Устройство для частотного управления асинхронным двигателем

Устройство для частотного управления асинхронным двигателем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19). (И) А1 (51 }4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

C е вы@

4ь

Cr4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4237062/24-07 (22) 16.03.87 (46) 07.12.88. Бюл. В 45 (75) В.А.Фокин и О.В.Фокин (53) 621.314.27(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР .

Ф 470046, кл. Н 02 И 5/30, 1973.

Авторское свидетельство СССР

У 1001374, кл. Н 03 М 5/27, 1981. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЯАС10ТНОГО УПРАВ-.

ЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

, (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различных отраслях народного хоэяйст- ва. Целью изобретения является расширение вверх диалазона регулирования частоты вращения асинхронного:, двигателя, путем относительного увеличения напряжения на управляемом двигателе. Устройство для частотного регулирования асинхронного двигателя содержит трансформатор 1 с первичной

2 и вторичной 3 обмотками, три диодных неуправляемых моста 4,7,15 и второй трансформатор 10 с первичной ll и вторичной 12 обмотками. Концы первичной обмотки 2 объединены .пофаэно с началами первичной обмотки 11 и;. подключены к выводам переменного то ка диодного моста 4, эашунтированного со стороны постоянного тока дросселем 5 и тиристорам 6. Концы обмотки ll подключены к началам статорнай, обмотки 13 асинхронного двигателя, концы которой пофазно объединены с, выводами дополнительной первичной обмотки 18 трансформатора и подключены к выводам переменного тока диодного моста 15, эашунтированного дросселем 16 и тиристором 17. Выводы вторичных обмоток 3 12 укаэанных транс- форматоров соединены с выводами пере.1

1443114 менного тока диодного моста 7, зашунтированного дросселем 8 и тиристором

9. Катоды тиристоров 6,17 соединены с вершинами треугольников, составленных из конденсато1!ов 19, 20, 21, ано ды тиристоров 1 7, 9 — с в ершинами треугольника, составленного из конденса. торов 22, 23, 24. Третья вершина пер. вого треугольника соединена с катодом тиристора 9, а третья вершина второго треугольника — с анодом тиристора 6. Последовательно коммутируя тиристоры 6, 17, 9, обеспечивают различные схемы подключения статорной обмотки 13 асинхронного двигателя с обмотками трансформаторов 1, 10, изменяя тем самым уровень подводимого к ней напряжения. Предлагаемое устройство позволяет в три раза уменьшить величину установившегося напряжения на входе переменного тока каж" дого из диодкых мостов 4, 15, 7, обеспечивает ту же форму кривой напряжения на статорной обмотке 13 и непрерывность тока в ней, 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, а также к преобразовательной технике и может быть использовано в регулируемом асинхронном электроприводе различных отраслей, народно 5

ro хозяйства.

Цель изобретения - расширение вверх диапазона регулирования частоты вращения управляемого асинхронного двигателя путем относительного увеличения напряжения на управляемом двигателе.

На фиг.l представлена принципиальная схема устройства для частотного управления асинхронного двигателя; на фиг.2 - 4 - векторные диаграммы напряжений на отдельных фазах нагрузки и связанных с нею обмоток трансформаторов этого устройства.

Устроиство для частотного управле- ния асинхронного двигателя содержит силовой трехфазный трансформатор 1 (фиг.l) с первичной 2 и вторичной 3 обмотками. Первичная обмотка 2 первыми (качалами) выводами соединена с питающей трехфазной сетью, а вторыми выводами (концами) — с выводами переменного тока первого диодкого моста

4, зашунтированного по выходу постоянного тока последовательно соединен- ными дросселем 5 и тиристором 6 ° Вторичная обмотка 3 трансформатора 1 соединена в звезду (концами), а ее выводы (начала) подключены к выводам переменного тока второго диодного мос-S5 та 7, эашунтированного по выходу постоянного тока последовательно соединенными дросселем 8 и тиристором 9.

