RU2111606C1 - Ac drive - Google Patents

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: electric drive has electric motor whose stator stack slots accommodate four windings 1,2 and 3,4 each connected in series with turn-off thyristors 5,6 and 7,8 interconnected in parallel opposition. Windings 1,2 and 3,4 are interconnected in pairs in parallel opposition and spaced 90 deg. apart. EFFECT: simplified design and improved power factor due to using full sinusoid of supply voltage. 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в высокоскоростных электроприводах переменного тока. The invention relates to electrical engineering and can be used in high-speed AC electric drives.

Известны устройства высокоскоростных асинхронных электроприводов, позволяющие получить вращение 6000 об/мин, с использованием выпрямительных мостов в цепи питания статора (см. авт. св. СССР N 687539 кл, H 02 K 17/30, 1979). Known devices for high-speed asynchronous electric drives, allowing to obtain a rotation of 6000 rpm, using rectifier bridges in the stator power circuit (see ed. St. USSR N 687539 cells, H 02 K 17/30, 1979).

Эти конструкции неэффективны для получения более высоких частот вращения, т.к. резко снижается полезная переменная составляющая увеличенной частоты и увеличивается сопутствующая ненужная постоянная составляющая напряжения выпрямительного моста. These designs are ineffective for higher speeds, because the useful variable component of the increased frequency decreases sharply and the associated unnecessary constant component of the voltage of the rectifier bridge increases.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению и принятым авторами за прототип является электропривод переменного тока, содержащий трехфазный асинхронный электродвигатель, в пазах магнитопровода статора которого расположены две обмотки, первая из которых в звезду и выводами через первую, вторую и третью пары соответственно встречно-параллельно включенных тиристоров подключена к фазам источника питания, с которыми соединены одни выводы второй обмотки электродвигателя, четвертую, пятую и шестую пары встречно-параллельно включенных тиристоров, при этом, в каждом пазу магнитопровода статора расположены все фазы одной из обмоток, при этом оси обмоток сдвинуты друг относительно друга на девяносто электрических градусов, другие выводы второй обмотки соответственно через четвертую, пятую и шестую пары встречно-параллельно включенных тиристоров подключены к соответствующим фазам источника питания, а первая из указанных обмоток снабжена выводом для подключения к нулю источника питания. (См. авт. св. N 1494187, кл. H 02 P 5/40). Closest to the proposed invention and adopted by the authors for the prototype is an AC electric drive containing a three-phase asynchronous electric motor, in the grooves of the stator magnetic circuit there are two windings, the first of which is connected to the star and the terminals through the first, second and third pairs of counter-parallel connected thyristors to the phases of the power source, to which one terminal of the second motor winding is connected, the fourth, fifth and sixth pairs of counter-parallel connected shooting galleries sources, in this case, in each groove of the stator magnetic circuit all phases of one of the windings are located, while the axis of the windings are shifted ninety electrical degrees relative to each other, the other terminals of the second winding are connected through the fourth, fifth and sixth pairs of on-parallel thyristors to the corresponding phases of the power source, and the first of these windings is equipped with a terminal for connecting to zero the power source. (See ed. St. N 1494187, class H 02 P 5/40).

Недостатками данного изобретения являются сложность конструкции и низкий коэффициент мощности. The disadvantages of this invention are the design complexity and low power factor.

Целью изобретения - упрощение конструкции и повышение коэффициента мощности. The aim of the invention is to simplify the design and increase the power factor.

Поставленная цель достигается тем, что электропривод переменного тока содержит электродвигатель с расположенными в пазах магнитопровода статора обмотками, которые через пары встречно-параллельно включенных тиристоров подключены к фазам источника питания, при этом, обмотки выполнены виде двух пар, каждая из обмоток соединена последовательно с парой встречно-параллельно соединенных запираемых тиристоров, при этом обмотки в каждой паре включены встречно-параллельно, причем одна пара обмоток расположена в одних и тех же пазах, другая пара обмоток расположена в других пазах, при этом оси пар обмоток сдвинуты друг относительно друга на девяносто электрических градусов, причем первая пара обмоток подключена к фазному, а вторая к линейному напряжению, сдвинутому относительно фазного на девяносто электрических градусов. This goal is achieved in that the AC drive contains an electric motor with windings located in the grooves of the stator magnetic circuit, which are connected to the phases of the power supply through pairs of on-parallel connected thyristors, while the windings are made in the form of two pairs, each of the windings is connected in series with the opposite pair - parallel connected lockable thyristors, while the windings in each pair are turned on in parallel, with one pair of windings located in the same grooves, the other pa and windings located in other slots, the winding axis pairs are shifted from each other by ninety electrical degrees, the first pair is connected to the phase windings, and the second to the line voltage, phase-shifted relative to ninety electrical degrees.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема описываемого электропривода; на фиг. 2 - схема, поясняющая расположение обмоток электродвигателя; на фиг. 3 - диаграммы напряжений в цепях электропривода. In FIG. 1 shows a schematic diagram of the described electric drive; in FIG. 2 is a diagram explaining the location of motor windings; in FIG. 3 - voltage diagrams in the electric drive circuits.

