Универсальный вентильный реактивный двигатель с последовательным коммутационным буфером
В статье предложена схема питания универсального вентильного реактивного двигателя с последовательным коммутационным буфером. Показано, что использование последовательного коммутационного буфера улучшает выходные
 характеристики универсальных вентильных реактивных двигателей при питании от с...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Електротехніка і електромеханіка |
|---|---|
| Datum: | 2014 |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Russisch |
| Veröffentlicht: |
Інститут технічних проблем магнетизму НАН України
2014
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/148709 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Универсальный вентильный реактивный двигатель с последовательным коммутационным буфером / Л.А. Васильев, Ю.В. Мнускин, А.И. Лужнев // Електротехніка і електромеханіка. — 2014. — № 3. — С. 17–19. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1860242206971920384 |
|---|---|
| author | Васильев, Л.А. Мнускин, Ю.В. Лужнев, А.И. |
| author_facet | Васильев, Л.А. Мнускин, Ю.В. Лужнев, А.И. |
| citation_txt | Универсальный вентильный реактивный двигатель с последовательным коммутационным буфером / Л.А. Васильев, Ю.В. Мнускин, А.И. Лужнев // Електротехніка і електромеханіка. — 2014. — № 3. — С. 17–19. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| container_title | Електротехніка і електромеханіка |
| description | В статье предложена схема питания универсального вентильного реактивного двигателя с последовательным коммутационным буфером. Показано, что использование последовательного коммутационного буфера улучшает выходные
характеристики универсальных вентильных реактивных двигателей при питании от сети однофазного переменного
тока, а так же устраняет необходимость переключения емкостей в зависимости от режима питания двигателя.
У статті запропонована схема живлення універсального вентильного реактивного двигуна з послідовним комутаційним буфером. Показано, що використання послідовного комутаційного буфера покращує вихідні характеристики універсальних вентильних реактивних двигунів при живленні від мережі однофазного змінного струму, а також усуває
необхідність переключення ємностей в залежності від режиму живлення двигуна.
In this paper, a power-supply circuit for a multipurpose switched
reluctance motor with a series commutation buffer is presented. It
is shown that a series buffer improves output characteristics of
multipurpose switched reluctance motors under supply from a
single-phase circuit and also lifts necessity of switching capacitors
according to the motor power supply modes.
|
| first_indexed | 2025-12-07T18:31:23Z |
| format | Article |
| fulltext |
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2014. №3 17
© Л.А. Васильев, Ю.В. Мнускин, А.И. Лужнев
УДК 621.313.13
Л.А. Васильев, Ю.В. Мнускин, А.И. Лужнев
УНИВЕРСАЛЬНЫЙ ВЕНТИЛЬНЫЙ РЕАКТИВНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
С ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫМ КОММУТАЦИОННЫМ БУФЕРОМ
У статті запропонована схема живлення універсального вентильного реактивного двигуна з послідовним комутацій-
ним буфером. Показано, що використання послідовного комутаційного буфера покращує вихідні характеристики уні-
версальних вентильних реактивних двигунів при живленні від мережі однофазного змінного струму, а також усуває
необхідність переключення ємностей в залежності від режиму живлення двигуна.
В статье предложена схема питания универсального вентильного реактивного двигателя с последовательным комму-
тационным буфером. Показано, что использование последовательного коммутационного буфера улучшает выходные
характеристики универсальных вентильных реактивных двигателей при питании от сети однофазного переменного
тока, а так же устраняет необходимость переключения емкостей в зависимости от режима питания двигателя.
В регулируемых электроприводах вентильные
реактивные двигатели (ВРД) способны составить кон-
куренцию частотно-регулируемым асинхронным дви-
гателям, благодаря таким преимуществам, как надеж-
ность и простота конструкции, широкий диапазон
регулирования частоты вращения высокая ремонто-
пригодность, низкие эксплуатационные затраты, вы-
сокие массогабаритные характеристики, высокий
КПД во всем диапазоне регулирования [1]. С целью
расширения их области применения в [2] был пред-
ложен ВРД, который может работать, как от источни-
ка постоянного напряжения, так и от трехфазной и
однофазной сети переменного тока.
