RU2464697C2

RU2464697C2 - Method to increase power coefficient and device for its realisation

Info

Publication number: RU2464697C2
Application number: RU2010144085/07A
Authority: RU
Inventors: Александр Юрьевич Портной (RU); Александр Юрьевич Портной; Олег Валерьевич Мельниченко (RU); Олег Валерьевич Мельниченко; Сергей Геннадьевич Шрамко (RU); Сергей Геннадьевич Шрамко
Priority date: 2010-10-27
Filing date: 2010-10-27
Publication date: 2012-10-20
Also published as: RU2010144085A

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: method to increase power coefficient of a device comprising a diode or a thyristor rectifier and a collector electric motor consists in the fact that at the moment of 0-2 ms after transition of grid voltage via zero, field suppression is started, and at the moment of 2-7 ms after transition of voltage via zero field suppression is stopped. To shunt an excitation winding, a switch may be used in a mode of width-pulse modulation. The device to realise the method comprises a transformer, a diode or a thyristor rectifying bridge, a collector electric motor comprising an anchor and an excitation winding, one or more resistors of field suppression, one or more switches. A field suppression resistor may be arranged with an intermediate lead, or as comprising two resistors, and a switch may be connected in parallel to one of the resistor parts. Switches may be IGBT transistors (modules). The device may be installed onto an AC electric locomotive.

EFFECT: higher power coefficient.

7 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к аппаратуре для преобразования энергии, коллекторным электродвигателям постоянного тока, а также к электрическому транспорту железных дорог.The invention relates to electrical engineering, namely to equipment for converting energy, DC collector motors, as well as to electric transport of railways.

Известен коллекторный двигатель постоянного тока, например (М.Г.Чиликин, А.С.Сандлер, Общий курс электропривода, М.: Энергоиздат, 1981, 576 с.). Недостатком таких мощных двигателей является то, что они не могут сами по себе подключаться к промышленной сети переменного тока вследствие значительной индуктивности обмоток, что обеспечивает сравнительно малый коэффициент мощности.Known DC brush motor, for example (M.G. Chilikin, A.S. Sandler, General Electric Drive, M .: Energoizdat, 1981, 576 pp.). The disadvantage of such powerful motors is that they cannot themselves be connected to an industrial AC network due to the significant inductance of the windings, which provides a relatively small power factor.

Известен коллекторный двигатель постоянного тока, запитываемый от сети переменного тока с использованием диодного или тиристорного моста, например (Б.А.Тушканов, Н.Г.Пушкарев, Л.А.Позднякова и др. Электровоз ВЛ-85. Руководство по эксплуатации. М., 1992, 480 с.) Недостатком является то, что сам по себе этот способ не позволяет изменять коэффициент мощности, остающийся сравнительно невысоким (до 84%).Known collector DC motor, powered from an alternating current main using a diode or thyristor bridge, for example (B.A. Tushkanov, N.G. Pushkarev, L.A. Pozdnyakova and other electric locomotive VL-85. Operation manual. M ., 1992, 480 p.) The disadvantage is that this method alone does not allow you to change the power factor, which remains relatively low (up to 84%).

Известен способ регулирования мощности двигателей постоянного тока, при котором частично шунтируют обмотки возбуждения двигателей (ослабляют поле), в том числе с использованием индуктивных шунтов, например (Б.П.Петров, А.Д.Степанов, Оборудование и автоматизация электрического подвижного состава, М.: Госэнергоиздат, 1963, 304 с.; Б.А.Тихменев, Л.М.Трахтман, Подвижной состав электрифицированных железных дорог. Теория работы электрооборудования. Электрические схемы и аппараты, М.: Транспорт, 1980, 471 с.). Техническим недостатком является то, что подобное ослабление поля само по себе не сильно изменяет коэффициент мощности двигателя.A known method of regulating the power of DC motors, in which the motor excitation windings are partially shunted (weaken the field), including using inductive shunts, for example (B.P. Petrov, A.D. Stepanov, Equipment and automation of electric rolling stock, M .: Gosenergoizdat, 1963, 304 pp .; B.A. Tikhmenev, L.M. Trakhtman, Rolling stock of electrified railways. Theory of electrical equipment. Electric circuits and devices, M .: Transport, 1980, 471 p.). The technical disadvantage is that such a weakening of the field alone does not significantly change the engine power factor.

