Регулируемый двузонный электропривод переменного тока с синхронным двигателем

Предлагаемая полезная модель относится к регулируемым двузонным электроприводам переменного тока с синхронным двигателем и может быть использована для плавного двузонного регулирования скорости синхронного двигателя в высокоточных станках с числовым программным управлением (ЧПУ).
Известно устройство электропривода переменного тока с синхронным двигателем, в котором питающее переменное напряжение подключается к обмоткам статора, а питающее постоянное напряжение подается на обмотки ротора двигателя. (Вольдек А.И. Электрические машины. Машины переменного тока: Учебник для вузов. - СПб.: Питер, 2010 - С. 196).
Однако недостатком этого устройства является наличие только ступенчатого регулирования скорости за счет изменения числа пар полюсов.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является электропривод переменного тока с синхронным двигателем с постоянными магнитами на роторе при питании обмоток статора от сети переменного напряжения, в котором питающее переменное напряжение подключается к входу преобразователя частоты, выход преобразователя частоты подключается к обмоткам статора синхронного двигателя. (Ледовский А.Н. Электрические машины с высококоэрцитивными постоянными магнитами. - М.: Энергоатомиздат, 1985. - С. 19).
Схема предназначена для плавной регулировки скорости вращения синхронного электродвигателя, однако, диапазон регулирования зависит от типа преобразователя частоты.
Задачей (техническим результатом) предлагаемой полезной модели является регулировка скорости синхронного двигателя в широком диапазоне.
Для решения поставленной задачи в регулируемом двузонном электроприводе переменного тока с синхронным двигателем, в котором питающее переменное напряжение подключается к входу преобразователя частоты, выход преобразователя частоты подключается, согласно полезной модели, к первому входу блока коммутаторов, выход которого подключается к обмоткам статора и ротора синхронного двигателя, питающее переменное напряжение также поступает на вход блока выпрямителя, выход которого подключается ко второму входу блока коммутаторов, постоянный магнит закреплен на роторе.
Путем изменения числа пар полюсов ротора и статора с помощью блока коммутаторов обеспечивается ступенчатое двузонное регулирование скорости вращения двигателя, а изменением частоты питающего напряжения преобразователем частоты обеспечивает плавное регулирование скорости вращения внутри каждой из зон.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 - функциональная схема регулируемого двузонного электропривода переменного тока с синхронным двигателем, на фиг. 2 - магнитные поля статора и ротора при работе с одной парой полюсов, на фиг. 3 - магнитные поля статора и ротора при работе с тремя парами полюсов.
Кроме того, на чертежах дополнительно изображено следующее:
3ф~: трехфазное питающее напряжение;
A1 - A3, B1 - B3, C1 - C3: обмотки статора;
С: статор синхронного двигателя;
Р: ротор двигателя;
ПЧ: преобразователь частоты;
БК: блок коммутаторов;
ИМ: исполнительный механизм;
БВ: блок выпрямителей;
L1 - L2: обмотки ротора;
N: северный полюс магнитного поля;
S: южный полюс магнитного поля;
Nm: северный полюс постоянного магнита;
Sm: южный полюс постоянного магнита;
M: постоянный магнит.
Регулируемый двузонный электропривод переменного тока с синхронным двигателем, в котором питающее переменное напряжение подключается к входу преобразователя частоты, выход преобразователя частоты подключается, к первому входу блока коммутаторов, выход которого подключается к обмоткам статора и ротора синхронного двигателя, также питающее переменное напряжение подключается к входу блока выпрямителя, выход которого подключается ко второму входу блока коммутаторов отличающийся тем, что одним из источников создания магнитного поля на роторе является постоянный магнит, а вторым источником являются обмотки ротора.
Полезная модель содержит ротор двигателя с постоянным магнитом и катушками, статор с обмотками возбуждения, преобразователь частоты, блок выпрямителя, блок коммутаторов, причем питающее переменное напряжение (3ф~) подключается к входу (1) преобразователя частоты (2), выход (3) преобразователя частоты (2) подключается к первому (4) входу блока коммутаторов (5), выходы (6-17) блока коммутаторов (5) подключаются к обмоткам статора (18-26) и обмоткам ротора (27-28), питающее напряжение (3ф ~) подключается к входу (29) блока выпрямителей (30), выход (31) которого присоединен ко второму (32) входу блока коммутаторов (5), постоянный магнит (33) закреплен на роторе.
Работа предлагаемой полезной модели происходит следующим образом. При работе двигателя с одной парой полюсов блок коммутаторов подает питание только на обмотки A1 - A3 статора. Тогда, питающее напряжение (3ф ~) подается на вход (1) преобразователя частоты (2), с выхода (3) преобразователя частоты (2) на вход (4) блока коммутаторов (5) подается рабочее напряжение необходимой частоты. С выходов (8,11, 14, 15) блока коммутаторов (5) подается рабочее напряжение на обмотки (20, 23, 26) A1, A2, A3. Таким образом, на статоре синхронного двигателя образуется вращающееся магнитное поле с одной парой полюсов, а на роторе образуется одна пара полюсов за счет постоянного магнита (33) (фиг. 2). Скорость вращения ротора при этом пропорциональна частоте рабочего напряжения.
При работе двигателя с тремя парами полюсов блок коммутаторов подает питание на обмотки A1 - A3, B1 - B3, C1 - C3 статора и обмотки L1 - L2 ротора. Тогда, питающее напряжение (3ф ~) подается на вход (1) преобразователя частоты (2), с выхода (3) преобразователя частоты (2) на вход (4) блока коммутаторов (5) подается рабочее напряжение необходимой частоты. С выходов (6-14) блока коммутаторов (5) подается рабочее напряжение на обмотки (18) B3, (19) C3, (20) A1, (21) B1, (22) C1, (23) A2, (24) B2, (25) C2, (26) A3 соответственно, выход (15) блока коммутаторов (5) подключается к общей точке соединения обмоток статора. Питающее напряжение (3ф ~) подается на вход (29) блока выпрямителей (30), с выхода (31) которого на второй (32) вход блока коммутаторов (5) подается постоянное напряжение, с выходов (16,17) блока коммутаторов (5) постоянное напряжение подается на обмотки (27, 28) ротора (L1, L2) соответственно. Таким образом, на статоре синхронного двигателя образуется вращающееся магнитное поле с тремя парами полюсов, а на роторе образуются три пары полюсов за счет постоянного магнита (33) и катушек на роторе (фиг. 3). Скорость вращения ротора при этом пропорциональна частоте рабочего напряжения деленой на три.
Таким образом, на основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что предложенная модель позволяет:
1. Осуществить двузонное регулирование скорости за счет изменения числа пар полюсов.
2. Осуществить плавную регулировку скорости за счет изменения частоты питающего напряжения одним преобразователем частоты для каждой зоны.
3. Использование двузонного регулирования позволяет использовать простой преобразователь частоты, так как широкий диапазон регулирования осуществляется изменением числа пар полюсов.