Тиристорний асинхронний електропривод з підвищеним коефіцієнтом потужності

Реферат: UA 98832 U UA 98832 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до електротехніки і може бути використана в електроприводах насосів і вентиляторів. Відомий тиристорний асинхронний електропривод, що містить асинхронний двигун, підключений до електромережі через тиристорний перетворювач напруги, побудований на шести тиристорах, включених у кожну фазу зустрічно-паралельно [Асинхронный электропривод с тиристорным управлением / Р.П.Герасимяк, В.А.Лешев, Н.С.Путилин. - Киев: Техника, 1984. 150 с.]. Недоліком такого електропривода є то, що його реактивна потужність нескомпенсована і коефіцієнт потужності не перевищує 0,7. Найбільш близьким аналогом за технічною суттю до поставленої задачі є асинхронний електропривод з екстремальним керуванням, який містить датчики струму і напруги статора, фільтр першої гармоніки струму статора, додатній зворотний зв'язок за струмом статора та функціональний перетворювач з експоненціальною залежністю коефіцієнта підсилення від напруги статора [Авторське свідоцтво СРСР №746855 "Асинхронный электропривод с экстремальным управлением" Сарбатов Р.С. Опубліковано в "Бюллетене изобретений" №25, 1980 г.]. Недоліком найближчого аналога є те, що коефіцієнт потужності підвищується за рахунок зменшення струму статора функціональним перетворювачем до 0,8, а не за рахунок компенсації реактивної потужності. В основу корисної моделі поставлена задача, що полягає у підвищенні коефіцієнта потужності тиристорного асинхронного електропривода до 0,94, за рахунок введення в його схему додаткових елементів та зв'язків для компенсації, тобто, зменшення споживання реактивної потужності. Поставлена задача вирішується тим, що в схему, що містить тиристорний асинхронний електропривод, трансформатор струму, вихід якого підключений до входу фільтра першої гармоніки, трансформатор напруги, перший випрямляч, входом підключений до виходу трансформатора напруги, а виходом - до входу формувача імпульсів напруги, другий випрямляч, входом підключений до виходу фільтра першої гармоніки, а виходом - до входу формувача імпульсів струму, введені RS-тригер з установкою заднім фронтом імпульсу, установочний вхід S якого підключений до виходу формувача імпульсів напруги, а скидаючий вхід R підключений до виходу формувача імпульсів струму, інтегратор з ключем скиду, входом підключений до виходу RS-тригера, а виходом до входу порогового елемента, вхід ключа скиду підключений до виходу формувача імпульсів напруги, вихід порогового елемента підключений до входу ключа, перший вихід якого підключений до виходу інтегратора, а другий - до входу блока пам'яті, вихід якого підключений до входу чотирирозрядного аналого-цифрового перетворювача, до чотирьох виходів якого підключені входи чотирьох силових ключів, які підключають до тиристорного електроприводу чотири конденсатори, ємність яких співвідноситься між собою як 1:2:4:8, логічний елемент 2АБО-НІ, входи якого підключені до входів RS-тригера, а вихід - до входу ключа скиду пам'яті. Суть корисної моделі полягає у тому, що в результаті введення в корисну модель RSтригера з керуванням задніми фронтами імпульсів від формувачів імпульсів напруги і струму, на його виході формується імпульс, ширина якого пропорційна реактивній потужності. Інтегратор, входом підключеним до виходу RS-тригера, перетворює ширину імпульсу в рівень напруги пропорційний реактивній потужності. Якщо рівень напруги, тобто, рівень реактивної потужності перевищує допустиму, то вмикається пороговий елемент і підключає вихід інтегратора до входу блока пам'яті. Вихід останнього підключений до входу чотирирозрядного аналога - цифрового перетворювача, до чотирьох виходів якого підключені входи чотирьох силових ключів, які підключають до тиристорного асинхронного електроприводу чотири конденсатори, ємність яких співвідноситься між собою як 1:2:4:8. Якщо в процесі роботи електропривода відбувається зменшення споживання реактивної потужності і в перехідному процесі наступає момент часу співпадання напруги мережі і першої гармоніки струму за фазою, то логічний елемент 2АБО-НІ, входи якого підключені до входів RS-тригера, а вихід - до входу ключа скиду пам'яті, обнуляє блок пам'яті і процес визначення величини реактивної потужності за величиною кута зсуву фази струму від напруги повторюється. Необхідно акцентувати, що коефіцієнт потужності підвищується саме за рахунок зменшення споживання реактивної потужності не за рахунок збільшення навантаження двигуна. Наведені креслення функціональної схеми (фіг. 1) та часових діаграм (фіг.2) напруг і струмів пояснюють особливості функціонування запропонованого тиристорного асинхронного електропривода з підвищеним коефіцієнтом потужності. На фіг. 1 показана функціональна схема, яка містить тиристорний асинхронний електропривод 1, трансформатор струму 2, вихід якого підключений до входу фільтра 3 першої 1 UA 98832 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 гармоніки, трансформатор напруги 4, перший випрямляч 5, входом підключений до виходу трансформатора напруги, а виходом - до входу формувача 7 імпульсів напруги, другий випрямляч 6, входом підключений до виходу фільтра 3 першої гармоніки, а виходом - до входу формувача 6 імпульсів струму, RS-тригер 9 з установкою заднім фронтом імпульсу, установочний вхід S якого підключений до