Устройство для частотного управления асинхронным двигателем

443114 менного тока диодного моста 7, зашунтированного дросселем 8 и тиристором 9. Катоды тиристоров 6,17 соединены с вершинами треугольников, составлен. ных из конденсаторов 19, 20, 21, ано. ды тиристоров 17,9 - с вершинами треугольника, составленного из конденса. торов 22, 23, 24. Третья вершина пер вого треугольника соединена с катодом тиристора 9, а третья вершина второго треугольника - с анодом тиристора 6. Последовательно коммутируя тиристоры 6, 17, 9, обеспечивают различные схемы подключения статорной обмотки 13 асинхронного двигателя с обмотками трансформаторов 1, 10, изменяя тем самым уровень подводимогок ней напряжения. Предлагаемое уст" ройство позволяет в три раза уменьшить величину установившегося напряжения на входе переменного тока каж"дого из диодкых мостов 4, 15, 7, обеспечивает ту же Форму кривой напряжения на статорной обмотке 13 и непрерывность тока в ней, 2 ил.Изобретение относится к электротехнике, а также к преобразовательной технике и может быть использовано в регулируемом асинхронном электроприводе различных отраслей, народно 5 го хозяйства.Цель изобретения - расширение вверх диапазона регулирования частоты вращения управляемого асинхронного двигателя путем относительного увеличения напряжения на управляемом двигателе,На фиг.1 представлена принципиальная схема устройства для частотного управления асинхронного двигателя; на фиг.2 " 4 " векторные диаграммы напряжений на отдельных фазах нагруз. ки и связанных с нею обмоток трансформаторов этого устройстваУстроиство для частотного управле-ния асинхронного двигателя содержит силовой трехфазный трансформатор 1 (Фиг.1) с первичной 2 и вторичной 3 обмотками. Первичная обмотка 2 первыми (качалами) выводами соединена с питающей трехфазной сетью, а вторыми выводами (концами) - с выводами переменного тока первого диодкого моста 4, зашунтированного по выходу посто" янного тока последовательно соединен-ными дросселем 5 и тиристором 6Вторичная обмотка 3 трансформатора 1 соединена в звезду (концами), а ее выводы (качала) подключены к выводам переменного тока второго диодного моста 7, зашунтированного по выходу постоянного тока последовательно соединенными дросселем 8 и тиристором 9.Устройство содержит также второйтрехфазный трансформатор 10 с первич"ной 1.1 и вторичной 12 обмотками, первые выводы (начала) первичной обмоткк этого трансформатора соединены свыводами переменного тока первого диодного моста 4, а ее вторые выводы .(конца) - с первыми выводами (началами) статорной обмотки 13 асинхронного двигателя с короткоэамкнутым ротором 14. Вторичная обмотка 12 трансформатора 10 соединена в звезду (Концами), а ее выводы (начала) подключены к выводам переменного тока второго диодного моста 7,Выводы переменного тока третьего диодкого моста 15 подключены к вторым выводам (концам) статорной обмотки 13 асинхронного двигателя. Выводы постоянного тока указанного моста зашунтированы последовательно соединенными дросселем 16 к тиристором 17. Силовой трансформатор 1 снабжен до."полнительной первичной обмоткой 18 с вторыми выводами (концами) для под-ключения к питающей сети, а первые выводы (начала) этой обмотки соединены с выводами переменного тока . третьего диодного моста 15. Катоды, тиристоров 6 и 17 соединены с соответствующими вершинами треугольника конденсаторов 19-21 первой группы, а аноды этих тиристоров - с соответствующими вершинами треугольника конденсаторов 22-24 второй группы, Третья вершина треугольника конденсаторов19-21 соединена с катодом тиристора 9, а третья вершина треугольника конденсаторов 22-24 - с анодом тиристора б.Устройство работает следующим образом.Начальное состояние устройства соответствует .одновременно запертому состоянию всех шунтирующих тиристоров б, 9 и 17. В этом случае пофазно и последовательно соединенные обмотки 18 и 2 трансформатора 1, обмотки 11 трансформатора 10 и статорная обмотка 13 образуют общее соединение тре- Б угольником, вершины которого соеди-. нены с шинами питающей сети. Фазы укаэанных обмоток образуют замкнутый проводящий контур в любой интервал времени. Поэтому напряжение на каж О дой фазе статорной обмотки 13 определяется в результате сложения напряжений на соответствующей фазе указанных последовательно соединенных обмоток трансформаторов устройства. 25Положение .