Электропривод

СОЮЗ СОВЕТСКИХОЙ ИМАМ а Сии иРЕСПУБЛИК эсЮ Н 02 Р 5/00 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 3ф вйБЛК Лаж 4(56) 1. Чиликин М.Р., Ключев В.И., Сандлер А.С. Теория автоматизированного электропривода. М., "Энергия", 1973.2. Авторское свидетельство СССР У 411596, кл. Н 02 Р 5/00, 1969. (54)(57) 1. ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий электродвигатели постоянного тока, якори которых соединены последовательно с регулируемым аккумулятором энергии и подключены к сети переменно" го тока через источник тока с неуправляемым выпрямителем на выходе, арегулируемый аккумулятор энергииснабжен собственным блоком управления ЭДС, один из входов которого подключен параллельно цепи якорей электродвигателей, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью уменьшения потерь.энергии,. регулируемый аккумуляторэнергии выполнен в виде маховика имашины постоянного тока независимоговозбуждения с якорем, последовательно соединенным с якорями электродвигателей, выходной вал которой соединен с маховиком, связанным с другимвходом блока управления ЭДС, а выход. блока управления ЭДС соединен собмоткой возбуждения машины постоянного тока регулируемого аккумулятораэнергии.1100698 2. Электропривод по п.1, о т л и - ч а ю щ и й с я тем, что блок управ" ления ЭДС выполнен в виде машины постоянного тока последовательного возбуждения, якорь которой механически связан с маховиком и подключен параллельно цепи якорей электродвигаИзобретение относится к электротехнике, а именно к системам для регулирования крутящего момента как одного, так и более двигателей.постоянного тока путем управления от вспомогательного источника энергии, и может быть использовано, например, в судовых следящих механизмах, работающих как в двигательном, так и в тормозном режимах, в частности в судовых следящих по натяжению лебедках,выполняющих грузовые операции в условиях морского волнения, для обеспечения постоянства натяжения каната, в качестве привода для успокоителей качки, а также в нагружательных устройствах испытательных стендов, служащих для испытания судовых механизмов, например якорно-швар- товых Известен электропривод, содержащийисточник аока, например трехфазныйиндуктивно-емкостной преобразователь(ИЕП), неуправляемый выпрямитель,к клеммам которого через последователно соединенный энергоотбирающий резистор подключен якорь исполнительногодвигателя постоянного тока, обмоткавозбуждения которого подключена к регулятору тока возбуждения1,Однако наличие энергоотбирающего резистора снижает КПД привода и увеличивает установленную мощность трехфазного ИЕП, величина которой (учитывая равенство мощностей резистора и исполнительного двигателя в двигательном режиме работы) удваивается в случае равенства абсолютных значений частоты вращения якоря исполнительного двигателя в двигательном и тор" моэном режимах. телей постоянного тока через обмотку независимого возбуждения машины постоянного тока регулируемого аккумулятора энергии, а на валу маховика установлена муфта свободного хода, ведомый вал которой жестко закреплен. Наиболее близким к изобретениюпб технической сущности являетсяэлектропривод, содержащий электродвигатели постоянного тока, якори 5 которых соединены последовательно срегулируемым аккумулятором энергии иподключены к сети переменного токачерез источник тока с неуправляемым 10выпрямителем на выходе,а регулируемыйаккумулятор энергии снабжен собственным блоком управления ЭДС,один извходов которого подключен параллельно цепи якорей электродвигателей23.Однако наличие связанного с сетьюрегулируемого аккумулятора энергии,преобразующего постоянный ток, протекающий в цепи якорей двигателей, впеременный ток, рекуперируемый в сеть 20 при работе электропривода в генераторном режиме и наоборот при работепоследнего в двигательном режиме снижает КПД электропривода и ухудшаетего коэффициент мощности. Так, приме нение в качестве регулируемого аккуь мулятора энергии электромашинногопреобразователя не позволяет обеспечить КПД электропривода более 0,660,75, а коэффициент мощности более 30 0,9. Применение для этих целей регулируемых статических преобразователейпозволяет несколько повыситьКПД посравнению с электромашинными, нотребует установки сглаживающих фильт. З 5 ров в силовой цепи для снижения отрицательного влияния статическогопреобразователя на питающую сеть,что усложняет электропривод. При законопеременном гармоническом изменещ нии скорости исполнительных двигателей под действием переводящихэлектропривод в режим противовключения внешних сил, например при удер698 1100 3жании качающегося на морском волнении судна постоянно натянутым канатом, . КПД и коэффициент мощности вследствие неполной загрузки еще более ухудшаются. Применение не связанного с сетью регулируемого резистора еще больше снижает КПД электропривода.Цель изобретения - уменьшение потерь энергии.Поставленная цель достигается тем,1 О. что в электроприводе, содержащем электродвигатели постоянного тока, якори которых соединены последовательно с регулируемым аккумулятором энергии и подключены к сети переменноготока через источник тока с неуправляемым выпрямителем на выходе, а регулируемый аккумулятор энергии снабжен собственным блоком .