Известен способ регулирования скорости тяговых двигателей электровоза постоянного тока с импульсным регулированием (патент RU 2316107), являющийся наиболее близким прототипом (аналогом), в котором последовательно с каждым электродвигателем или группой электродвигателей включают импульсный преобразователь и увеличивают коэффициент заполнения до значения, равного единице. При измерении тока якоря вычисляют момент двигателя до и после шунтировки обмотки возбуждения. При включении ослабления поля вводят новый рассчитанный коэффициент заполнения, что обеспечивает отсутствие бросков тока. Техническим недостатком является то, что сам по себе способ не изменяет коэффициент мощности при подключении к сети переменного тока двигателя постоянного тока.There is a method of controlling the speed of traction motors of a direct current electric locomotive with pulse regulation (patent RU 2316107), which is the closest prototype (analogue), in which a pulse converter is turned on in series with each electric motor or a group of electric motors and the duty ratio is increased to a value equal to unity. When measuring the armature current, the motor moment is calculated before and after the excitation winding is bypassed. When the field attenuation is turned on, a new calculated duty factor is introduced, which ensures no inrush currents. The technical disadvantage is that the method itself does not change the power factor when connected to an alternating current network of a DC motor.

Технической задачей данного изобретения является повышение коэффициента мощности устройства, содержащего коллекторный электродвигатель и диодный или тиристорный выпрямительный мост и запитываемого от однофазной сети переменного тока.The technical task of this invention is to increase the power factor of a device containing a collector motor and a diode or thyristor rectifier bridge and powered from a single-phase AC network.

Решение технической задачи достигается тем, что после перехода напряжения сети через ноль обмотка возбуждения частично шунтируется с помощью резистора, включаемого электронным ключом. В этот момент времени с помощью подобного шунтирования достигается уменьшение поля возбуждения, а следовательно, уменьшается эквивалентное сопротивление якоря, увеличивается ток двигателя. Через некоторое время (2-7 мс) электронный ключ размыкается, поле возбуждения увеличивается, ток якоря уменьшается. Таким образом, ток двигателя и ток сети сдвигается к переходу через ноль, что уменьшает угол между током и напряжением, а следовательно, увеличивает коэффициент мощности.The solution to the technical problem is achieved by the fact that after the voltage of the network passes through zero, the field winding is partially shunted using a resistor that is switched on by an electronic switch. At this point in time, using a similar shunting, a decrease in the field of excitation is achieved, and consequently, the equivalent resistance of the armature decreases, and the motor current increases. After a while (2-7 ms), the electronic switch opens, the field of excitation increases, the armature current decreases. Thus, the motor current and the mains current are shifted to zero through, which reduces the angle between the current and voltage, and therefore increases the power factor.

Также для частичной шунтировки обмотки возбуждения ключ может работать в режиме широтно-импульсной модуляции.Also, for partial shunting of the field winding, the key can operate in pulse-width modulation mode.

Устройство для реализации способа приведено на фиг.1. Оно состоит из трансформатора 1, диодного или тиристорного выпрямительного моста 2, коллекторного электродвигателя 3, включающего в себя якорь 4 и обмотку возбуждения 5, одного или более резистора ослабления поля 6, одного или более ключа 7, системы управления ослаблением поля 8. Обмотка возбуждения подключается параллельно резистору ослабления поля и ключу, а резистор ослабления поля и ключ включаются последовательно.A device for implementing the method is shown in figure 1. It consists of a transformer 1, a diode or thyristor rectifier bridge 2, a collector motor 3, including an armature 4 and an excitation coil 5, one or more field attenuation resistors 6, one or more key 7, and a field attenuation control system 8. The field winding is connected parallel to the field attenuation resistor and the key, and the field attenuation resistor and the key are connected in series.

Резистор ослабления поля может быть выполнен с промежуточным выводом, или состоящим из двух резисторов, а параллельно к одной из частей резистора может быть подключен ключ.The field attenuation resistor can be made with an intermediate output, or consisting of two resistors, and a key can be connected in parallel to one of the parts of the resistor.

В качестве ключей могут использоваться IGBT транзисторы (модули).As keys, IGBT transistors (modules) can be used.

