На компрессорных станциях магистральных газопроводов и иных промышленных объектах, оборудованных электроприводом, между рабочим механизмом и электродвигателем используют промежуточное звено - редуктор. Существует особый класс электрических машин, применение которых позволило бы исключить редуктор. Это машины двойного питания (МДП). Исследование МДП, имеющих двойную синхронную скорость на валу, т.е. 6000 об/мин при частоте 50 Гц и 2-х полюсным исполнением, имеет весьма большое практическое значение для промышленности, так как позволяет создать безредукторный электропривод мощных центробежных компрессоров и насосов. Использование надежного и экономичного электропривода позволяет более просто осуществлять задачи комплексной автоматизации промышленных объектов.

В лаборатории была исследована МДП в режиме двигателя с параллельным соединением обмоток при питания их от сети промышленной частоты, и при вращении с двойной синхронной скоростью. Исследования проводились с помощью балансирной установки. В этой установке испытываемый двигатель жестко связан через муфту с машиной постоянного тока, корпус которой в определенных пределах мог свободно вращаться относительно вала. Принципиальная схема установки, на которой было проведено экспериментальное исследование, показана на рис.1 , на котором обозначены:

МДП - испытываемая асинхронная машина в режиме двигателя двойного питания;

МПС и ГПС - машины постоянного тока независимого возбуждения.

Машинапостоянного тока (МПС) служит разгонным двигателем для МДП, а также является динамометром, который позволяет непосредственно измерять вращающий момент МДП и осуществлять её загрузку.

В качестве испытываемой МДП использован серийный асинхронный двигатель с фазным ротором, который имеет следующие данные:

Тип двигателя - АК-52-6;

Мощность Р ном = 2,8 кВт;

Схема соединения обмоток статора D/Y;

Напряжение статора 220/380 В;

Ток статора 13,0/7,5 А;

Номинальная скорость вращения вала 920 об/мин;

КПД - 75,5 %;

Коэффициент мощности cosj= 0,74;

Соединение обмоток ротора Y;

Напряжение 91 В;

Ток 21,2 А.

Машины МПС и ГПС - обычные серийные машины постоянного тока типа ПН-85 с данными: Р ном = 5,6 кВт, U = 220 B, I ном = 30 А, n = 1000 об/мин.

Питание ротора R МДП осуществлялось через регулируемый трёхфазный автотрансформатор типа РНТ. Для синхронизации МДП с сетью использованы обычные лампы накаливания, включённые в режим уменьшения яркости в момент синхронизации.

Перед запуском установки необходимо найти прямое вращение поля статора и обратное вращение поля ротора МДП. Для этого выводные концы обмотки ротора R соединяют между собой и МДП запускают как обычный короткозамкнутый электродвигатель подачей напряжения на статор с помощью автоматического выключателя QF1. При этом фиксируют направление вращения ротора двигателя. Затем, осуществляют включение МДП обращённым асинхронным двигателем подачей напряжения на ротор, предварительно соединив между собой выводные концы обмотки статора S. Одинаковое направление вращение ротора в первом и во втором случае соответствует обратному вращению поля ротора, то есть обратному чередованию фаз ротора. Если это условие не выполняется, то меняют местами подключение к фазам сети А, В, С любых двух выводов обмотки статора S или ротора R и вновь проверяют выполнение указанного условия.

Пуск установки осуществляют следующим образом: запускают приводной асинхронный двигатель АД генератора ГПС, резистором R3 устанавливают напряжение 220 В на его зажимах. Включением QF 1 подают напряжение на статор S МДП, включением QF 2 - на автотрансформатор РНТ. Затем, вращая рукоятку автотрансформатора, устанавливают необходимое напряжение для ротора машины (91 В). При этом лампы накаливания EL горят ровным немигающим светом. Закрепив корпус МПC стопорными винтами, запускают последнюю включением автоматического выключателя QF4 и уменьшением величины резистора R2. Плавно уменьшая магнитный поток МПС резистором R1, разгоняют МДП до двойной синхронной скорости (2000 об/мин).

При повышении скорости вращения МДП частота мигания ламп EL падает. В момент синхронизма (лампы погасли и не загораются) включают автоматический выключатель QF 3 . После нескольких качаний МДП втягивается в синхронизм с сетью и работает как синхронная машина в двигательном режиме при синхронной скорости вращения, равной 2000 об/мин. На этом пуск установки заканчивается.

Изменением магнитного потока МПС (резистором R1) можно плавно регулировать нагрузку МДП от холостого хода до номинальной и выше. Для этого необходимо освободить стопорные винты, крепящие корпус МПС, что даёт возможность непосредственно измерять вращающий момент МДП, пользуясь шкалой балансирной машины и указательной стрелкой, закреплённой на корпусе нагрузочной машины МПС. Выключателем QF 4 можно осуществлять мгновенное включение и отключение любой заранее установленной нагрузки. При этом корпус МПС при толчкообразном набросе нагрузки необходимо закреплять стопорными винтами.

При испытаниях производились измерения тока, напряжения, активной мощности, скорости вращения, вращающегося момента и угла нагрузки и МДП. Измерения в цепи статора осуществлялись при помощи переносного измерительного комплекта типа К-50, а в цепи ротора измерение активной мощности осуществлялось по схеме двух ваттметров типа Д539/4, имеющих пределы измерения по напряжению 75 - 600 В, а по току 5 - 10 А, включённые через трансформаторы тока.

