СТАТИЧЕСКИЙ МНОГОУРОВНЕВЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ДЛЯ ПИТАНИЯ СИНХРОННЫХ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ

Полезная модель относится к электротехнике, электроприводу и может быть использована для пуска и регулирования скорости высоковольтных синхронных электродвигателей.
Известен статический многоуровневый преобразователь частоты для питания асинхронных и синхронных электродвигателей (патент РФ №2303851 от 03.11.2005). Статический многоуровневый преобразователь частоты для питания асинхронных и синхронных электродвигателей содержит силовой трансформатор, выходной фильтр, главный блок управления, инверторно-рекуперационные модули, состоящие из силовых транзисторов со встроенными обратными диодами, образующих два однофазных моста, соединенных параллельно по цепи постоянного тока через датчик тока. К цепи постоянного тока первого моста подключена батарея конденсаторов и датчик напряжения. Цепь переменного тока первого моста подключена к одной из вторичных обмоток силового трансформатора через датчик тока и ключ, состоящий из двух тиристоров, соединенных встречно-параллельно. Цепь переменного тока второго моста, являющаяся выходом модуля, включена последовательно с выходами других модулей, образуя три группы, соединенные в звезду. Каждый модуль содержит местный блок управления для формирования импульсов управления силовыми транзисторами в соответствии с текущим режимом работы модуля и сигналами управления, поступающими по оптическому каналу с главного блока управления.
К недостаткам устройства относится сложная схема рекуперации энергии торможения в сеть, тогда как при длительных режимах работы двигателя с постоянной нагрузкой на валу преобразование и отдача энергии в сеть не требуются, в системе также отсутствует схема формирования тока для питания обмотки возбуждения синхронного электродвигателя.
В качестве наиболее близкого аналога заявленного изобретения можно указать многоуровневый транзисторный преобразователь частоты для управления электродвигателем переменного тока (патент РФ №2411629 от 19.10.2009), в котором трехфазный мостовой выпрямитель на тиристорах выполнен управляемым, введены датчики тока и формирователь траектории открытия транзисторов инвертора, состоящий из нескольких групп дросселей, разрядных резисторов, разделительных диодов и фильтровых конденсаторов. Однофазный транзисторный инвертор выполнен из последовательно соединенных транзисторов.
Недостатком устройства является отсутствие схемы формирования тока для питания обмотки возбуждения синхронного электродвигателя.
Задачей полезной модели является исключение внешнего устройства возбуждения синхронного электродвигателя, а также улучшение качества поддержания заданного коэффициента мощности и повышение надежности электропривода.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве, содержащем многообмоточный силовой трансформатор и многоуровневый инвертор, причем число вторичных обмоток многообмоточного силового трансформатора соответствует числу частотных преобразователей в составе многоуровневого инвертора введена дополнительная вторичная обмотка, от которой запитано возбудительное устройство для формирования регулируемого тока возбуждения, который подается в обмотку возбуждения синхронного двигателя.
На фигуре приведена схема статического многоуровневого преобразователя частоты для питания синхронных электродвигателей, содержащая высоковольтный синхронный двигатель 1, возбудительное устройство 2, многообмоточный трансформатор 3 с дополнительной трехфазной обмоткой 4, многоуровневый инвертор 5, обмотку возбуждения 6 синхронного электродвигателя.
Устройство работает следующим образом. Переменный трехфазный ток промышленной частоты высокого напряжения 6…10 кВ поступает на многообмоточный трансформатор 3 с дополнительной трехфазной обмоткой 4, откуда многофазное напряжение подается на многоуровневый инвертор 5, а напряжение с дополнительной трехфазной обмотки 4 - на возбудительное устройство 2 и обмотку возбуждения 6 синхронного электродвигателя 1. На выходе многоуровневого инвертора 5 получается синусоидальный трехфазный ток заданных частоты и напряжения, который подается в обмотку статора синхронного электродвигателя 1. Одновременно от возбудительного устройства 2 подается постоянный ток на обмотку возбуждения 6. В результате происходит одновременное регулирование как частоты и напряжения питания статорной обмотки синхронного электродвигателя, так и тока возбуждения. Питание схемы формирования регулируемого тока возбуждения от дополнительной трехфазной обмотки многообмоточного трансформатора позволяет отказаться от использования отдельного трансформатора, уменьшить габаритные размеры системы, повысить надежность за счет исключения преобразовательного трансформатора, коммутационной аппаратуры и кабельных линий и снизить уровень электромагнитных помех, вносимых в электрическую сеть. Управление схемой формирования регулируемого тока возбуждения обеспечивает поддержание в электрической сети предприятия необходимого значения коэффициента мощности.