Электропривод переменного тока фиг. 1 содержит электродвигатель, в пазах магнитопровода статора которого находятся четыре обмотки 1, 2, 3 и 4 в виде двух пар обмоток. Обмотки 1, 2 одной пары расположены в одних и тех же пазах, последовательно к каждой подключены встречно-параллельно соединенные запираемые тиристоры 5, 6 и 7, 8. Обмотки 1, 2 соединены между собой встречно-параллельно и подключены к фазному напряжению трехфазного источника питания. Числа витков обмоток 1, 2 различны. Таким же образом соединены обмотки 3, 4 второй пары с запираемыми тиристорами 9, 10 и 11, 12. Обмотки 3, 4 расположены в одних и тех же пазах. Ось обмоток 1, 2 сдвинута на девяносто электрических градусов относительно обмоток 3, 4 (фиг. 2). Обмотки 3, 4 подключены к линейному напряжению источника питания, сдвинутому на девяносто электрических градусов относительно фазного напряжения, питающего обмотки 1, 2. Например, фазное напряжение A O и линейное B C. Числа витков обмоток 3, 4 в 1,73 раза больше, чем у обмоток 1, 2 соответственно (фиг. 3). The AC electric drive of FIG. 1 contains an electric motor, in the grooves of the stator magnetic circuit of which there are four windings 1, 2, 3 and 4 in the form of two pairs of windings. The windings 1, 2 of one pair are located in the same grooves, and counter-parallel connected lockable thyristors 5, 6 and 7, 8 are connected in series to each. The windings 1, 2 are interconnected counter-parallel and connected to the phase voltage of a three-phase power source . The numbers of turns of the windings 1, 2 are different. The windings 3, 4 of the second pair are connected in the same way with lockable thyristors 9, 10 and 11, 12. The windings 3, 4 are located in the same grooves. The axis of the windings 1, 2 is shifted ninety electrical degrees relative to the windings 3, 4 (Fig. 2). Windings 3, 4 are connected to the linear voltage of the power supply, shifted ninety electrical degrees relative to the phase voltage supplying the windings 1, 2. For example, the phase voltage AO and linear B C. The number of turns of windings 3, 4 is 1.73 times greater than windings 1, 2, respectively (Fig. 3).

Электропривод работает следующим образом. The electric drive operates as follows.

На управляющий электрод тиристора 5, в начале промежутка времени t1 (фиг. 3), подается отпирающий импульс управления. В течение промежутка времени t1, т.е. первой трети положительного полупериода фазного напряжения UA, через обмотку 1 течет ток. В конце промежутка t1, на управляющий электрод тиристора 5 подается запирающий импульс, тиристор 5 закрывается. В начале промежутка t2 отпирающий импульс подается на управляющий электрод тиристора 7. Ток той же полярности течет по обмотке 2, но магнитный поток, создаваемый обмоткой 2, меняет свое направление на 180 электрических градусов (см. U 12 фиг. 3). В конце промежутка t2 подается импульс на закрытие тиристора 7. В начале промежутка времени t3 на управляющий электрод тиристора 5 подается отпирающий импульс, и магнитный поток меняет свое направление. Запирание тиристора 5 происходит в результате смены полярности напряжения или подачей запирающего импульса. В начале промежутка t4, т.е. первой трети отрицательного полупериода фазного напряжения UA, отпирающий импульс подается на тиристор 6. В итоге ток обмотки 1 меняет свое направление на противоположное. Поток меняет свое направление. В конце промежутка t4 на тиристор 6 подается запирающий импульс. Тиристор 8 заходится в открытом состоянии в течение промежутка времени t5, что обуславливает очередную смену направления магнитного потока. В течение промежутка t6 в открытом состоянии находится тиристор 6, поэтому ток течет через обмотку 1. В дальнейшем процесс повторяется. Таким же образом работают тиристоры 9 - 12 и обмотки 3, 4. В результате производится утроение частоты магнитного поля статора по отношению к частоте питающей сети. On the control electrode of the thyristor 5, at the beginning of the period of time t1 (Fig. 3), a trigger control pulse is supplied. During the period of time t1, i.e. the first third of the positive half-phase of the phase voltage UA, current flows through the winding 1. At the end of the gap t1, a locking pulse is supplied to the control electrode of the thyristor 5, the thyristor 5 is closed. At the beginning of the gap t2, a trigger pulse is applied to the control electrode of the thyristor 7. A current of the same polarity flows through winding 2, but the magnetic flux generated by winding 2 changes its direction by 180 electrical degrees (see U 12 of Fig. 3). At the end of the gap t2, a pulse is applied to close the thyristor 7. At the beginning of the time interval t3, a trigger pulse is applied to the control electrode of the thyristor 5, and the magnetic flux changes its direction. The thyristor 5 is locked as a result of a change in the polarity of the voltage or by applying a locking pulse. At the beginning of the interval t4, i.e. the first third of the negative half-cycle of the phase voltage UA, the unlocking pulse is supplied to the thyristor 6. As a result, the current of the winding 1 changes its direction to the opposite. The flow changes its direction. At the end of the gap t4, a locking pulse is applied to the thyristor 6. Thyristor 8 enters in the open state for a period of time t5, which leads to another change in the direction of the magnetic flux. During the gap t6, thyristor 6 is in the open state, so the current flows through the winding 1. In the future, the process is repeated. Thyristors 9-12 and windings 3, 4 work in the same way. As a result, the frequency of the stator magnetic field is tripled with respect to the frequency of the supply network.

