Бесконтактный электропривод с устройством для гашения поля возбуждения Советский патент 1982 года по МПК H02P9/12 

(5) БЕСКОНТАКТНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ ГАШЕНИЯ ПОЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для систем возбуждения синхронных электрических машин средней и большой мощности, как двигателей, так и генераторов. Известен бесконтактный электропривод, в котором обмотка возбуждения синхронной машины питается от уп равляемого полупровод ни ково го преобразователя напряжения. Гашение поля возбуждения синхронной машины достигается с помощью дополнительной обмотки, создающей встречное поле l. Однако наличие дополнительной обмотки и схемы ее питания усложняет электрический.привод. Известен также бесконтактный элек ропривод с тиристорным преобразователем напряжения для управления током возбуждения синхронного электродв гателя , в котором гашение поля возбуждения достигается переводом тиристорного преобразователя в инверторный режим, при котором в цепь обмотки возбуждения вводится встречная ЭДС, а пусковые режимы и защита обмотки возбуждения от перенапряжений в этих режимах достигается применением пускозащитной цепи, составленной из встречно-параллельно включенных тиристоров, соединенных последовательно с разрядным резистором 2. Однако режим форсированного гешения поля возбуждения в этом устройстве не может быть.осуществлен при коротких замыканиях, сопровождающихся глубокой посадкой напряжения или его исчезновением (из-за отсутствия коммутирующей ЭДС сети или значительного уменьшения ее величины). Кроме того, доведение тока возбуждения в этой схеме до нулевого значения при высоких остаточных ЭДС обмотки статора не устраняет протекания токов короткого замыкс)11и« ы случае внутренних повреждений i.)639мотки статора. Наличие пускозащитной цепи и необходимость контроля тока в ней перед синхронизацией электродвигателя во избежание перегрева разрядного .резистора током возбудителя снижает надежность схемы и усложняет систему. Наиболее близким техническим реше нием к данному изобретению является бесконтактный электропривод с устройством для гашения поля возбуждения, содержащий синхронную электрическую машину, обмотка возбуждения которой связана с выходом источника питания,и узел гашения поля обмотки возбуждения, состоящий из последовательно соединенных между собой гасящего тиристора, коммутирующего и форсирующего конденсаторов и блока управления гасящим тиристором З. Наличие дoпoлниteльнoгo источника для зарядки первого кондесатора услож няет устройство и снижает его надежность, а шунтирование второго конденсатора снабилитроном или подобным ему элементом замедляет процесс гашения поля возбуждения. Кроме тога, доведение тока возбуждения в этом устройстве до нулевого значения при высоких остаточных ЭДС обмотки статора не устраняет протекания токов короткого замыкания в случае внутренних повреждений якоря. Управ.ление вспомогательным тиристором от падения напряжения на дополнительном резисторе, включаемом последовательно с обмоткой возбуждения синхронной машины, также усложняет устройство и увеличивает потери электроэнергии. Управление же вспомогетельным тиристором от якоря электрической машины требует дополнительного преобразовательного устройства, что также ведет к усложнению схемы, а при внутренних коротких замыканиях якоря устройство оказывается неработоспособным. Недостатком этого устройства является также необходимость специальных пусковых цепей для пуска синхронного двигателя. При большой мощности двигателя габариты пускового резистора оказываются значительными, и из-за больших пусковых токов и соединенные последовательно с ним ключи имеют большие габариты и низкую недежность. Управление этими ключами тре.бует также наличия специального блока. Все это приводит к низкой надежности электропривода. 2 Цель изобретения - повышение надежности . Поставленная цель достигается тем, что дополнительно введены три диода, два резистора и два ключа, управляющие входы которых соединены с выходами блока управления гасящим тиристором, один из ключей влючен между общей точкой соединения форсирующего и коммутирующего конденсаторов и управляющим электродом гасящего тиристора, а второй ключ соединен с анодом гасящего тиристора и его же управляющим электродом, при этом анод гасящего тиристора соединен с минусом источника питания, катод гасящего тиристора соединен с свободным выводом коммутирующего.конденсатора , свободный вывод форсирующего конденсатора соединен с плюсом источника питания, один из дополнительных диодов включен встречно-параллельно гасящему тиристору, катоды второго и третьего дополнительных диодов объединены и соединены с общей точкой соединения форсирующего и коммутирующего конденсаторов, анод второго диода через резистор соеди- . нен с другим выводом форсирующего конденсатора, а анод третьего диода через резистор - с другим выводом коммутирующего конденсатора. Кроме того, дополнительно введены симистор и блок управления симистором, при этом симистор включен между анодами второго и третьего диодов, блок управления симйстором связан с блоком управления гасящим тиристором и управляющим электродом симистора. На фиг. 1 и 2 показ а принципиальная схема соединения элементов электропривода. Бесконтактный электропривод с устройством для гашения поля возбуждения состоит из синхронной машины, обмотка 1 возбуждения которой соединена с выходом источника 2 питания, например полууправляемого преобразователя. Узел гашения поля возбуждения выполнен на последовательно соединенных между собой форсирующем конденсаторе 3 коммутирующем конденсаторе k и гасящем тиристоре 5Параллельно конденсатору 3 включена цепочка иэ резистора 6 и диода 7, параллельно конденсатору включена цепочка из диода 8 и резистора 9, а тиристор 5 зашунтирован диодом 10. Преобразователь 2 управляется блоком 11, функционально связанным с блоком 12 управления гасящим тиристором, выходы которого соединены с двумя ключами 13 и 1, один из которых включен между анодом.тиристора 5 и его управляющим электродом, а другой - между общей точкой соединения конденсаторов 3 и и тем же управляющим электродом тиристора 5 анод которого соединен с минусом источника питания, свободный вывод форсирующего конденсатора соединен с плюсом источника питания. Для ограничения величины тока управления в цепь управляющего электрода включен ограничивающий узел 15. Устройство может содержать симистор 16 между анодами диодов 7 и.8 и блок 17 управления симистром 16 (фиг. 2).