Измерение тока в цепи ротора осуществлялось тремя амперметрами с пределами измерения 0 - 25 А, а для измерения напряжения использовались два вольтметра. Один амперметр со шкалой 0 - 250 В, подключённый к выходу автотрансформатора РНТ, использовался для предварительной установки напряжения, необходимого для ротора МДП. Второй - астатический типа АСТВ с пределами измерения 0 - 150 В был непосредственно подключён к зажимам ротора МДП и использовался конкретно в измерительных целях.

Измерение скорости вращения МДП осуществлялось при помощи стробоскопического устройства типа СТ-5, а измерение угла нагрузки и и исследование колебаний (качаний) МДП - с помощью специального устройства, разработанного автором данной статьи.

Для определения значений тока и мощности холостого хода, механических потерь и потерь в стали, для снятия характеристики намагничивания и определения степени насыщения МДП был проведен опыт холостого хода. Опыт холостого хода проводился по схеме, приведенной на рис.2 , с тем лишь изменением, что обмотки статора МДП и автотрансформатора РНТ были включены в сеть через общий индукционный регулятор. Помимо тех рекомендаций, которые дает ГОСТ для проведения опыта холостого хода, нужно иметь в виду, что на холостом ходу при пониженных напряжениях МДП работает неустойчиво и выпадает из синхронного режима работы. Устойчивая работа может быть достигнута, если МДП имеет на валу нагрузку, величина которой может быть незначительной по сравнению с мощностью машины.

Методика снятия данных при проведении опыта холостого хода

МДП запускается и незначительно загружается. Индукционным регулятором устанавливается необходимое напряжение на статоре, автотрансформатором РНТ - на роторе (необходимые точки напряжений рассчитывают заранее с учетом постоянства коэффициента трансформации машины). Выключателем QF 4 снимается нагрузка с МДП, затем проверяется соответствие установленных точек напряжения на статоре и роторе, если необходимо, то проводят коррекцию, после чего снимают показания приборов и снова (включением QF 4) нагружают машину. Аналогично получают другие точки характеристики холостого хода. Сразу же после опыта холостого хода проводят измерение сопротивлений обмоток статора и ротора при помощи измерительного моста. Для цепи статора сопротивление составило 1,153 Ом, для цепи ротора - 0,15 Ом.

Мощность, потребляемая статором МДП на холостом ходу, покрывает потери в меди обмотки статора, в стали и часть механических потерь, то есть:

Р 1 = Р М1 + Р С1 + Р МЕХ1 (1)

Аналогично для ротора МДП

Р 2 = Р М2 + Р С2 + Р МЕХ2 (2)

Из этих выражений видно, что МДП не имеет вторичных потерь, т.к. энергия сети подводится и к статору, и к ротору. Для разделения механических потерь и потерь в стали выделяем потери в меди из записанных выше выражений.

В этом случае

P OS = P 1 - P M1 = P C1 + P МЕХ1 , (3)

P OR = P 2 - P M2 = P C2 + P МЕХ2

где P OS и P OR - потери холостого хода в статоре и, соответственно, в роторе.

Разделение потерь холостого для цепи статора двигателя АК-52-6 в режиме МДП показано на рис.3 . Аналогичное разделение потерь проводят для цепи ротора.

Путем разделения потерь получено, что механические потери, покрываемые со стороны статора, составляют 270 Вт, а со стороны ротора - 256 Вт, т.е. имеем фактически равное покрытие механических потерь как со стороны статора, так и со стороны ротора. Общие механические потери МДП составляют 526 Вт, что превышает механические потери АК-52-6 в обычном асинхронном режиме из-за большей скорости вращения двигателя в этом режиме работы.

Коэффициент мощности при холостом ходе МДП для статора определяют по формуле:

cosj= P 1 / (Ö3U 1 *I 01) (5)

Аналогично определяют коэффициент мощности для ротора. Индуктивные составляющие токов холостого хода для статора и ротора находят из выражений

I m1 = I O 1 *sinj 1 (6)

I m2 = I O 2 *sinj 2 . (7)

Из данных опыта холостого хода и результатов их обработки следует вывод:

ток холостого хода исследуемой машины в режиме МДП остается прежним, следовательно, можно говорить об относительном уменьшении тока холостого хода в два раза, т.к. мощность машины в этом режиме удваивается.

Нарис.3 показаны кривые намагничивания исследуемого двигателя в режиме МДП, где U Ф - фазное напряжение двигателя; Е Ф - фазная электродвижущая сила двигателя (ЭДС); І м - намагничивающий ток двигателя. На рис.4 изображена кривая индуктивного сопротивления взаимной индукции Х m , приведенная к фазе статора, построенная по результатам опыта холостого хода.

Опытное определение рабочих характеристик МДП осуществлялось двумя методами: прямым и косвенным. При определении характеристик прямым методом величина полезного момента непосредственно считывалась со шкалы балансирной машины с учетом поправки, которая находилась опытным путем согласно . Величина полезной мощности определялась по выражению:

h= P 2 / P 1 (9)

При определении рабочих характеристик косвенным методом потери в стали и механические потери МДП принимались постоянными. Потери в меди обмоток определялись обычным способом , КПД МДП - по формуле:

h= (P 1 - SP) / P 1 (10)

Р 1 - мощность, потребляемая статором и ротором МДП;

SP - сумма потерь в МДП.