Устройство содержит также второй трехфазный трансформатор 10 с первич" ной 1.1 и вторичной 12 обмотками, первые выводы (начала) первичной обмоткк этого трансформатора соединены с выводами переменного тока первого ди одного моста 4, а ее вторые выводы . (конца) — с первыми выводами (качалами) статорной обмотки 13 асинхронного двигателя с короткоэамкнутым ротором 14. Вторичная обмотка 12 трансформатора 10 соединена в звезду (Концами), а ее выводы (начала) подключены к выводам переменного тока второго диодного моста 7, Выводы переменного тока третьего диодкого моста 15 подключены к вторым выводам (концам) статорной обмотки 13 асинхронного двигателя. Выводы постоянного тока указанного моста зашунтированы последовательно соединенными дросселем 16 к тиристором 17.

Силовой трансформатор 1 снабжен до." полнительной первичной обмоткой 18 с вторыми выводами (концами} для под- i ключения к питающей сети, а первые выводы (начала) этой обмотки соединены с выводами переменного тока . третьего диодного моста 15. Катоды, тиристоров 6 и 17 соединены с соответствующими вершинами треугольника конденсаторов 19-21 первой группы, а аноды этих тиристоров — с соответствующими вершинами треугольника конденсаторов 22-24 второй группы. Третья вершина треугольника конденсаторов

1 4431 l 4

19-21 соединена с катодом тиристора

9, а третья вершина треугольника конденсаторов 22-24 — с анодом тиристора 6.

Устройство работает следующим образом.

Начальное состояние устройства соответствует .одновременно запертому состоянию всех шунтирующих тиристоров б, 9 и 17. В этом случае пофазно и последовательно соединенные обмотки

18 и 2 трансформатора 1, обмотки ll трансформатора IO и статорная обмотка

13 образуют общее соединение треугольником, вершины которого соеди-. нены с шинами питающей сети. Фазы укаэанных обмоток образуют замкнутый проводящий контур в любой интервал времени. Поэтому напряжение на каж- 2р дой фазе статорной обмотки 13 определяется в результате сложения напряжений на соответствующей фазе указанных последовательно соединенных обмоток трансформаторов устройства. 25

Положение .вектора напряжения на какой-либо фазе статорной обмотки

13 зависит от того, какой из диодных мостов эакорочен открытым в этот интервал времени шунтируюп1им тиристо- 30

PoM °

Закороченному состоянию тога или иного диодного моста отвечает объединение в общую точку тех зажимов соответствующейй обмотки трансформаторов

1 или 10, которые присоединены к входу переменного тока этого моста. Поэтому пе- . ,реход, например,от закороченного состояния моста 15 к закороченному состоянию моста 4 соответствует переходу от подключения звездой питающей сети обмотки 18 трансформатора 1 к подключению к сети также звездой обмотки 2 того же трансформатора. При этом, если в первом случае объединя- 4 ются в нулевую точку начала обмотки

18, то во втором — концы обмотки 2.

Это обуславливает изменение на 180 начальной фазы напряжения на обмот.ках трансформатора 1, что должно учитываться построением векторных диаграмм этих напряжений (фиг.2-4).

Для разных интервалов времени, каждый из ко торых соотв етствует открытому состоянию тиристора на выходе одного иэ трехфаэных диодных мостов, приведены векторные диаграммы напряжений на тех фазах обмоток трансформаторов 1 и 10, которые входят в тот или иной замкнутый контур вместе со своей фазой статорной обмотки. Векторные диаграммы соответствуют закорачиванию мостов 4, 7 и 15 (фиг.l).

