RU57990U1

RU57990U1 - DEVICE FOR CONTROL OF ASYNCHRONOUS ELECTRIC MOTOR

Info

Publication number: RU57990U1
Application number: RU2006118289/22U
Authority: RU
Inventors: Олег Александрович Захаржевский; Георгий Николаевич Шестоперов; Олег Геннадьевич Арискин
Original assignee: ОАО "Электровыпрямитель"
Priority date: 2006-05-26
Filing date: 2006-05-26
Publication date: 2006-10-27

Abstract

Цель изобретения повысить динамические возможности электропривода транспортного средства, питающегося от источника постоянного напряжения по системе преобразователь частоты - асинхронный электродвигатель, улучшить его энергетические характеристики и упростить систему управления. Эта цель достигается тем, что в качестве асинхронного электродвигателя используется двигатель с фазным ротором, обмотки статора которого соединены с выходом преобразователя постоянного напряжения в трехфазное напряжение с регулируемой амплитудой, с регулируемой частотой и с изменяемым порядком чередования фаз, обмотки ротора соединены с мостовым трехфазным выпрямителем, а этот выпрямитель подключен к источнику постоянного напряжения через дроссель, импульсный прерыватель и отсекающий диод. Наиболее эффективным является применение предлагаемого устройства в электровозах, троллейбусах, мотор-вагонах метро, поскольку эффективность рекуперации в режимах торможения транспортного средства обеспечит быструю окупаемость предлагаемого устройства, а функциональная простота системы управления и широкие возможности управления двигателем обеспечивают надежность работы транспортного устройства. Возможной областью применения данного устройства являются также электромобили.The purpose of the invention is to increase the dynamic capabilities of the vehicle’s electric drive powered by a constant voltage source through a frequency converter - asynchronous electric motor system, to improve its energy characteristics and simplify the control system. This goal is achieved by the fact that as an asynchronous electric motor a phase-rotor motor is used, the stator windings of which are connected to the output of the DC-DC converter to a three-phase voltage with an adjustable amplitude, with an adjustable frequency and with a variable phase sequence, the rotor windings are connected to a bridge three-phase rectifier, and this rectifier is connected to a constant voltage source through a choke, a pulse chopper and a cut-off diode. The most effective is the use of the proposed device in electric locomotives, trolley buses, subway motor cars, since the recovery efficiency in the vehicle braking modes will provide a quick payback of the proposed device, and the functional simplicity of the control system and wide engine control capabilities ensure the reliability of the transport device. A possible field of application of this device is also electric vehicles.

Description

Предлагаемое устройство для управления асинхронным электродвигателем предназначено для использования в приводах транспортных средств, работающих в динамических режимах в широком диапазоне скоростей, при питании от источников постоянного напряжения.The proposed device for controlling an induction motor is intended for use in vehicle drives operating in dynamic modes in a wide speed range, when powered by constant voltage sources.

Известно устройство «передачи мощности переменного тока тягового транспортного средства» («ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ТЯГОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА» публикация С2 №2252150 от 2005.05.20, МКИ B 60 L 1/08), в котором «статорные обмотки асинхронного тягового электродвигателя подключены к статорным обмоткам тягового синхронного генератора, а роторная обмотка - к выходу непосредственного преобразователя частоты, также подключенного к статорным обмоткам тягового синхронного генератора».A device is known for “transmitting AC power of a traction vehicle” (“ELECTRIC TRANSMISSION OF AC POWER OF A TRACTION VEHICLE” publication C2 No. 2252150 of 2005.05.20, MKI B 60 L 1/08), in which “stator windings of an asynchronous traction motor are connected to "the stator windings of the traction synchronous generator, and the rotor winding - to the output of the direct frequency converter, also connected to the stator windings of the traction synchronous generator."

Недостаток данного устройства заключается в том, что не обеспечивается работа транспортного средства от контактной сети, а также в невозможности работы двигателя в режиме рекуперативного торможения транспортного средства.The disadvantage of this device is that the vehicle does not work from the contact network, as well as the inability to operate the engine in the regenerative braking mode of the vehicle.

