RU1786626C - Электропривод посто нного тока - Google Patents

Description

ременного тока содержит электродвигатель ,  корна  обмотка которого через первый выпр митель подключена к первой батарее конденсаторов, а независима  обмотка подключена к выводам посто нного 5 тока второго выпр мител , который посредством трансформатора подключен к выводам второй конденсаторной батареи, причем перва  и втора  конденсаторные батареи соединены в последовательную цепь 10 и предназначены дл  подключени  к однофазной сети переменного тока.

Устройство электропривода посто нного тока дл  варианта трехфазной цепи пере менного тока содержит электродвигатель, 15 ,  корна  обмотка которого через трехфаз- ный выпр митель подключены к первой трехфазной батарее конденсаторов, соединенной по схеме звезда или по схеме треугольник , котора  з каждой из трех фаз 20 подключена к сети переменного тока через пофазно последовательно соединенную трехфазную вторую батарею конденсаторов .независима  обмотка электродвигател  подключена к выводам посто нного тока 25 однофазного выпр мител , кбторый посредством трансформатора подключен к выводам второй конденсаторной батареи в одной из трех фаз.

Предлагаемое техническое решение со- 30 ответствует критерию изобретени  существенные отличи , т.к. не вы влены другие технические решени  с аналогичными свойствами .

На фиг.1 и 2 представлены схемы уст- 35 ройства электропривода дл  осуществлени  включени  двигател  посто нного тока соответственно дл  вариантов однофазной и трёхфазной цепей переменного тока.

На фиг.З представлена векторна  диаг- 40 рамма токов и напр жений дл  схемы устройства с однофазной цепью переменного

тока.

На фиг.4 представлена векторна  диаграмма токов дл  схемы устройства с трех- 45 фазной цепью переменного тока.

На фиг.5-а и фиг.5-б представлены соответственно механические и скоростные характеристики двигател  с независимым возбуждением при включении по схеме про- 50 тотипа (пунктирные линии) и при включении по предлагаемому устройству по фиг.2г (сплошные линии).

Представленна  на фиг. 1 схема включени  двигател  дл  варианта однофазной це- 55 пи переменного тока содержит последовательно включенные в цепь переменного тока конденсаторы 1, (в общем слу- чае это батаре  конденсаторов 1-т), первый выпр митель 2, к выходу которого

подключена  корна  цепь двигател  3, а параллельно входу подключены конденсаторы 4, (в общем случае это батаре  конденсаторов 1-п) и второй выпр митель 5, к выходу которого подключены параллельно незави-. сима  обмотка возбуждени  б и емкость сглаживающих конденсаторов 7 (последн   может отсутствовать), а вход выпр мител  5 подключен к выходу согласующего трансформатора 8, который своим входом подключен параллельно конденсаторам 1 в цепи переменного тока.

Устройство работает следующим образом . . ,-

В соответствии с первым законом Кирхгофа дл  тока сети Н (а пренебрега  величиной тока цепей возбуждени  - и дл  тока конденсаторов 1), тока г конденсаторов 4 и тока ID выпр мител  2 имеем:

IH2+ID (1)

Дл  однофазного выпр мител  2 Т9ки его входа ID и выхода Id равны, причем ток Id  вл етс  током  корной цепи, а напр жени  его выхода Ud и входа U2 св заны известным соотношением:. . ,9U2 (2)

Напр жение на обмотке возбуждени  св зано с напр жением на входе согласующего трансформатора 8 соотношением:

,(3) где Кс- коэффициент согласовани , учитывающий величину коэффициента трансформации Кт трансформатора 8 и соотношение, аналогичное выражению (2), дл  напр жений выхода и входа выпр мител  5.

При идеальном холостом ходе двигател  3 ток ID отсутствует, токи f i и h равны между собой и их величина определ етс  напр жением сети и сопротивлени ми Xi и Х2 батарей конденсаторов 1 и 4:

( (4)

Напр жение сети распределено между батаре ми конденсаторов 1 и 4 пропорционально их сопротивлени м.

При этом напр жение на  коре двигател  (с учетом (2)) и напр жение на обмотке возбуждени  (с учетом (3)) равны:

1хх Х1(5) Х2 (б)

Соотношение этих напр жений однозначно определ ет поток возбуждени  двигател  и его частоту вращени  идеального холостого хода п0.

