SU1272463A1

SU1272463A1 - A.c.electric drive

Info

Publication number: SU1272463A1
Application number: SU853911151A
Authority: SU
Inventors: Владимир Николаевич Исаков; Василий Прокофьевич Аркушин; Василий Алексеевич Бибик; Игорь Владимирович Волков; Виктор Александрович Мелещук; Аркадий Александрович Носко; Юрий Михайлович Осецкий; Алексей Петрович Плугатарь; Алексей Леонидович Радченко
Original assignee: Институт Электродинамики Ан Усср
Priority date: 1985-07-03
Filing date: 1985-07-03
Publication date: 1986-11-23

Abstract

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано в меха шзмах, работающих с посто нным крут щим моментом. Целью изобретени вл етс повьппение КПД, стабилизаци реактивной мощности, потребл емой из сети, и расширение диапазона частоты вращени . Электропривод содержит асинхронный двигатель (АД) i с фазным ротором, Статорные обмотки АД 1 подключены к сети 2 переменного тока. Роторные обмотки АД 1 подключены через первый мостовой выпр митель (В) 3, второй мостовой В 4 к параметрический стаби-лизатор 5 переменного тока к вьгеодам статорной обмотки АД 1, Последовательно с указанными В 3 и В 4 вклю СОThe invention relates to electrical engineering and can be used in mechanisms operating at constant torque. The aim of the invention is to increase efficiency, stabilize reactive power consumed from the network, and expand the range of rotational speeds. The drive contains an asynchronous motor (BP) i with a phase rotor. The stator windings of BP 1 are connected to the AC mains 2. The rotor windings HELL 1 are connected via the first bridge rectifier (B) 3, the second bridge B 4 to the parametric AC stabilizer 5 to the geodes of the stator winding H 1, In series with the indicated B 3 and B 4 switch CO

Description

чен ведомьш сетью инвертор (И) 6. Введение ведомого сетью И 6 позвол ет исключить необратимые потери энергии скольжени , обеспечить более широкий диапазон скольжени , в котором крут щий момент остаетс неизменным , и получение коэффициента мощности cos If практически близко к единице. Схема электропривода обладает и высокой степенью надежности, т.к. питание И 6 от стабилизированного тока исключает его перегрузки при колебани х напр жени сети. Последнее исключает режимы опрокидывани И 6.3 ил.The grid-driven inverter (I) 6. Introduction of the slave-grid AND 6 eliminates irreversible losses of slip energy, provides a wider slip range in which the torque remains unchanged, and the power factor cos If is almost close to one. The electric drive circuit also has a high degree of reliability, since the supply of AND 6 from the stabilized current excludes its overload in case of fluctuations in the supply voltage. The latter excludes tipping modes and 6.3 Il.

вat

Изобретение относитс к электроехнике и может быть использовано в ентильных электроприводах переменого тока на базе асинхронного двиател с фазным ротором дл механизов , требующих режима работы Двигаел - с посто нным крут щим моментом, не завис щим от частоты вращени ротора, например дл след щих лебедок , станков дл намотки материалов (проволоки, полимерной пленки) и целого р да других меха1НЙзмов с аналогичными требовани ми к электроприводу .The invention relates to electrical equipment and can be used in ac electric drives based on an asynchronous motor with a phase-rotor for mechanisms requiring the Dviguel mode of operation with a constant torque that is independent of the frequency of rotation of the rotor, for example, for winches, machines for winding materials (wire, polymer film) and a whole range of other mechanisms with similar requirements to the electric drive.

Целью изобретени вл етс повышение КПД привода, стабилизаци реактивной мощности, потребл емой приводом из сети (генерируемой в сеть), и расширение диапазона частоты вращени , в котором крут щий момент двигател остаетс неизменным.The aim of the invention is to increase the drive efficiency, stabilize the reactive power consumed by the drive from the network (generated to the network), and expand the range of the rotational speed in which the engine torque remains unchanged.

На фиг.1 представлена функцио-. нальна схема электропривода переменного тока, на фиг. 2 и 3 - механические характеристики электропривода .Figure 1 shows the function. An alternating current drive circuit, FIG. 2 and 3 - the mechanical characteristics of the drive.