Коэффициенты мощности статора и ротора находят из выражений

cosj 1 = P 1 / (Ö3U 1 *I 1), cosj 2 = P 2 / (Ö3U 2 *I 2) (11)

Нагрузка МДП при проведении опыта изменялась при помощи резистора R1 (см. рис.1 ). При этом фиксировались напряжения, токи статора и ротора МДП, вращающий момент, подведенная к статору к ротору мощность и угол нагрузки и. Результаты исследования прямым методом представлены на рис.6 в виде основных рабочих характеристик

h= f(P 2) и cosj= f (P 2) (11)

Для удобства сравнения с обычным асинхронным режимом на рис.5,а полезная мощность двигателя дана в киловаттах, на рис.5,б - в процентах. За номинальную мощность двигателя в режиме МДП принята мощность 5,6 кВт, т.к. при этой мощности статор и ротор МДП обтекаются номинальными токами. Из приведенных основных рабочих характеристик асинхронной машины с фазным ротором следует, что серийный асинхронный двигатель в режиме двигателя двойного питания имеет значительно лучшие энергетические показатели, а именно :

1)асинхронный двигатель с фазным ротором в режиме МДП в тех же габаритах увеличивает свою мощность в два раза (с 2,8 кВт на 5,6 кВт);

2)коэффициент полезного действия (КПД) двигателя значительно возрастает (с 75,5% до 84,5%) , а коэффициент мощности двигателя в режиме МДП - с 0,76 до 0,96.

Исследования МДП на устойчивость работы показали, что она в режиме двигателя работает устойчиво во всём диапазоне нагрузок, начиная с небольшой загрузки и кончая двукратными перегрузками (Р НОМ АД = 2,8 кВт, Р НОМ МДП = 5,6 кВт, Р mах МДП =11,7 кВт, и mах =42°).Достижение расчётной перегрузки (Р mах МДП = 16,8 кВт) ограничивалось возможностью тормозного устройства.

Толчкообразный наброс нагрузок, даже выше номинальной, не выводит МДП из синхронного режима работы. То же самое можно сказать при внезапном сбросе нагрузки с МДП .

Испытания на устойчивость работы МДП выявили также, что время успокоения её колебаний при набросе нагрузки значительно меньше времени успокоения при сбросе. Это подтверждает теоретические выводы о том, что МДП при работе на холостом ходу более близка к неустойчивому состоянию. Снижение напряжения питающей сети и работа МДП на холостом ходу приводит к возникновению колебаний (качаний), так что при этих условиях работу их нужно считать неустойчивой. Очевидно, что именно этим явлением и объясняется распространённое мнение о склонности МДП к незатухающим колебаниям. Небольшая загрузка (до 0,1 Р НОМ для исследуемого двигателя типа АК-52-6) полностью устраняет колебания и МДП работает устойчиво - без качаний и выпадения из синхронного режима работы.

Выводы

1. Проведенные экспериментальные исследования серийного асинхронного двигателя типа АК-52-6 с фазным ротором при работе в режиме двойного питания при двойной синхронной скорости, т.е. в режиме машины двойного питания (МДП), подтверждают высокие технико-экономические показатели этого класса машин. Они имеют высокий КПД, превышающий КПД обычного режима, что объясняется отсутствием у этих машин вторичных потерь (потери во вторичной обмотке трансформатора, потери в роторе асинхронного двигателя, потери на возбуждение синхронной машины). У МДП вторичных потерь по принципу работы вообще нет, т.к. статор и ротор являются первичными, обмотки которых подключены непосредственно к одной общей сети.

2. МДП отличаются высокими значениями коэффициента мощности (cosj), что связано с совместным действием двух систем питания по созданию общего магнитного потока машины.

3. МДП развивает двойную мощность по сравнению с асинхронной машиной в тех же габаритах и имеет двойную синхронную скорость вращения при промышленной частоте 50 Гц, что позволяет получить одну не стандартную скорость вращения, равную 2000 об/мин.

4. Установлено, что МДП практически при любых нагрузках могут работать устойчиво. Это подтверждают и осциллограммы сброса и наброса нагрузки при работе МДП.

Переходные процессы у МДП, связанные с изменением нагрузки, - периодические и точно так же, как и у обычных синхронных машин, они - затухающие.

При понижении напряжения питающей сети и работе МДП на холостом ходу, возникают колебания (качания), так что при этих условиях работу их нужно считать неустойчивой.

5. Качество рабочих характеристик, возможность устойчивой работы обычных серийных асинхронных двигателей с фазным ротором в режиме МДП показали, что этот класс электрических машин может служить компактным и экономичным преобразователем энергии. Он применяться практически не только в качестве высокоскоростного привода (n =6000 об/мин) при промышленной частоте 50 Гц, но и при обычных стандартных скоростях вращения с получением дополнительной скорости в 2000 об/мин.

Литература:

1. Жерве Г.К. Промышленные испытания электрических машин. Госэнергоиздат, 1959.

2. Нюрнберг В. Испытания электрических машин. Госэнергоиздат, 1959

3. Коломойцев К.В. Включение синхронного генератора на параллельную работу с сетью и о машине двойного питания // Электрик. - 2004. - №10. - С.11-12.