вектора напряжения на какой-либо фазе статорной обмотки 13 зависит от того, какой из диодных мостов эакорочен открытым в этот интервал времени шунтирующим тиристо ром вЗакороченному состоянию того или иного диодного моста отвечает объединение в общую точку тех зажимов соответствующейй обмотки трансформаторов 1 или 10, которые присоединены к входу переменного тока этого моста. Поэтому пе,реход, например,от закороченного состояния моста 15 к закороченному состоянию моста 4 соответствует переходу от подключения звездой питаощей сети обмотки 18 трансформатора 1 к подключению к сети также звездой обмотки 2 того же трансформатора. Приэтом, если в первом случае объединя ются в нулевую точку начала обмотки18, то во втором - концы обмотки 2.Это обуславливает изменение на 180 начальной фазы напряжения на обмот.- ках трансформатора 1, что должно учитываться построением векторных диаграмм этих напряжений (фиг.2-4).Для разных интервалов времени, каждый из ко торых соотв етствует открытому состоянию тиристора на выходе одного иэ трехфаэных диодных мостов, приведены векторные диаграммы напряжений на тех фазах обмоток трансформаторов 1 и 10, которые входят в тот или иной замкнутый контур вместе сосвоей фазой статорной обмотки, Векторные диаграммы соответствуют закорачиваниюмостов 4, 7 и 15 (фиг.1). Далее работа устройства описывается на основании этих векторных диаграмм. Открытое состояние тиристора 17 на выходе диодного моста 15 приводит к закорачиванию этого моста; соединению в общую нулевую точку отмеченных звездочками зажимов отдельныхфаз обмотки 3 силового трансформатора 1; соединению в общую нулевую точку вторых концов зажимов отдельныхфаз статорной обмотки 13 управляемого асинхронного двигателя; соединению звездой первичной обмотки8 трансформатора 1, фазы которой оказываются непосредственно присоединенными к питающей сети как лучи этой звезды; соединению звездой пофаэно-последовательно соединенных обмоток 2, 11 и 13, каждый из лучей которой образуется последовательным соединением отдельных фаз этих обмоток. При этом те фазы обмоток 2 и 8, которые расположены на одном и том же стержне трансформатора, оказываются присоединенными к различным линейным проводам питающей сети и потому входят в различные лучи соответствующих соединений звездами упомянутых ранее обмо ток. Непосредственное подключение фаз первичной обмотки 18 трансформатора 1 к питающей сети приводит.к наведению на каждой из фаэ обмотки 2 того же трансформатора ЭДС, практическиполностью совпадающей с напряжением соответствующей фазы обмотки 18.В этом случае суммарное напряжение на каждой фазе последовательного соединения обмотки 11 трансформатора 10 со статорной обмоткой 13 асинхронного двигателя определяется суммой ЭДС в обмотке 2 и фазного напряжения соответствующего луча звезды, образованной последовательным соединением обмоток 2, 11 и 13 (фиг.1), Величина напряжения на каждой из фаэ последовательного соединения обмоток 11 и 13 равна по величине фаэному напряжению луча звезды первичной обмотки 38, подключенной в этот интервал времени к питающей сети. Принимая во внимание особенности взаимного соединения обмоток как между собой, так и . с проводами питающей сети, а также с входами переменного тока диодных мос 1443114тов модуляторов, входные линейные напряжения на диодных мостах 4 и 7, не превышают линейного напряжения питающей сети. Вместе с тем напряжение на каждой фазе статорной обмотки 13 оказывается в 1,73 большим фазного напряжения соединения звездой обмотки 2, поскольку напряжение на каждой из фаэ обмотки 11 оказывается совпадающим по направлению с ЭДС на последовательно соединенной соответствующей Фазе обмотки 2. Это обусловлено тем, что обмотка 11 является вторичной обмоткой двухобмоточного трансФорматора 1 О, первичная обмотка 6 которого непосредственно присоединена к третьей обмотке 4 трехобмоточного трансформатора 1, ЭДС на зажимах каждой фазы которой совпадает с ЭДС на зажимах той же фазы обмотки 2 трехобмоточного трансформатора 1.1Следующий интервал времени начинается с подачи отпирающего импульса на управляющий электрод тиристора 6. Последующее отпирание этого тиристора приводит к эапиранию ранее открытого тиристора 17 обратными напряжениями конденсаторов 9 и 24 и последующей перезарядке этих конденсаторов до напряжения противоположной полярности, закорачиванию диодного моста 4, соединению в общую нулевую точку концов отдельных фаз вторичной обмотки 2 главного трансформатора 1; соединению в общую нулевую точку начал отдельных фаз обмотки 14 второго трансФорматора 10, соединению звездой вторичной обмотки 2 силового трансформатора 1, Фазы которой оказываются непосредственно присоединенными к линейным проводам питающей сети как лут -чи этой звезды; соединению звездой пофазно-последовательно соединенных обмоток 18, 11 и 13, каждый из лучей которой образуется последовательным соединением отдельных фаз этих обмоток, Как и в рассмотренном случае, те фазы обмоток 2 и 18, которые рас" положены на одном и том же стержне трансформатора 1, оказываются прйсоединенными к различным линейным проводам питающей сети и входят в различные лучи соответствующих соединений звездами укаэанных обмоток.