В момент включени  (пуска) двигател , когда его частота вращени  . а ЭДС отсутствует (стоповой режим), выпр митель 2 и конденсаторы 4 оказываютс  закороченными (точки Д и В) сопротивлением Р   корной цепи двигател , величиной которого по сравнению с сопротивлением Хг батареи 1 в первом приближении можно пренебречь. В этом случае током 2 можно пренебречь, а

ток I in в сети равен току bn и току Idn в цепи  кор  и определ етс  соотношением напр жени  и сопротивлени  Xi батареи и конденсаторов 1, т:е.:

(7)

liri

,иг

ХТ

Очевидно, что в этом случае напр жет ние на обмотке возбуждени  определ етс  величиной напр жени  сети:

.U.m«Uc ...;.(8) .Параметры схемы определ ют исход  из следующего. Задава сь желаемым значением К кратности пускового тока двигател 

-.

к его номинальному току дв.н вычисл ют

желаемое значение тока Ип:

дв.н (9) Затем из (7) определ ют необходимое значение сопротивлени  Xi конденсаторов батареи 1 (а следовательно, и емкости Ci этой батареи), котора  и обеспечивает, аналогично прототипу, ограничение пускового тока двигател .

Величина Х2 сопротивлени , котора  определ ет и ее емкость С2, батареи 4 определ етс  из заданной величины напр жени  U2xx на  коре при холостом ходе из (4) и (6). Максимальные значени  напр жени  на батаре х 1 и 4 равны соответственно Uc и

U2xxH3(6).

При плавном переходе от стопового режима к режиму идеального холостого хода

двигател  его ток 1ДВ, (а значит и ток о)

измен етс  от пускового значени  Нп до нул .

При этом состо ние системы описываетс  уравнением (1), а также уравнени ми

( 7)

15

20.

25

30 35

40

45

Ф 1Дв(12)

(13)

где ЕдВ. - ЭДС двигател , котора  при этом, с учетом (2), определ етс  по уже известным параметрам:

,9и2-1дв -Ra ./(14) 10 При этом в предлагаемой схеме включе- ни  обмотки возбуждени  величина потока возбуждени   вл етс  с учетом (3). функцией уже известного параметра Ui, дл  чего может быть использована универсальна  крива  намагничивани  дл  двигателей параллельного возбуждени .

При выборе в (3) коэффициента согласовани , например, по условию обеспечени  номинального потока возбуждени  при номинальном токе в  коре двигател , поведение двигател  подобно поведению серйесного двигател , с учетом следующего .

При номинальном токе двигател  поток равен номинальному значению.При увеличении тока двигател  поток возрастает, однако, нелинейно, т.к. магнитна  цепь двигател  работает в области заметного действи  насыщени . При этом, как и у серйесного двигател , величина вращающего момента на единицу тока выше, чем у двигател  с независимой (параллельной) обмоткой возбуждени . -Возрастание потока возбуждени  обусловлено увеличением падени  напр жени  Ui на батарее 1 при

увеличении тока li.

При уменьшении тока двигател  поток возбуждени  уменьшаетс , обеспечива  увеличение частоты вращени  аналогично сериесному двигателю, но, в отличие от него , лишь до определенной величины, т.к. даже при идеальном холостом ходе двигател  поток возбуждени  обеспечен падением напр жени  на батарее 1 за счет тока холо

U Ui +U2

. . и ,.-

Х2

Задача решаетс  численным методом (итерацией) и позвол ет определить однозначно зависимости Ui; U2 и I 2 от I D, т.е. от I дв. Момент М и частота вращени  п двигател  определ ютс  величиной I дв и величиной потока возбуждени  Ф по известным выражени м (1)

стого хода Нхх определ емого по выражению (4). Таким образом, частота вращени  двигател  при холостом ходе в предлагае- сп мом устройстве существенно выше, чем в прототипе дл  двигател  с независимой обмоткой возбуждени , но, в отличие от серйесного двигател  с такими свойствами, имеет вполне ограниченное фиксированное значение,

В устройстве по фиг.2 дл  варианта трехфазной цепи переменного тока на зажимы источника питани  последовательно с конденсаторами 1 в каждой из трех фаз включен первый трехфазный выпр митель

55

2, к выходу которого подключен  корь двигател  3, а параллельно его трехфазному входу подключены конденсаторы 4 по схеме звезда (как показано на рисунке) или по схеме треугольник (на рисунке не показано ), а второй однофазный выпр митель 5, к выходу которого подключена параллельно независима  обмотка возбуждени  б и емкость сглаживающих конденсаторов 7 (последн   может отсутствовать), своим входом подключен к выходу согласующего трансформатора 8, который своим входом подключен параллельно конденсаторам 1 в одной из фаз цепи переменного тока (на чертеже- параллельно конденсаторам 1-1 в фазе А),.