4.Коломойцев К.В. Энергетические возможности машин двойного питания//Электрик. - 2008. - №5. - С.48.

5. Коломойцев К.В. Устройство для измерения угла нагрузки и исследования колебаний машины двойного питания при синхронной скорости // Электрик. - 2011. №11. - С.37-39.

В отличие от схем вентильного каскада, где поток энергии скольжения направлен только в одну сторону - от ротора двигателя к инвертору и далее в питающую сеть, в схемах двигателя двойного питания в цепь ротора включают преобразователь (рис. 6.38), обеспечивающий двухсторонний обмен энергией, как от ротора двигателя в питающую сеть, так и от сети в обмотки ротора асинхронного двигателя. Таким преобразователем является преобразователь частоты с непосредственной связью. При этом добавочная ЭДС, вводимая в цепь ротора, может быть направлена, как против ЭДС ротора, согласно с ней или под некоторым углом (л - 8). В общем случае

TJ = ТТ ж)

°доб ^доб^

Рис. 6.38.

UFA, UFB, UFC - преобразователи частоты с непрерывной связью

Ток ротора определяют из уравнения равновесия напряжений в контуре ротора:

где z 2 - комплексное сопротивление цепи ротора.

Активная и реактивная составляющие тока ротора равны:

В этих формулах: Е у Е 2н - текущая и номинальная (при 5=1) ЭДС ротора;

Активная составляющая тока ротора определяет момент двигателя Ми механическую мощность двигателя: мех = со (1-5).

Реактивная составляющая тока ротора определяет реактивную мощность, циркулирующую в статорной и роторной цепях двигателя:

Равенства (6.67) показывают, что, регулируя значения и фазу добавочного напряжения доб, вводимого в цепь ротора, можно управлять активной и реактивной мощностями двигателя. Из этого положения также следует, что при соответствующих значениях U 2 и 8 активная составляющая тока ротора может быть отрицательна при положительных скольжениях 5 > 0 и положительна при отрицательных скольжениях 5

Мощность торможения Р в рассматриваемом случае недостаточна для создания электромагнитной мощности Р, поэтому из сети через трансформатор и роторный преобразователь забирается и направляется в ротор двигателя недостающая мощность, пропорциональная скольжению s = со 0 5. Сумма механической мощности,

поступающей с вала, и мощности скольжения + = со =

образует электромагнитную мощность, которая рекуперируется в питающую сеть. Отдаваемая в сеть мощность равна разности рекуперируемой мощности, передаваемой по цепи статора, и мощности, забираемой со стороны трансформатора: = -

В двигательном режиме при скорости выше синхронной (рис. 6.39,5) в роторную цепь двигателя добавляется мощность скольжения, забираемая из сети со стороны трансформатора. Она складывается с электромагнитной мощностью, поступающей в двигатель со стороны статора. Сумма этих мощностей преобразуется в механическую мощность на валу двигателя, обеспечивая работу двигателя с моментом М при скорости выше синхронной:

Рис. 6.39. а - режим генераторного торможения при скорости ниже синхронной; б- двигательный режим при скорости выше синхронной

Заметим, что, несмотря на то, что скольжение в этом случае отрицательно, двигатель развивает двигательный момент.

В обоих рассматриваемых режимах преобразователь частоты работает таким образом, что энергия от трансформатора поступает в ротор двигателя, т.е. двигатель питается как со стороны статора, так и ротора.

Поскольку частота/ 2 ЭДС и тока ротора определяется скольжением двигателя / 2 = / , то и частота добавочной ЭДС, вводимой в цепь ротора, должна совпадать с частотой ЭДС ротора и изменяться при изменении скольжения двигателя.

Максимально возможный диапазон регулирования скорости вниз и вверх от синхронной определяется двумя параметрами - возможными максимальными значениями частоты/ 2 и напряжения ^ добтах на выходе преобразователя частоты, служащего для питания цепи ротора. Максимальный диапазон регулирования скорости будет равен = co max /co m =(+ max)/(- max).

Абсолютное значение максимального скольжения равно

| шах | ^доО / 2н "

Так как преобразователь частоты с непосредственной связью, как правило, обеспечивает регулирование частоты в пределах 20 Гц (при частоте питания 50 Гц), чему соответствует максимальное скольже- ние | 0тах | = 0, то максимальный диапазон регулирования скорости двигателя двойного питания равен: = , со 0 /0, со 0 ~ 2, : .

Регулирование скорости в схеме двигателя двойного питания производят изменяя относительное значение и знак добавочной ЭДС 8 = ?/ доб / 2н, при этом частота на выходе преобразователя автоматически поддерживается равной частоте тока ротора. Механические характеристики двигателя двойного питания при 8 = 0,2 приведены на рис. 6.40.

Основным достоинством схем вентильного каскада и двигателей двойного питания является высокий КПД, сохраняющийся при регулировании скорости в заданном диапазоне. Поскольку эти системы регулируемого асинхронного привода имеют ограниченный диапазон регулирования, как правило, не выше 2:1, то эти системы применяют, главным образом, для привода мощных (выше 250 кВт) турбомеханизмов: вентиляторов, центробежных насосов и др.