Далее работа устройства описывается на основании этих векторных диаграмм. Открытое состояние тиристора

17 на выходе диодного моста 15 приводит к закорачиванию этого моста; соединению в общую нулевую точку отмеченных звездочками зажимов отдельных фаз обмотки 3 силового трансформатора I; соединению в общую нулевую точку вторых концов зажимов отдельных фаз статорной обмотки 13 управляемого асинхронного двигателя; соединению звездой первичной обмотки 18 трансформатора 1, фазы которой оказываются непосредственно присоединенными к питающей сети как лучи этой звезды; соединению звездой пофаэно-последовательно соединенных обмоток 2, II u

13, каждый из лучей которой образуется последовательным соединением отдельных фаз этих обмоток. При этом те фазы обмоток 2 и !8, которые расположены на одном и том же стержне трансформатора, оказываются присоединенными к различным линейным проводам питающей сети и потому входят в различные лучи соответствующих соединений звездами упомянутых ранее обмо ток. Непосредственное подключение фаз первичной обмотки 18 трансформатора

1 к питающей сети приводит.к наведению на каждой из фаэ обмотки 2 того же трансформатора ЭДС, практически < полностью совпадающей с напряжением соответствующей фазы обмотки 18. . В этом случае суммарное напряжение на каждой фазе последовательного соединения обмотки ll трансформатора 10 со статорной обмоткой 13 асинхронного двигателя определяется суммой ЭДС в обмотке 2 и фазного напряжения соответствующего луча звезды, образованной последовательным соединением обмоток 2, 11 и 13 (фиг.l). Величина напряжения на каждой из фаэ последовательного соединения обмоток ll u

13 равна по величине фаэному напряжению луча звезды первичной обмотки

)8, подключенной в этот интервал времени к питающей сети. Принимая во внимание особенности взаимного соединения обмоток как между собой, так и . с проводами питающей сети, а также с входами переменного тока диодных мос1443114 тов модуляторов, входные линейные напряжения на диодных мостах 4 и 7, не превышают линейного напряжения питающей сети. Вместе с тем напряжение на каждой фазе статорной обмотки 13 оказывается в 1,73 большим фазного напряжения соединения звездой обмотки 2, поскольку напряжение на каждой из фаэ обмотки 11 оказывается совпадающим по направлению с ЭДС на последовательно соединенной соответствующей фазе обмотки 2. Это обусловлено тем, что обмотка !l является вторичной обмоткой двухобмоточного трансформатора 10, первичная обмотка 6 которого непосредственно присоединена к третьей обмотке 4 трехобмоточного трансформатора I ЭДС на зажимах каждой фазы которой совпадает с ЭДС на зажимах той же фазы обмотки 2 трехобмоточного трансформатора 1.

Следующий интервал времени начинается с подачи отпирающего импульса на управляющий электрод тиристора 6.

Последующее отпирание этого тиристора приводит к эапиранию ранее открытого тиристора 17 обратными напряжениями конденсаторов 19 и 24 и последующей перезарядке этих конденсаторов до напряжения противоположной полярности, закорачиванию диодного моста 4, соединению в общую нулевую точку концов отдельных фаз вторичной обмотки 2 главного трансформатора I; соединению в общую нулевую точку начал отдельных фаз обмотки 14 второго трансформатора 10, соединению звездой вторичной обмотки 2 силового трансформатора 1, фазы которой оказываются непосредственно присоединенными к линейным проводам питающей сети как луТ чи этой звезды; соединению звездой пофазно-последовательно соединенных обмоток 18, 11 и 13, каждый из лучей которой образуется последовательным соединением отдельных фаз этих обмоток. Как и в рассмотренном случае, те фазы обмоток 2 и 18, которые рас" положены на одном и том же стержне трансформатора 1, оказываются присоединенными к различным линейным проводам питающей сети и входят в различные лучи соответствующих соединений звездами укаэанных обмоток.

Непосредственное подключение фаз зторичной обмотки 2 трансформатора 1 к питающей сети приводит к наведению

45 в каждой из фаз первичной обмотки 18. того же трансформатора ЭДС, практически полностью совпадающей с напряжением соответствующей фазы обмотки 2.

Векторная диаграмма (фиг.3) для отдельных фаэ как статорной обмотки

13, так и последовательно соединенных с нею обмотки 18 и обмотки 11 трансформаторов 1 и 10 соответствует рассматриваемому случаю открытого состояния только тиристора 6.