Непосредственное подключение Фаз зторичной обмотки 2 трансформатора 1 к питающей сети приводит к наведению5 10 15 20 25 303545 в каждой из Фаз первичной обмотки 18 . того же трансформатора 1 ЭДС, практически полностью совпадающей с напряжением соответствующей фазы обмотки 2.Векторная диаграмма (фиг,3) для отдельных фаэ как статорной обмотки 13, так и последовательно соединенных с нею обмотки 18 и обмотки 1 трансформаторов 1 и 10 соответствует рассматриваемому случаю открытого состояния только тиристора 6.Переход от эакорачивания диодного моста 15 к закорачиванию диодного моста 4 сопровождается изменением на 60 начальной фазы ЭДС на тех фазах обмоток 2 и 18, которые расположены на общем стержне, что обусловлено, как изменением на 120 начальной фазы наопряжения сети, к которой непосредст-. венно присоединяется только одна иэ обмоток 2 и 18, так и дополнительным изменением на 180 этой начальной фазы из-за перехода от соединения в нулевую точку начальных выводов обмоток к соединению в нулевую точку концов этих обмоток. Таким образом, переход от ранее рассмотренного крассматриваемому случаю сопровождается изменением на 60 начальной фазыонапряжения на луче звезды, куда входят последовательно соединенные фазы статорной обмотки 13, обмотки 1 и обмотки 2 (в первом случае) или обмотки 18 (во втором случае), дополнительным изменением на 60 начальной фазы ЭДС на обмотках 1 и 2 (в первом случае) или на обмотках 1 и18 (во втором случае).В результате этого начальная фаза напряжения на каждой из фаз статорной обмотки 13 изменяется на 120 прй йереходе от закорачивания диод- ного моста 16 к закорачиванию диод 50 55 ного моста 15. Именно к такому выводу приводит сравнение векторных диаграмм напряжений (фиг.2 и 3). Из этих диаграмм также следует, что величины напряжений на каждой из фаз статорной обмотки 13 в обоих случаях превышают в три раза фазисе напряжение на любом из лучей соединения звездой обмоток; величины напряжений на входе незакороченного диодного моста, совпадающие с напряжениями последовательного соединения обмоток 1 и 13, не превышают фазное напряжение звез-. ды, т.е. в три раза меньше напряженияна обмотке 13 статора управляемого двигателя.Следующий интервал времени подачей отпирающего импульса на управля ющий электрод тиристора 9 на выходе диодного моста 7 приводит: к запиранию ранее открытого тиристора 4 обратным напряжением конденсаторов 21 и 23 и последующему перезаряду этих О конденсаторов до напряжения противоположной полярности; к закорачиванию диодного моста 7; эакорачиванию обмоток 3 и 12 обоих трансформаторов;уменьшению практически до нуля напря жения на обмотках 3 и 18 трансформатора 1 и на обмотке 11 двухобмоточного трансформатора 10; подключению каждой фазы обмотки 13 статора управляемого двигателя к соответствующим 20 линейным проводам питающей сети, прием обмотка 13 оказывается соединеной треугольником. Векторная диаграмма напряжений на отдельных фазах статорной обмотки для этого случая при ведена на фиг.4.Сравнение векторных диаграмм показывает, что переход от закороченного состояния диодного моста 4 к закороченному состоянию диодного моста 7 30 приводит к дальнейшему скачкообразному изменению начальной фазы напряжения на обмотке статора 13 на 120 при сохранении прежней амплитуды этого напряжения, 35 Следующий интервал времени начинается подачей отпирающего импульса на управляющий электрод тиристора 17, что приводит к запиранию ранее открытого тиристора 9 обратным напряжением конденсаторов 20, 22 и к последующему перезаряду этих конденсаторов до напряжения противоположной полярности. Это приводит также к эакорачиванию 45 диодного моста 5, и процессы повторяются.Переход от векторной диаграммы (фиг,2) к векторной диаграмме (фиг.3) соответствует переходу от закорочен О ного состояния диодного моста 15 к закороченному состоянию диодного моста 4; переходу от непосредственного подключения звездой обмотки 18 концами к питающей сети к непосредственному подключению к ней звездой началами обмотки 2 трансформатора 1; изменению начальной фазы напряжения на каждой из обмоток вспомогательных.