Существенным недостатком всех рассмотренных способов ре­гулирования скорости асинхронного двигателя при яв­ляется возрастание потерь энергии в роторной цепи при сниже­нии скорости пропорционально скольжению. Однако у двигателя с фазным ротором этот недостаток может быть устранен путем включения в цепь ротора источника регулируемой ЭДС, с помощью которого энергию скольжения можно либо возвратить и сеть, либо использовать для совершения полезной работы.

Схемы асинхронного электропривода с включением в цепь ротора дополнительных ступеней преобразования энергии для использования и регулирования энергии скольжения получили на­звание каскадных схем (каскадов). Если энергия скольжения пре­образуется для возвращения в электрическую сеть, каскад назы­вают электрическим. Если энергия скольжения с помощью элек­тромеханического преобразователя преобразуется в механичес­кую энергию и поступает на вал двигателя, то такие каскады на­зываются электромеханическими.

Электрические каскады, в которых цепь ротора подключается к преобразователю частоты, способному как потреблять энергию скольжения, так и доставлять энергию двигателю со стороны ро­тора на частоте скольжения, т. е. управлять потоком энергии в цепи ротора как в прямом, так и в обратном направлении, назы­ваются каскадами с асинхронным двигателем, работающим в ре­жиме машины двойного питания (МДП). Схема такого каскада представлена на рис. 8.38,а.

Анализ этой схемы позволяет выявить наиболее общие законо­мерности, свойственные электроприводам с каскадным включе­нием асинхронных двигателей. В установившихся режимах рабо­ты любой электрической машины поля статора и ротора для со­здания постоянного момента должны быть взаимно неподвижны. Поэтому если в схеме рис. 8.38,а задание частоты не зависит от нагрузки двигателя, то скорость двигателя в преде­лах допустимой перегрузки остается неизменной:

Такой режим работы называется синхронным режимом МДП. Для его математического описания воспользуемся уравнениями меха­нической характеристики обобщенной машины в осях х, у так как

поля ротора и статора вращаются в рассматриваемом режиме со скоростью При записи по аналогии с синхронной ма­шиной, ориентируем все переменные от­носительно вектора напряжения подводимого к ротору:

В синхронном режиме син­хронного двигателя момент определяется углом причем ось поля ротора совпадает с направлением вектора В синхронном режиме МДП ток ротора имеет частоту

Которая в общем случае не равна нулю. При этом изменения нагрузки и скольжения вызывают изменения угла сдвига поля ротора отно­сительно напряжения поэтому вектор напряжения статора сдвинут относительно вектора на угол который равен углу только при т. е. при возбуждении ротора постоянным током. При действительные напряжения, приложенные к обмоткам фаз статора двигателя, можно записать в виде

Уравнения МДП в осях х, у имеют вид

Ограничимся рассмотрением установившегося режима работы, положив , и пренебрежем активным сопротивлением об мотки статора Для использования (8.111) с помощью фор­мул (2.15) и (2.16) преобразуем (8.109) и (8.110) к осям х, у

В результате преобразования получим

где штрихами отмечены приведенные к цепи статора значения напряжений.

Подставив все принятые и полученные значения в (8.111) и выполнив некоторые преобразования, представим его в виде

С помощью выражений для потокосцеплений (2.20) можно по­лучить

Значения определяются с помощью первых двух уравнений (8.112):

то (8.113) при подстановке можно представить в виде

уравнения (8.114) позволяют получить выражение механичес­кой характеристики двигателя в режиме МДП. Для этого необхо­димо разрешить первые два уравнения относительно , подставить полученные выражения в третье уравнение, преобра­зовать переменные двухфазной модели к трехфаз­ной с помощью (2.37), перейти от максимальных значений на­пряжений к действующим и выполнить необходимые математи­ческие преобразования. В результате этого получим

где
- угол сдвига между осями полей ста­тора и ротора.

Анализ уравнения механической характеристики асинхронно­го двигателя в режиме работы МДП позволяет установить ряд интересных и практически важных особенностей рассматривае­мой каскадной схемы. Момент двигателя в этом режиме содер­жит две составляющие, одна из которых соответствует естествен­ной механической характеристике асинхронного двигателя, а другая - синхронному режиму, обусловленному напряжением , подведенным к цепи ротора.

Действительно, при (8.115) принимает вид

совпадающий с уравнением (8.76) при При не­изменном задании частоты напряжения в цепи ротора
. Поэтому скольжение двигателя при работе в синхронном режиме остается и асинхронная составляющая момента . Зави­симость М с от скорости представлена на рис. 8.38,6 (кривая ).

вторая составляющая обусловлена взаимодействием возбужда­емого напряжением ротора с полем статора, создаваемым на­пряжением сети

На рис. 8.38,6 представлены кривые
(кривая 2) и при (кривая 3).

Результирующий момент двигателя

Если чередование фаз напряжений одинаково, поля статора и ротора имеют одинаковое направление вращения и значения скольжения s 0 и частоты ротора положитель­ны. Двигатель при тормозной нагрузке работает в двигательном режиме, причем угол принимает такое значение, при котором . Это область режима работы каскада со скоростью, мень­шей синхронной . Если изменить нагрузку, приложив к ва­лу двигателя движущий момент - М с, возникнет переходный процесс, в котором под действием положительного динамичес­кого момента ротор двигателя ускорится, изменит положение от­носительно оси поля статора и угол по окончании переходно­го процесса примет отрицательное значение, соответствующее по (8.118) условию .