Электропривод переменного тока содержит асинхронный двигатель 1 с фазным ротором, обмотки статора которого подключены к сети 2 переменного тока, выводы обмоток ротора подключены к входу первого мостового выпр мител 3, катодна группа вен- тилей которого соединена с анодной Труппой вентилей второго мостового выпр мител 4, трехфазный вход которого св зан с выводами обмоток статора через параметрический стабилизатор 5 переменного тока, ведомый сетью инвертор 6, анодна группа вентилей которого соединена с катодной группой вентилей второго мостового выпр мител 4, а катодна групаThe AC drive contains an asynchronous motor 1 with a phase rotor, the stator windings of which are connected to the AC mains 2, the leads of the rotor windings are connected to the input of the first bridge rectifier 3, the cathode group of vents of the second bridge rectifier 4, the three-phase input of which is connected to the stator windings via a parametric stabilizer 5 of alternating current, the network-driven inverter 6, an anode group of valves of which is connected to the cathode group of valves w bridge bridge rectifier 4, and the cathode group

па вентилей - с анодной группой вентилей первого мостового выпр мител 3, трехфазный выход ведомого сетью инвертора 6 соединен с выводами обмоток статора.Pa valves - with an anode group of valves of the first bridge rectifier 3, the three-phase output of the inverter 6 driven by the network 6 is connected to the terminals of the stator windings.

Электропривод переменного тока работает следующим образом.The AC drive works as follows.

В результате подачи напр жени на обмотку статора асинхронного двигател 1, на вход параметрического стабилизатора 5 переменного тока и на выход ведомого сетью инвертора 6 в цепи посто нного тока через выпр мители 3 и 4 и инвертор 6 протекаетAs a result, voltage is applied to the stator winding of the induction motor 1, to the input of the parametric stabilizer 5 of the alternating current and to the output of the grid-driven inverter 6 in the DC circuit through rectifiers 3 and 4 and the inverter 6 flows

стабилизированный ток. При этом ро торна обмотка асинхронного электродвигател 1 оказываетс замкнутой накоротко, а двигатель вращаетс со скоростью, близкой к скорости холостого хода (скольжение близко к нулю).stabilized current. In this case, the rohorn winding of the asynchronous electric motor 1 is short-circuited, and the motor rotates at a speed close to the idling speed (the slip is close to zero).

Выпр мленное напр жение параметрического стабилизатора 5 переменного тока на выходе выпр мител 4 Rectified voltage of the parametric stabilizer 5 AC at the output of the rectifier 4

5 уравновешиваетс противо-ЭДС на входе ведомого сетью инвертора 6. Энерги , потребл ема стабилизатором 5 тока, через инвертор 6 возвращаетс 5, the counter-emf at the input of the slave of the inverter 6 is balanced. The energy consumed by the current stabilizer 5 is returned through the inverter 6

.в сеть. 0 При увеличении момента нагрузки.in the network. 0 With increasing load torque

увеличиваетс скольжение ротора, и увеличиваетс его ЭДС. Это приводит . к росту тока в роторной обмотке двигател . Начина с величины скольже5 ни ротора, при которой действующее значение тока в роторной обмотке становитс равным действующему значению тока на выходе параметрического стабилизатора 5 переменногоthe slip of the rotor increases, and its emf increases. This leads. to increase the current in the rotor winding of the engine. Starting from the value of the slip of the rotor, at which the effective value of the current in the rotor winding becomes equal to the effective value of the current at the output of the parametric stabilizer 5 of the alternating current