трансформаторов 1 и 10 на 60 ; изменению на 120 начальной фазы напряжения на статорной обмотке 13 управляемого асинхронного двигателя, что обусловлено одновременным переходом от подключения к питающему напряжениюначал этой обмотки к подключению кон" цов еПереход к векторной диаграмме(фиг.3) соответствует переходу к закороченному состоянию диодного моста 7 и обусловленному этим уменьшению практически до нуля падений напряжения на всех обмотках обоих трансформаторов 1 и О, переходу к подключению каждой фазы статорной обмотки 13между линейными проводами питающейсети, чему соответствует соединениефаз обмотки статора треугольником,скачкообразному изменению начальной фазы напряжения на статорной обмотке13 на 120Дальнейший переход к векторной диаграмме (фиг.2) соответствует переходу к закороченному состоянию диод- ного моста 15, скачкообразному изме"нению на 20 начальной фазы напряжения на статорной обмотке 13 асинхронного двигателя.Из векторных диаграмм (фиг,2 и 3) также следует, что линейное напряже" ние на входе переменного тока незако" роченного диодного моста в обоих случаях не превышает линейное напряжение питающей сети, между тем как линейное напряжение на статорной обмотке 13 асинхронного двигателя превышает напряжение питающей сети в 1,73 раза, чему соответствует равенство фаэного напряжения этой обмотки линейному напряжению питающей сети.Из векторной диаграьакы (фиг.2) следует, что фазное напряжение статорной обмотки также равно линейному напряжению питающей сети, а при равенстве чисел витков обмоток 8 и 23 трансформатора 1 и чисел витков обмоток 2 и 1 трансформатора 10 линейное напряжение на входе незакороченного диодного моста 7 также не превышает линейное напряжение питающей сети.Предлагаемое устройство позволяет уменьшить в три раза величину устано" вившегося напряжения на входе переменного тока каждого из диодных мостов, обеспечивает ту же форму кривой напряжения на нагрузке - статорной обмотке управляемого асинхронногодвигателя - поскольку в обоих случаях оно формируется тремя взаимно равными интервалами цикла ступенчатого скачкообразного изменения начальной Фазыо питающего напряжения по 20 , обеспечивает режим непрерывного тока во всех обмотках как трансформаторов 1 и 10, так и статорной обмотки 13, В результате этих изменений достигается расширение диапазона регулирования частоты вращения.Формула -изобретенияУстройство для частотного управления асинхронным двигателем, содержащее трехфазный силовой трансформатор, первые выводы первичной обмотки которого предназначены для подключения к трехфазной питающей сети, а вторые выводы соединены с выводами переменного тока первого диодного моста, вторичная обмотка указанного транс форматора соединена в звезду и свободньии выводами подключена к выво дам переменного тока второго диоднога моста, второй трехфазный трансформатор, первичная обмотка которого первыми выводами пофазно соединенас вторыми выводами первичной обмотки 30 первого трансформатора, третий диодиый мост с выводами переменного тока для подключения к вторым выводам статорной обмотки асинхронного двигате" ля, каждый иэ диодных юстон по выходу постоянного тока шунтирован пос.ледовательно соединенными дроссвлеми тиристором, две группы коммутирую-щих конденсаторов, соединенные в каждой группе по схеме "треугольник",две вершины треугольника конденсаторов первой группы соединены с катодами тиристоров второго и третьего диодных мостов, аноды тиристоров соедииены с двумя вершинами треугольникаконденсаторов второй группы, а третьивершины треугольников конденсаторовуказанных групп соединены соответственно с катодом и анодом тиристоровпервого и третьего диодных мостов,о т л и ч а ю щ,е е с я тем, что,с целью расширения вверх диапазонарегулирования частоты вращения асинхронного двигателя, силовой трансформатор снабжен дополнительной первич-.ной трехфаэной обмоткой с вторымивыводами для подключения к шинамтрехфазной питающей сети, первые выводы этой обмотки соединены с выводами переменного тока третьего диодного моста, при этом первичная обмоткавторого трехфазного трансформатораснабжена вторыми выводами для подключения к первым выводам статорной обмотки асинхронного двигателя, а вто. -ричная обмотка второго трансформатора соединена в звезду и выводами.подключена к выводам переменного то.ка второго диодного моста.4434 Составителй В.Тарасовактор М. Бланар Техред М.Моргентал Корректор М. Демчик роизводственно-полиграфическое предприятие, г. Укгор Проектная, 4 аказ 7105 Тирак 584НИИПИ Государственного комитета по из113035, Москва, Ж,Подписноеретениям и открытиям при ГКНТ СССРушская наб., д. 4/5