Известен «частотно-управляемый асинхронный электропривод преимущественно рельсового транспортного средства» («ЧАСТОТНО-УПРАВЛЯЕМЫЙ СИНХРОННЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД» публикация А №2003119885 от 2005.02.20 МКИ Н 02 Р 5/34), содержащей асинхронный короткозамкнутый электродвигатель, снабженный не менее, чем двумя дуговыми обмотками статора, подключенными к отдельным автономным инверторам, с целью компенсации «ударного тормозного момента одной дуговой обмотки статора вращающими моментами остальных дуговых обмоток... в случае аварийного режима работы одного из автономных инверторов».The well-known "frequency-controlled asynchronous electric drive mainly rail vehicle" ("FREQUENCY CONTROLLED SYNCHRONOUS ELECTRIC DRIVE" publication A No. 2003119885 from 2005.02.20 MKI N 02 P 5/34) containing an asynchronous short-circuited electric motor equipped with at least two windings stator connected to separate autonomous inverters, in order to compensate for the “shock braking moment of one arc stator winding with the torques of the other arc windings ... in case of emergency operation of autonomous inverters. "

Недостаток данного привода кроме упомянутого в заявке «ударного свойства» заключается в особой конструкции электродвигателя, а также в невозможности работы двигателя в режиме рекуперативного торможения транспортного средства.The disadvantage of this drive, in addition to the “impact property” mentioned in the application, is the special design of the electric motor, as well as the impossibility of the engine working in the regenerative braking mode of the vehicle.

Известно устройство («УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОН-НЫМТЯГОВЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ » публикация А №95109366 от 1998.02.20 МКИ. Н 02 Р 7/42) «управления асинхронным тяговым электродвигателем, подключенным к автономному инвертору напряжения, к входу которого подключены тормозной регулятор и выход фильтра звена постоянного тока, вход которого предназначен для подключения к источнику питания» и создана система управления моментом вращения и скоростью.A device is known ("DEVICE FOR CONTROL OF AN ASYNCHRON-WATCH ELECTRIC MOTOR" publication A No. 95109366 from 1998.02.20 MKI. Н 02 Р 7/42) "for controlling an asynchronous traction motor connected to an autonomous voltage inverter, to the input of which a brake regulator and a filter output are connected DC, the input of which is designed to be connected to a power source ”and a control system for the torque and speed has been created.

Недостаток данного устройства заключается в невозможности длительной работы инвертора в режиме рекуперативного торможения асинхронного электродвигателя, что ухудшает энергетические показатели привода, также в том, что без учета положении ротора относительно потока статора системой управления частотой и напряжением инвертора ухудшаются динамические и энергетические характеристики привода.The disadvantage of this device is the impossibility of long-term operation of the inverter in the regenerative braking mode of an asynchronous electric motor, which impairs the energy performance of the drive, and also that without taking into account the position of the rotor relative to the stator flow, the dynamic and energy characteristics of the drive are deteriorated by the inverter frequency and voltage control system.

Известно устройство («ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА МОЩНОСТИ ТЯГОВОГО ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА» публикация С2 №2247039 от 2005.02.27 МКИ Н 02 Р 7/80), в котором «статорные обмотки тягового синхронного генератора подключены к статорным обмоткам асинхронных тяговых электродвигателей, роторные обмотки каждого асинхронного тягового электродвигателя соединены с индивидуальными выпрямительными мостами, а со стороны выпрямленного напряжения мосты включены параллельно и соединены с обмоткой якоря регулирующей машины постоянного тока, вал которой соединен с валами теплового двигателя и тягового синхронного генератора».A device is known (“ELECTRIC TRANSMISSION OF POWER OF A TRACTION VEHICLE” publication C2 No. 2247039 dated 2005.02.27 MKI N 02 P 7/80), in which “the stator windings of the traction synchronous generator are connected to the stator windings of asynchronous traction electric motors of rotary traction electric motors connected to individual rectifier bridges, and on the side of the rectified voltage, the bridges are connected in parallel and connected to the armature winding of the DC regulating machine, the shaft of which is connected to Alami heat engine and a traction synchronous generator. "

Недостаток данного устройства заключается в том, что не обеспечивается работа транспортного средства от контактной сети, а также в невозможности работы двигателя в режиме рекуперативного торможения транспортного The disadvantage of this device is that the vehicle does not work from the contact network, as well as the impossibility of the engine in the regenerative braking mode of the vehicle

средства.facilities.