Таким образом, при двигатель работает со ско­ростью, меньшей синхронной, причем в зависимости от нагруз­ки на валу он может работать как в двигательном, так и в гене­раторном режиме. При этом переход в генераторный режим обеспечивается изменением синхронной составляющей (8.118) под действием изменений внутреннего угла обусловленных изменениями нагрузки, а составляющая остается неизмен­ной. Механические характеристики, соответствующие двум зна­чениям представлены на рис. 8.38,5 (прямые 4, 5).

При работе в двигательном режиме с (при подсинхронной скорости) потребляемая двигателем мощность если пре­небречь потерями, поступает на вал двигателя (Р 2) и в виде мощ­ности скольжения P s в преобразователь частоты:

Мощность скольжения P s преобразуется преобразователем час­тоты и возвращается в сеть (рис. 8.39,о). Если при машина работает в генераторном режиме то направление пото­ков мощностей изменяется на противоположное (рис. 8.39,6):

Уменьшение частоты ротора влечет за собой уве­личение скорости двигателя, так как

Следовательно, на рис. 8.38,б уменьшение вызывает переход с характеристики 5 на характеристику 4 и затем при на ха­рактеристику 6.

При роторная цепь питается постоянным напряжением и двигатель работает в чисто синхронном режиме,.. Действительно, при этом s 0 = 0, асинхронная соста­вляющая и момент двигателя полностью определяется (8. 117):

Сравнивая это выражение с (8.118) при , можно убедиться в их полном совпадении. Следовательно, характеристика 6 на рис. 8.38,б представляет собой механическую характе­ристику неявнополюсной синхронной машины, которой становится асинхронный двигатель при питании его роторной обмот­ки постоянным током.

Изменив знак можно изменить чередование фаз роторно­го напряжения . При этом поле ротора вращается в направле­нии, противоположном полю статора, , скорость двигателя , а скольжение отрицательно. Механические ха­рактеристики, соответствующие двум значениям предста­влены на рис. 8.38,6 (прямые 7 и 8).

Рассматривая этот рисунок, можно видеть, что и здесь в зави­симости от нагрузки на валу можно иметь как двигательный, так и генераторный режим работы двигателя. При этом асинхронная составляющая момента при данном значении s 0 < 0 отрицательна и неизменна, а значения момента, соответствующие обеспе­чиваются изменениями угла за счет поворота ротора относи­тельно поля статора под действием возникающих динамических моментов.

При сверхсинхронной скорости (s 0 < 0) при работе в двига­тельном режиме механическая мощность Р 2 обеспечивается по­треблением мощности как по цепи статора Р 1 , так и по цепи ро­тора (мощность скольжения P s) :

При переходе в генераторный режим и том же s 0 поступающая С вала мощность Р 2 передается в сеть по обоим каналам, т. е. на­правления потоков изменяются на противоположные, как пока­зано на рис. 8.39,в и г.

Механические характеристики на рис. 8.38,6 соответствуют , при этом максимум синхронной составляющей мо­мента (8.117) изменяется в функции скольжения s 0 (см. Кривые 2 и 3). Поскольку составляющая при изменении знака s 0 изменяет знак, перегрузочная способность двигателя в режиме МДП при
оказывается существенно различной. При скоростях ниже синхронной двигатель­ные моменты существенно снижают перегрузочную спо­собность в генераторном режиме: максимальные значения тор­мозного момента М при данном в этом режиме ограничива­ются кривой 9. При скоростях, больших синхронной тормозные моменты ограничивают максимальные значения ре­зультирующего момента, соответствующие в двига­тельном режиме (кривая 10 на рис. 8.38,б).

Практически требуемую перегрузочную способность во всем диапазоне регулирования скорости можно поддерживать изменяя напряжение в функции s 0 и нагрузки. При этом должно обес­печиваться ограничение токов ротора и статора на допустимом уровне во всех режимах.

Изменения напряжения обеспечиваются соответствующими изменениями сигнала задания напряжения преобразователя частоты. При данной нагрузке, например при путем изме­нения можно воздействовать на потребление реактивной мощности в цепи статора для синхронного двигателя.

Проведенный анализ показывает, что в режиме МДП свойст­ва каскада близки свойствам синхронного двигателя, причем при они совпадают. Специфика проявляется только в наличии сильной асинхронной составляющей момента M c (s 0), в возмож­ности работы при различных скоростях, задаваемых воздействи­ем на напряжение , и в возбуждении ротора переменным то­ком угловой частоты скольжения

Известно, что синхронный двигатель склонен к качаниям, обусловленным упругой электромагнитной связью между полями статора и ротора и для борьбы с ними снабжается демпферной обмоткой, создающей асинхронную составляющую момента. В рассматриваемой каскадной схеме имеет место более сильная асинхронная составляющая, определяемая естественной механической характеристикой асинхронного двигателя (без уче­та внутренних сопротивлений преобразователя частоты). Поэто­му при работе в области скоростей, близких к скорости поля to 0 , где - жесткость характеристик высока, отри­цательна и оказывает на колебания ротора сильное демпфирую­щее действие, аналогичное вязкому трению.