Работа схемы принципиально полностью идентична работе схемы по фиг,1 с учетом особенностей, вносимых трехфазным выполнением цепи переменного тока,

В соответствии с известными соотношени ми дл  трехфазного выпр мител  2 и прин тыми обозначени ми по рис.2 имеем:

,82 -Id

или, с учетом того, что cos35° 0,82: ., -cos35°(15).

,74 Ud(16) где UD - модуль линейного напр жени  на входе выпр мител  2,

В соответствии с первым законом Кирхгофа дл  точки D

ilA lp+l2A . , . (17)

Параметры емкостей 1 (их сопротивление Xi и др.) определ ютс  из выражени  (7) по фазному напр жению сети Ь ф с учетом соотношени  (15) и заданной величины пускового тока 1Дв.п., т.е. из выражени :

-О „ Ц)

1 Хт

1дв.п COS35C

(18)

т.к. в стоповом режиме  корна  цепь двигател  3 через мост 2 закорачивает емкости 4 (точки D, Е и F) и емкости 1 оказываютс  подключенными к сети по схеме звезда.

Сопротивление (емкость) конденсаторов 4 определ етс  исход  из обеспечени  (с учетом выражени  (16), напр жени  сети и сопротивлени  конденсаторов 1) заданного значени  напр жени  на двигателе в режиме холостого хода, которое однозначно определ ет частоту вращени  идеального холостого хода двигател ,.

На фиг.З представлена векторна  диаграмма токов и напр жений области двигательного режима по результатам расчета дл  схемы устройства по фиг.2. Расчеты проведены дл  двигател  мощностью 27 кВт напр жением 250 В при следующих расчетных услови х,

Все расчеты дл  целей удобства анали- за проведены в относительных единицах.

За базисные величины прин ты номинальные параметры двигател  (иапр же- 5 ние, ток, сопротивление, частота вращени ).

Относительное значение напр жени  сети ,92 (при стандартном напр жении питающего трансформатора 230 В).

Кратность пускового тока 2,25 (опреде- 10 л ет выбор Xi). Прин то ,3885 (здесь и далее все величины в относительных едини- цах).-..Соотношение сопротивлений конденсаторов 1 и 4 равно Xi:X2 1:2 (определ ют 15 напр жение холостого хода).

Расчеты проведены численным метр- дом при различных заданных значени х тока двигател  h и представлены на фиг.З. 20 Крива  AiA.2A3  вл етс  годографом

векторов тока h с началом в точке О. Точки

I 2 и ID  вл ютс  проекци ми тока И на ось „с ординат и ось абсцисс, прин тую за действительную ось, соответственно.

Ток двигател  совмещен с действительной осью. Ток 2 определ етс  из выражени  (11) по соответствующим значени м напр - OQ жени  U2, (на диаграмме не показано), получаемым в результате расчета итерацией, и опережает это напр жение (совпадающее

по фазе с активным током ID двигател ) на 90°, т.е. совпадает с направлением оси ор- 5 динат. Ток И определ етс  из выражени  (1). Вектор напр жени  DI представл ет собой падение напр жени  в емкости сопротивлени  Xi от тока h и отстает от него на 90°. Годографом концов векторов Ui, имею щих начало в точке О,  вл етс  крива  С-|С2Сз. Расчеты учитывают вли ние сопротивлени   корной цепи, поэтому в пусковом режиме (точки Ai,Ci) ток И не совпадает по

45 фазе с ID- .:..... Номинальному току двигател  на диаграмме отвечают точки А2 и С2, а режиму холостого хода - точки Аз и Сз.

50 На фиг.4 представлена векторна  диаграмма токов дл  схемы устройства по фиг.2.

