyphase motor drive system with balanced modulation | |
| Reddy et al. | Performance enhancement of PPMIM drives by using three 3-Phase four-leg inverters | |
| JP3758059B2 (en) | Synchronous motor drive control device | |
| Xu et al. | Low switching frequency SPWM strategies for open-winding machine with low current harmonics | |
| JP2888068B2 (en) | Control method of parallel multiple inverter and device thereof | |
| RU2728283C1 (en) | Electric drive with asynchronous motor | |
| JP4838031B2 (en) | Multiple inverter control system | |
| Lopez et al. | Predictive torque control of a multi-drive system fed by a six-leg indirect matrix converter | |
| Li et al. | Nonlinear dynamics in the switched reluctance motor drive with time-delay feedback control | |
| WO2023026273A1 (en) | An optimal open windings inverter for controlling three-phase ac motors | |
| JPH0417036B2 (en) | ||
| JPH0767310B2 (en) | AC motor power supply system | |
| Vinatha | Speed control of BLDC motor using bridgeless SEPIC PFC with coupled inductors | |
| JP2017192207A (en) | Dynamo-electric machine system and control method of dynamo-electric machine system | |
| Rahman et al. | Quasi z source inverter fed v/f controlled five phase induction motor drive powered | |
| Patel | Speed control of three-phase induction motor using variable frequency drive | |
| Bhattacharya et al. | Interleaved PWM control for neutral point balancing in dual 3-level traction drives | |
| Nikolaienko et al. | Asynchronous electric drive based on cascade multi-level frequency converter | |
| Chaudhari et al. | Space Vector Modulation of Nine Switch Inverter for Six Phase Induction Motor Drive |