Однако при жесткость этой характеристики меняет знак т. е. механическая характеристика имеет положи­тельный наклон и может оказывать не демпфирующее, а раска­чивающее действие, приводящее к неустойчивой работе каскада. Это обстоятельство ограничивает область применения синхрон­ного режима работы каскада установками, в которых требуется небольшой диапазон изменений скорости [регулирование в пре­делах ±(20-30)% . При этом | и динамические свой­ства каскада могут в достаточной мере соответствовать требо­ваниям.

Следует заметить, что для указанного диапазона двухзонное регулирование скорости в каскадной схеме имеет преимущества перед другими способами, так как обеспечивает экономичное ре­гулирование скорости при относительно небольшой требуемой мощности преобразователя частоты, который должен быть рас­считан на максимум мощности скольжения

Соответственно при регулировании скорости в пределах ±(20-30)% требуемая мощность преобразователя частоты со­ставляет 20-30% номинальной мощности двигателя.

При необходимости изменения скорости в более широких пре­делах путем введения обратных связей обеспечивают зависи­мость частоты от скорости двигателя, аналогичную зависимо­сти частоты при асинхронном режиме работы. В этом случае механические характеристики каскада имеют конечную жест­кость, определяемую настройкой обратных связей, а режим ра­боты каскада называется асинхронным.

Возможности двухзонного регулирования скорости с работой как в двигательном, так и в генераторном режимах при каждой скорости в каскадных схемах обеспечиваются только при приме­нении полностью управляемых преобразователей частоты, обла­дающих способностью пропускать энергию как в прямом, так и в обратном направлениях (см. рис. 8.39). При указанном ограни­ченном диапазоне двухзонного регулирования скорости требуют­ся изменения частоты напряжения = Этим условиям наиболее полно соответствуют пре­образователи частоты с непосредственной связью; применение их экономически особенно выгодно в электроприводах, мощ­ность которых составляет сотни и тысячи киловатт.

Недостатком таких каскадов является необходимость реостат­ного пуска двигателя до низшей скорости в диапазоне регулиро­вания. Этот недостаток не имеет существенного значения для механизмов, работающих продолжительно, без частых пусков.

Экономичность мощных каскадных электроприводов с рабо­той асинхронного двигателя в режиме МДП определяется при указанных условиях высоким КПД тиристорного преобразовате­ля, возможностью снижения общего потребления реактивной мощности путем рационального управления напряжением а также относительно небольшими габаритами, массой и стоимо­стью преобразователя. Последние два достоинства проявляются в тем большей мере, чем в более узких пределах требуется регули­ровать скорость электропривода.

Однако в большинстве случаев мощность электроприводов, требующих регулирования скорости, составляет десятки и сотни киловатт, а требуемый диапазон регулирования скорости D пре­вышает диапазон, рациональный для каскада с МДП. Если , мощность преобразователя частоты становится соизме­римой с мощностью двигателя. При этом более целесообразно использовать частотное регулирование скорости, позволяющее реализовать непрерывное управление скоростью во всех переход­ных процессах асинхронного электропривода аналогично систе­мам Г-Д и ТП-Д.

Тем не менее в силу рассмотренных особенностей каскадных

схем существует достаточно широкая область их применения в тех случаях, когда условия работы механизмов позволяют сни­зить требования к управлению потоком мощности скольжения на пути ее возвращения в сеть или передачи на вал двигателя. К числу таких механизмов относятся нереверсивные механизмы, работающие с реактивной нагрузкой на валу и не требующие ра­боты двигателя в генераторном режиме в процессах торможения.

При указанных условиях можно ограничиться однозонным ре­гулированием скорости, при котором в двигательном режиме на­правление потока мощности скольжения неизменно - от ротора двигателя в сеть (рис. 8.39) или на вал. Это позволяет существен­но упростить каскадные схемы, применив в канале преобразова­ния мощности скольжения неуправляемый выпрямитель.

В электрических каскадах выпрямленный выпрямителем ток ротора преобразуется в переменный ток и передается в сеть. Если для преобразования тока и рекуперации энергии скольже­ния используется электромашинный агрегат, каскад называется машинно-вентильным. При применении для этой цели вентиль­ного инвертора, ведомого сетью, каскад называется вентильным (асинхронно-вентильным) каскадом.

Электромеханические каскады являются машинно-вентильны­ми. В них выпрямленный ток направляется в обмотку якоря ма­шины постоянного тока, соединенной с валом асинхронного двигателя, которая преобразует электрическую энергию скольже­ния в механическую, поступающую на вал двигателя.

4. Работа эл. двигателей на общий механический вал.

4.1 Распределение нагрузки между двигателями работающими на общий механический вал в зависимости от жёсткости механических характеристик и скоростей идеального холостого хода.

на рис. 2.16 рассматривается совместная работа асинхронного двигателя с нагрузкой на валу. Нагрузочный механизм (рис. 2.16.а) соединяется с валом двигателя и при вращении создает момент сопротивления (момент нагрузки). При изменении нагрузки на валу автоматически изменяется частота вращения ротора, токи в обмотках ротора и статора и потребляемый из сети ток. Пусть двигатель работал с нагрузкой Mнагр1 в точке 1 (рис. 2.16.б). Если нагрузка на валу увеличится до значения Mнагр2, рабочая точка переместится в точку 2. При этом частота вращения ротора снизится (n2M1). Снижение частоты вращения ротора приводит к увеличению скольжения, увеличению токов в обмотках ротора и статора, т.е. к увеличению потребляемого из сети тока.