Известно устройство («УСТРОЙСТВО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ» МКИ Н 02 М 7/5387; MKИ B 60 L 9/22, публикация С2 №2167071 от 2001.05.20) «для использования в силовых цепях постоянно-переменного тока тягового преобразования», содержащее «инвертор для питания асинхронного электродвигателя, интеллектуальный датчик параметров преобразователя, интеллектуальный датчик мгновенного положения ротора) электродвигателя с балластным сопротивлением, блок сравнения параметров преобразователя и электродвигателя», в котором с целью «защиты от самовозбуждения и самораскачивания асинхронного двигателя в начальной стадии» при пуске применены «два блока коммутации компенсационных конденсаторов и разрядных сопротивлений, две батареи компенсационных конденсаторов и две батареи разрядных сопротивлений».A device is known ("DEVICE FOR ELECTRIC ENERGY CONVERSION" MKI N 02 M 7/5387; MKI B 60 L 9/22, publication C2 No. 2167071 of 2001.05.20) "for use in AC power circuits of traction conversion" containing " an inverter for supplying an induction motor, an intelligent sensor of the parameters of the converter, an intelligent sensor of the instantaneous position of the rotor) of an electric motor with ballast resistance, a unit for comparing the parameters of the converter and the electric motor ", in which, for the purpose of" protection against self-excitation Ia and samoraskachivaniya induction motor at the initial stage "at startup applied" two compensating switching unit capacitors and discharge resistors, two batteries and two compensation capacitors battery discharge resistances. "

Недостаток данного устройства заключается в сложности интеллектуальной системы управления частотой и в невозможности длительной работы инвертора в режиме рекуперативного торможения асинхронного электродвигателя, что ухудшает энергетические показатели привода.The disadvantage of this device is the complexity of the intelligent frequency control system and the impossibility of prolonged operation of the inverter in the regenerative braking mode of an asynchronous electric motor, which affects the energy performance of the drive.

Известно устройство для тяговых электроприводов с асинхронным электродвигателем на электропоездах (публикация С2 №2193814 от 2002.11.27 «УСТРОЙСТВО И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕМ» МКИ НО 2 Р 21/00), содержащее инвертор ШИМ, в котором с целю «упрощение и обеспечение непрерывного (векторного) управления во всем диапазоне скоростей» «изменение глубины модуляции выходного напряжения» (напряжения статора) осуществляется по командам от «созданной схемы для измерения составляющих намагничивающей и моментообразующей составляющей тока статора асинхронного двигателя».A device is known for traction electric drives with an asynchronous electric motor on electric trains (publication C2 No. 2193814 of 2002.11.27 “DEVICE AND METHOD FOR CONTROLLING AN ASYNCHRONOUS ELECTRIC MOTOR” MKI NO 2 P 21/00), containing a PWM inverter, which provides for the whole “ vector) control over the entire speed range "" the change in the depth of modulation of the output voltage "(stator voltage) is carried out by commands from the" created circuit for measuring the components of the magnetizing and moment-forming component t stator eye of an induction motor. ”

Недостаток данного устройства заключается в сложности системы векторного управления частотой и в невозможности длительной работы инвертора в режиме рекуперативного торможения асинхронного электродвигателя, что ухудшает энергетические показатели привода.The disadvantage of this device is the complexity of the vector frequency control system and the impossibility of prolonged operation of the inverter in the regenerative braking mode of an asynchronous electric motor, which affects the energy performance of the drive.

Известно устройство для регулирования скорости асинхронного электродвигателя с фазным ротором при питании от трехфазной сети (авторское свидетельство СССР №502469 от 05.02.76 МКИ Н 02 Р 7/46, Н 02 К 17/34 «Устройство для регулирования скорости асинхронного электродвигателя с фазным ротором»), содержащее выпрямитель в цепи ротора, дроссель, прерыватель постоянного тока, включенный между дросселем и отсекающим диодом, который через фильтр нижних частот подключен к инвертору ведомому трехфазной сетью.A device for controlling the speed of an induction motor with a phase rotor when powered by a three-phase network (USSR author's certificate No. 502469 of 05.02.76 MKI N 02 P 7/46, N 02 K 17/34 "Device for controlling the speed of an induction motor with a phase rotor" ), containing a rectifier in the rotor circuit, a choke, a DC chopper connected between the choke and the cut-off diode, which is connected through a low-pass filter to an inverter driven by a three-phase network.