Известные универсальные коллекторные двига-
тели работают от источника постоянного и перемен-
ного напряжения [3]. Универсальные асинхронные
двигатели работают от однофазной и трехфазной сети
переменного тока [4]. Вентильный реактивный двига-
тель, который может работать от источника постоян-
ного напряжения, однофазной и трехфазной сети, на-
ми предложено назвать универсальным вентильным
реактивным двигателем (УВРД).
Схема питания УВРД (рис. 1) содержит трехфаз-
ный выпрямитель, который благодаря наличию
управляемых ключей способен изменять свою конфи-
гурацию в зависимости от рода питания, распреде-
ленную емкость С1.1 – С1.6 и емкость С2, которая
выполняет роль фильтра выходного напряжения вы-
прямителя, и подключается при питании от однофаз-
ной и трехфазной четырехпроводной сети переменно-
го тока. Ее значение выбирается на порядок выше
значения емкости С1.
Рис. 1. Схема питания УВРД
Наличие в схеме выпрямителя, который "развязы-
вает" источник питания и силовой полупроводниковый
преобразователь, позволяет реализовать в УВРД спо-
соб одновременной коммутации фаз (ОКФ) для повы-
шения энергетических характеристик двигателя [5].
Сущность данного способа заключается в непосредст-
венной передаче электромагнитной энергии от преды-
дущей рабочей фазы к последующей, минуя накопи-
тельный буфер энергии и источник питания УВРД.
При этом происходит форсированное переключение
участвующих в передаче энергии фаз, вследствие чего
улучшается коэффициент заполнения токовой диа-
граммы и увеличивается момент двигателя.
Поскольку в начальный момент времени при од-
новременной коммутации в выключаемой фазе проте-
кает значительный по величине ток, а во включаемой
фазе ток равен нулю, то необходимо принять меры по
обеспечению безопасной траектории переключения
фаз, которую можно обеспечить подключением емко-
сти С1.1 – С1.6 которую назовем параллельным ком-
мутационным буфером. Для использования в полной
мере преимуществ ОКФ емкость параллельного ком-
мутационного буфера должна иметь малое значение.
В схеме рис. 1 возникает противоречие, связан-
ное с тем, что для большего эффекта использования
одновременной коммутации фаз необходима малая
величина емкости, а при питании от однофазной сети
переменного тока необходима хорошая фильтрация
выходного напряжения выпрямителя, а, следователь-
но, и большее значение емкости. Это противоречие
разрешено в схеме рис. 1 путем дополнительного
подключения большой емкости С2, но это не позволя-
ет в полной мере использовать преимущества ОКФ
при питании от однофазной сети. К тому же подклю-
чение емкости С2 требует размещения дополнитель-
ных выводов в барне УВРД и ручной коммутации, что
усложняет эксплуатацию двигателя и снижает надеж-
ность работы привода.
Дальнейшим развитием рассмотренной схемы
является схема питания УВРД с последовательным
коммутационным буфером, приведенная на рис. 2.
Рис. 2. Схема питания УВРД с последовательным
коммутационным буфером
18 ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2014. №3
Данная схема обеспечивает работу ВРД как от
сети постоянного тока, так и от однофазной и трех-
фазной сетей переменного тока. Но в ней, в отличии
от схемы рис. 1, вместо параллельного коммутацион-
ного буфера используется последовательный комму-
тационный буфер С1. Величина емкости последова-
тельного коммутационного буфера в несколько раз
меньше емкости С2, которая подключена постоянно и
служит фильтром при питании от однофазной сети
переменного тока, и значение которой определяется
требуемым сглаживанием пульсаций выпрямленного
напряжения. Таким образом, в схеме рис. 2 не возни-
кает противоречия при выборе величины емкостей,
так как их функции четко распределены.
