МАШИННО-ВЕНТИЛЬНЫЙ КАСКАД Советский патент 1971 года по МПК H02K17/34 

Предложенный каскад относится к электроприводам, работающим в режиме с постоянной мощностью, используемым для быстроходных механизмов большой мощности.

Известный машинно-вентильный каскад с асинхронным и синхронным электродвигателями, валы которых жестко соединены между собой, а роторная обмотка асинхронного двигателя соединена со статорной обмоткой синхронного двигателя через последовательно включенные выпрямители, обладает ограниченными возможностями регулирования скорости и сравнительно плохими энергетическими показателями.

Предложенный каскад более совершенен, так. как дает возможность увеличить диапазон регулирования и жесткость электромеханических характеристик, повысить устойчивость системы электропривода, уменьшить его габариты.

Это достигается тем,: что один из выпрямителей выполнен управляемым и работает в режиме инвертора, а обмотка возбуждения синхронной машины включена одним концом к выходу выпрямителя, а другим. - ко входу нивертора, ведомого, синхронной машиной; на низких скоростях каскада обмотка статора асинхронного двигателя переключается с треугольника на звезду; синхронный двигатель снабжается дополонительной обмоткой независимого возбуждения, либо охватывается положительной обратной связью по току нагрузки.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого каскада; на фиг. 2, 3-осциллограммы переходных процессов при различных способах пуска каскада, на фиг. 4-электромеханические характеристики; на фиг. 5 дана схема каскада с положительной обратной связью по току нагрузки синхронного двигателя.