виходу формувача 5 імпульсів напруги, а скидаючий вхід R підключений до виходу формувача 6 імпульсів струму, інтегратор 10 з ключем скиду, входом підключений до виходу RS-тригера 9, а виходом до входу порогового елемента 11, вхід ключа скиду інтегратора 10 підключений до виходу формувача 7 імпульсів напруги, вихід порогового елемента 11 підключений до входу ключа 12, перший вивід якого підключений до виходу інтегратора 10, а другий - до входу блока 13 пам'яті, вихід якого підключений до входу чотирирозрядного аналого-цифрового перетворювача 14, до чотирьох виходів якого підключені входи чотирьох силових ключів 17-20, які підключають до тиристорного електроприводу чотири конденсатори, ємність яких співвідноситься між собою як 1:2:4:8, елемент 16 з логічною функцією 2АБО-НІ, входи якого підключені до входів RS-тригера 9, а вихід - до входу ключа 15. На фіг.2 показані часові діаграми, які пояснюють принцип дії схеми: а) синусоїда напруги мережі; б) синусоїда першої гармоніки струму; в) сигнал формувача імпульсів напруги; г) сигнал формувача імпульсів струму; д) сигнал на виході тригера; є) сигнал на виході інтегратора. Принцип дії тиристорного асинхронного електропривода з підвищеним коефіцієнтом потужності полягає у наступному. При регулюванні напруги статора, струм першої гармоніки відстає від напруги (фіг.2а, б). Формувачі імпульсів напруги 7 і струму 8 першої гармоніки формують на своїх виходах імпульси низького рівня при нульових рівнях напруги і струму (фіг.2в, г). Формувач 7 імпульсів напруги встановлює високий рівень на виході RS-тригера 9 і одночасно обнуляє інтегратор 10 (польовий транзистор з каналом р-типу закритий при позитивному потенціалі на затворі і відкривається при нульовому потенціалі), а формувач 6 імпульсів струму встановлює низький рівень на виході RS-тригера. На виході тригера з'являється імпульс (фіг.2д), ширина якого дорівнює фазовому зсуву першої гармоніки струму від напруги. Після появи високого рівня на виході тригера починає підвищуватись напруга на виході інтегратора 10 (фіг.2є). При досягненні заданого рівня напруги, який відповідає куту зсуву фази струму 5,5° спрацьовує пороговий елемент 11. Мінімальний кут зсуву фази струму 5,5° визначається наступним чином. Максимальний кут зсуву струму від напруги складає 82-84 градуси. Максимальна кількість ступенів ємності (дискретність зміни ємності) конденсаторів складає 15 дискрет. Тоді ціна однієї дискрети складає 83°/15=5,5°. Пороговий елемент 11 вмикає ключ 12 і вихідна напруга інтегратора запам'ятовується блоком 13, величина якої перетворюється у двійковий код на виході аналого-цифрового перетворювача (АЦП). Відповідні виходи 1-2-4-8 АЦП, які відповідають вхідній напрузі вмикають конденсатори відповідної ємності. Після перехідного процесу вмикання конденсаторів фазовий зсув струму, ширина вихідного імпульсу тригера, вихідна напруга інтегратора зменшуються. Пороговий елемент вимикається, блок пам'яті залишає рівень напруги, який відповідає величині реактивної потужності, пропорційний куту зсуву фази струму. Реактивна потужність скомпенсована і електропривод працює з підвищеним коефіцієнтом потужності. У випадку зменшення реактивної потужності при збільшенні кута керування тиристорним регулятором величина ємності стає більшою від необхідного значення і фаза струму починає рухатись в сторону випередження. В момент співпадіння імпульсів напруги і струму на виході елемента 2АБО-НІ 16 з'являється високий рівень напруги, вмикається ключ 15 і обнуляє блок пам'яті 13. Починається новий процес визначення необхідної величини ємності конденсаторів. Таким чином, запропонований тиристорний асинхронний електропривод забезпечує автоматичну компенсацію реактивної потужності і, отже, підвищення коефіцієнта потужності до 0,94. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Тиристорний асинхронний електропривод з підвищеним коефіцієнтом потужності, що містить асинхронний двигун, тиристорний перетворювач напруги, трансформатор струму, вихід якого підключений до входу фільтра першої гармоніки, трансформатор напруги, перший випрямляч, входом підключений до виходу трансформатора напруги, а виходом - до входу формувача імпульсів напруги, другий випрямляч, входом підключений до виходу фільтра першої гармоніки, а виходом - до входу формувача імпульсів струму, який відрізняється тим, що в нього додатково введено RS-тригер з установкою заднім фронтом імпульсу, установочний вхід S якого підключений до виходу формувача імпульсів напруги, а скидаючий вхід R підключений до виходу формувача імпульсів струму, інтегратор з ключем скиду, входом підключений до виходу 2 UA 98832 U 5 RS-тригера, а виходом до входу порогового елемента, вхід ключа скиду підключений до виходу формувача імпульсів напруги, вихід порогового елемента підключений до входу ключа, перший вивід якого підключений до виходу інтегратора, а другий - до входу блока пам'яті, вихід якого підключений до входу чотирирозрядного аналого-цифрового перетворювача, до чотирьох виходів якого підключені входи чотирьох силових ключів, які підключають до тиристорного електроприводу чотири конденсатори, ємність яких співвідноситься між собою як 1:2:4:8, логічний елемент 2АБО-НІ, входи якого підключені до входів RS-тригера, а вихід - до входу ключа скиду пам'яті. 3 UA 98832 U Комп’ютерна верстка Л. Бурлак Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4