RU2168842C1

RU2168842C1 - Ac drive

Info

Publication number: RU2168842C1
Application number: RU2000102959A
Authority: RU
Inventors: В.Е. Жидков; В.А. Кобозев; А.В. Панков; В.С. Ядыкин
Original assignee: Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса
Priority date: 2000-02-07
Filing date: 2000-02-07
Publication date: 2001-06-10

Abstract

FIELD: high-frequency AC drive with induction motors. SUBSTANCE: two groups of half-windings are positioned in the magnetic core slots of the stator of the three-phase induction motor. The half-windings of each phase of both groups are placed in the same slots. The half-windings of one group are connected across the diagonally opposite pairs of junctions of controlled full-wave rectifier bridges connected to the phase voltage of the power source. The half-windings of the second group have a number of turns by

Description

Изобретение относится к электроприводу, в частности электроприводу переменного тока повышенной частоты с асинхронными электродвигателями, и может использоваться в качестве силового электропривода механизмов и машин с частотой вращения рабочих органов до 6000 об/мин, например сепараторов, центрифуг, деревообрабатывающих станков и др. The invention relates to an electric drive, in particular an electric drive of alternating current of increased frequency with asynchronous electric motors, and can be used as a power electric drive of mechanisms and machines with a speed of working bodies up to 6000 rpm, for example, separators, centrifuges, woodworking machines, etc.

Известны высокоскоростные асинхронные электроприводы, в которых для повышения частоты вращения используются выпрямительные мосты в цепях питания обмоток статора (1, 2, 3). Недостаток этой группы электроприводов заключается в том, что по обмоткам статора протекает постоянный ток и это требует дополнительных мер для устранения его влияния. High-speed asynchronous electric drives are known in which rectifier bridges are used in the power circuits of stator windings to increase the speed of rotation (1, 2, 3). The disadvantage of this group of electric drives is that direct current flows through the stator windings and this requires additional measures to eliminate its influence.

Известны также электроприводы, в которых для повышения частоты вращения в каждую фазу обмоток статора включают магнитные усилители с удвоением частоты: ферромагнитные удвоители частоты (4, 5). Их недостатки - сложность изготовления и большая материалоемкость. Electric drives are also known in which, in order to increase the rotation frequency, magnetic phase amplifiers with frequency doubling are included in each phase of the stator windings: ferromagnetic frequency doublers (4, 5). Their disadvantages are the complexity of manufacturing and high material consumption.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является выбранный в качестве прототипа электропривод переменного тока (6), содержащий трехфазный асинхронный электродвигатель, в пазах магнитопровода статора которого расположены две обмотки, первая из которых соединена в звезду и выводами через пары встречно-параллельно включенных тиристоров подключена к фазам источника питания, с которыми соединены одни выводы второй обмотки электродвигателя и через пары встречно-параллельно включенных тиристоров другие выводы второй обмотки. The closest in technical essence to the claimed device is an AC drive selected as a prototype (6), 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 a star and connected through the pairs of on-parallel connected thyristors to the phases of the power source, to which one terminal of the second winding of the electric motor is connected, and through the pairs of on-parallel connected thyristors, the other conclusions of volts A swarm of windings.

Недостатки данного устройства следующие. The disadvantages of this device are as follows.

Двухфазная система обмоток, расположенных под углом 90 град. в пространстве, дает в 1,5 раза меньшую, чем обычная трехфазная система, намагничивающую силу и, следовательно, меньший вращающий момент для данного сечения магнитопровода статора. Использование последней трети полупериода питающего напряжения для формирования результирующего однофазного напряжения приводит к существенному снижению среднего значения напряжения на обмотках, что, при условии применения стандартных заготовок для изготовления сердечника статора, рассчитанных на стандартное напряжение 380/220 В, также ведет к ухудшению механических характеристик двигателя. В рассматриваемом устройстве не предусмотрено выравнивание значения намагничивающей силы на обмотках, подключаемых к фазному и линейному напряжениям сети через встречно-параллельно включенные тиристоры. В каждом пазу магнитопровода расположены по три обмотки, что усложняет конструкцию. A two-phase winding system located at an angle of 90 degrees. in space, gives 1.5 times less than the usual three-phase system, the magnetizing force and, therefore, less torque for a given section of the stator magnetic circuit. The use of the last third of the half-cycle of the supply voltage to form the resulting single-phase voltage leads to a significant decrease in the average value of the voltage on the windings, which, provided that standard workpieces are used to manufacture the stator core, designed for a standard voltage of 380/220 V, also leads to a deterioration in the mechanical characteristics of the motor. The device in question does not provide for the alignment of the value of the magnetizing force on the windings connected to the phase and linear voltage of the network through counter-parallel connected thyristors. Three windings are located in each groove of the magnetic circuit, which complicates the design.