управления ЭДС, один из входов которого подключен параллельно цепи якорей электродвигателей, регулируемый аккумулятор энергии выполнен в виде маховика и машины постоянного тока независимого возбуждения с якорем, последовательно соединенным с якорями электродвигателей, выходной вал которой соединен с маховиком, связанным с другим входом блока управления ЭДС, а выход блока управ. ления ЭДС соединен с обмоткой независимого возбуждения машины постоянного тока регулируемого аккумулятора энергии. Кроме того, блок управления ЭДС выполнен в виде машины постоянного З 5 тока последовательного возбуждения, якорь которой механически связан с маховиком и подключен параллельно цепи якорей электродвигателей постоянного тока через обмотку независи мого возбуждения машины постоянного тока регулируемого аккумулятора энергии, а на валу маховика установлена муфта свободного хода, ведомый вал которой жестко закреплен. 45При таком выполнении электропривода, благодаря наличию маховика и машины постоянного тока независимого возбуждения с якорем, последовательно соединенным с якорями электродвигателей постоянного тока, энергия, поступающая от этих электродвигателей в режиме противовключения (торможения) не возвращается в сеть, а уходит на разгон маховика посредст вом перешедшей в двигательный режим машины постоянного тока независимого го возбуждения. Работа же этой машины постоянного тока в двигательном режиме возможна благодаря наличию механической связи маховика с одним из входов блока управления ЭДС регулируе" мого аккумулятора энергии и электрической связи последнего с обмоткой независимого возбуждения машины постоянного тока с возможностью создания ЭДС регулируемого аккумулятора энергии, направленной противоположно ЭДС якорей электродвигателей постоянного тока.При переходе электродвигателей постоянного тока в двигательный режим работы происходит обратное явление, т.е. накопленная маховиком энергия посредством машины постоянного тока независимого возбуждения подводится к электродвигателям, а это исключает необходимость преобразования постоянного тока в переменный и наоборот, что повышает КПД электропривода, а также коэффициент мощности. На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого электро- привода.Электропривод содержит электродвигатели постоянного тока (показано два электродвигателя, но их количе-,ство может быть и иньк), якори 1 и 2 которых соединены последовательно с регулируемьв аккумулятором 3 энергии и подключены к сети 4 переменного тока через источник 5 .тока, например трехфазный индуктивно-емкостной преобразователь тока с неуправляемым выпрямителем 6 на выходе.Регулируемый аккумулятор 3 энерРИи снабжен собственньм блоком 7 управления ЭДС, который подключен параллельно якорям 1 и 2 электродвигателей постоянного тока. Аккумулятор 3 энергии выполнен ввиде маховика 8, установленного навалу 9 с возможностью вращения, и машины постоянного тока с обмоткой 10 независимого возбуждения, якорь 11которой последовательно соединен ар,якорями 1 и 2 электродвигателей постоянного тока. Выходной вал 12 машины постоянного тока соединен с валом9 маховика 8, который связан механически с одним из входов блока 7 управления ЭДС. Выход блока 7 управленияЭДС связан электрически с обмоткой10 независимого возбуждения машиныпостоянного тока регулируемого аккумулятора 3 энергии с возможностьюсоздания ЭДС регулируемого аккумулятора энергии, направленной противоположно ЭДС якорей электродвигателей. Направление ЭДС регулируемого аккумулятора энергии зависит от подключе ния концов обмотки 10 независимого возбуждения.Блок 7 управления регулируемого аккумулятора 3 энергии выполнен, например, в виде машины .постоянного тока с обмоткой 13 последовательного возбуждения и якорем 14, выходной вал 15 которой (являющийся входом блока 7 управления) механически свя-. зан с маховиком 8 с возможностью син.Во время работы через якорь 11 и якоря 1 и 2 протекает ток неизменной величины и направления, создаваемый источником 5, тока.Ток; протекающий через обмотку 13 и якорь 14 и последовательно включенную с ними обмотку 10 составляет не более 2-Зот тока, протекающего через якорь 11, поэтому влияением блока 7 управления ЭДС на работу якорей 1 и 2 электродвигателей можно пренебречь,/ 50 55 хронного вращения, например, посред. ством другого конца вала 12, выведенного на противоположную сторону машины, Блок 7 управления подключен параллельно цепи якорей 1 и 2 электродвигателей постоянного тока через обмотку 10 независимого возбуждения машины постоянного тока регулируемого аккумулятора 3 энергии, а на валу 9 маховика 8 установлена муфта 16 свободного хода для исключения его реверса, для чего ее ведомый вал жестко закреплен, например, на корпусе. При этом ЭДС блока 7 управления направлена противоположно ЭДС якорей 1 и 2 30 электродвигателей постоянного тока. Направление ЭДС блока 7 управления зависит от подключения концов обмотки 13 последовательного возбуждения,Электродвигатели постоянного тока имеют обмотки 17 и .18 независимого возбуждения и автономные источники 19 и 20 питания.