Недостаток этого устройства заключается в том, что его нельзя использовать при питании транспортного средства от сети постоянного тока.The disadvantage of this device is that it cannot be used when powering the vehicle from a DC network.

Для электропривода транспортных средства, работающего от источника постоянного напряжения (троллейбус, трамвай, метро, электровозы, электромобили и т.п.) обычно используется двигатель постоянного тока, недостатком которого является наличие коллектора. Использование более простых электродвигателей (асинхронного и синхронного электродвигателей) в этих приводах стало возможным благодаря применению транзисторных преобразователей из постоянного напряжения в трехфазное напряжение с регулируемой частотой и амплитудой и с возможностью изменения порядка следования фаз этого напряжения. Недостатком привода с синхронным электродвигателем является высокая жесткость механической характеристики электродвигателя, которая в условиях транспортного средства вызывает дополнительные повышенные механические нагрузки (удары) в механизмах привода, особенно на низкой скорости (частоте), где напряжение синхронного генератора невелико и поэтому затрудняется естественная коммутация ключей (транзисторов) инвертора.For the electric drive of a vehicle operating from a constant voltage source (trolleybus, tram, metro, electric locomotives, electric cars, etc.), a DC motor is usually used, the drawback of which is the presence of a collector. The use of simpler electric motors (asynchronous and synchronous motors) in these drives became possible due to the use of transistor converters from direct voltage to three-phase voltage with adjustable frequency and amplitude and with the ability to change the phase sequence of this voltage. A disadvantage of a drive with a synchronous electric motor is the high rigidity of the mechanical characteristics of the electric motor, which in the conditions of a vehicle causes additional increased mechanical loads (shocks) in the drive mechanisms, especially at low speed (frequency), where the voltage of the synchronous generator is low and therefore natural switching of keys (transistors) is difficult ) inverter.

Наиболее часто в последнее время используется для транспортных средств частотное управление асинхронным короткозамкнутым электродвигателем. Недостатком таких устройств является ограниченные возможности системы преобразователь частоты - асинхронный короткозамкнутый электродвигатель при работе в динамических режимах связанные, в частности, Most often recently used for vehicles frequency control of an asynchronous squirrel-cage motor. The disadvantage of such devices is the limited capabilities of the frequency converter system - an asynchronous squirrel-cage motor when operating in dynamic modes associated, in particular,

с невозможностью эффективной работы асинхронного короткозамкнутого электродвигателя в режиме генераторного торможения на постоянной скорости вращения двигателя, а также со сложностью системы векторного управления преобразователем для привода с асинхронным короткозамкнутым электродвигателем.with the impossibility of efficient operation of an asynchronous squirrel-cage motor in the generator braking mode at a constant engine speed, as well as with the complexity of the vector control system of the converter for a drive with an asynchronous squirrel-cage motor.

В результате динамические свойства привода оказываются хуже, чем у привода с двигателями постоянного тока, ограничена возможность рекуперации энергии от движущегося транспортного средства в источник, а система управления очень сложна в наладке и в эксплуатации.As a result, the dynamic properties of the drive are worse than that of a drive with DC motors, the ability to recover energy from a moving vehicle to the source is limited, and the control system is very difficult to set up and operate.

Цель изобретения повысить динамические возможности электропривода транспортного средства, питающегося от источника постоянного напряжения по системе преобразователь частоты - асинхронный электродвигатель, улучшить его энергетические характеристики и упростить систему управления.The purpose of the invention is to increase the dynamic capabilities of the vehicle’s electric drive powered by a constant voltage source through a frequency converter - asynchronous electric motor system, to improve its energy characteristics and simplify the control system.

Эта цель достигается тем, что в качестве асинхронного электродвигателя используется двигатель с фазным ротором, обмотки статора которого соединены с выходом преобразователя постоянного напряжения в трехфазное напряжение с регулируемой амплитудой, с регулируемой частотой и с изменяемым порядком чередования фаз, обмотки ротора соединены с мостовым трехфазным выпрямителем, а этот выпрямитель подключен к источнику постоянного напряжения через дроссель, импульсный прерыватель и отсекающий диод.This goal is achieved by the fact that as an asynchronous electric motor a phase-rotor motor is used, the stator windings of which are connected to the output of the DC-DC converter to a three-phase voltage with an adjustable amplitude, with an adjustable frequency and with a variable phase sequence, the rotor windings are connected to a bridge three-phase rectifier, and this rectifier is connected to a constant voltage source through a choke, a pulse chopper and a cut-off diode.