Целью данного изобретения является улучшение механических и рабочих характеристик двигателя. The aim of this invention is to improve the mechanical and performance characteristics of the engine.

Указанная цель достигается тем, что в электроприводе переменного тока, содержащем трехфазный асинхронный электродвигатель, в пазах магнитопровода статора которого расположены две группы полуобмоток, полуобмотки каждой фазы обеих групп, заложены в одни и те же пазы, полуобмотки одной группы включены в диагонали управляемых двухполупериодных выпрямительных мостов, подключенных к фазному напряжению источника питания, а полуобмотки второй группы имеют число витков в

раз больше числа витков в полуобмотках первой группы и включены в диагонали управляемых двухполупериодных выпрямительных мостов, подключенных к линейному напряжению источника питания, причем полярность подключения к напряжению источника питания полуобмоток первой группы противоположна полярности подключения полуобмоток второй группы, а угол включения управляемых вентилей управляемых двухполупериодных выпрямительных мостов больше π/2.This goal is achieved by the fact that in an alternating current electric drive containing a three-phase asynchronous electric motor, in the grooves of the stator magnetic circuit of which there are two groups of half-windings, the half-windings of each phase of both groups are laid in the same grooves, the half-windings of one group are included in the diagonals of the controlled half-wave rectifier bridges connected to the phase voltage of the power source, and the semi-windings of the second group have a number of turns in

times the number of turns in the semi-windings of the first group and are included in the diagonals of the controlled half-wave rectifier bridges connected to the linear voltage of the power source, the polarity of the connection to the voltage of the power supply of the semi-windings of the first group is opposite to the polarity of the connection of the semi-windings of the second group, and the angle of the controlled valves of the controlled half-wave rectifier bridges greater than π / 2.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых блоков: управляемых двухполупериодных выпрямительных мостов, и на каждый полюс и фазу приходится две полуобмотки, причем полярность подключения к напряжению источника питания полуобмоток первой группы противоположна полярности подключения к напряжению источника питания полуобмоток второй группы. Comparative analysis with the prototype shows that the claimed device is distinguished by the presence of new units: controlled half-wave rectifier bridges, and two half-windings per pole and phase, and the polarity of connecting to the voltage of the half-winding power supply of the first group is opposite to the polarity of connecting to the voltage of the half-winding power source of the second group.

Таким образом, заявляемое устройство соответствует критерию изобретения "новизна". Thus, the claimed device meets the criteria of the invention of "novelty."

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что известно применение на статоре шести обмоток, подключенных к источнику питания через управляемые вентили (6), а также использование выпрямительных мостов в цепях питания обмоток статора (1,2,3). A comparison of the proposed solution with other technical solutions shows that it is known to use six windings on a stator connected to a power source through controlled valves (6), as well as the use of rectifier bridges in the power supply circuits of stator windings (1,2,3).

Однако введение управляемых двухполупериодных выпрямительных мостов в указанной связи с двумя полуобмотками на каждую фазу статора электродвигателя в заявляемый электропривод, позволяет формировать результирующую ЭДС удвоенной частоты по отношению к частоте напряжения сети непосредственно в электродвигателе, и энергия, потребляемая из сети без промежуточных преобразований, превращается в механическую энергию вращения ротора. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "новизна". На фиг. 1 показана торцовая схема обмотки статора электродвигателя. На фиг. 2 приведена принципиальная схема электропривода переменного тока повышенной частоты. На фиг. 3 приведены временные диаграммы напряжений и намагничивающей силы для одной фазы полуобмоток статора. However, the introduction of controlled half-wave rectifier bridges in this connection with two half-windings for each phase of the stator of the electric motor in the inventive electric drive makes it possible to form the resulting EMF of double frequency with respect to the frequency of the mains voltage directly in the electric motor, and the energy consumed from the network without intermediate transformations is converted into mechanical rotor rotational energy. This allows us to conclude that the technical solution meets the criterion of "novelty." In FIG. 1 shows an end circuit of a stator winding of an electric motor. In FIG. 2 shows a schematic diagram of a high frequency AC electric drive. In FIG. Figure 3 shows the timing diagrams of voltages and magnetizing forces for one phase of the stator half-windings.

