[LT] Siūlomas indukcinio trifazio variklio su faziniu rotoriumi rotoriaus srovės reguliavimo metodas ir įtaisas metodui realizuoti, įgalinantis sumažinti rotoriaus grandinės nuostolius grąžinant pramoninio dažnio keitikliu į tinklą rotoriuje išsiskiriančią kintamo dažnio elektrinę galią, besiskiriantis tuo, kad kiekvienoje rotoriaus apvijos fazių panaudoti didelio dažnio simetriški įtampą aukštinantys galios faktoriaus korektoriai (PFC) su induktyviaisiais elementais, užtikrinantys rotoriaus srovių sinusiškumą ir reguliuojantys tų srovių dydį, o tuo pačiu ir sukamojo momento dydį.
[EN] Proposed rotor current regulation method of a three-phase induction motor with a phase rotor and a device for the realization of this method, enabling the reduction of current losses in the rotor circuit by returning the emissions of electrical power in terms of alternate current to the network by an industrial type frequency converter; it is distinguished by high frequency, symmetrical, power factor correction capacitors (PFC) with inductive elements used at each rotor coil phase, ensuring the sinusoidal function of rotor currents and control of their gain, as well as torque power.
[0001] Technikos sritis
[0002] Elektros mašinos ir aparatai naudojami pramonėje ir buityje.
[0003] Technikos lygis
[0004] Yra žinomi indukciniai trifaziai varikliai su faziniu rotoriumi (Electrical Machines and Drive Systems. John Hindmarsh, Alasdair Renefrew. Third edition, Newnes, 1996). Keičiant rotoriaus grandinės apkrovos grandinės reostatų varžą, galima reguliuoti jų sukimosi greitį. Pagrindinis reguliuojamų pavarų su tokiais varikliais trūkumai yra gana dideli nuostoliai rotoriaus grandinės apkrovos reostatų aktyviojoje varžoje ir rotoriaus grandinėje atsirandantis rotoriaus srovės atsilikimas pagal fazę nuo rotoriuje indukuojamos įtampos dėl rotoriaus induktyviosios varžos. Dėl rotoriaus srovės atsilikimo pagal fazę mažėja sukuriamas momentas ir todėl reikalinga didesnė srovė tam pačiam sukamajam momentui sukurti lyginant su atveju, kai fazinio atsilikimo nėra. Abu šie trūkumai pasireiškia tuo labiau, kuo didesnis indukcinio variklio slydimas.
[0005] Yra žinomas techninis sprendimas (JP 2005204490), įgalinantis sumažinanti tokio variklio rotoriaus nuostolius į rotoriaus grandinę įjungiant dažnio keitiklį, kuris rotoriuje indukuotą kintamo dažnio elektrinę galią paverčia pramoninio dažnio elektrine galia ir grąžina ją į tinklą. Nuostolių padidėjimas dėl induktyviosios rotoriaus varžos įtakos išlieka. Papildomai dar atsiranda nuostoliai dėl aukštesniųjų rotoriaus srovės harmonikų, atsirandančių kai rotoriaus apvijos apkraunamos diodiniu tilteliu su po jo esančiu didelės talpos kondensatoriumi, kadangi kiekvienoje iš rotoriaus apvijos fazių srovė teka tik tuomet, kai šios fazės įtampa yra didesnė už kitų dviejų. Šios srovės harmonikos nekuria sukamojo momento, tačiau kuria nuostolius rotoriaus apvijos varžoje.
[0006] Yra žinomas techninis sprendimas (CN103582999), įgalinantis sumažinti indukcinio trifazio variklio su faziniu rotoriumi nuostolius įjungiant į rotoriaus grandinę dažnio keitiklį, kuris rotoriuje išsiskiriančią kintamo dažnio elektrinę galią paverčia pramoninio dažnio elektrine galia ir grąžina ją į tinklą. Taip pat rotoriaus grandinėje yra įtampos didinimo įrenginys, kurį iš principo galima naudoti rotoriaus srovės fazės koregavimui. Tačiau įtampos didinimo įrenginys veikia tik vienos krypties įtampai, koreguojamas tik vienas pusperiodis, todėl nuostolių sumažėjimas tik dalinis. Šio techninio sprendimo nutraukimas trūkumas yra ir tai, kad energiją kaupia rotoriaus apvijos induktyvumas, o srovės induktyvume būtinas įtampos didinimui, todėl įtampos didinimo įrenginio veikimas sąlygoja harmonikų atsiradimą. Keturi rotoriaus grandinės išvadai taip pat yra trūkumas, nes reikalingas indukcinis variklis su keturiais kontaktiniais rotoriaus žiedais, o standartiniai indukciniai trifaziai varikliai su faziniu rotoriumi gaminami su trimis kontaktiniais žiedais.
