Устройство для частотного управления асинхронным двигателем

Устройство для частотного управления асинхронным двигателем

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электротехнике . Цель изобретения - улучшение энергетических показателей путем уменьшения тепловых потерь. С этой целью в устройстве для частотного управления асинхронным двигателем основная первичная обмотка 2 силового трехфазного трансформатора 1 снабжена второй трехфазной секцией 25, включенной пофазно последовательно между первой секцией основной первичной обмотки 2 и вторичной обмоткой 6 второго двухобмоточного трансформатора 5, выполнен понижающим; В результате в режиме короткого замыкания трансформатора 1, когда открыт тиристор 13 диодного моста 12, можно возвращать энергию, накопленную во вторичной обмотке 4 трансформатора 1 при подачи запирающего сигнала на тиристор 13, и отпирать тиристор 10 диодного моста. Ввиду того, что трансформатор 5 выполнен понижающим тепловые потери в этом режиме уменьшаются. 2 ил.

союз советских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з Н 02 Р 7/42

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 1443114 (21) 4670989/07 (22) 31.03.89 (46) 23.10.91. Бюл. М 39 (75) В.А.Фокин и О.В.Фокин (53) 62-83.621.316.718.5(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

hL 1443114, кл. Н 02 P 7/42, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЧАСТОТНОГО УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ ДВИГАТЕЛЕМ (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения — улучшение энергетических показателей путем уменьшения тепловых потерь. С этой целью в устройстве для частотного управления асинхронным

„, . Ж,, 1686689 А2 двигателем основная первичная обмотка 2 силового трехфазного трансформатора 1 снабжена второй трехфазной секцией 25, включенной пофазно последовательно между первой секцией основной первичной обмотки 2 и вторичной обмоткой 6 второго двухобмоточного трансформатора 5, выполнен понижающим; В результате в режиме короткого замыкания трансформатора 1, когда открыт тиристор 13 диодного моста

12, можно возвращать энергию, накопленную во вторичной обмотке 4 т;рансформатора 1 при подачи запирающего сигнала на тиристор 13, и отпирать тиристор 10 диодного моста, Ввиду того, что трансформатор

5 выполнен понижающим тепловые потери в этом Режиме уменьшаются. 2 ил, 1686689

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в регулируемом асинхронном электроприводе различных отраслей народного хозяйства и является усовершенствованием. изобретения по основному авт. св, ¹ 1443114.

Целью изобретения является улучшение энергетических показателей путем уменьшения тепловых потерь.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема устройства для частотного управления асинхронным двигателем; на фиг, 2 — векторные диаграммы напряжений на отдельных элементах устройства, соответствующие замкнутому положению одного из трехфазных полупроводниковых ключей.

Устройство для .частотного управления асинхронным двигателем содержит силовой трехфазный трансформатор 1 с трехфазной секцией основной первичной обмотки 2, дополнительной первичной 3 и вторичной 4 трехфазными обмотками 4 и второй двухобмоточный трансформатор 5 с первичной 6 и вторичной 7 трехфазными обмотками.

Первые выводы секции основной первичной обмотки 2 и вторые выводы дополнительной первичной обмотки 3 снабжены зажимами для подключения к сети с фазами а, Ь, с, вторые выводы первой секции обмотки 2 пофазно соединены с выводами переменного тока первого диодного моста 8, зашунтированного по выходу постоянного тока последовательно соединенными дросселем 9 и тиристором 10.

Вторичная обмотка 4, соединенная в звезду, вторыми выводами пофазно подключена к пером выводам вторичной обмотки 7 второго трансформатора и выводам переменного тока второго диодного моста

11, зашунтированного по выходу постоянного тока последовательно соединенными дросселем 12 и тиристором 13. Вторые выводы первичной обмотки 5 второго трансформатора служат для пофазн ого подключения к первым выводам статорной обмотки 14 асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором 15.

Устройство содержит также третий диодный мост 16, зашунтированный по выходу постоянного тока последовательно соеди. ненными дроссвлем 17 и тиристором 18, Выводы переменного тока диодного моста

16 пофазно соединены с первыми выводами дополнительной первичной обмотки 3 трансформатора 1 и служат для подключения к вторым выводам статорной обмотки

14 асинхронного двигателя, 10

Основная первичная обмотка 2 силового трехфазного трансформатора 1 снабжена второй трехфазной секцией 25, каждая фазная катушка которой включена последовательно между одноименной фаэной катушкой первой секции обмотки 2 и одноименной фазной катушкой первичной обмотки 6 второго трансформатора 5 согласно.с фазной ка ушкой первой секции обмотки 2, Число витков каждой из обмоток 2, 3 и

4 трансформатора 1 выбраны одинаковыми, а число витков обмотки 25 на несколько процентов меньше.