Устройство может быть использовано в промышленности, а также быть установлено на электровоз переменного тока.The device can be used in industry, as well as be installed on an AC electric locomotive.

Временные диаграммы работы устройства показаны на фиг.2. Устройство управления ослаблением поля анализирует моменты перехода напряжения через ноль и вырабатывает сигналы управления ключами, обеспечивающими ослабление поля. Ослабление поля приводит к увеличению тока якоря и, соответственно, двигателя. Поскольку ослабление поля включается ключами в моменты времени 0-2 мс от момента перехода напряжения через ноль, а выключается в моменты времени 2-7 мс от момента перехода напряжения через ноль, что приводит к увеличению тока в указанные моменты времени, смещению тока к моменту перехода напряжения через ноль и увеличению коэффициента мощности. Также для шунтирования обмотки возбуждения ключ может применяться в режиме широтно-импульсной модуляции.Timing diagrams of the operation of the device shown in figure 2. The field attenuation control device analyzes the moments of voltage transition through zero and generates key control signals providing field attenuation. The weakening of the field leads to an increase in the current of the armature and, accordingly, the motor. Since the field attenuation is turned on by the keys at times 0–2 ms from the moment the voltage passes through zero, and is turned off at times 2–7 ms from the moment the voltage passes through zero, which leads to an increase in current at the indicated times, to a current shift to the moment of transition voltage across zero and increase power factor. Also, to bypass the field winding, the key can be used in pulse-width modulation mode.

Техническим результатом является увеличение коэффициента мощности устройства.The technical result is to increase the power factor of the device.

Список использованных источниковList of sources used

1. М.Г.Чиликин, А.С.Сандлер, Общий курс электропривода, М.: Энергоиздат, 1981, 576 с.1. M.G. Chilikin, A.S. Sandler, General Electric Drive Course, M.: Energoizdat, 1981, 576 pp.

2. Б.А.Тушканов, Н.Г.Пушкарев, Л.А.Позднякова и др. Электровоз ВЛ-85. Руководство по эксплуатации. М., 1992, 480 с.2. B.A. Tushkanov, N.G. Pushkarev, L.A. Pozdnyakova and others. Electric locomotive VL-85. Manual. M., 1992, 480 p.

3. Б.П.Петров, А.Д.Степанов, Оборудование и автоматизация электрического подвижного состава, М.: Госэнергоиздат, 1963, 304 с.3. B.P. Petrov, A.D. Stepanov, Equipment and automation of electric rolling stock, Moscow: Gosenergoizdat, 1963, 304 p.

4. Б.А.Тихменев, Л.М.Трахтман, Подвижной состав электрифицированных железных дорог. Теория работы электрооборудования. Электрические схемы и аппараты, М.: Транспорт, 1980, 471 с.4. B. A. Tikhmenev, L. M. Trakhtman, Rolling stock of electrified railways. Theory of electrical equipment. Electric circuits and devices, M .: Transport, 1980, 471 p.

5. Патент RU 2316107.5. Patent RU 2316107.

Claims

1. A method of increasing the power factor of a device containing a diode or thyristor rectifier and a collector motor, characterized in that after the voltage has passed through zero, the field winding is partially shunted for a time shorter than the half-period of the network, and then the bypass is removed.

2. The method of increasing the power factor according to claim 1, characterized in that the bypass on time is in the range of 0-2 ms after the mains voltage passes through zero, the bypass off time is in the range of 2-7 ms after the voltage goes through zero.

3. The method of increasing the power factor according to claim 1, characterized in that for partial shunting of the field winding, the key is used in pulse width modulation mode.

4. The device for implementing the method according to claim 1, consisting of a transformer, a diode or thyristor rectifier bridge, a collector motor including an armature and an excitation winding, one or more field attenuation resistors, one or more keys, a field attenuation control system, characterized the fact that the field winding is connected in parallel with the field attenuation resistor and the key, and the field attenuation resistor and the key are connected in series.

5. The device according to claim 4, characterized in that the field attenuation resistor is made with an intermediate terminal or consisting of two resistors, and a key is connected to one of the resistor parts in parallel.

6. The device according to claim 4, characterized in that IGBT transistors (modules) are used as keys.

7. The device according to claim 4, characterized in that it is installed on an AC electric locomotive.