Вектор тока ID дл  удобства совмещен с действительной осью, а псевдовектор TOKS

55 Id двигател , в соответствии с выражением (15), отстает от оси абсцисс на 35°, В этих услови х принципиально диаграмма по

. фиг.4 идентична диаграмме по. фиг.З дл  однофазной цепи переменного тока.

40

Диаграмма на фиг,4 построена дл  соотношени  сопротивлений Xi и Ха емкостей 1 и 2, равного 1:0,5. Напр жени  на диаграмме не показаны с целью упрощени  чте- ни  диаграммы, т.к. интересующее напр жение LH определ етс  аналогично диаграмме на рис,3..

На фиг.5 представлены механические (фиг.ба) и скоростные (рис.56) характеристики двигател  по результатам расчета схемы устройства по фиг. 1 дл  условий по диаграмме фиг.З. Сплошными лини ми показаны характеристики по предлагаемому способу включени  обмотки возбуждени  (фиг.11), а пунктирными лини ми - при обеспечении в схеме прототипа независимого номинального возбуждени  (). Характеристики предлагаемого устройства получены при следующих услови х:

1. Сопротивление  корной цепи - по обобщенным данным.

2. Зависимость потока возбуждени  от входного тока (напр жени ) обмотки возбуждени  - по обобщенной кривой намагничивани .

3. Коэффициент согласовани  Кс в (3) прин т равным ,08 из услови  обеспечени  номинального значени  напр жени  на обмотке возбуждени  при номинальном токе в  коре двигател , когда напр жени  на конденсаторах 1, согласно расчета, имеет величину ,48.

Из фиг,5а следует, что в предлагаемом устройстве, за счет автоматического изменени  напр жени  Ui на входе обмотки возбуждени  в соответствии с диаграммой по фиг.З, характеристика двигател  по сравнению со схемой прототипа (при независимом питании обмотки возбуждени ) приобретает положительные свойства:

1. Увеличиваетс  кратность пускового момента на единицу тока при перегрузках. В частности, величина стопового момента при этом же пусковом токе в прин тых услови х расчета возрастает со значени  2,2 до значени  3,6, т.е. в 1,64 раза.

2. Увеличиваетс  частота вращени  при нагрузках, меньших номинальной. В частности , частота вращени  холостого хода возрастает от значени  0,55 до значени  0,7 т.е. в 1,27 раза.

Изменением коэффициента согласовани  Кс в выражении (3) можно изменить форму механической и скоростной характеристик двигател  в предлагаемом устройстве , при прочих равных услови х, а именно; при уменьшении Кс снижаетс  перегрузочна  способность по моменту и возрастает частота вращени  холостого хода, и наоборот- при увеличении Кс возрастает (с учетом

насыщени  магнитной системы двигател ) перегрузочна  способность по моменту и снижаетс  частота вращени  холостого хо- даг ; .- ; : .. -

Коэффициент согласовани  может измен тьс  изменением коэффициента трансформации согласующего трансформатора.

Расчет магнитной цепи согласующего трансформатора необходимо выполн ть по полному напр жению сети в устройстве по

рис.1 или по фазному напр жению сети в устройстве по рис.2, т.к. в стоповом режиме именно эти максимальные величины падени  напр жени  на конденсаторах 1 имеют место в соответствующих схемах.

Экономическа  эффективность предлагаемого технического решени  обусловлена повышением перегрузочной способности приводного двигател  и, соответственно, механизма по моменту и повышением частоты вращени  при малых нагрузках, что обеспечивает возможность повышени  производительности механизма. Формул а и зобретени   Электропривод посто нного тока, содержащий электродвигатель,  корна  обмотка которого через первый выпр митель подключена к первой батарее конденсаторов , а независима  обмотка возбуждени  подключена к выводам посто нного тока

второго выпр мител , отличающийс  тем, что, с целью повышени  надежности и улучшени  качества управлени , в него введены втора  конденсаторна  батаре  и трансформатор, включенный между выводами второй конденсаторной батареи и выводами переменного тока второго выпр мител , причем конденсаторные батареи соединены в последовательную цепь и предназначены дл  подключени  к сети

переменного тока.

i . Л

i Л

i ь / -/

Pwe.Z

0,4 0,8 f,Z 1,6. 2,0 2,4 ,8 3,г J,G 4,0 M,

a