Электропривод переменного тока повышенной частоты содержит асинхронный двигатель с короткозамкнутым ротором, обмотки статора которого образуют две группы полуобмоток; полуобмотки одной группы 1,2, 3 включены в диагонали управляемых выпрямительных мостов, подключенных к фазному напряжению источника питания, а полуобмотки второй группы 4, 5, 6 включены в диагонали управляемых двухполупериодных выпрямительных мостов, подключенных к линейному напряжению источника питания, причем полярность подключения к напряжению источника питания полуобмоток первой группы противоположна полярности подключения к напряжению источника питания полуобмоток второй группы. Полуобмотка, подключаемая через управляемый двухполупериодный выпрямительный мост на фазное напряжение и полуобмотка, подключаемая через управляемый двухполупериодный выпрямительный мост на линейное напряжение, имеющее фазовый сдвиг по отношению к фазному напряжению на 90 электрических градусов, заложены в одни и те же пазы и образуют фазу обмотки статора. Для выравнивания магнитного потока, создаваемого полуобмотками, число витков полуобмоток второй группы, подключаемых в диагонали управляемых двухполупериодных выпрямительных мостов к линейному напряжению источника питания должно быть в

раз больше числа витков в полуобмотках первой группы, включенных в диагонали управляемых двухполупериодных выпрямительных мостов, подключенных к фазному напряжению источника питания.An increased frequency AC electric drive comprises a squirrel-cage induction motor, the stator windings of which form two groups of semi-windings; the semi-windings of one group 1,2, 3 are included in the diagonals of the controlled rectifier bridges connected to the phase voltage of the power source, and the semi-windings of the second group 4, 5, 6 are included in the diagonals of the controlled half-wave rectifier bridges connected to the linear voltage of the power source, and the polarity of the connection to the voltage of the power source of the semi-windings of the first group is opposite to the polarity of the connection to the voltage of the power source of the semi-windings of the second group. The semi-winding connected via a controlled half-wave rectifier bridge to phase voltage and the semi-winding connected through a controlled half-wave rectifier bridge to linear voltage, which has a phase shift with respect to the phase voltage by 90 electrical degrees, are laid in the same grooves and form the phase of the stator winding. To equalize the magnetic flux generated by the semi-windings, the number of turns of the semi-windings of the second group, connected in the diagonal of the controlled half-wave rectifier bridges to the linear voltage of the power source should be

times the number of turns in the semi-windings of the first group included in the diagonals of controlled half-wave rectifier bridges connected to the phase voltage of the power source.

Принцип работы электропривода поясняет диаграмма кривых, приведенная на фиг. 3. The principle of operation of the electric drive is illustrated by the curve diagram shown in FIG. 3.