Второй трансформатор 5 выполнен понижающим, при этом отношение числа витков обмоток 6 и 7 выбрано равным тому количеству процентов, на которое оказывается меньшим число витков обмотки 25 по отношению к числу витков обмоток 2, 3 и 4

Устройство для частотного управления асинхронным двигателем работает следующим образом.

При отпирании тиристора на выходе диодного моста 16 последний эакорачивается; соединяются в общую нулевую точку отмеченные звездочками зажимы отдельных фаз обмотки 3 силового трансформатора 1: соединяются в общую нулевую точку вторые выводы статорной обмотки 14 управляемого асинхронного двигателя; фазы обмотки 2 трансформатора 1 непосредственно присоединяются к питающей сети как лучи этой звезды; наводится система ЭДС 04, О ь, 04 на соединенной в звезду вторичной обмотке 4 силового (многообмоточного) трансформатора 1, совпадающая по фазе как с системой ЭДС 03а, U3b, U3c (фиг, 2а) на обмотке 3, так и с системой фазных напряжений U, Ub, Uc питающей сети, к которой в этот интервал времени подключена соединенная в звезду обмотка 3 трансформатора

1; появляется система напряжений на соединенной в звезду обмотке 7 двухобмоточного трансформатора 5, на которую подаются напряжения U4>, 04ь, U4c от вторичной обмотки 4 трансформатора 1, которая поэтому совпадает с системой ЭДС на соединенных в звезду обмотках 3 и 4, а также с системой фазных напряжений питающей сети, наведенная в обмотке 6 двухобКоммутация тиристоров 10, 13 и 18 осуществляется с помощью двух групп конденсаторов 19 — 21 и 22 — 24. В каждой группе конденсаторы соединены в треугольник, 5 при этом соответствующие вершины треугольника конденсаторов 19 — 21 соединены с катодами тиристоров 10, 18 и 13, а верши. ны треугольника конденсаторов 23 — 24 с анодами тиристоров 18, 13 и 10.

1686689 маточного трансформатора 5 симметричная система ЭДС Usa, Ugp, Usc совпадает по фазе как с системой ЭДС на обмотке 7 или вторичной обмотке 4, так и с напряжениями

U2a, Жь, U2c и U25a,ь,с на соответствующих фазах обмоток 2 и 25, последовательно соединенных с обмоткой 6; подводится к свободным выводам соедин-.ííî.é в звезду статорной обмотки 14 симметричная система напряжений, каждый пуч векторной диаграммы которой получается сложением совпадающих по фазе ЭДС иа последовательно соединенных обмотках 2, 25 и 6 и

:с-двинутым QTHocMòeëüír этих ЭДС на 120 соответствующим лучом фазного напряжения питающей сети, Статориая обмотка 14 получает энергию как непосредственно от трехфазной сети, так и после передачи ее электромагнитным путем от обмотки 3 к обмоткам 2 и 25, а также после передачи ее электромагнитным путем от обмотки 3 к вторичной обмотке 4 и далее посредством обмотки 7двухобмоточиого трансформатора 5 электромагнитным путем к обмотке 6.

Величина напряжения (фиг, 2а) при последовательном соединении обмоток 25 и 6 равна напряжению иа обмотке 2, причем напряжение на обмотке 6 ва много раз меньше напряжения на обмотке 25, Напряжение при последовательном соединении обмоток 2, 25 и 6, соединенных в звезду, равна удвоенному фазиому напряжению питающей сети. На каждой фазе статорной обмотки 14 напряжение равно линейному напряжению питающей сети. Входное линейное напряжение на диадных мостах 8 и

11 не превышает линейное напряжение питающей сети. Указанное соотношение напряжений на обмотке 6 двухобмоточного трансформатора 5 и обмотках миогообмоточного трансформатора 1 достигается выбором соотношения чисел витков обмоток многообмоточного 1 и двухобмоточного 5 трансформаторов, т.е. число витков обмотки

25 выбирается иа несколько процентов меньше числа витков любой иэ трех других обмоток 2, 3 и 4 мнагообмоточного трансформатора, а коэффициент трансформации понижающего двухобмоточного трансформатора 5 выбран равным именно тем нескольким процентам, на которые число витков обмотки 25 меньше числа витков других обмоток многообмоточного трансформатора с тем, чтобы сумма напряжений на последовательно соединенных обмотках

25 и 6 равнялась напряжению на обмотке 2 или 3 или 25.

