Електропривід змінного струму

Электропривод переменного тока, содержащий двигатель переменного тока, статорные обмотки которого связаны с выходом инвертора, вход которого через неуправляемый выпрямитель соединен с выходом параметрического стабилизатора тока, вход которого подключен к сети переменного тока, отличающийся тем, что он снабжен узлом защиты от холостого хода инвертора и ключевым элементом, подключенным к выходу неуправляемого выпрямителя, управляющий вход ключевого элемента соединен с выходом узла управления ключевого элемента, первый вход которого соединен с выходом инвертора через узел задания скважности замкнутого состояния ключевого элемента, выход узла защиты от холостого хода инвертора подключен ко второму входу узла управления ключевого элемента, а параметрический стабилизатор тока снабжен дополнительным выходом, который связан с входом узла защиты от холостого хода инвертора. Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводах переменного тока для механизмов, требующих стабилизации и плавного регулирования скорости вращения, формирования различных динамических режимов и т.д. Известны электроприводы переменного тока [1], в которых двигатель переменного тока питается от сети переменного тока через выпрямитель и автономный инвертор. При этом выпрямитель выполняется управляемым и регулирует величину напряжения на входе инвертора, инвертор преобразует выпрямленное напряжение в переменное регулируемой частоты, которое поступает на обмотки двигателя. Недостатком таких электроприводов является сложность, так как необходимо наличие нескольких обратных связей (например, по току и скорости) для поддержания требуемого соотношения напряжения и частоты, подводимых к двигателю, а также низкая надежность из-за протекания значительных по величине токов короткого замыкания через ключи автономного инвертора при нарушении правильной коммутации ключей. Наиболее близким по технической сущности к устройству согласно изобретению является выбранный в качестве прототипа электропривод переменного тока, содержащий двигатель переменного тока, статорные обмотки которого связаны с выходом инвертора, вход которого через неуправляемый выпрямитель соединен с выходом параметрического стабилизатора тока, вход которого подключен к сети переменного тока [2]. Недостатками известного электропривода являются значительные потери и перегрев двигателя при регулировании скорости вращения вниз от номинального значения из-за насыщенного состояния магнитной цепи при питании обмоток двигателя стабилизированным током, а также возникновение больших перенапряжений на элементах инвертора и параметрического стабилизатора тока при обрыве фазы нагрузки инвертора (при холостом ходе инвертора), что снижает надежность электропривода. (19) UA (11) 20912 (13) C2 (21) 96062292 (22) 11.06.1996 (24) 17.09.2001 (46) 17.09.2001, Бюл. № 8, 2001 р. (72) Акинін Костянтин Павлович, Войтех Володимир Олександрович, Волков Ігор Володимирович, Ісаков Володимир Миколайович, Красношапка Наталія Дмитрівна, Плугатар Олексій Петрович, Стяжкін Віталій Павлович (73) ІНСТИТУТ ЕЛЕКТРОДИНАМІКИ НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ, UA (56) 1. Тиристорные преобразователи частоты в электроприводе / А.Я. Бернштейн, Ю.М. Гусяцкий, А.В. Кудрявцев, Р.С. Сарбатов; Под ред. Р.С. Сарбатова. – М.: Энергия, 1980. 2. А.с. СССР № 265256, М. кл. Н02М7/52, 1970. 3. Руденко В.С., Сенько В.И., Трифонюк В.В. Основы промышленной электроники. – К.: Выща шк., 1985. 4. Ромаш Э.М. Источники вторичного электропитания радиоэлектронной аппаратуры. – М.: Радио и связь, 1981. 20912 Задачей предлагаемого изобретения является создание электропривода переменного тока, в котором путем изменения амплитуды тока статора в процессе регулирования скорости и шунтирования выхода параметрического стабилизатора тока при холостом ходе инвертора обеспечивается уменьшение потерь и перегрева электродвигателя и повышение надежности электропривода. Указанная задача решается таким образом, что электропривод переменного тока, содержащий двигатель переменного тока, статорные обмотки которого связаны с выходом инвертора, вход которого через неуправляемый выпрямитель соединен с выходом параметрического стабилизатора тока, вход которого подключен к сети переменного тока, дополнительно снабжен узлом защиты от холостого хода инвертора и ключевым элементом, подключенным к выходу неуправляемого выпрямителя, управляющий вход ключевого элемента соединен с выходом узла управления ключевого элемента, первый вход которого соединен с выходом инвертора через узел задания скважности замкнутого состояния ключевого элемента, выход узла защиты от холостого хода инвертора подключен ко второму входу узла управления ключевого элемента, а параметрический стабилизатор тока снабжен дополнительным выходом, который связан с входом узла защиты от холостого хода инвертора. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что даный электропривод отличается наличием новых блоков: ключевого элемента, узла управления ключевого элемента, узла задания скважности замкнутого состояния ключевого элемента, узла защиты от холостого хода инвертора. Сравнение данного решения с другими техническими решениями показывает, что ключевой элемент, узел управления ключевым элементом, узел задания скважности замкнутого состояния ключевого элемента, узел защиты известны [3, 4]. Однако, при их введении в указанной связи с другими элементами схемы, выше указанные блоки проявляют новые свойства, что приводит к повышению надежности электропривода и уменьшению потерь и перегрева электродвигателя. На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что совокупность существенных признаков, изложенная в формуле изобретения, является достаточной для достижения обеспечиваемого изобретением нового технического результата. На фиг. 1 представлена блок-схема электропривода переменного тока, на фиг. 2 приведены его механические характеристики при различных значениях частоты на выходе инвертора. Электропривод переменного тока содержит двигатель переменного тока 1, статорные обмотки которого связаны с выходом инвертора 2, вход которого через неуправляемый выпрямитель 3 соединен с выходом параметрического стабилизатора тока 4, вход которого подключен к сети переменного тока 5, узел защиты от холостого хода инвертора 6 и ключевой элемент 7, подключенный к выходу неуправляемого выпрямителя 3, управляющий вход ключевого элемента 7 соединен с выходом узла управления ключевого элемента 8, первый вход которого соединен с выходом инвертора 2 через узел задания скважности замкнутого состояния ключевого элемента 9, выход узла защиты от холостого хода инвертора 6 подключен ко второму входу узла управления ключевого элемента 8, а параметрический стабилизатор тока 4 снабжен дополнительным выходом, который связан с входом узла защиты от холостого хода инвертора 6. Электропривод работает следующим образом. При подаче питания сети переменного тока 5 на вход параметрического стабилизатора тока 4, последний формирует на входе неуправляемого выпрямителя 3 неизменный по амплитуде переменный ток частоты сети 5. Выпрямленный ток с выхода неуправляемого выпрямителя 3 подается на вход инвертора 2, который преобразует его в переменный ток регулируемой частоты. Переменный ток с выхода инвертора 2 подается на обмотки двигателя переменного тока 1. Скорость вращения вала двигателя 1 определяется частотой переменного тока, протекающего по его обмотках. Механические характеристики двигателя, представленные на фиг. 2, демонстрируют широкий диапазон регулирования скорости, высокую жесткость характеристик, возможность ограничения критического момента на определенном уровне, что позволяет защитить двигатель переменного тока и исполнительный механизм. Ключевой элемент 7 предназначается для кратковременного импульсного закорачивания неуправляемого выпрямителя 3. При регулировании скорости вращения вала двигателя переменного тока 1 сигнал с выхода инвертора 2, пропорциональный частоте, подается через узел задания скважности замкнутого состояния ключевого элемента 9 на вход узла управления ключевым элементом 8. При уменьшении частоты переменного тока, подаваемого в обмотки двигателя 1 скважность замкнутого состояния ключевого элемента 7 изменяется таким образом, чтобы уменьшить амплитуду тока, подаваемого в обмотки двигателя 1, и обеспечить номинальную температуру перегрева обмоток двигателя во всем диапазоне регулирования скорости. При холостом ходе инвертора 2 или обрыве фазы на его выходе, сигнал с дополнительного выхода параметрического стабилизатора тока 4 поступает на вход узла защиты 6. Узел защиты 6 формирует и выдает сигнал в узел управления 8 на перевод ключевого элемента 7 в непрерывно открытое состояние. Ключевой элемент 7 в открытом состоянии осуществляет короткое замыкание по выходу параметрического стабилизатора 4. Тем самым исключается протекание тока по цепям инвертора 2 и двигателя 1. Для возобновления рабочего состояния электропривода необходимо выключить электропривод, восстановить электрические цепи между инвертором 2 и двигателем 1 и повторно включить электропривод. Экспериментальные исследования данного электропривода показали, что введение ключевого элемента для изменения амплитуды тока статора при регулировании частоты вращения позволяет, по сравнению с прототипом, обеспечить оптимальный тепловой режим электрической машины во всем диапазоне регулирования, а введение узла защиты исключает выход из строя полупроводниковых элементов инвертора при его холо 2 20912 стом ходе или обрыве фазы питания двигателя. Таким образом, электропривод переменного тока, в котором путем изменения амплитуды тока статора в процессе регулирования скорости и шунти рования выхода параметрического стабилизатора тока при холостом ходе инвертора, обеспечивает уменьшение потерь и перегрева электродвигателя и повышение надежности электропривода. Фиг. 1 Фиг. 2 3 20912 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4