Машинно-вентильный каска.д содержит синхронный двигатель /, роторная обмотка 2 которого включается на вход выпрямителя 3 со сглаисивающим дросселем 4. К выходным зажимам выпрямителя 3 подключено пусковое сопротивление 5 и контактор 6. Последовательно с выпрямителем 3 и ведомым синхронной машиной инвертором 7 включена обмотка возбуждения 8 синхронного двигателя с шун.тирующгй ветвью, состоящий из индуктивности 9 и регулирующего сопротивления 10. Инвертор 7 питает вспомогательный синхронный двигатель 11, вал которого жестко связан с валом асинхронного двигателя /. Управление вентилями инвертора 7 осуществляется с помощью системы управления, состоящей из блока 12 фазорегулирования, блокинг-генераторов 13. Переключение вентилей в схеме инвертора происходит в такт с вращением вала каскада благодаря подсоединению системы управления с обмоткой статора синхронного двигателя 1L Пуск каскада может осуществляться таким способом. Посредством схемы управления инвертором первоначально обеспечивается одновременное отпирание вентилей по одному из анодной и катодной групп разных фаз. Таким о&разом в момент пуска в роторную цепь асинхронного двигателя вводится полное сопротивление обмотки возбуждения и фазных оомоток статора синхронного двигателя, ограничивающее пусковой ток (см. фиг. 2). После разворота вала в статорной обмотке синхронного двигателя наводится э.д.с. вращения, синхр,онизирующая управление инвертором. Инвертор автоматически вступает в трехфазный режим работы. Пуск каскада известным способом (см. фиг. 1) осуществляется включением посредством контактора 6 на вход выпрямителя J лускового сопротивления 5, закорачивающего на время пуска каскада цепь ротора асинхронного двигателя (см. фиг. 3). При этом предварительно подается напряжение возбуждения синхронного двигателя и устанавливается заданный угол инвертирования. После включения асинхронного двигателя и разворота вала в статорной обмотке синхронного двигателя наводится э.д.с. вращения, обеспечивающая синхронизацию инвертора с вращающимся синхронным двигателем. В режиме регулирования ниже синхронной скорости (см. фиг. 1) в цепь выпрямленного тока Id ротора асинхронного двигателя 1 вводится противо-э.д.с. инвертора 7, обусловленная возбужденным синхронным двигателем 11. Естественная коммутация тока в схеме инвертора осуществляется э.д.с. вращения синхронного двигателя, обеспечивающей опережающий по фазе ток нагрузки. Вентили инвертора попеременно замыкают цепь выпрямленного напряжения На. ротора асинхронного двигателя 1 на ту фазу статорной обмотки синхронного двигателя, которая дает в данную часть периода наибольшую положительную (для анодной группы вентилей) и отрицательную (для катодной группы) э.д.с. В результате синхронный двигатель потребляет ток, направленный встречно э.д.с., и развивает двигательный момент. Автоматическое регулированне намагничивающей силы обмотки возбуждения синхронного двигателя, необходимое для компенсации размагничивающего действия тока нагрузки по продольной оси, достигается последовательно включенной обмоткой 8 возбуждения. Электромагнитный момент, развиваемый каскадом, представляет сумму моментов, развиваемых двигателями 1 и 11. Этот момент пропорционален выпрямленному току Id, регулирование которого осуществляется изменением величины вводимой в цепь его добавоччой э.д.с., определяемой средним входным напряжением инвертора (противо-э.д.с. инвертора). Действующее значение входного напряжения f/E инвертора уравновешивается выпрямленным напряжением ротора асинхронного двигателя. С увеличением, либо уменьшением противо-э.д.с. инвертора соответствующим изменением тока возбуждения синхронного двигателя или угла инвертирования р уменьшается, либо увеличивается момент, развиваемый двигателем /. При этом привод замедляется до меньшего значения скорости или ускоряется до большего ее значения, при которых происходит электромеханическое равновесие в каскаде. При полностью снятом входном напряжении инвертора ( или р 90°) скорость каскада близка к номинальной скорости асинхронного двигателя, и электромагнитный момент развивается только этим двигателем. По мере увеличения входного напряжения инвертора скорость каскада снижается, и растет момент, развиваемый синхронным двигателем, вследствие чего асинхронный двигатель разгружается по моменту и развиваемой мощности. При этом энергия скольжения его за вычетом потерь посредством инвертора и синхронного двигателя возвращается на вал каскада. Если входная э.д.с. инвертора будет равна выпрямленному напряжению ротора асинхронного двигателя, то ток в цепи его р отора и электромагнитный момент каскада будут равны нулю. Полный диапазон регулировочной скорости каскада определяется тремя способами управления им (см. фиг. 4). Первый способ обеспечивает интервал регулирования между естественными характеристиками асинхронного двигателя и каскада. Он получается при переводе инвертора в выпрямительный режим и минимальном токе возбуждения синхронного двигателя. Второй способ охватывает интервал регулирования тока возбуждения синхронного двигателя от минимального значения до максимального при постоянном максимальном угле инвертирования или наоборот. Третий способ охватывает интервал регулирования угла инвертирования от максимального значения до минимального, допустимого при постоянном максимальном токе возбуждения синхронного двигателя или наоборот. При переключении статорной обмотки синхронного двигателя с треугольника на звезду диапазон регулирования скорости каскада при прочих р авных условиях растет в раз. Схема каскада осуществляет динамическое торможение с самовозбуждением или с независимым возбуждением синхронного двигателя. При этом асинхронный двигатель отключается от сети, а инвертор переводится в выпрямительный режим. Ток в цепи выпрямителей ограничивается углом регулирования венилей инверторной группы или током возбуждения синхронного двигателя. На фиг. 5 питание независимой обмотки возбуждения синхронного двигателя 11 идет от источника 14, управляемого сигналами: задающим t/y, и положительной обратной связи по току / нагрузки, осуществляемой трансформатором 15 тока.

Принцип работы каскада фиг. 2 в режиме пуска, регулирования скорости и торможения аналогичен схеме фиг. 1.

Предмет изобретения

1. Машинно-вентильный каскад с асинхронным и синхронным двигателями, валь которых жестко соединены между собой, и статорная цепь синхронного двигателя соединена с роторной цепью асинхронного двигателя через два последовательно включенных выпрямителя, отличающийся тем, что, с целью повышения жесткости электромеханических характеристик и устойчивости, один из указанных выпрямителей выполнен управляемым и работает в режиме инвертора, тогда как обмотка возбуждения синхронной машины включена одним концом к выходу выпрямителя, а другим- ко входу инвертора.

2.Машинно-вентильный каскад по п. 1, отличающийся тем, что, с целью уменьшения габарита, на низких скоростях обмотка статора асинхронного двигателя переключается с треугольника на звезду.

3.Машинно-вентильный каскад по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью поддержания заданной жесткости электромеханических

характеристик, синхронный двигатель снабжается дополнительной обмоткой последовательного возбуждения.

-UK

ллллллл л/ч ллл лллл ллл

Puz.2

I Реостатный i

nycK 6 off ну -«J, Л 02 сек

l/l/VM/l л/1/1ллЛ ЛЛЛЛЛЛЛЛЛ

Естественная характеристика /5Л