40 тока, ток в роторной обмотке стабилизируетс , а двигатель переходит в режим источника стабилизированного момента, т.е. крут щий момент не зависит от.величины скольжени и пропорционален произведению магнитног потока на действующее значение тока ротора. В случае, если параметри ческий стабилизатор 5 переменного тока выполнен регулируемым, представл етс возможным получить в плоскости координат S,M (S - скольжение , М - момент) спектр моментных характеристик электродвигател (фиг. 2 и 3), где 5,- текущее значение скольжени , 1 - текущее значение тока параметрического стабилизатора , при этом М и п 1,2,3, 4... С увеличением скольжени растет ЭДС ротора и увеличиваетс напр жение на выходе выпр мител 3 и умень шаетс напр жение на выходе выпр ми тел 4, а напр жение на входе инвертора 6 при этом остаетс посто н ным. Уменьшение напр жени на выходе выпр мител 4 означает уменьшение потреблени параметрическим стабили затором 5 переменного тока активной мощности из сети 2 переменного тока а величина энергии скольжени при этом увеличиваетс пропорционально увеличению скольжени ротора, Такое перераспределение потоков энергии обеспечивает при заданном уровне стабилизированного тока посто нство инвертируемой в сеть энергии, величина которой при напр жении на выхо де выпр мительного моста 4, равном нулю, что соответствует максимальной величине скольжени ротора,равна энергии скольжени ротора. Таким образом, введение в схему электропривода переменного тока ведомого сетью инвертора позвол ет исключить необратимые потери энергии скольжени ротора и существенно повысить КПД электропривода. Малое внутреннее эквивалентное сопротивление ведомого сетью инвертора , теоретически равное нулю, при достаточной мощности сети переменного тока обеспечивает более широкий диапазон скольжений, в котором крут щий момент двигател остаетс неизменным, при установке нового значени заданного момента двигател посредством изменени уровн ста бильного тока на выходе параметрического стабилизатора 5 переменного тока. Дл иллюстрации этого влени на фиг. 2 и 3 представлены механические характеристики привода при регулировании величины стабилизированного крут щего момента посредством изменени уровн выходного тока параметрического стабилизатора 5 переменного тока в известном электроприводе при наличии резистора в цепи выпр мленного тока (фиг.2) и в предлагаемом электроприводе при введении в цепь выпр мленного тока вместо резистора ведомого сетью инвертора (фиг.З). Преимуществом предлагаемого электропривода вл етс также возможность получени практически близкого к единице коэффициента мощности (cos Ч ). Во всем заданном диапазоне изменени уровн стабильного момента при любых значени х величины скольжени ротора величина ЭДС инвертора остаетс неизменной. Это соответствует режиму работы инвертора с фиксированным углом управлени вентил ми инвертора 6. Инвертор, ведомый сетью, при фиксированном угле управлени потребл ет из сети посто нную по величине реактивную мощность . При неизменном напр жении на статоре двигател 1 ток намагничивани двигател также неизменен. Неизменна и потребл ема двигателем из сети реактивна мощность. Следовательно , при стабилизации момента двигател изменение скольжени ротора в широком диапазоне не приводит к изменению суммарной реактивной мощности, потребл емой двигателем 1 и инвертором 6. Параметрический стабилизатор 5 переменного тока на основе индуктивно-емкостного преобразовател при изменении активной нагрузки на его выходе, а именно таковой и вл ютс последовательно соединенные мостовой выпр митель 3 роторной обмотки и инвертор 6, генерирует в сеть (или потребл ет из сети ) также посто нную по величине реактивную мощность. Дл получени высокого коэффициента мощности, таким образом, достаточно выбрать параметрический стабилизатор 5 переменного тока (индуктивно-емкостной стабилизатор тока), который генерирует в сеть реактивную мощность,равную суммарной мощности, потребл емой из сети двигателем 1 и инвертором 6/ Таким образом, изменение угловой скорости двигател 1 предлагаемого электропривода не вли ет на потребление (генерирование) реактивной мощности, т.е. не приводит к броскам реактивной мощности, что положительно сказываетс на работе питающей сети.40 current, the current in the rotor winding is stabilized, and the motor switches to the stabilized torque source mode, i.e. the torque does not depend on the magnitude of the slip and is proportional to the product of the magnetic flux and the effective value of the rotor current. In case the parametric AC stabilizer 5 is adjustable, it is possible to obtain in the coordinate plane S, M (S - slip, M - moment) a spectrum of motor torque characteristics (Fig. 2 and 3), where 5 is the current value slip, 1 is the current value of the current of the parametric stabilizer, with M and n 1,2,3, 4 ... With increasing slip, the rotor EMF increases and the voltage at the output of rectifier 3 increases and the voltage at the output of the straightening bodies decreases 4, and the voltage at the input of the inverter 6 remains Constant. A decrease in the voltage at the output of the rectifier 4 means a decrease in the active power consumption by the parametric stabilizer 5 of the alternating current network 2, and the slip energy increases in proportion to the increase in the rotor slip. Such a redistribution of the energy flux ensures that the constant current is inverted energy network, the value of which when the voltage at the output of the rectifying bridge 4 is equal to zero, which corresponds to the maximum value of the rotor is equal to the slip energy of the rotor. Thus, the introduction of an AC-driven inverter into the electric drive circuit eliminates the irreversible slip energy of the rotor and significantly improves the efficiency of the drive. The small internal equivalent resistance of the slave inverter’s network, theoretically equal to zero, with sufficient AC mains power, provides a wider slip range in which the engine torque remains unchanged when the new set point of the motor is set by changing the level of the stable current at the output of the parametric stabilizer 5 AC. To illustrate this phenomenon in FIG. Figures 2 and 3 show the mechanical characteristics of the drive when regulating the magnitude of the stabilized torque by varying the output current level of the parametric AC stabilizer 5 in a known electric drive with a resistor in the rectified current circuit (figure 2) and in the proposed electric drive when a straightened current instead of the resistor of the slave network inverter (fig.Z). The advantage of the proposed electric drive is also the possibility of obtaining a power factor that is almost close to unity (cos H). Over the entire given range of changes in the level of stable moment, for any values of the slip value of the rotor, the emf value of the inverter remains unchanged. This corresponds to the mode of operation of the inverter with a fixed angle of control of the inverter 6 valves. An inverter driven by a network, with a fixed angle of control, draws constant reactive power from the network. With a constant voltage across the stator of the motor 1, the magnetizing current of the motor is also unchanged. Constant power consumed by the motor from the network is reactive power. Consequently, when the motor torque stabilizes, a change in the rotor slip in a wide range does not change the total reactive power consumed by the motor 1 and inverter 6. The parametric AC stabilizer 5 based on the inductive-capacitive converter when the active load changes at its output, namely and are connected in series bridge rectifier 3 of the rotor winding and the inverter 6, generates into the network (or consumes from the network) also constant in magnitude reactive power st. To obtain a high power factor, it is thus sufficient to choose a parametric AC stabilizer 5 (inductive capacitive current regulator) that generates a reactive power into the network equal to the total power consumed from the network by the motor 1 and the inverter 6 /. The speed of the motor 1 of the proposed electric drive does not affect the consumption (generation) of reactive power, i.e. does not result in reactive power surges, which has a positive effect on the operation of the supply network.