Источник постоянного напряжения 1 подключен к преобразователю 2 постоянного напряжения в трехфазное напряжение, регулируемое по амплитуде, частоте и с изменяемым порядком чередования фаз. Выходы преобразователя 2 подключены к выводам обмоток статора асинхронного электродвигателя с фазным ротором 3. Выводы обмоток ротора через контактные кольца электродвигателя 3 соединены с трехфазным мостовым выпрямителем 4. Первый полюс выпрямленного напряжения выпрямителя 4 соединен с первым выводом дросселя 5, второй вывод дросселя 5 соединен с The DC voltage source 1 is connected to a DC / DC converter 2 to a three-phase voltage, adjustable in amplitude, frequency and with a variable phase sequence. The outputs of the converter 2 are connected to the terminals of the stator windings of an asynchronous electric motor with a phase rotor 3. The outputs of the rotor windings through the contact rings of the electric motor 3 are connected to a three-phase bridge rectifier 4. The first pole of the rectified voltage of the rectifier 4 is connected to the first terminal of the inductor 5, the second terminal of the inductor 5 is connected to

первым выводом прерывателя 6. Второй полюс выпрямителя 4 соединен со вторым выводом прерывателя 6 и с одноименным по знаку полюсом источника постоянного напряжения 1. Общая точка дросселя 5 и прерывателя 6 соединена через отсекающий диод 7 со вторым полюсом источника постоянного напряжения 1 в такой полярности диода 7, которая препятствует закорачиванию источника постоянного напряжения 1 в случае замкнутого состояния прерывателя 6.the first output of the chopper 6. The second pole of the rectifier 4 is connected to the second terminal of the chopper 6 and the pole of the DC voltage source of the same sign 1. The common point of the inductor 5 and the chopper 6 is connected through the cut-off diode 7 to the second pole of the DC voltage source 1 in this polarity of the diode 7 , which prevents shorting of the DC voltage source 1 in the case of a closed state of the chopper 6.

Устройство работает следующим образом. Постоянное напряжение от источника 1 преобразуется преобразователем 2 в трехфазное напряжение, подаваемое на обмотки статора двигателя 3. В обмотках статора создаются токи, формирующие вращающееся относительно статора магнитное поле, пронизывающее как статор, так и ротор.The device operates as follows. The constant voltage from the source 1 is converted by the converter 2 into a three-phase voltage supplied to the stator windings of the motor 3. Currents are generated in the stator windings, forming a magnetic field rotating relative to the stator, penetrating both the stator and the rotor.

Если ротор будет вращаться относительно статора с такой же скоростью что и магнитное поле (с синхронной скоростью), то магнитное поле окажется неподвижным относительно обмоток ротора и в этих обмотках не будет наводиться э.д.с., не будет напряжения на выводах обмоток ротора.If the rotor rotates relative to the stator at the same speed as the magnetic field (with synchronous speed), then the magnetic field will be stationary relative to the rotor windings and no EMF will be induced in these windings, there will be no voltage at the terminals of the rotor windings.

Если скорость ротора будет меньше (или больше) скорости вращения магнитного поля статора, то появится скольжение (вращение) ротора относительно магнитного поля статора, магнитное поле ротора начнет вращаться относительно обмоток ротора и в обмотках ротора будут создаваться э.д.с. Напряжения с выводов обмоток ротора через контактные кольца подаются на вход трехфазного мостового выпрямителя 4 и выпрямляются последним. В разомкнутом состоянии прерывателя 6 напряжение с выхода выпрямителя 4 через дроссель 5 совместно с напряжением источника постоянного напряжения 1 оказывается приложенным к отсекающему диоду 7.If the rotor speed is less (or more) than the rotor speed of the stator magnetic field, then the rotor glides (rotates) relative to the stator magnetic field, the rotor magnetic field starts to rotate relative to the rotor windings and an emf will be created in the rotor windings The voltage from the terminals of the rotor windings through the contact rings is fed to the input of a three-phase bridge rectifier 4 and is rectified last. In the open state of the chopper 6, the voltage from the output of the rectifier 4 through the inductor 5 together with the voltage of the constant voltage source 1 is applied to the cut-off diode 7.