Как показано на рис. 3 при одновременной ком-
мутации емкости С1 и С2 оказываются включенными
последовательно, результирующее значение емкости
становится меньше С1, поэтому преимущества ОКФ
используются в полной мере независимо от режима
питания.
Рис. 3. Конфигурация схемы УВРД при ОКФ
Методом математического моделирования прове-
ден сравнительный анализ работы УВРД с последова-
тельным и параллельным коммутационными буферами.
Моделирование проводилось для двух УВРД:
маломощного УВРД 1 (мощность Р2 = 155 Вт, номи-
нальная частота вращения n2 = 1500 об/мин,
C1 = 2 мкФ, С2 = 500 мкФ) и тягового УВРД 2 (мощ-
ность Р2 = 30 кВт, номинальная частота вращения
n2 = 615 об/мин, С1 = 10 мкФ, С2 = 2000 мкФ).
На рис. 4 приведены временные зависимости на-
пряжения на емкостях С1 и С2 и напряжения питания
фаз УВРД 1 при работе от однофазной сети перемен-
ного тока. Как видно из графика, емкость С2 обеспе-
чивает фильтрацию выходного напряжения выпрями-
теля, а емкость С1 – вольтодобавку при одновремен-
ной коммутации фаз.
Рис. 4. Графики напряжения на емкостях и напряжения
питания фаз
При питании фаз двигателя напряжение емкости
С1 складывается с напряжением на выходе выпрями-
теля, обеспечивая форсированное переключение фаз.
Для сравнения параметров УВРД с использова-
нием последовательного или параллельного коммута-
ционного буфера был проведен расчет выходных ха-
рактеристик двигателей – полезной мощности (P2) и
отношения электрических потерь в двигателе к по-
лезной мощности ().
Выходные параметры УВРД 1 и УВРД 2 в рас-
сматриваемых схемах рис. 1 и рис. 2 при различных
источниках питания для номинальных частот враще-
ния приведены в табл. 1, 2.
Таблица 1
Параметры УВРД 1
Схема рис. 1 Схема рис. 2
Напряжение питания
P2, Вт , о.е. P2, Вт , о.е.
Постоянное 165 0,27 164 0,27
Однофазное 178 0,30 187 0,32
Трехфазное 208 0,41 209 0,41
Таблица 2
Параметры УВРД 2
Схема рис. 1 Схема рис. 2
Напряжение питания
P2, кВт , о.е. P2, кВт , о.е.
Постоянное 21,7 0,05 22 0,05
Однофазное 14,7 0,05 21 0,07
Трехфазное 35 0,07 35 0,08
На рис. 5, 6 приведены механические характери-
стики УВРД 2 при однофазном и трехфазном питании
с использованием в схеме питания последовательного
или параллельного коммутационного буфера.
Как видно из результатов расчета для УВРД 1
(табл. 1) использование последовательного коммута-
ционного буфера практически не влияет на выходные
характеристики двигателя при питании от источника
постоянного напряжения и от трехфазной сети пере-
менного тока, однако увеличивает выходную мощ-
ность на 5 % при однофазном питании.
Результаты расчета для УВРД 2 показывают, что
использование последовательного коммутационного
буфера дает значительное увеличение мощности дви-
гателя при питании от однофазной сети переменного
тока (на 42 %) при практически неизменном уровне
электрических потерь.
Механические характеристики УВРД 2 (рис. 5)
также отражают преимущество использования после-
довательного коммутационного буфера при однофаз-
ном питании – увеличение выходной мощности дви-
гателя во всем диапазоне скоростей вращения.
При питании от сети постоянного тока и от
трехфазной сети характеристики УВРД по схемам
рис. 1 и рис. 2 идентичны (рис. 6). Но при этом в схе-
ме рис. 2 несколько снижаются пульсации мгновенно-
го момента двигателя за счет лучшей фильтрации на-
пряжения выпрямителя, и емкость последовательного
ISSN 2074-272X. Електротехніка і Електромеханіка. 2014. №3 19
коммутационного буфера работает при меньшем на-
пряжении, чем емкость параллельного, что снижает
эксплуатационные требования, предъявляемые к ком-
мутационному буферу.
