способ увеличения коэффициента мощности и устройство для его реализации

Формула изобретения

1. Способ увеличения коэффициента мощности устройства, содержащего диодный или тиристорный выпрямитель и коллекторный электродвигатель, отличающийся тем, что после перехода напряжения через ноль обмотка возбуждения частично шунтируется на время, меньшее полупериода сети, а затем шунтирование снимается.

2. Способ увеличения коэффициента мощности по п.1, отличающийся тем, что время включения шунтирования находится в диапазоне 0-2 мс после перехода напряжения сети через ноль, время отключения шунтирования находится в диапазоне 2-7 мс после перехода напряжения через ноль.

3. Способ увеличения коэффициента мощности по п.1, отличающийся тем, что для частичной шунтировки обмотки возбуждения ключ используется в режиме широтно-импульсной модуляции.

4. Устройство для реализации способа по п.1, состоящее из трансформатора, диодного или тиристорного выпрямительного моста, коллекторного электродвигателя, включающего в себя якорь и обмотку возбуждения, одного или более резистора ослабления поля, одного или более ключа, системы управления ослаблением поля, отличающееся тем, что обмотка возбуждения подключена параллельно резистору ослабления поля и ключу, а резистор ослабления поля и ключ включены последовательно.

5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что резистор ослабления поля выполнен с промежуточным выводом или состоящим из двух резисторов, а параллельно к одной из частей резистора подключен ключ.

6. Устройство по п.4, отличающееся тем, что в качестве ключей используются IGBT-транзисторы (модули).

7. Устройство по п.4, отличающееся тем, что установлено на электровоз переменного тока.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, а именно к аппаратуре для преобразования энергии, коллекторным электродвигателям постоянного тока, а также к электрическому транспорту железных дорог.

Известен коллекторный двигатель постоянного тока, например (М.Г.Чиликин, А.С.Сандлер, Общий курс электропривода, М.: Энергоиздат, 1981, 576 с.). Недостатком таких мощных двигателей является то, что они не могут сами по себе подключаться к промышленной сети переменного тока вследствие значительной индуктивности обмоток, что обеспечивает сравнительно малый коэффициент мощности.

Известен коллекторный двигатель постоянного тока, запитываемый от сети переменного тока с использованием диодного или тиристорного моста, например (Б.А.Тушканов, Н.Г.Пушкарев, Л.А.Позднякова и др. Электровоз ВЛ-85. Руководство по эксплуатации. М., 1992, 480 с.) Недостатком является то, что сам по себе этот способ не позволяет изменять коэффициент мощности, остающийся сравнительно невысоким (до 84%).

Известен способ регулирования мощности двигателей постоянного тока, при котором частично шунтируют обмотки возбуждения двигателей (ослабляют поле), в том числе с использованием индуктивных шунтов, например (Б.П.Петров, А.Д.Степанов, Оборудование и автоматизация электрического подвижного состава, М.: Госэнергоиздат, 1963, 304 с.; Б.А.Тихменев, Л.М.Трахтман, Подвижной состав электрифицированных железных дорог. Теория работы электрооборудования. Электрические схемы и аппараты, М.: Транспорт, 1980, 471 с.). Техническим недостатком является то, что подобное ослабление поля само по себе не сильно изменяет коэффициент мощности двигателя.

Известен способ регулирования скорости тяговых двигателей электровоза постоянного тока с импульсным регулированием (патент RU 2316107), являющийся наиболее близким прототипом (аналогом), в котором последовательно с каждым электродвигателем или группой электродвигателей включают импульсный преобразователь и увеличивают коэффициент заполнения до значения, равного единице. При измерении тока якоря вычисляют момент двигателя до и после шунтировки обмотки возбуждения. При включении ослабления поля вводят новый рассчитанный коэффициент заполнения, что обеспечивает отсутствие бросков тока. Техническим недостатком является то, что сам по себе способ не изменяет коэффициент мощности при подключении к сети переменного тока двигателя постоянного тока.

Технической задачей данного изобретения является повышение коэффициента мощности устройства, содержащего коллекторный электродвигатель и диодный или тиристорный выпрямительный мост и запитываемого от однофазной сети переменного тока.

Решение технической задачи достигается тем, что после перехода напряжения сети через ноль обмотка возбуждения частично шунтируется с помощью резистора, включаемого электронным ключом. В этот момент времени с помощью подобного шунтирования достигается уменьшение поля возбуждения, а следовательно, уменьшается эквивалентное сопротивление якоря, увеличивается ток двигателя. Через некоторое время (2-7 мс) электронный ключ размыкается, поле возбуждения увеличивается, ток якоря уменьшается. Таким образом, ток двигателя и ток сети сдвигается к переходу через ноль, что уменьшает угол между током и напряжением, а следовательно, увеличивает коэффициент мощности.

Также для частичной шунтировки обмотки возбуждения ключ может работать в режиме широтно-импульсной модуляции.

Устройство для реализации способа приведено на фиг.1. Оно состоит из трансформатора 1, диодного или тиристорного выпрямительного моста 2, коллекторного электродвигателя 3, включающего в себя якорь 4 и обмотку возбуждения 5, одного или более резистора ослабления поля 6, одного или более ключа 7, системы управления ослаблением поля 8. Обмотка возбуждения подключается параллельно резистору ослабления поля и ключу, а резистор ослабления поля и ключ включаются последовательно.

Резистор ослабления поля может быть выполнен с промежуточным выводом, или состоящим из двух резисторов, а параллельно к одной из частей резистора может быть подключен ключ.

В качестве ключей могут использоваться IGBT транзисторы (модули).

Устройство может быть использовано в промышленности, а также быть установлено на электровоз переменного тока.

Временные диаграммы работы устройства показаны на фиг.2. Устройство управления ослаблением поля анализирует моменты перехода напряжения через ноль и вырабатывает сигналы управления ключами, обеспечивающими ослабление поля. Ослабление поля приводит к увеличению тока якоря и, соответственно, двигателя. Поскольку ослабление поля включается ключами в моменты времени 0-2 мс от момента перехода напряжения через ноль, а выключается в моменты времени 2-7 мс от момента перехода напряжения через ноль, что приводит к увеличению тока в указанные моменты времени, смещению тока к моменту перехода напряжения через ноль и увеличению коэффициента мощности. Также для шунтирования обмотки возбуждения ключ может применяться в режиме широтно-импульсной модуляции.

Техническим результатом является увеличение коэффициента мощности устройства.

Список использованных источников

1. М.Г.Чиликин, А.С.Сандлер, Общий курс электропривода, М.: Энергоиздат, 1981, 576 с.

2. Б.А.Тушканов, Н.Г.Пушкарев, Л.А.Позднякова и др. Электровоз ВЛ-85. Руководство по эксплуатации. М., 1992, 480 с.

3. Б.П.Петров, А.Д.Степанов, Оборудование и автоматизация электрического подвижного состава, М.: Госэнергоиздат, 1963, 304 с.

4. Б.А.Тихменев, Л.М.Трахтман, Подвижной состав электрифицированных железных дорог. Теория работы электрооборудования. Электрические схемы и аппараты, М.: Транспорт, 1980, 471 с.

5. Патент RU 2316107.