Переход от эакорачивания диодного моста 15 к закорачиванию диодного моста 4 сопровождается изменением на 60 начальной фазы ЭДС на тех фазах обмоток 2 и 18, которые расположены на общем стержне, что обусловлено, как изменением на 120 начальной фазы нао пряжения сети, к которой непосредст-. венно присоединяется только одна иэ обмоток 2 и 18, так и дополнительным изменением на 180 этой начальной фазы из-за перехода от соединения в нулевую точку начальных выводов обмоток к соединению в нулевую точку концов этих обмоток. Таким образом, переход от ранее рассмотренного к „ рассматриваемому случаю сопровождается изменением на 60 начальной фазы о напряжения на луче звезды, куда входят последовательно соединенные фазы статорной обмотки 13, обмотки 1! и обмотки 2 (в первом случае) или обмотки 18 (во втором случае), дополнительным изменением на 60 начальной фазы ЭДС на обмотках 11 и 2 (в первом случае) или на обмотках ll u

18 (во втором случае) .

В результате этого начальная фаза напряжения на каждой из фаз статорной обмотки 13 изменяется на 120 прй йереходе от закорачивания диодного моста 16 к закорачиванию диод50

55 ного моста 15. Именно к такому выводу приводит сравнение векторных диаграмм напряжений (фиг. 2 и 3) . Из этих диаграмм также следует, что величины напряжений на каждой из фаз статорной обмотки 13 в обоих случаях превышают в три раза фазисе напряжение на любом из лучей соединения звездой обмоток; величины напряжений на входе незакороченного диодного моста, совпадающие с напряжениями последовательного соединения обмоток Il и 13, не превышают фазное напряжение звез-. ды, т.е. в три раза меньше напряжения

1443!14 на обмотке 13 статора управляемого двигателя.

Следующий интервал времени подачей отпирающего импульса на управля- 5 ющий электрод тиристора 9 на выходе диодного моста 7 приводит: к запиранию ранее открытого тиристора 4 обратным напряжением конденсаторов 21 и 23 и последующему перезаряду этихг lð конденсаторов до напряжения противоположной полярности; к закорачиванию диодного моста 7; эакорачиванию обмоток 3 и 12 обоих трансформаторов; уменьшению практически до нуля напря-1$ жения на обмотках 3 и 18 трансформатора 1 и на обмотке 11 двухобмоточного трансформатора 10 подключению каждой фазы обмотки 13 статора управляемого двигателя к соответствующим 2р линейным проводам питающей сети, прием обмотка 13 оказывается соединен° ° ой треугольником. Векторная диаграмма напряжений на отдельных фазах статорной обмотки для этого случая при- 25 ведена на фиг.4.

Сравнение векторных диаграмм показывает, что переход от закороченного состояния диодного моста 4 к закороченному состоянию диодного моста 7 30 приводит к дальнейшему скачкообразному изменению начальной фазы напряжения на обмотке статора 13 на 120 при сохранении прежней амплитуды этого напряжения. 35

Следующий интервал времени начинается подачей отпирающего импульса на управляющий электрод тиристора 17, что приводит к запиранию ранее откры- р того тиристора 9 обратным напряжением конденсаторов 20, 22 и к последующему перезаряду этих конденсаторов до напряжения противоположной полярности.

Это приводит также к эакорачиванию 45 диодного моста 15, и процессы повтоI ряются.

Переход от векторной диаграммы (фиг,2) к векторной диаграмме (фиг.3) соответствует переходу от закороченного состояния диодного моста 15 к закороченному состоянию диодного моста 4; переходу от непосредственного подключения звездой обмотки 18 концами к питающей сети к непосредственному подключению к ней звездой началами обмотки 2 трансформатора 1; изменению начальной фазы напряжения на каждой из обмоток вспомогательных

-трансформаторов 1 и 10 на 60 ; изменению на 120 начальной фазы напряжения на статорной обмотке 13 управляемого асинхронного двигателя, что обусловлено одновременным переходом от подключения к питающему напряжению начал этой обмотки к подключению кон" цов е

Переход к векторной диаграмме (фиг.3) соответствует переходу к saкороченному состоянию диодного моста 7 и обусловленному этим уменьшению практически до нуля падений напряжения на всех обмотках обоих трансформаторов 1 и !О переходу к подключению каждой фазы статорной обмотки 13 между линейными проводами питающей сети, чему соответствует соединение фаз обмотки статора треугольником, скачкообразному изменению начальной фазы напряжения на статорной обмотке

13 на 120

Дальнейший переход к векторной диаграмме (фиг.2) соответствует переходу к закороченному состоянию диодного моста 15, скачкообразному изменению на !20 начальной фазы напряжения на статорной обмотке 13 асинхронного двигателя.

