Електропривід змінного струму

1 Електропривід змінного струму, який містить асинхронний двигун з фазним ротором, в якому обмотки кожної фази ротора поділені на частини, в загальному випадку нерівні, які з'єднані за схемою противмикання, обмотки фаз з'єднані в зірку, який відрізняється тим, що містить мостовий випрямляч, який підключений до вузлів з'єднання частин роторних обмоток 2 Електропривід за п 1, який відрізняється тим, що мостовий випрямляч є керованим, а його вихід короткозамкнений 3 Електропривід за п 1, який відрізняється тим, що мостовий випрямляч є некерованим, а до його виходу підключений керований комутуючий ключ Найбільш близьким за технічним результатом, що досягається, до винаходу, що заявляється, є технічне рішення, що забезпечує пуск асинхронного двигуна, ВІДПОВІДНО якому розділяють обмотку кожної фази ротора на частини, в загальному випадку нерівні, з'єднують ці частини за схемою противмикання, подають в статорні обмотки змінний струм, розганяють вал "двигуна до заданої швидкості і, закорочуючи обмотки ротора, переводять двигун на природну характеристику, зменшуючи таким чином пусковий струм статора [Шенфер К И Асинхронные машины -Л ГОНТИ, 1938] Недоліками такого технічного рішення є збільшення струмів роторних обмоток до рівня пускових при прямому вмиканні і відсутність регулювання швидкості обертання Метою винаходу є обмеження величини пускового струму статора на рівні номінального при достатньому початковому пусковому моменті, а також забезпечення плавного регулювання швидкості обертання, зниження теплових витрат і споживання електричної енергії в процесі пуску і регулювання ШВИДКОСТІ Поставлена мета досягається тим, що в асинхронному двигуні, в якому обмотка кожної фази ротора поділена на частини, в загальному випадку нерівні, ці частини з'єднані за схемою проти вми О ю о ю 57051 кання, а обмотки фаз з'єднані в зірку, згідно винаходу до вузлів з'єднання частин роторних обмоток підключені мостовий випрямляч ВІДПОВІДНО ДО ОДНОГО ІЗ варіантів винаходу мо стовий випрямляч є керованим, а його вихід короткозамкнений, в цьому випадку подають в статорні обмотки змінний струм, розганяють вал двигуна до заданої швидкості, випрямляють вузлові струми противвімкнених частин роторних обмоток, змінюючи кут управління керованих елементів випрямляча від максимального до нуля, і регулюють швидкість в частині діапазону регулювання швидкості, що залишився В другому варіанті мостовий випрямляч є некерованим, а до його виходу підключений керований комутуючий ключ, в цьому випадку подають в статорні обмотки змінний струм, розганяють вал двигуна до заданої швидкості, випрямляють струми обмоток фаз ротора некерованими вентилями, переривають ключем випрямлений струм з постійною високою частотою, змінюючи шпаруватість, або з постійною шпаруватістю, змінюючи частоту, або узгоджено, одночасно змінюючи частоту і шпаруватість і регулюють швидкість двигуна в частині діапазону регулювання швидкості що залишилась Суть винаходу пояснюється кресленнями На фіг 1 приведена функціональна схема пристрою дня реалізації способу пуску і регулювання швидкості асинхронного двигуна, де показані обмотки фаз ротора, розділені на частини, які з'єднані між собою за схемою противмикання, при з'єднанні фаз є зірку, з'єднання з керованим або некерованим мостовим випрямлячем, вихід якого ВІДПОВІДНО короткозамкнений або замкнений на керований комутуючий ключ На фіг 2 показані графічні залежності обертаючою моменту (М1 - IVb) і вентиляторна механічна характеристика навантаження (М) двигуна в функції ковзання, які представлені у відносних одиницях У пристрої для здійснення способу пуску і регулювання швидкості обертання, що пропонується, схема якого представлена на фіг 1 статорна обмотка 1 асинхронного двигуна підімкнена до живильної мережі змінного струму Ротор 2 містить обмотку, фази якої з'єднані в зірку, праному обмотка кожної фази розділена на частий, в загальному випадку нерівні, які з'єднують між собою за схемою противмикання До вузлів з'єднання частин роторних обмоток підімкнений керований мостовий випрямляч 3, вихід якого короткозамкнений, а в разі використання некерованого випрямляча паралельно його виходу підімкнений керований комутуючий ключ 4 Керований мостовий випрямляч може бути тиристорним або транзисторним, а керований комутуючий ключ тиристорним, транзисторним або мати інше, відоме в техніці виконання Пристрій, наведений на фіг1, працює таким чином На статор, 1 асинхронного двигуна подають напругу живильної мережі, внаслідок чого у противвімкнених частинах обмоток фаз ротора 2 наводяться ЕРС ЕРС, що наводяться віднімаються одна з одної арифметично, якщо частини обмоток розміщені в загальних пазах і відносяться