Напряжение, созданное обмотками 1, 2 (U12) сдвинуто на девяносто электрических градусов по отношению к напряжению, созданному обмотками 3, 4 (U34). Результирующий магнитный поток обмоток 1, 2 и результирующий поток обмоток 3, 4 также сдвинуты на девяносто электрических градусов. Форма потока ближе к синусоидальной за счет индуктивного сопротивления обмоток. В результате создания двух переменных магнитных потоков, сдвинутых в пространстве и во времени на девяносто электрических градусов, получается вращающееся магнитное поле устроенной частоты вращения, что составляет в рассматриваемом примере 9000 об/мин. The voltage generated by windings 1, 2 (U12) is shifted by ninety electrical degrees with respect to the voltage created by windings 3, 4 (U34). The resulting magnetic flux of the windings 1, 2 and the resulting flux of the windings 3, 4 are also shifted ninety electrical degrees. The shape of the flow is closer to sinusoidal due to the inductive resistance of the windings. As a result of the creation of two alternating magnetic fluxes shifted in space and time by ninety electrical degrees, a rotating magnetic field of a set rotation frequency is obtained, which amounts to 9000 rpm in the considered example.

На фиг. 2 изображен вариант электропривода с частотой вращения магнитного поля 9000 об/мин, т.к. электродвигатель имеет одну пару полюсов. Можно выполнить электропривод с частотой вращения магнитного поля 4500 об/мин, используя обмотки, создающие две пары полюсов. In FIG. 2 shows a variant of an electric drive with a magnetic field rotation frequency of 9000 rpm, because the electric motor has one pair of poles. You can perform an electric drive with a frequency of rotation of the magnetic field of 4500 rpm, using windings that create two pairs of poles.

Регулирование частоты вращения плавно, в сторону уменьшения, обеспечивается изменением угла отпирания или запирания тиристоров, а также возможно одновременным изменением угла отпирания угла запирания. The speed control smoothly, in the direction of decrease, is provided by changing the angle of unlocking or locking of the thyristors, and it is also possible to simultaneously change the angle of unlocking of the locking angle.

Преимуществами предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом являются:
упрощение устройства, уменьшение числа обмоток тиристоров;
повышение коэффициента мощности за счет использования всей синусоиды питающего напряжения, а не ее части в отличие от прототипа;
повышение надежности и удешевление за счет уменьшения количества элементов устройства.The advantages of the invention in comparison with the prototype are:
simplification of the device, reducing the number of thyristor windings;
increasing the power factor due to the use of the entire sinusoid of the supply voltage, and not its part, unlike the prototype;
improving reliability and cost reduction by reducing the number of device elements.

Claims (1)

Электропривод переменного тока, содержащий электродвигатель с расположенными в пазах магнитопровода статора обмотками, которые через пары встречно параллельно соединенных тиристоров подключены к источнику питания, отличающийся тем, что обмотки статора выполнены в виде двух пар, каждая из обмоток соединена последовательно с парой встречно параллельно соединенных тиристоров, в качестве которых применены запираемые тиристоры, при этом обмотки в каждой паре включены встречно параллельно, одна пара обмоток расположена в одних и тех же пазах, другая пара обмоток - в других пазах, причем оси пар обмоток сдвинуты одна относительно другой на 90 эл.град, при этом первая пара обмоток подключена к фазному, а вторая - к линейному напряжению, которое сдвинуто относительно фазного на 90 эл.град. An AC drive containing an electric motor with windings located in the grooves of the stator magnetic circuit, which are connected to a power source through pairs of counter-parallel connected thyristors, characterized in that the stator windings are made in the form of two pairs, each of the windings is connected in series with a pair of counter-connected thyristors, which are used as lockable thyristors, while the windings in each pair are turned on in parallel, one pair of windings is located in the same pa zh, another pair of windings - in other grooves, and the axis of the pairs of windings are shifted one relative to another by 90 el.degree, while the first pair of windings is connected to the phase, and the second to linear voltage, which is shifted relative to the phase by 90 el.

Images