Если скольжение небольшое, то напряжение на выходе выпрямителя 4 меньше по величине, чем напряжение источника 1 и диод 7 оказывается смещенным в обратном направлении. Ток через дроссель 5 не протекает.If the slip is small, then the voltage at the output of the rectifier 4 is less than the voltage of the source 1 and the diode 7 is biased in the opposite direction. Current through the inductor 5 does not flow.

Если скольжение достаточно большое, то напряжение на выходе выпрямителя 4 может стать больше по величине, чем напряжение источника If the slip is large enough, then the voltage at the output of the rectifier 4 may become larger in magnitude than the voltage of the source

1, а диод 7 оказывается смещенным в прямом направлении; через диод 7, дроссель 5 и обмотки ротора начнет протекать ток в источник постоянного напряжения 1. Это соответствует возврату энергии скольжения ротора в источник 1.1, and the diode 7 is biased in the forward direction; Through the diode 7, the inductor 5 and the rotor winding, a current will begin to flow to the constant voltage source 1. This corresponds to the return of the slip energy of the rotor to source 1.

При протекании тока по обмоткам ротора создается момент вращения двигателя 3. Момент вращения двигателя 3 всегда имеет такое направление, которое способствует уменьшению скольжения в соответствии с известным принципом работы асинхронного вентильного каскада. При этом в зависимости от соотношения величины выпрямленного напряжения ротора и величины напряжения источника 1 асинхронный двигатель может оказаться в такой точке механической характеристики, которая соответствует первому квадранту (скорость положительная - движение вперед/вверх, момент вращения положительный) или которая соответствует четвертому квадранту (скорость отрицательная - движение назад/на спуск, момент вращения положительный).When current flows through the windings of the rotor, a torque of the motor 3 is created. The torque of the motor 3 always has a direction that helps to reduce sliding in accordance with the known principle of operation of the asynchronous valve cascade. Moreover, depending on the ratio of the rectified voltage of the rotor and the voltage of source 1, the induction motor may be at a point of mechanical characteristic that corresponds to the first quadrant (positive speed - forward / upward movement, positive rotation moment) or which corresponds to the fourth quadrant (negative speed - movement back / down, positive rotation moment).

Возможности для работы асинхронного двигателя во втором квадранте (скорость положительная движение вперед/вверх, момент вращения отрицательный) в режиме генераторного торможения при питании обмоток статора от транзисторного инвертора ограничены односторонней проводимостью транзисторов.The possibilities for the operation of an induction motor in the second quadrant (speed positive forward / upward motion, negative rotation moment) in the generator braking mode when feeding the stator windings from a transistor inverter are limited by the unilateral conductivity of the transistors.

Если прерыватель 6 замкнут, то напряжение выпрямителя 4 через прерыватель 6 оказывается приложенным к дросселю 5 и вызовет появления тока через дроссель 5, диоды выпрямителя 4 и через обмотки ротора двигателя 3. Ротор асинхронного электродвигателя практически оказывается закороченным накоротко, и двигатель работает как обычный асинхронный короткозамкнутый электродвигатель, однако питающийся по цепи статора от инвертора.If the chopper 6 is closed, then the voltage of the rectifier 4 through the chopper 6 is applied to the inductor 5 and will cause current to appear through the inductor 5, the diodes of the rectifier 4 and through the windings of the rotor of the motor 3. The rotor of the asynchronous motor is practically short-circuited, and the motor works like a normal asynchronous short-circuited an electric motor, however powered by a stator circuit from an inverter.

Если прерыватель 6 размыкается в момент протекания тока через дроссель 5, то в дросселе 5 возникает э.д.с. самоиндукции, направленная согласно с выпрямленным напряжением выпрямителя 4, которая стремится If the chopper 6 opens at the moment of current flowing through the inductor 5, then an emf occurs in the inductor 5. self-induction, directed in accordance with the rectified voltage of the rectifier 4, which seeks

сохранить величину и направление тока дросселя 5. Эта э.д.с. может достичь такой величины, что диод 7 открывается и пропускает импульс тока в источник постоянного напряжения 1. Поскольку при этом на дросселе 5 напряжение оказывается противоположной полярности по отношении к интервалу замкнутого состояния прерывателя 6, то ток дросселя уменьшается.save the magnitude and direction of the inductor current 5. This emf can reach such a value that the diode 7 opens and passes a current pulse to the constant voltage source 1. Since the voltage on the inductor 5 is of opposite polarity with respect to the closed-circuit interval of the chopper 6, the inductor current decreases.