Рис. 5. Механические характеристики УВРД 2
при однофазном питании
Рис. 6. Механические характеристики УВРД 2
при трехфазном питании
Полученные результаты свидетельствуют об эф-
фективности работы универсального вентильного
реактивного двигателя с последовательным коммута-
ционным буфером.
Определение параметров схемы питания, спосо-
бов и критериев управления УВРД, исследование ха-
рактеристик двигателя в различных режимах питания и
работы является предметом дальнейших исследований
универсального вентильного реактивного двигателя.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Бычков М.Г. Вентильно-индукторный электропривод:
современное состояние и перспективы развития // Рынок
электротехники. – 2007. – №2.
2. Лужнев А.И. Универсальный вентильный реактивный
двигатель. Схема питания // Наукові праці Донецького наці-
онального технічного університету. Серія: "Електротехніка і
енергетика". – 2013. – №1(14). – С. 178-182.
3. Копылов И.П. Электрические машины: Учебник для вузов.
2-е изд., перераб. – М.: Высшая школа, Логос, 2000. – 607 с.
4. Алексеев О.В., Китаев В.Е., под общ. ред. Шихина А.Я.
Электротехнические устройства: Учебник для вузов. – М.:
Энергоатомиздат, 1981. – 336 с.
5. Васильев Л.А., Мнускин Ю.В., Лужнев А.И. Одновре-
менная коммутация фаз и ее влияние на выходные характе-
ристики ВРД // Наукові праці Донецького національного
технічного університету. Серія "Електротехніка і енергети-
ка". – 2009. – №9(158). – С. 43-47.
REFERENCES: 1. Bychkov M.G. Ventil'no-induktornyj elektroprivod:
sovremennoe sostojanie i perspektivy razvitija. Rynok elektrotehniki, 2007,
no.2. 2. Luzhnev A.I. Universal'nyj ventil'nyj reaktivnyj dvigatel'. Shema pi-
tanija. Naukovі pracі Donec'kogo nacіonal'nogo tehnіchnogo unіversitetu.
Serіja: "Elektrotehnіka і energetika", 2013, no.1(14), pp. 178-182. 3. Kopylov
I.P. Elektricheskie mashiny: Uchebnik dlja vuzov. 2-e izd., pererab. Moscow,
Vysshaja shkola Publ., Logos Publ., 2000. 607 p. 4. Alekseev O.V., Kitaev
V.E., pod obshh. red. Shihina A.Ya. Elektrotehnicheskie ustrojstva: Uchebnik
dlja vuzov. Moscow, Energoatomizdat, 1981. 336 p. 5. Vasil'ev L.A., Mnuskin
Ju.V., Luzhnev A.I. Odnovremennaja kommutacija faz i ee vlijanie na vyhod-
nye harakteristiki VRD. Naukovі pracі Donec'kogo nacіonal'nogo tehnіchnogo
unіversitetu. Serіja "Elektrotehnіka і energetika", 2009, no.9(158), pp. 43-47.
Надійшла (received) 22.10.2013
Васильев Леонид Александрович1, к.т.н., доц.,
Мнускин Юрий Витальевич1, к.т.н., доц.,
Лужнев Антон Игоревич1, аспирант,
1 Донецкий национальный технический университет,
83000, Донецк, ул. Артема, 58,
тел/phone +38 062 3010306, e-mail: lealvas@mail.ru,
yurimn@gorizont.dn.ua, lugnev@mail.ru
L.A. Vasil'ev1, Yu.V. Mnuskin1, A.I. Luzhnev1
1 Donetsk National Technical University
58, Artyom Street, Donetsk, 83001, Ukraine
A multipurpose switched reluctance motor
with a series commutation buffer.
In this paper, a power-supply circuit for a multipurpose switched
reluctance motor with a series commutation buffer is presented. It
is shown that a series buffer improves output characteristics of
multipurpose switched reluctance motors under supply from a
single-phase circuit and also lifts necessity of switching capacitors
according to the motor power supply modes.
Key words – multipurpose switched reluctance motor, power
circuit, simultaneous phases commutation, three-phase
bridge rectifier, speed-torque characteristics.
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-148709 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 2074-272X |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T18:31:23Z |
| publishDate | 2014 |
| publisher | Інститут технічних проблем магнетизму НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Васильев, Л.А. Мнускин, Ю.В. Лужнев, А.И. 2019-02-18T18:06:30Z 2019-02-18T18:06:30Z 2014 Универсальный вентильный реактивный двигатель с последовательным коммутационным буфером / Л.А. Васильев, Ю.В. Мнускин, А.И. Лужнев // Електротехніка і електромеханіка. — 2014. — № 3. — С. 17–19. — Бібліогр.: 5 назв. — рос. 2074-272X DOI: https://doi.org/10.20998/2074-272X.2014.3.03 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/148709 621.313.13 В статье предложена схема питания универсального вентильного реактивного двигателя с последовательным коммутационным буфером. Показано, что использование последовательного коммутационного буфера улучшает выходные
 характеристики универсальных вентильных реактивных двигателей при питании от сети однофазного переменного
 тока, а так же устраняет необходимость переключения емкостей в зависимости от режима питания двигателя. У статті запропонована схема живлення універсального вентильного реактивного двигуна з послідовним комутаційним буфером. Показано, що використання послідовного комутаційного буфера покращує вихідні характеристики універсальних вентильних реактивних двигунів при живленні від мережі однофазного змінного струму, а також усуває
 необхідність переключення ємностей в залежності від режиму живлення двигуна. In this paper, a power-supply circuit for a multipurpose switched
 reluctance motor with a series commutation buffer is presented. It
 is shown that a series buffer improves output characteristics of
 multipurpose switched reluctance motors under supply from a
 single-phase circuit and also lifts necessity of switching capacitors
 according to the motor power supply modes. ru Інститут технічних проблем магнетизму НАН України Електротехніка і електромеханіка Електричні машини та апарати Универсальный вентильный реактивный двигатель с последовательным коммутационным буфером A multipurpose switched reluctance motor with a series commutation buffer Article published earlier |
| spellingShingle | Универсальный вентильный реактивный двигатель с последовательным коммутационным буфером Васильев, Л.А. Мнускин, Ю.В. Лужнев, А.И. Електричні машини та апарати |
| title | Универсальный вентильный реактивный двигатель с последовательным коммутационным буфером |
| title_alt | A multipurpose switched reluctance motor with a series commutation buffer |
| title_full | Универсальный вентильный реактивный двигатель с последовательным коммутационным буфером |
| title_fullStr | Универсальный вентильный реактивный двигатель с последовательным коммутационным буфером |
| title_full_unstemmed | Универсальный вентильный реактивный двигатель с последовательным коммутационным буфером |
| title_short | Универсальный вентильный реактивный двигатель с последовательным коммутационным буфером |
| title_sort | универсальный вентильный реактивный двигатель с последовательным коммутационным буфером |
| topic | Електричні машини та апарати |
| topic_facet | Електричні машини та апарати |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/148709 |
| work_keys_str_mv | AT vasilʹevla universalʹnyiventilʹnyireaktivnyidvigatelʹsposledovatelʹnymkommutacionnymbuferom AT mnuskinûv universalʹnyiventilʹnyireaktivnyidvigatelʹsposledovatelʹnymkommutacionnymbuferom AT lužnevai universalʹnyiventilʹnyireaktivnyidvigatelʹsposledovatelʹnymkommutacionnymbuferom AT vasilʹevla amultipurposeswitchedreluctancemotorwithaseriescommutationbuffer AT mnuskinûv amultipurposeswitchedreluctancemotorwithaseriescommutationbuffer AT lužnevai amultipurposeswitchedreluctancemotorwithaseriescommutationbuffer |