Рассмотрим работу фазы А полуобмоток статора. В момент времени t₁ подается управляющий импульс на вентили 7 и 8 (фиг. 2), они открываются и по полуобмотке 1 начинает протекать ток. При уменьшении тока через вентили до значения меньше, чем ток удержания, вентили закрываются. В момент времени t₂ открываются вентили 9 и 10, и по полуобмотке 4 начинает протекать ток. Поскольку полярность подключения к напряжению источника питания полуобмотки 4 противоположна полярности подключения к напряжению источника питания полуобмотки 1, ток и соответственно намагничивающая сила F₄ (фиг. 3) для полуобмотки 4 имеют противоположный знак по отношению к току и намагничивающей силе F₁ полуобмотки 1. При уменьшении тока через вентили 9 и 10 до значения меньше, чем ток удержания, вентили закрываются. Соответственно в момент времени t₃ открываются вентили 11 и 12 и в момент времени t₄ вентили 13 и 14. Для фазы В двигателя порядок включения вентилей следующий: 15 и 16-17 и 18-19 и 20-21 и 22, для фазы C: 23 и 24-25 и 26-27 и 28-29 и 30. В результате данной последовательности работы вентилей в полуобмотках формируется ЭДС удвоенной частоты по отношению к частоте питающего напряжения и создается вращающаяся намагничивающая сила F и соответствующий ей магнитный поток удвоенной частоты и по форме близкий к синусоиде.Consider the operation of phase A of the stator semi-windings. At time t ₁ , a control pulse is supplied to gates 7 and 8 (Fig. 2), they open and a current begins to flow through half-winding 1. When the current through the valves decreases to a value less than the holding current, the valves close. At time t ₂ , valves 9 and 10 open, and current flows through the semi-winding 4. Since the polarity of the connection to the voltage of the power supply of the half-winding 4 is opposite to the polarity of the connection to the voltage of the power supply of the half-winding 1, the current and, accordingly, the magnetizing force F ₄ (Fig. 3) for half-winding 4 have the opposite sign with respect to the current and magnetizing force F _{1 of the} half-winding 1. When decreasing the current through valves 9 and 10 to a value less than the holding current, the valves are closed. Accordingly, at time t ₃ , valves 11 and 12 open and at time t _4, valves 13 and 14. For phase B of the engine, the order of switching on the valves is as follows: 15 and 16-17 and 18-19 and 20-21 and 22, for phase C : 23 and 24-25 and 26-27 and 28-29 and 30. As a result of this sequence of valves operating in the semi-windings, EMF of double frequency is formed with respect to the frequency of the supply voltage and a rotating magnetizing force F and the corresponding magnetic flux of double frequency and close to a sinusoid.

Экспериментальные исследования заявляемого электропривода переменного тока показали, что по сравнению с устройством аналогичного назначения (прототип) заявляемое устройство имеет улучшенные механические и рабочие характеристики. Experimental studies of the inventive AC electric drive showed that, in comparison with a device of a similar purpose (prototype), the inventive device has improved mechanical and performance characteristics.

Источники информации
1. А.С. СССР N 687539, кл. H 02 K 13/30, 1979.Sources of information
1. A.S. USSR N 687539, class H 02 K 13/30, 1979.

2. Пат. ФРГ N 1297211, кл. H 02 K 17/04, 18/10, 1970. 2. Pat. Germany N 1297211, class H 02 K 17/04, 18/10, 1970.

3. Пат. Японии N 42-13883, кл. 55 A3, 1967. 3. Pat. Japan N 42-13883, class 55 A3, 1967.

4. А.С. СССР N 436426, кл. H 02 P 7/64, 1974. 4. A.S. USSR N 436426, class H 02 P 7/64, 1974.

5. А.С. СССР N 720657, кл. H 02 P 7/64, 1980. 5. A.S. USSR N 720657, class H 02 P 7/64, 1980.

6. A.C. СССР N 1494187, кл. H 02 P 5/40, 1989, /прототип/. 6. A.C. USSR N 1494187, class H 02 P 5/40, 1989, / prototype /.

Claims

Электропривод переменного тока, содержащий трехфазный асинхронный электродвигатель, в пазах магнитопровода статора которого расположены две группы полуобмоток, отличающийся тем, что полуобмотки каждой фазы обеих групп заложены в одни и те же пазы, полуобмотки одной группы включены в диагонали управляемых двухполупериодных выпрямительных мостов, подключенных к фазному напряжению источника питания, а полуобмотки второй группы имеют число витков в

раз больше числа витков в полуобмотках первой группы и включены в диагонали управляемых двухполупериодных выпрямительных мостов, подключенных к линейному напряжению источника питания, причем полярность подключения к напряжению источника питания полуобмоток первой группы противоположна полярности подключения к напряжению источника питания полуобмоток второй группы, а угол включения управляемых вентилей управляемых двухполупериодных выпрямительных мостов больше π/2.An AC drive containing a three-phase asynchronous motor, in the grooves of the stator magnetic circuit of which there are two groups of half-windings, characterized in that the half-windings of each phase of both groups are laid in the same grooves, the half-windings of one group are included in the diagonals of the controlled half-wave rectifier bridges connected to the phase the voltage of the power source, and the semi-windings of the second group have a number of turns in

times the number of turns in the semi-windings of the first group and are included in the diagonals of controlled half-wave rectifier bridges connected to the linear voltage of the power source, the polarity of the connection to the voltage of the power supply of the semi-windings of the first group is opposite to the polarity of the voltage supply of the semi-windings of the second group, and the angle of the controlled valves controlled half-wave rectifier bridges greater than π / 2.