Регулируемый электропривод переменного тока с двузонным управлением для синхронного двигателя

Предлагаемая полезная модель относится к регулируемым электроприводам переменного тока с двузонным управлением для синхронного двигателя 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).
Однако недостатком данного устройства является непостоянство момента при двухзонном управлении, что привод к ухудшению технологических свойств электропривода.
Задачей 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 в качестве электрического двигателя используется синхронный двигатель с постоянными магнитами на роторе, отличающийся тем, что на ротор двигателя добавлена дополнительная обмотка, которая через подвижный механический контакт, через который осуществляется управление данной обмоткой, 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 двигателя и дополнительной обмотке, находящейся на роторе синхронного двигателя, и ко второму входу блока коммутаторов поступает сигнал с выход блока выпрямителя, вход которого подключается к питающему переменному напряжению.
Путем изменения потокосцепления магнитного поля статора и ротора 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 электропривода переменного тока с двузонным управлением для синхронного двигателя, на фиг. 2 - рабочие органы статора и ротора при работе без дополнительной обмотки, на фиг. 3 - рабочие органы статора и ротора при работе с дополнительной обмоткой.
Кроме того, на чертежах дополнительно изображено следующее:
3ф~- трехфазное питающее напряжение;
A1, B1, C1 - обмотки статора;
С - статор синхронного двигателя;
Р - ротор двигателя;
ПЧ - преобразователь частоты;
БК - блок коммутаторов;
ИМ - исполнительный механизм;
БВ - блок выпрямителей;
L1 - обмотки ротора;
Nm - северный полюс постоянного магнита;
Sm - южный полюс постоянного магнита;
M - постоянный магнит.
Регулируемый двузонный электропривод переменного тока, в котором в качестве электрического двигателя используется синхронный двигатель с постоянными магнитами на роторе, отличающийся тем, что на ротор двигателя добавлена дополнительная обмотка, которая через подвижный механический контакт, через который осуществляется управление данной обмоткой, питающее переменное напряжение подключается к входу преобразователя частоты, выход преобразователя частоты подключается к первому входу блока коммутаторов, выход которого подключается к обмоткам статора двигателя и к контактам дополнительной обмотки, и ко второму входу блока коммутаторов поступает сигнал с выход блока выпрямителя, вход которого подключается к питающему переменному напряжению.
Полезная модель содержит ротор двигателя с постоянным магнитом и катушкой, статор с обмотками возбуждения, преобразователь частоты, блок выпрямителя, блок коммутаторов, причем питающее переменное трехфазное напряжение подключается к входу (1) преобразователя частоты (2), выход (3) преобразователя частоты (2) подключается к первому (4) входу блока коммутаторов (5), выходы (6-11) блока коммутаторов (5) подключаются к обмоткам статора (12-14) и дополнительной обмотке ротора (15), питающее напряжение (3ф~) подключается к входу (16) блока выпрямителей (17), выход (18) которого присоединен ко второму (19) входу блока коммутаторов (5), постоянный магнит (20) закреплен на роторе.
Работа предлагаемой полезной модели происходит следующим образом. При работе двигателя без дополнительной обмотки блок коммутаторов подает питание только на обмотки A1, В1, С1, 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 (6, 7, 8, 9) блока коммутаторов (5) подается рабочее напряжение на обмотки (12, 13, 14) A1, В1, С1. 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 (20) (фиг. 2). Скорость вращения ротора при этом пропорциональна частоте рабочего напряжения.
При работе двигателя с дополнительной обмоткой блок коммутаторов подает питание на обмотки A1, B1, C1 статора и обмотку L1 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 (6-9) блока коммутаторов (5) подается рабочее напряжение на обмотки (12) А1, (13) В1, (14) C1 соответственно, выход (7) блока коммутаторов (5) подключается к общей точке соединения обмоток статора. Питающее напряжение (3ф~) подается на вход (16) блока выпрямителей (17), с выхода (18) которого на второй (19) вход блока коммутаторов (5) подается постоянное напряжение, с выходов (10,11) блока коммутаторов (5) постоянное напряжение подается на дополнительную обмотку (15) ротора (L1). Таким образом, на статоре синхронного двигателя образуется вращающееся магнитное поле с одной парой полюсов, а на роторе образуются две пары полюсов за счет постоянного магнита (20) и катушки (15) на роторе (фиг. 3). Скорость вращения ротора при этом определяется изменением потокосцепления магнитных полей статора и ротора, а также преобразователем частоты, управляющим магнитным полем статора.
Таким образом, на основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что предложенная модель позволяет:
1. Осуществить двузонное регулирование скорости за счет управления потокосцеплением магнитными полями статора и ротора.
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 потокосцепления магнитного поля статора и магнитного поля ротора.