Выполнение блока 7 управления ЭДС и соединение вала 15 с маховиком 8 40 может быть и иным. Так, блок 7 управления может быть выполнен в виде ма,шины параллельного возбуждения с электронным управлением, а соединение вала 15 с маховиком 8 может быть осу ществлено с помощью редуктора.При пуске электропривода под действием тока, протекающего через якори 1 и 2, электродвигатели разгоняются, что вызывает увеличение ЭДС на них, и соответственно, увеличение тока в обмотке 10. Под действием токов, протекающих через якорь 11 и обмотку 10, на валу 12 возникает увеличивающийся крутящий момент, стремящийся разогнать маховик 8.Однако муфта 16 свободного хода, ведомый вал (на чертеже левый) который неподвижно закреплен, препятствует вращению в этом направлении. Поэтому вся энергия, поступающая при пуске через неуйравляемый выпрямитель 6 в цепь якорей 1 и 2 электродйигателей . и регулируемого аккумулятора 3 энергии, идет только .на разгон якорей 1 и 2 электродвигателей постояного тока.Работа электропривода в установившемся двигательном режиме отличается от режима пуска только тем, что часто. та вращения якорей 1 и 2 электродвигателей определяется внешней нагрузкой и может изменяться по любому закону, не изменяя своего направления в течение продолжительного времени. При переходе под действием внешних сил якорей 1 и 2 электродвигателей в режимы противовключения направление ЭДС на них изменяется на противоположное и, соответственно, изменяется на противоположное направление тока . в обмотке 1 О. Под действием токов, протекающих через якорь 11 и обмотку 10 на валу 12 возникает крутящий момент, который разгоняет маховик 8, причем муфта 16 свободного хода не препятствует вращению маховика 8 и связанного с ним якоря 11 в этом направлении, что вызывает ЭДС на якоре 11, направленную противоположно ЭДС на якорях 1 и 2 электродвигателей. По мере разгона маховика 8,связанного с якорем 14, ЭДС на якоре 14, . направленная противоположно ЭДС на якорях 1 и 2, вызывает уменьшение величины тока, протекающего через обмотки 10 и 13, ЭДС на якоре 11 пропорциональна произведению частоты вращения якоря 11 и тока, протекающего через обмотку 10, поэтому величина этой ЭДС мало зависит от частоты вращения связанного с якорем 11 маховика 8 и изменяется по величине синхронного с ЭДС на якорях 1 и 2, а98 25 Составитель Н. КореваРедактор Л. Алексеенко ТехредМ. Надь Корректор А. Тяско Заказ 4593/41 Тираж 667 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб. д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 7 11006 направлена противоположно последней. Так как ток, протекающий через якорь 11 и якори 1 и 2 не изменяет своего направления, а ЭДС на якорях приблизительно равны, но направлены противоположно, то мощность, генерируемая якорями 1 и 2, приблизительно равна мощности, расходуемой на разгон якоря 11 и связанного с ним маховика 8. Этим достигается накапливание (акку мулирование) генерируемой якорями 1 и 2 энергии путем превращения ее в кинетическую энергию маховика 8, что исключает возврат ее в сеть путем преобразования постоянного тока в переменный и снижает потери энергии при работе электропривода в генераторном режиме,При переходе якорей 1 и 2 электродвигателей в двигательный режим одни под действием протекающего через них тока разгоняются, увеличивая ЭДС, причем направление ее становится противоположным тому, которое было в режиме противовключения.За счет этого изменяются направление тока в обмотке 10 и ЭДС на якоре 11. Под действием токов, протекающих через якорь 11 и Обмотку 10, на валу 12 возникает тормозной момент, который снижает частоту вращения маховика 8, что приводит к снижению ЭДС на связанном с ним якоре 14. Так как эта ЭДС направлена противоположно ЭДС на якорях 1 и 2, это вызывает увеличение тока, протекающего через обмотки 10 и 13. Благодаря этому ЭДС на якоре 11 по-прежнему мало зависит от частоты вращения связанного с якорем 11 маховика 8 и изменяется синхронно по величине и противоположно по направлению ЭДС на якорях 1 и 2 и в двигательном режиме работы последней. При этом осуществляется возврат накопленной в маховике 8 энергии к якорям 1 и 2 двигателей, что уменьшает величину потребляемой энергии из сети путем преобразования переменного тока в постоянный и снижает потери энергии при работе электропривода в двигательном режиме.Муфта 16 свободного ходя препятствует разгону маховика 8 благодаря энергии, поступающей через управляе" мый выпрямитель 6 и источник 5 тока из сети 4 переменного тока, а неуправляемый выпрямитель 6 не позволяет возвращать (рекуперировать) энергию в сеть. Мощность, потребляемая из сети 4 переменного тока источником 5 тока, расходуется только на покрытие механических и тепловых потерь в электроприводе. Предлагаемый электропривод значительно, уменьшает потери энергии при работе во всех режимах и повышает коэффициент мощности сети. Кроме того, данный электропривод, вследствие того, что потребляемая им из сети мощность значительно меньше максимальной кратковременной развиваемой им мощности, может устанавливаться на судах с ограниченной мощностью электростанции, что расширяет круг задач, решаемый этими судами.