Электропривод работает следующим образом.

На время асинхронного запуска синхронного электродвигателя блоком 11 снимаются управляющие импульсы с катодной группы управляемых вентилей преобразователя 2, блок 12 ключом 13 замыкает цепъ управления гасящим тиристором. При подаче напряжения на статор синхронного электродвигателя одна полуволна пускового тока от ЭДС обмотки возбуждения и замыкается через гасящий тиристор 5, управляемый от ЭДС ротора через ключ 13 и токоограничивающую цепь 15, коммутирующий конденсатор Ц, зашунтированный диодом 8 и резистором 9, и форсирующий конденсатор 3- Другая полуволна пускового тока замыкается через форсирующий конденсатор 3 зашунтированный дополнительно введенными резистором 6 и диодом 7, коммутирующий конденсатор k и зарядный диод 10, обеспечивая предварительный заряд конденсатора k с указанной на чертеже полярностью напряжения. Кроме того, заряд конденсатора k происходит при включении, преобразователя 2 через резистор 6, диоды 7 и 10. При достижении ротором подсинхронной скорости блок 12 ключом 13 размыкает цепь, управления носящим тиристором 5, а блок 11 подает управляющие импульсы на катодную группу управляемых вентилей преобразователя 2, что приводит к появлению тока в обмотке возбуждения 1 и вхождению двигателя в синхронизм.

Гашение магнитного поля осуществляется следующим образом. Блоком 11

снимаются управляющие импульсы с ка-i тодной группы управляемых вентилей преобразователя 2, а блок 12 замыкает ключ k в цепи управления гасящим 5 тиристором 5 и на управляющий электрод последнего поступает включающий сигнал от предварительно заряженного коммутирующего конденсатора 4 по цепи: плюсовая обкладка конденсатора