Второй интервал начинается отпиранием шунтирующего тиристора на стороне постоянного тока диодного моста 8, что

Величина напряжения (фиг, 2б) при последовательном соединении обмоток 25 и 6 равна напря>кению на обмотке 3, причем напряжение на обмотке 6 во много раз меньше напряжения на обмотке 25. При последовательном соединении обмоток 3, 25 и

6, напряжение равно удвоенному фазному напряжению питающей сети, На каждой фазе статорной обмотки 14 напряжение равно линейному напряжению питающей сети, Входное линейное напряжение иа диодных приводит к закорачиванию этого диодного моста; запиранию ранее открытого тиристора 18 обратным напряжением конденсаторов 19 и 22; соединению s общую нулевую

5 точку вторых выводов отдельных фаз обмотки 2 силового трансформатора 1; обьединеиию в общую нулевую точку вторых выводов секции 25 первичной обмотки трансформатора 1; соединению в -везду обмотки 2

10 трансформатора 1, фазы которой оказываются непосредственно присоединенными к линейным проводам трехфазной питающей сети как лучи -той звезды; соединению в звезду пофазио-последовательна соеди15 ненных обмоток 3, 14, 16 и 25, каждый из лучей которых абр: зуется последовательным соединением фаз этих обмоток; наведению на в-оричиой обмотке 4 такой системы ЭДС (фиг. 2б), которая совпадает

20 па фазе с системой ЭДС на обмотке 2 трансформатора 1 или с системой фазиых напря-, жений питающей сети, а также с системой напряжений на обмотке 7 двухабмоточного трансформатора 5, поскольку эта обмотка

25 непосредственно присоединена к вторичной обмотке 4; совпадению по фазе ЭДС на обмотке 6 двухобмоточного трансформатора 5, а также на последовательно соединенных с ней обмотке 3 и секции 25 первичной

30 обмотки 2 трансформатора 1, подведению к статорной обмотке 14 симметричной системы напряжений, каждый луч векторной диаграммы которой получается сложением, совпадающих по фазе ЭДС иа последовательно

35 соединенных обмотках 3, 14, 6 и 25 и сдвинутым относительно этих ЭДС иа 120О соответствующим лучом фазного напряжения питающей сети; получению статарной обмоткой энергии как непосредственно от

40 трехфазиой сети, так и после передачи ее электромагнитным путем от обмотки 2 обмотками 3, 25, а также после трансформирования ее сначала в обмотку 4, передачи посредством обмотки 7 к обмотке 6 двухоб45 маточного трансформатора 5, являющегося при этом одним из каналов г.. образования и передачи электромагнитной энергии управляемому двигателю.

1686689

15 мостах 16 и 11, не превышает линейное напряжение питающей сети.

Следующий интервал времени начинается отпиранием шунтирующего тиристора

13 на стороне постоянного тока диодного моста 11, что приводит к закорачиванию диодного моста 11; запиранию ранее открытого тиристора 10 на стороне постоянного тока диодного моста 8 обратным напряжением конденсаторов 21 и 24; закорачиванию обмоток 7 и 4; уменьшению практически до нуля падения напряжения на обмотках 3, 2 и 25 многообмоточного трансформатора 1 и на обмотке 6 двухобмоточного трансформатора 5; подключению каждой фазы статорной обмотки 14 управляемого двигателя к соответствующим линейным проводам питающей сети, переходу главного трансформатора 1 в режим коротного замыкания, характерный, например, для так называемых трансформаторов тока; обусловленному этим м,с.ьма значительному увеличению тока в вторичной обмотке