[0007] Išradimo esmė
[0008] Siūlomas indukcinio trifazio variklio su faziniu rotoriumi rotoriaus srovės reguliavimo metodas ir įtaisas metodui realizuoti, įgalinantis sumažinti rotoriaus grandinės nuostolius grąžinant pramoninio dažnio keitikliu į tinklą rotoriuje išsiskiriančią kintamo dažnio elektrinę galią, besiskiriantis tuo, kad kiekvienoje rotoriaus apvijos fazių panaudoti didelio dažnio simetriški įtampą aukštinantys galios faktoriaus korektoriai (PFC) su induktyviaisiais elementais, užtikrinantys rotoriaus srovių sinusiškumą ir reguliuojantys tų srovių dydį, o tuo pačiu ir sukamojo momento dydį.
[0009] Trumpas brėžinių aprašymas
[0010] Pav. 1 - Įtaiso indukcinio trifazio variklio su faziniu rotoriumi rotoriaus srovei
[0011] reguliuoti principinė schema.
[0012] Pav. 2 - Srovės ir elektrovara rotoriaus apvijos fazėje kaip laiko funkcijos.
[0013] Įtaiso principinė schema
[0014] Įtaiso principinės schemos pavyzdys parodyta 1 pav. Schemoje yra trys simetriški įtampą aukštinantys galios faktoriaus korektoriai. Schemos dalis, sudaranti kiekvieną korektorių, dėl vaizdumo išskirta kontūrine linija ir pažymėta skaičiumi 1, 2 arba 3. Kiekvieną iš korektorių sudaro dvi dalys: teigiamo ir neigiamo pusperiodžio galios faktoriaus korektoriai. Pvz., 1 – ju numeriu pažymėtame korektoriuje teigiamo pusperiodžio rotoriaus fazių įtampą aukštinančius korektorių sudaro nedidelės talpos kondensatorius C1, kurio sukaupta energija turi būti pakankama vienam fazės korektoriaus impulsui, energiją kaupiantis droselis L1, diodas D2, neleidžiantis pramoninio dažnio keitiklio (inverterio) maitinimo įtampai grįžti į galios faktoriaus korektoriaus grandinę, lauko efekto tranzistorius su n kanalu, atliekantis tranzistorinio rakto funkciją ir jį šuntuojantis diodas, apsaugantis nuo atvirkštinės įtampos. Kitose dvejuose korektoriuose atitinkamai teigiamo pusperiodžio galios korektorius sudaro elementai C3, L3, D8, Q3, D9 antrajame korektoriuje ir C7, L5, D14,Q5, D15 trečiajame korektoriuje. Neigiamo pusperiodžio rotoriaus fazių įtampą aukštinantį korektorių, kuris yra dalis 1 – ju numeriu pažymėto korektoriaus, sudaro: nedidelės talpos kondensatorius C2, kurio sukaupta energija turi būti pakankama vienam fazės korektoriaus impulsui, energiją kaupiantis droselis L2, diodas D6, neleidžiantis pramoninio dažnio keitiklio maitinimo įtampai grįžti į galios faktoriaus korektoriaus grandinę, lauko efekto tranzistorius su p kanalu, atliekantis tranzistorinio rakto funkciją ir jį šuntuojantis diodas, apsaugantis nuo atvirkštinės įtampos. Kitose dvejuose korektoriuose atitinkamai neigiamo pusperiodžio korektoriaus dalis sudaro elementai C5, L4, D12, Q4, D10 antrajame korektoriuje ir C8, L6, D113,Q6, D16 trečiajame korektoriuje. Teigiamo pusperiodžio metu kiekvienoje rotoriaus apvijos fazėje atitinkamas teigiamo pusperiodžio fazės korektorius įkrauna didelės talpos kondensatorių C4, ir neigiamo pusperiodžio metu kiekvienoje rotoriaus apvijos fazėje atitinkamas neigiamo pusperiodžio fazės korektorius įkrauna didelės talpos kondensatorių C6. Kadangi viskas simetriška, abu kondensatoriai užsikrauna vienodai ir dažnio keitiklis gali būti jungiamas tiek prie teigiamo, neigiamo ir vidurinio išvadų, tiek ir tik prie teigiamo ir neigiamo. Diodai D1, D7 ir D13 atitinkamos fazės teigiamo pusperiodžio metu leidžia tekėti srovei į atitinkamus teigiamo pusperiodžio fazės korektorius ir neleidžia srovei tekėti į juos neigiamo pusperiodžio metu. Diodai D5, D11 ir D17 D13 atitinkamos fazės neigiamo pusperiodžio metu leidžia tekėti srovei į atitinkamus neigiamo pusperiodžio fazės korektorius ir neleidžia srovei tekėti į juos teigiamo pusperiodžio metu.