0 k - ключ 14 - токоограничивающая цепь 15 - управляющий электрод тиристора 5 минусовая обкладка конденсатора , При включении гасящего тиристора 5 происходит запирание

s катодной группы управляемых вентилей и преобразователя 2 по цепи: плюсовая обкладка конденсатора k - форсирующий конденсатор 3 вентили преобразователя 2 - гасящий тиристор 5 - минусовая обкладка конденсатора А. При этом происходит обмен зарядом между коммутирующим и форсирующим конденсаторами и на последнем появляется , напряжение, которое направлено встречно току возбуждения, что приводит к резкому уменьшению его величины в контуре, образованном обмоткой возбуждения 1, тиристором 5, конденсатором 4, зашунтированным диодом 8

и резистором 91 Форсирующим конден-сатором 3 и обмоткой возбуждения 1. При достижении током возбуждения нулевого значения заряженный форсирующий конденсатор 3 выключает тиристор 5 и разряжается на обмотку возбуждения 1 по цепи: плюсовая обкладка конденсатора 3 коммутирующий конденсатор Ц - диод 10 обмотка возбуждения 1 - минусовая обкладка

конденсатора 3, что приводит к изменению направления тока в обмотке возбуждения 1, сопровождающемуся устранением остаточной ЭДС статора. Для увеличения момента двигателя при

асинхронном пуске, когда конденсаторами прерывается ток через обмотку возбуждения (что соответствует относительной частоте вращения ротора 0,7-0,95)., блоком 17 подается сигнал на симистор 1б. 8 результате обмотка возбуждения через симистор 16, тиристор 5 и диод 10 оказывается подключенной на резисторы 6 и 9 что создает дополнительный момент. При достижении подсинхронной скорости блок 17 снимает сигнал с симистора 16, после запирания которого (спустя 50-100 мс) блоком 17 выдается ;сигнал на блоки 11 и 12, после чего обесг1ечивается синхрЬниэация электродвигателя. Конденсаторы 3 и i могут иметь одинаковую величину емкости, либо отличаться в отношении 1:3 в любую сторону. Сопротивление резисторов 6 и 9 принимается в предела «0,2-5/RoB, причем они могут быть рав ными, либо отличаться по величине сопротивления в любую сторону. Предложенный электропривод позволяет сократить время гашения магнитного поля возбуждения и использовать . элементы узла гашения поля для запуска двигателя, что повышает надежность и упрощает электропривод. Формула изобретения 1. Бесконтактный электропривод с устройством для гашения поля возбуждения, содержащий синхронную элект рическую машингу, обмотка возбуждения которой связана с выходом источника питания, и узел гашения поля обмотки возбуждения, состоящий из последовательно соединенных между собой гасящего тиристора, коммутирующего и форсирующего конденсаторов и блока управления гасящим тиристором, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, в него дополнительно введены три диода, два резистора и два ключа, управляющие ,входы которых соединены с выходами блока управления гасящим тиристором, один из ключейвключен между общей точкой соединения форсирующего и коммутирующего конденсаторов и управляющим электродом гасящего тиристора, а второй ключ соединен с анодом гасящего тиристора и его управляющим электрдом, при этом анод гасящего тиристора соединен с минусом источника питания, свободный вывод форсирующего конденсатора соединен с плюсом источника питания, один из дополнительных диодов включен встречно-параллельно гасящему тиристору, катоды второго и третьего дополнительных диодов объединены и соединены с общей точкой соединения форсирующего и коммутирующего конденсаторов, анод второго диода через резистор соединен с другим выводом форсирующего конденсатора, а анод третьего диода через резистор - с другим выводом коммутирующего конденсатора. 2. Электропривод по п. 1, о т личающийся тем, что дополнительно введены симистор и блок управления симистором, при этом симистор включен между анодами второи третьего диодов, а блок управления симистором связан с выходом блока управления гасящим тиристором и управляющим электродом симистора. Источники информации,, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент ФРГ № 2005679, кл. 21d 1, 1973. 2.Соколов М.М. Автоматизированный электропривод общепромышленных механизмов. М., Энергия, 1976, с. 391-393. 3.Авторское свидетельство СССР № 650196, кл. Н 02 Р 9/12, 1975