4, поскольку ее магнитодвижущая сила должна в этот интервал времени уравновесить суммарную магнитодвижущую силу трех обмоток 2, 3 и 25, обтекаемых током статорной обмотки 14 управляемого двигателя; накоплению в магнитном поле индуктивности рассеяния вторичной обмотки 4 довольно значительной энергии, которую необходимо отводить в последующий интервал времени, когда трансформатор 1 переходит из режима короткого замыкания в иной режим, Векторная диаграмма напряжений на. отдельных фазах статорной обмотки для этого случая приведена на фиг, 2в. Сравнение векторных диаграмм напряжений на фиг. 2б, в показывает, что переход от закороченного состояния стороны постоянного тока диодного моста 12 к его размыканию и закорачиванию моста 11 на его стороне постоянного тока приводит к очередному скачкообразному изменению начальной фазы напряжения статорной обмотки 14 на 120 при сохранении прежней величины действующего значения этого напряжения, Очередной интервал времени начинается отпиранием шунтирующего тиристора 18 на стороне постоянного тока диодного моста 16, что приведет к запиранию ранее открытого тиристора 13 обратными напряжениями конденсаторов 20 и 23, закорачиванию диодного моста 16 на его стороне постоянного тока и связанным с этим другим описанным электромагнитным процессом, которые повторяются в той же последовательности. Вместе с тем условия работы элементов устройства на входе диодного моста 11 существенно отличаются от

55 условий работы соответствующих элементов на входе мостов 16 и 8, Это отличие особенно заметно проявляется при выборе коэффициента трансформации понижающего трансформатора 5 равным нулю, т,е, при отсутствии этого трансформатора, в этом случае циклическому поочередному закорачиванию стороны постоянного тока диодных мостов, 8, 1 t и 16 соответствует прерывистый характер тока во вторичной обмотке 4 и соответствующие недопустимые перенапряжения на входе и выходе диодного моста 11 п ри сохранении непрерывным тока во всех обмотках на входе двух других мостов и обусловленных этим нормальных условий работы полупроводниковых элементов на входе и выходе этих мостов, Поэтому электромагнитные процессы в устройстве после запирания шунтирующего тиристора 13 на стороне постоянного тока диодного моста 11 характеризуются рядом особенностей, обусловленных тем, что в предшествующий интервал времени силовой многообмоточный трансформатор 1 находился в режиме короткого замыкания, являющийся нормальным для известных измерительных трансформаторов — трансформаторов тока; имело место многократное увеличение тока во вторичной обмотке 4 трансформатора 1, поскольку создаваемая этой обмоткой магнитодвижуЩая сила должна уравновесить суммарную магнитодвижущую силу обтекаемых током двигателя обмоток 2, 3 и 25; в магнитном поле индуктивности рассеяния вторичной обмотки 4 запаслась значительная энергия, пропорциональная квадрату протекающего через нее весьма значительного тока.

После запирания шунтирующего тиристора 13 на стороне постоянного тока диодного моста 11 высвобождается запасенная в магнитном поле индуктивности рассеяния вторичной обмотки 4 энергия, которая посредством двухобмоточного трансформатора 5 передается в статорную обмотку 14 управляемого двигателя от последовательно соединенной с ней обмотки 6 трансформатора 5, В этот отрезок времени двухобмоточный трансформатор 5 используется в качестве ограничителя перенапряжений на вторичной обмотке 4 и присоединенном к ней диодном мосте 11, так и канала, по которому ранее накопленная энергия магнитного поля направляется управляемому двигателю, в котором утилизуется. Поскольку передаваемая при этом двигателю мощность составляет несколько процентов от номинальной мощности двигателя, то установленной мощностью, мас10

1686689 сой и габаритами двухобмоточного. трансформатора 5 можно пренебречь.

Составитель А. Головченко

Техред M.Moðiåíòàë Корректор M. Шароши

Редактор М, Ликович

Заказ 3610 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35; Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101

Таким образом, в устройстве уменьшается величина установившегося напряжения каждого из диодных мостов на входе переменного тока, обеспечивается та же форма кривой напряжения на нагрузке-статорной обмотке управляемого асинхронного двигателя, поскольку в обоих случаях оно формируется тремя взаимно равными интервалами цикла ступенчатого скачкообразного изменения начальной фазы питающего напряжения на 120, обеспечивается режим непрерывного тока во всех обмотках как трансформаторов 1 и 5, так и статорной обмотки 14, при этом обеспечивается уменьшение тепловых потерь в трансформаторах.

Формула изобретения

Устройство для частотного управления асинхронным двигателем по авт. св, М1443114, отл и ча ю щеес я тем, что, с

5 целью улучшения энергетических показателей путем уменьшения тепловых потерь, основная первичная обмотка силового трехфазного трансформатора снабжена второй трехфаэной секцией, каждая фазная

10 катуш ка которой включена посл едовател ьно между одноименной фазной катушкой первой секции основной первичной обмотки силового трансформатора и одноименной фазной катушкой первичной обмотки

15 второго трансформатора согласно по отношению к фазной катушке основной первичной обмотки силового трансформатора, а второй трансформатор выполнен понижающим,