[0015] Įtaiso veikimo būdas
[0016] Šis įtaisas veikia taip:
[0017] Tarkim, pirmu stebėjimo laiko momentu prasideda teigiamas fazinio rotoriaus apvijos fazės, į kurią įjungtas aukštinanti galios faktoriaus korektorius dalis, sudarytas iš elementų C1, L1, D2, Q1 ir D3, elektrovaros pusperiodis. Tekant srovei per diodą D1, didėja kondensatoriaus C1 įtampa. Tranzistorinis raktas Q1 atsidaro, užtrumpindamas kondensatorių per induktyvumą L1 ir, srovei per induktyvumą didėjant (IL 2 pav.), kondensatoriuje sukaupta elektros energija virsta didėjančia magnetinio lauko energija induktyvume L1. Raktui užsidarius, induktyvume L1 sukaupta magnetinio lauko energija virsta vėl elektrine energija; atsiranda saviindukcijos elektrovara, proporcinga srovės kitimo greičiui, nukreipta tokia kryptimi, kad palaikytų srovę:
[0018]
[0019] Čia: e yra momentinė saviindukcijos elektrovaros vertė, voltais, L – induktyvumas, Henriais, i – momentinė srovės vertė, Amperais, t – laikas , sekundėmis, minus ženklas reiškia kryptį, priešingą srovės krypčiai, jei srovės diferencialas teigimas ir kryptį, sutampančia su srovės kryptimi, jei srovės diferencialas neigiamas. Rakto uždarymo ir atidarymo intervalai reguliuojami taip, kad srovės per induktyvumą impulsų gaubtinė, o tuo pačiu ir vidutinė srovė IR, yra teigiamo sinusinės funkcijos pusperiodžio, kurio pradinė fazė sutampa su rotoriaus apvijos atitinkamos fazės elektrovaros pradine faze, pavidalo. Kadangi rotoriaus apvijos induktyvumas žymiai didesnis už induktyvumą L1, rotoriaus apvija teka ir su statoriaus sukurtu magnetiniu lauku sąveikauja praktiškai nufiltruota sinusinė srovė IR , kurios pradinė fazė sutampa su ER pradine faze, todėl kuriamas momentas yra didžiausias galimas, nepasireiškia momento sumažėjimas dėl rotoriaus induktyvumo įtakos.
[0020] Pasibaigus teigiamajam elektrovaros pusperiodžiui, kai elektrovara keičia ženklą, diodas D1 užsidaro, atjungdamas aukštinantį teigiamą įtampą galios faktoriaus korektorių, sudarytą iš elementų C1, L1, D2, Q1 ir D3, ir atsidaro diodas D4, įjungdamas aukštinantį neigiamos įtampos galios faktoriaus korektorių, sudarytą iš elementų C2, L2, D4, Q2 ir D6 ir viskas vėl analogiškai kartojasi, tik rotoriaus elektrovara, srovės IL impulsai ir vidutinė rotoriaus srovė yra priešingo ženklo. IR pradinė fazė vėl sutampa su ER pradine faze, tiktai neigiamame pusperiodyje.
1. Indukcinio trifazio variklio su faziniu rotoriumi rotoriaus srovės reguliavimo būdas, kuriame srovė būtų reguliuojama mažinant rotoriaus grandinės nuostolius, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad kiekvienoje rotoriaus apvijos fazių panaudoti didelio dažnio simetriški įtampą aukštinantys galios faktoriaus korektoriai su induktyviaisiais elementais, užtikrinantys rotoriaus srovių sinusiškumą ir reguliuojantys tų srovių dydį bei pradinę fazę, o tuo pačiu ir sukamojo momento dydį.
2. Indukcinio trifazio variklio rotoriaus srovės reguliavimo būdas pagal 1 punktą, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad į jo schemą įeina trys simetriški įtampą aukštinantys galios faktoriaus korektoriai, kurių kiekvieną sudaro dvi dalys: teigiamo ir neigiamo pusperiodžio galios faktoriaus korektoriai, kurių sukaupiama didelės talpos kondensatoriuose elektrinė energija invertoriaus grąžinama į tinklą kaip pramoninio dažnio energija.
3. Indukcinio trifazio variklio rotoriaus srovės reguliavimo būdas pagal 1, 2 punktus, b e s i s k i r i a n t i s tuo, kad teigiamo pusperiodžio rotoriaus fazių įtampą į aukštinančius teigiamos įtampos korektorius kiekvienoje fazėje praleidžia tiesiogine kryptimi įjungti diodai D1, D7 ir D13, blokuojantys neigiamo pusperiodžio rotoriaus fazių įtampą ir atitinkamai neigiamo pusperiodžio rotoriaus fazių įtampą į aukštinančius neigiamos įtampos korektorius kiekvienoje fazėje praleidžia atvirkštine kryptimi įjungti diodai D5, D11 ir D17, blokuojantys teigiamo pusperiodžio rotoriaus fazių įtampą.