Прерыватель 6 может работать в режиме ШИМ с периодическим замыканием и размыканием. Путем изменения скважности работы прерывателя 6 достигается регулирование среднего значения тока дросселя, тока ротора и, соответственно, регулирование среднего значения момента вращения двигателя. При уменьшении интервала замкнутого состояния прерывателя 6 уменьшается среднее значение тока дросселя 5 и момента вращения двигателя, а ток дросселя (и момент вращения двигателя) могут стать прерывистыми. В случае необходимости сглаживания этого тока между выпрямителем 4 и дросселем 5 может быть включен фильтр нижних частот 8.The chopper 6 can operate in PWM mode with periodic closing and opening. By changing the duty cycle of the chopper 6, regulation of the average value of the inductor current, rotor current and, accordingly, regulation of the average value of the motor torque is achieved. When reducing the interval of the closed state of the chopper 6 decreases the average value of the current of the inductor 5 and the engine torque, and the inductor current (and the engine torque) can become intermittent. If it is necessary to smooth this current between the rectifier 4 and the inductor 5, a low-pass filter 8 can be included.

При работе прерывателя 6 в периодическом режиме (ШИМ) через диод 7 в источник постоянного напряжения 1 поступают импульсы тока. В случае необходимости сглаживания этого тока между диодом 7 и источником постоянного напряжения 1 может быть включен фильтр нижних частот 9.When the chopper 6 is in periodic mode (PWM) through a diode 7, current pulses are supplied to a constant voltage source 1. If it is necessary to smooth this current between the diode 7 and the constant voltage source 1, a low-pass filter 9 can be included.

Изменением порядка следования фаз трехфазного напряжения, подаваемого от преобразователя 2 на обмотки статора, осуществляется перевод двигателя для работы во втором и третьем квадрантах механических характеристик привода. За счет совместного согласованного изменения скважности работы прерывателя 6, изменения частоты, амплитуды и порядка следования фаз трехфазного напряжения преобразователя 2 обеспечивается возможность плавного управления и требуемого быстродействия переходов из двигательного режима в режим рекуперативного торможения транспортного средства и обратно - во всех четырех квадрантах механических характеристик.By changing the sequence of phases of the three-phase voltage supplied from the converter 2 to the stator windings, the motor is transferred to operate in the second and third quadrants of the mechanical characteristics of the drive. Due to the joint coordinated change in the duty cycle of the interrupter 6, changes in the frequency, amplitude and phase sequence of the phases of the three-phase voltage of the converter 2, the possibility of smooth control and the required speed of transitions from the motor mode to the regenerative braking of the vehicle and vice versa is ensured in all four quadrants of mechanical characteristics.

Важной особенностью предлагаемого устройства является простота An important feature of the proposed device is simplicity.

системы управления. В предлагаемом устройстве отсутствует необходимость векторного управления формированием тока статора, поскольку система работает с выпрямителем роторного напряжения, где по принципу работы выпрямителя обеспечивается наилучшее для формирования момента вращения двигателя переключение тока между фазными обмотками ротора.control systems. In the proposed device, there is no need for vector control of the formation of stator current, since the system works with a rotary voltage rectifier, where, according to the principle of operation of the rectifier, the best current switching between the phase windings of the rotor is provided for generating the motor rotation moment.

Импульсное регулирование выпрямленного тока ротора в широком диапазоне скольжении позволяет снизить требования к поддержанию величины и формы трехфазного напряжения статора, создаваемого преобразователем 2, даже для работы в пусковых режимах транспортного средства, на малой скорости двигателя, в режимах подхвата движения и отката транспортного средства после снятия тормоза.Pulsed regulation of the rectified rotor current in a wide sliding range reduces the requirements for maintaining the magnitude and shape of the three-phase stator voltage generated by the converter 2, even for starting the vehicle, at low engine speed, in modes of pickup and rollback of the vehicle after the brake is released .

Управление скоростью привода сводится к управлению частотой на выходе преобразователя и к починенному управлению током ротора (моментом вращения двигателя).Drive speed control is reduced to controlling the frequency at the inverter output and to repaired control of the rotor current (motor torque).