Из векторных диаграмм (фиг.2 и 3) также следует, что линейное напряже" ние на входе переменного тока незако" роченного диодного моста в обоих случаях не превышает линейное напряжение питающей сети, между тем как линейное напряжение на статорной обмотке 13 асинхронного двигателя превышает напряжение питающей сети в 1,73 раза, чему соответствует равенство фаэного напряжения этой обмотки линейному напряжению питающей сети.

Из векторной диаграьакы (фиг.2) следует, что фазное напряжение статорной обмотки также равно линейному напряжению питающей сети, а при равенстве чисел витков обмоток !8 и 23 трансформатора 1 и чисел витков обмоток 12 и 11 трансформатора 10 линейное напряжение на входе незакороченного диодного моста 7 также не превышает линейное напряжение питающей сети.

Предлагаемое устройство позволяет уменьшить в три раза величину устано" вившегося напряжения на входе переменного тока каждого из диодных мостов, обеспечивает ту же форму кривой напряжения на нагрузке — статорной обмотке управляемого асинхронного дви, 1 443114 гателя — поскольку в обоих случаях оно формируется тремя взаимно равными интервалами цикла ступенчатого скачкообразного изменения начальной фазы о питающего напряжения по !20, обеспечивает режим непрерывного тока во всех обмотках как трансформаторов 1 и 10, так и статорной обмотки 13. В результате этих изменений достигается расширение диапазона регулирования частоты вращения.

Формула -изобретения

Устройство для частотного управле- 15 ния асинхронным двигателем, содержащее трехфазный силовой трансформатор, первые выводы первичной обмотки которого предназначены для подключения к трехфазной питающей сети, а вторые выводы соединены с выводами переменного тока первого диодного моста, вторичная обмотка указанного транс форматора соединена в звезду и свободньии выводами подключена к выво- 25 дам переменного тока второго диоднога моста, второй трехфазный трансформатор, первичная обмотка которогo первыми выводами пофазно соединена с вторыми выводами первичной обмотки 30 первого трансформатора, третий диодиый мост с выводами переменного тока для подключения к вторым выводам статорной обмотки асинхронного двигате" ля, каждый иэ диодных юстон по выходу постоянного тока шунтирован пос- ледовательно соединенными дроссвлем и тиристором, две группы коммутирую- щих конденсаторов, соединенные в каждой группе по схеме "треугольник", две вершины треугольника конденсаторов первой группы соединены с катодами тиристоров второго и третьего ди одных мостов, аноды тиристоров соеди. иены с двумя вершинами треугольника конденсаторов второй группы, а третьи вершины треугольников конденсаторов указанных групп соединены соответственно с катодом и анодом тиристоров первого и третьего диодных мостов, отличающееся тем, что, с целью расширения вверх диапазона регулирования частоты вращения асинхронного двигателя, силовой трансформатор снабжен дополнительной первич-. ной трехфаэной обмоткой с вторыми выводами для подключения к шинам трехфазной питающей сети, первые выводы этой обмотки соединены с вывода-. ми переменного тока третьего диодного моста, при этом первичная обмотка второго трехфазного трансформатора снабжена вторыми выводами для подключения к первым выводам статорной об" мотки асинхронного двигателя, а вто.— ричная обмотка второго трансформатора соединена в звезду и выводами. подключена к выводам переменного то. ка второго диодного моста. !4431!4

Составителй В.Тарасов

Редактор М. Бланар Техред М.Моргентал. Корректор М. Демчик

Заказ 7105 Тирах 584 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1!3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ухгород, ул. Проектная, 4