При изменении уровн неизме 1ного тока на выходе параметрического стабилизатора 5 переменного тока, а значит, и изменении величины крут щего момента двигател 1 посто нство реактивной мощности, потребл емой приводом из сети (генерируемой в сеть), обеспечиваетс установкой требуемого угла управлени ведомого сетью инвертора 6.When the level of the fixed current is changed at the output of the parametric stabilizer 5 of the alternating current, and hence the change in the torque value of the motor 1, the constancy of the reactive power consumed by the drive from the network (generated to the network) is provided by setting the required control angle of the slave inverter 6 .

Схема данного электропривода обладает также и высокой степенью надежности , так как питание инвертора от источника стабилизированного тока исключает его перегрузки при колебани х напр жени сети, что исключает режимы опрокидывани инвертора .The circuit of this electric drive also has a high degree of reliability, since the power supply of the inverter from the source of stabilized current excludes its overload during voltage fluctuations of the network, which excludes the inverter's tilting modes.

Применение изобретени позволит простыми средствами в электроприводе переменного тока решить задачу реализации электропривода, работающего в режиме источника крут щего момента с высоким КПД, cosv и с широким диапазоном частоты вращени .The application of the invention will allow simple tools in an AC drive to solve the problem of implementing a drive operating in a high-efficiency torque source mode, cosv and with a wide range of rotational speed.

в котором крут щий момент двигател остаетс неизменным.wherein the engine torque remains unchanged.

Claims

Invention Formula

5 AC drive containing a phase-rotor asynchronous motor, the stator windings of which are intended for connection to the AC network, terminals

The rotor windings are connected to the input of the first bridge rectifier, the cathode valve group of which is connected to the anode group of the second bridge rectifier valves, the three5 phase input of which is connected to the stator windings via a parametric AC stabilizer, characterized in that , stabilizing the reactive power consumed from the network, and expanding the range of the rotational speed in which the engine torque remains unchanged, a three-phase output driven inverter is introduced into it d which is connected to the leads of the stator windings, the anodic group of inverter valves is connected to the cathode group of the second bridge gates

the rectifier, and the cathode group of the inverter type wires, with the anode valve group of the first bridge rectifier.

1 "3 g

/

1,, 1 3 „Const