до одних фаз, і геометричне, якщо еони розташовані в різних пазах і відносяться до різних фаз У обох випадках результуюча ЕРС меншає У результаті механічна характеристика зміщається в зону великих ковзань при достатньому початковому пусковому моменті На фіг 2 показані криві М-і, IVh, Мз, які відображають механічні характеристики асинхронного двигуна при різних співвідношеннях КІЛЬКОСТІ витків в обох частинах кожної фази роторної обмотки і закритих ветилях блоку 3, або розімкненому ключі 4, а ІУЦ - при повністю відкритих вентилях блоку 3, або замкненому ключі 4 Тобто нахил механічної характеристики, а, отже, величина початкового пускового моменту залежить від обраного співвідношення КІЛЬКОСТІ витків в противвімкнених частинах обмоток кожної фази ротору У початковому положенні, коли кутова швидкість ротора дорівнює нулю, встановлюють відносно ЕРС роторних обмоток таку фазу керуючих сигналів, що поступають на керуючі входи блоку З керованих випрямляючих елементів, щоб вони забезпечували відімкнення останніх в ПОСЛІДОВНОСТІ, що виключає протікання струму через короткозамкнений ланцюг керованого випрямляча 3 При цьому противмикання частин роторних обмоток зменшує їх сумарний реактивний опір і, отже, зменшує фазовий кут між струмом і ЕРС, індуктованою в обмотці, що приводить до збільшення початкового моменту і coscp Розгін валу двигуна здійснюється до заданої швидкості за ВІДПОВІДНОЮ характеристикою обертаючого моменту (Мі - Мз), аж до точки и перетину з ветиляторною механічною характеристикою навантаження М При досягненні заданої швидкості (наприклад, точка Si на фіг 2), змінюючи кут відімкнення керованих елементів блоку 3 від максимального до нуля, регулюють ступінь противмикання частин обмоток ротора 2 і, отже, величину обертаючого моменту При цьому регулювання швидкості обертання відбувається в області ковзань від Si до SN, ЯК показано на фіг 2 Регулювання швидкості обертання асинхронного двигуна у бік зменшення здійснюють збільшенням кута управління керованих випрямляючих елементів 3 від нуля до максимального Причому зміну куга управління можна здійснювати відносно нульового ліворуч або праворуч, що обумовлює зміну стулена противмикання частин роторних обмоток і, отже, величину моменту, що обертає Пристрій на фіг 1, який реалізує другий варіант приводу що здійснює пуск і регулювання швидкості обертання асинхронного двигуна, що пропонується, працює аналогічним, описаним вище, чином з тією ВІДМІННІСТЮ, що у початковому положенні, коли кутова швидкість ротора дорівнює нулю, керований ключ знаходиться в розімкненому стані Цей стан зберігається дотиєї миті, коли обертання ротору асинхронного двигуна досягне заданої швидкості (наприклад, точка Si на фіг 2) ВІДТОДІ починають комутувати керований ключ 4 Причому частота замикання і розмикання ключа 4 встановлюється в залежності від необхідного обмеження ступеня противмикання частин обмоток ротора, його швидкості обертання і обирається такою, що набагато перевищує частоту струму в роторних обмотках Таким чином, комутуючи ключ 4 з частотою, що є функцією струму в роторних обмотках 2 можна регулювати струм і, отже, величину обер 57051 таючого моменту Розгін вала двигуна виконують, зменшуючи шпаруватість при ПОСТІЙНІЙ частоті комутації ключа 4 або, зменшуючи частоту його комутації при ПОСТІЙНІЙ шпаруватості, або одночасно, узгоджено зменшуючи частоту і шпаруватість Регулювання швидкості обертання асинхронного двигуна у бік зменшення здійснюють комутацією вузлових струмів роторних обмоток ключем 4, збільшуючи шпаруватість при ПОСТІЙНІЙ частоті або збільшуючи частоту його комутації при незмінній шпаруватості або одночасно, узгоджено збільшуючи частоту і шпаруватість 3 метою спрощення конструкції схеми пристрою для здійснення способу пуску і регулювання швидкості обертання асинхронного двигуна, що пропонується, всі її елемент встановлюють на частині, що обертається -роторі, а керуючі сигнали подають на випрямляючий блок З або керований комутуючий ключ 4 відомим в техніці контактним або безконтактним способом Таким чином, електропривід, що здійснює і регулювання швидкості обертання асинхронного двигуна з фазним ротором, що пропонується, дозволяє виконати пуск і розгін до необхідної швидкості, а також плавне регулювання швидкості, обмежити величину пускового струму статора на рівні номінального при достатньому пусковому моменті і високому значенні coscp Крім цього спосіб, що пропонується забезпечує істотне зниження теплових втрат і загального споживання електричної енергії в процесі пуску і регулювання швидкості обертання асинхронного двигуна і—ZJ ФІГ.1 Комп'ютерна верстка Е Ярославцева Підписано до друку 05 07 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна