Машинно-вентильный каскад

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

N АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (11173 I 546

Союз Соеетских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 23.06.77 (21) 2499344/24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.04.80. Бюллетень ¹ 16 (45) Дата опубликования описания 30.04.80 (51) Л! Кл з

Н 02Р 7/78

Госудбрстеенный комитет (53) УДК. 621.316.71 (088.8) ве делам изобретений и открытий (72) Автор изобретения

Г. Г. Магазинник

Горьковский политехнический институт им. А. А. Жданова (71) Заявитель г—

1 з

У (54) МАШИННО-ВЕНТИЛЬНЫЙ КАСКАД

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к регулируемым бесколлекторным вентильным электроприводам с каскадным соединением двух машин: асинхронной с фазным ротором и синхронной.

Известен машинно-вентильный каскад, содержащий асинхронный двигатель с фазным ротором и механически связанный с ним синхронный вентильный двигатель, причем питание вентильного двигателя осу- (О ществлено от инвертора, включенного последовательно с неуправляемым выпрямителем в роторной цепи асинхронного двигателя (1), Недостатком схемы является ограничен- ( ный диапазон регулирования, обусловленный снижением ЭДС скольжения при повышении скорости асинхронного двигателя.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигаемому резуль- 20 тату является машинно-вентильный каскад, содержащий на общем валу асинхронный двигатель с фазным ротором, синхронныи двигатель такой же мощности и тахогенератор, выпрямитель, подключенный к коль- 25 цам ротора асинхронного двигателя, выпрямитель, подключенный к сети переменного тока, инвертор, включенный входными зажимами последовательно с указанными выпрямителями, а выходными — к об- 30 мотке статора двигателя, и задатчик скорости (2).

Недостатком известного устройства является необходимость искусственной коммутации пнвсртора при разгоне привода от нулевой скорости до скорости примерно

10Я> от ном(нальной. Для этого требуется введение дополнптельных коммутирующих тнристоров, диодов, дросселей, конденсаторов, цепей сброса и т. д. Это усложняет устройство в целом и снижает его надежность.

Цель изобретения — упрощение устройства и повышение его надежности.

Это достигается тем, что в машинно-вентпльный каскад nnсдепы конденсатор, коммутирующий элемент и релейный усилитель, один выход которого подключен к уп. равляющему входу коммутирующего элемента, другой — последовательно в цепь задатчика скорости, а вход соединен с тахогенератором, причем конденсатор и коммутирующий элемент включены параллельно входным зажимам пнвертора.

Функциональная схема машинно-вентильного каскада представлена на чертеже.

Устройство содержит асинхронный двигатель 1 с фазным ротором и синхронный двигатель 2, связанные общим валом. Ста.

731546

15 0

>0

3 rop BCIIrIxpoHkIOI O IBIII BTC.75! 1 IIO ji,7!0>ICII к трехфазной сети псрсменного тока, а ротор — к выпрямителю 3. Последовательно с выпрямителем 3 включен ипвсртор 4, к которому присоединена статор ая обмотк синхронного двигателя 2, и управляемый по задашно скорости сетевой выпрямитель 5.

Параллельно пнвсртору 4 подключены Icoilденсатор 6 и размыкающий контакт коптактора (коммутирующего элемента) 7, запитанного от релейного усилителя 8. На вход усилителя 8 подано rrarip5iziccrikie, пропорциональное скорости привода, с тахогснератора 9. Второй выход усилителя 8 подключен последовательно к задатчпку скорости и входу блока 10 управления тирпсторами сетевого выпрямителя.

Машинно-вентильный каскад работасг следующим образом.

В состоянии готовности каскада к пуску статор асинхронного двигателя 1 и выпрямитель 5 подключены к питающей сети переменного тока, а обмотка возбу5кдепия синхронного двигателя 2 подключена к сстп постоянного тока (возбудителю). Выпрямитель 5 переведен в ипверторный режим с минимальным углом Опережения включения вентилей Р, поэтому его противо-ЭДС максимальна и равна выпрямленной ЭДС скольжения ротора неподвижного двигателя 1. Так как ЭДС выпрямителя

3 направлена встречно противо-ЭДС выпрямителя 5, то ток в роторной цепи асинхронного двигателя 1 равен нулю. Контакт контактора 7 замкнут и шунтирует ипвертор 4.

Пуск привода осуществляется подачей задающего сигнала Uz на вход блока 10. Прн этом увеличивается угол 13, т. е. уменьшается противо-ЗДС выпрямителя 5, находящегося в инверторном режиме.

В роторной цепи двигателя 1 появляется ток, и двигатели 1 и 2 начинают вращаться.

С увеличением U> увеличивается угол 13, что приводит к уменьшению противо-ЗДС выпр„„мителя 5 (инвертора) и повышению скорости привода. При скорости вращения привода, равной примерно 10% от номинальной, напряжение тахогенератора 9 становится достаточным для срабатывания рслейного усилителя 8, который в свою оче редь включает контактор 7. Контакт, шунтирующий инвертор 4, размыкается. Одновременно со второго выхода усилителя 8 подается напряжение на вход олока 10, которое, складываясь с напряжением U3, мгновенно уменьшает противо-ЭДС выпрямителя 5 на такую величину, при которой бы компенсировалась ЗДС статорной обмотки двигателя 2. В результате ток в контуре выпрямитель 3 — инвертор 4 — выпрямитель 5 после срабатывания контактора 7 не изменяется. После размыкания контакта контактора 7 происходит заряд конденсатора 6 (что предотвращает перенапря5IiclIII5i IIB 17 аз. >|ыка|01цсмс5! контактc Ir IIIIвсp Орc 4) |! I!B pыстBНI! с тоli|! в cTс!тоillii lх об|>|0 ках дв;:| НТс !5I 2. 1 115п с нор ос i li 1 0 ";о

ЗДС CTBToplloil обмот>|н

0CTBTO>III B, lTO0i: G0CCIIC rIITb kIBCkIrную коммутацшо тпрпсторов инвсртора 4, kOTOPbIC IIO. i >|а|от ОТП||Ра|ОЩИС Il> >IIIV7bCbl C датчика положсш:я ротора (на чертеже датчик нс показан), как и в обычных схсмах ьептпльных двигателей.

Таким образом, с момента размыка|шя контакта коптактора 7 сш|хронный двигатель 2 нач|шает разгивать собственный э, |сктромагнитный момснт и мОщнОсть |а валу каскада теперь уже определяется мощностью двух машин.

При увсличешш угла 13 до 7/2 проп|воЗДС выпрямителя 5 уменьшается до пуля, ЗДС скольжения ротора двигателя 1 становится равной 0,5 от номинально и прикладыьается полностью к пнвертору 4. Таким образом, при дост||жении приводом скорости 0,5 от поминальной вся энергия скольжения (за вычетом потерь на прсобразование) преобразуется с помощью двигателя 2 в механическую и поступает на общий вал каскада.

Для дальнейшего увеличения скорости увеличивается задающий сигнал U3 и выпрямитель 5 переводится в выпрямительный режим.

Прн номинальной скорости привода выпрямитель 5 полностью отперт и практически все его напряжение прилохкепо к инвертору 4. ЗДС скольжения, а значит, и напряжение выпрямителя 3 в этом рс5киме близки к нулю.

В описанной системс напряжение, прило5nekIkIoe к инвертору 4, в процессе регулирования скорости складывается пз суммы двух напряжений: напряжения выпрямителя 3 и напряжения (или противо-ЗДС) выпрямителя 5. Так как выпрямитель 3 неуправляемый, т. е. работает с углом открытия тиристоров и=0, то регулирование суммарного выпрямленного напряжения близко по характеру известному поочередному управлению в тпристорных приводах

iiостоянного тока и позволяет получить больший коэффициент мощности прп регулировании, чем в классической схеме ABK.

Выпрямитель 5 используется не только пнверторном, но и в выпрямптельном ре5кп:|е, а его мощность равна мощности мотора 2, т. е. половинной мощности каскада (предполагается, что двигатели 1 и 2 имеют равную мощность) .

Механические характеристики вентильпых синхронных двигателей имеют, как извсстно, поло>к||тельную жесткость, т. е. с ростом нагрузки скорость двигателя возрастает, если не увеличить одновременно поток возбуждения. Зта нелинейность механических характеристик требует для их

731546

СССР

СССР спрямления применения системы автоматической регулировки возбуждения.

Асинхронный двигатель имеет отрицательную жесткость механической характеристики, поэтому совместная работа двух двигателей на общий вал позволяет получить достаточно устойчивую результирующую механическую характеристику каскада и упростить систему возбуждения с«н: ронного двигателя 2. о

B каскаде облегчен пуск в сит ильн ого двигателя, так как его разгон до начальной скорости (10% от номинальной) производится асинхронным двигателем 1. Следовательно, в роторе двигателя не требует- 15 ся пусковой обмотки или устройства искусственной коммутации, обеспечивающих коммутацию инвертора 4 при малых скоростях двигателя. Импульсы на отпираьп е тиристоров инвертора 4 могут быть поданы с 20 датчика угла поворота вала сразу же после пуска привода, а нормальная коммутация тиристоров инвертора начинается после срабатывания контактора 7.

Формула изобретения

Машинно-вентильный каскад, содержащий на общем валу асинхронный двигатель с фазным ротором, синхронный двигатель такой же мощности и тахогенератор, выпрямитель, подключенный к кольцам ротора асинхронного двигателя, выпрямитель, подключенньш к сети переменного тока, инвертор, включенный входными зажимами последовательно с указанными выпрямителямп, а выходными — к обмотке статора синхронного двигателя, и задатчик скорости, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности устройства, в него введены конденсатор, коммутирующий элемент и релейный усилитель, один выход которого подключен к управляющему входу коммутирующего элемента, другой — последовательно в цепь

;-адатчика скорости, à вход соединен с та;огенератором, причем конденсатор и коммутирующий элемент включены параллель

i!o входным зажимам инвертора.

Источники информации, принятые во внимание прп экспертизе

1. Авторское свидетельство № 312343, кл. Н 02К 17/34, 1970.

2. Авторское свидетельство

J¹ 336757, кл. Н 02Р 7/78, 1970.