Путем соответствующего управления транзисторами преобразователя 2 можно обеспечить питание обмоток статора постоянным током и создать режим динамического торможения двигателя с плавным управлением моментом торможения двигателя как путем управления током статора с помощью преобразователя 2, так и с использованием управления током ротора с помощью прерывателя 6.By appropriate control of the transistors of converter 2, it is possible to supply DC power to the stator windings and create a dynamic braking mode of the motor with smooth control of the engine braking moment both by controlling the stator current using converter 2 and using rotor current control using chopper 6.

Важной особенностью данного устройства является то, что во всех перечисленных режимах работы привода, в обмотках статора и обмотках ротора нет дополнительных потерь, поскольку прерывателем 6 обеспечивается рекуперация мощности скольжения, а потери в обмотках связаны в основном с величиной момента вращения двигателя и, практически, не связаны со скольжением. Это повышает надежность работы двигателя 3.An important feature of this device is that in all of the listed operating modes of the drive, there are no additional losses in the stator windings and rotor windings, since the chopper 6 provides recovery of sliding power, and the losses in the windings are mainly associated with the magnitude of the motor rotation moment and, practically, are not associated with slip. This improves engine reliability 3.

Функциональная надежность импульсного управления в цепи ротора достигается также тем, что допускается совместная работа нескольких транзисторов в составе одного прерывателя 6, что позволяет The functional reliability of the pulse control in the rotor circuit is also achieved by the fact that the joint operation of several transistors as part of one breaker 6 is allowed, which allows

увеличить эквивалентную частоту работы прерывателя 6 и уменьшить величину пульсаций тока ротора. Обеспечена также независимая параллельная работа от одного выпрямителя разных комплектов - прерыватель 6, дроссель 5, отсекающий диод 7, и независимая параллельная работа от выводов обмоток ротора разных комплектов - выпрямитель 4, дроссель 5, прерыватель 6, отсекающий диод 7.increase the equivalent frequency of operation of the chopper 6 and reduce the ripple current of the rotor. Independent parallel operation from a single rectifier of different sets — a chopper 6, a choke 5, a cut-off diode 7, and independent parallel operation from the terminals of the rotor windings of different sets — a rectifier 4, a choke 5, a chopper 6, a cut-off diode 7, is also provided.

Асинхронный электродвигатель с фазным ротором обратимая машина относительно статора и ротора. Поэтому подключение выводов статора и выводов ротора можно поменять местами.Asynchronous motor with a phase rotor reversible machine relative to the stator and rotor. Therefore, the connection of the stator leads and the rotor leads can be swapped.

Наиболее эффективным является применение предлагаемого устройства в электровозах, троллейбусах, мотор-вагонах метро, поскольку эффективность рекуперации в режимах торможения транспортного средства обеспечит быструю окупаемость предлагаемого устройства, а функциональная простота системы управления и широкие возможности управления двигателем обеспечивают надежность работы транспортного устройства.The most effective is the use of the proposed device in electric locomotives, trolley buses, subway motor cars, since the recovery efficiency in the vehicle braking modes will provide a quick payback of the proposed device, and the functional simplicity of the control system and wide engine control capabilities ensure the reliability of the transport device.

Возможной областью применения данного устройства являются также электромобили.A possible field of application of this device is also electric vehicles.

Claims

1. A device for controlling an asynchronous electric motor of a vehicle from a constant voltage source, comprising a DC-to-three-phase voltage converter with adjustable amplitude, adjustable frequency and a variable phase sequence, characterized in that a phase-rotor motor is used as an asynchronous electric motor, the stator winding of which connected to the output of the aforementioned converter, the rotor windings are connected to a bridge three-phase rectifier, and this rectifier Tel is connected to said DC voltage source through the inductor, the chopper pulse and clipping diode.

2. The device according to claim 1, characterized in that, in order to reduce ripple moment of rotation between the bridge three-phase rectifier and the inductor in the circuit of the rectified current of the rotor includes a low-pass filter.

3. The device according to any one of claims 1 and 2, characterized in that, in order to reduce ripple of the recovery current entering the constant voltage source, a low-pass filter is connected between it and the diode.

4. The device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that, in order to improve the stability of the generator braking mode, capacitors are included in parallel with the stator windings.

5. The device according to claim 1, characterized in that the IGBT transistors are used as a chopper.