Схема включения двигателя постоянного тока с независимым возбуждением (рис. 4.1), когда для питания цепи возбуждения используется отдельный источник постоянного тока, находит применение в регулируемых электроприводах

Якорь двигателя М и его обмотка возбуждения LМ обычно получают питание от разных, независимых друг от друга источников напряжения U и U В , что позволяет отдельно регулировать напряжение на якоре двигателя и на обмотке возбуждения. Направление тока I и эдс вращения двигателя Е , показанные на рис. 4.1, соответствуют двигательному режиму работы, когда электрическая энергия потребляется двигателем из сети: Р э = U c I и преобразуется в механическую, мощность которой Р м = М ω . Зависимость между моментом М и частотой вращения ω двигателя определяется его механической характеристикой.

Рис. 4.1. Схема включения двигателя постоянного тока независимого
возбуждения: а – цепи якорной обмотки; б – цепи возбуждения

При установившемся режиме работы двигателя приложенное напряжение U уравновешивается падением напряжения в якорной цепи I ∙R и наведенной в якоре эдс вращения Е , т.е.

, (4.1)

где I – ток в якорной цепи двигателя; R = R я + Rр 1 – суммарное сопротивление якорной цепи, Ом, включающее внешнее сопротивление резистора Rp 1 и внутреннее сопротивление якоря двигателя R я (при наличии дополнительных полюсов учитывается и их сопротивление):

где k – конструктивный коэффициент двигателя; k = pN /2a (р – число пар полюсов двигателя; N – число активных проводников обмотки якоря; 2а – число пар параллельных ветвей обмотки якоря; Ф – магнитный поток двигателя.

Подставив в уравнение баланса напряжений якорной цепи выражение для Е и выразив ω , получим:

. (4.3)

Это уравнение называется электромеханической характеристикой двигателя .

Для получения механической характеристики необходимо найти зависимость скорости от момента двигателя. Запишем формулу связи момента с током якоря двигателя и магнитным потоком:

Выразим ток якоря двигателя через момент и подставим в формулу электромеханической характеристики:

, (4.5а)

, (4.5б)

где ω 0 = U / kФ – частота вращения машины в режиме идеального холос­того хода; β = (kФ ) 2 / R – жёсткость механический характеристики машины.

Механическая характеристика двигателя при неизменных параметрах U , R и Ф представляется прямой линией 1 (рис. 4.2). На холостом ходу (М = 0) двигатель вращается с частотой вращения w 0 . По мере увеличения момента нагрузки частота вращения снижается, номинальному моменту нагрузки М Н соответствует номинальная частота вращения w 0. Изменение величины питающего напряжения вызывает пропорциональное уменьшение частот вращения во всех режимах работы. При этом жесткость механической характеристики b сохраняется, так как его величина, согласно (4.5б), определяется сопротивлением якорной цепи, конструктивным коэффициентом и магнитным потоком машины. Согласно (4.5), путем изменения величины питающего напряжения U от нуля до номинального значения (например, при помощи управляемого тиристорного выпрямителя), можно изменять частоту вращения вала в широких пределах, что подтверждается рис. 4.2 (характеристиками 2 ). При этом диапазон плавного и экономичного регулирования частоты вращения – глубина регулирования – находится по формуле , (4.6)

где w max , w min – максимально и минимально возможные частоты вращения при данном способе регулирования.

Практически значение глубины регулирования достигает 10…100 тыс. Столь большой диапазон регулирования позволяет исключить или значительно упростить механическую трансмиссию.

Вторым способом регулирования частоты вращения двигателя является изменение сопротивления якорных цепей – путём включения последовательно в цепь якоря регулировочного резистора R Р1 (рис. 4.1). В этом случае, согласно (4.5), при увеличении сопротивления жесткость характеристики машины уменьшается (рис. 4.2, линии 3). Как видно из рис. 4.2, частота вращения машины при идеальном холостом ходе: М = 0 не изменяется, а с ростом момента нагрузки частота вращения снижается значительно (β уменьшается). Данный способ регулирования позволяет изменять частоту вращения в значительном диапазоне, однако вследствие значительных потерь мощности в регулировочном резисторе резко снижается кпд привода:

. (4.7)

Регулирование частоты вращения машины постоянного тока магнитным потоком машины Ф – за счёт изменения тока возбуждения резистором R Р 2 (см. рис. 4.1) – является экономичным способом, так как потери в резисторе R Р 2 не велики вследствие малого тока возбуждения. Однако этот способ позволяет лишь увеличивать частоту вращения по сравнению с номинальной (глубина регулирования не превышает D = 2…3). Такой способ регулирования предусмотрен для большинства машин.

Ранее была рассмотрена работа двигателя не­зависимого возбуждения в двигательном режиме, чему со­ответствовали механические характеристики, представлен­ные на рис. 4.2 и расположенные в первом квадранте коор­динатных осей. Однако этим не исчерпываются возможные режимы работы электродви­гателя и его механические характеристики. Весьма часто в современ­ных электроприводах необхо­димо быстро и точно остано­вить механизм или изменить направление его движения. Быстрота и точность, с ка­кой будут проделаны эти опе­рации, во многих случаях определяют производитель­ность механизма. Во время торможения или перемены направле­ния движения (реверса) электродвигатель работает в тор­мозном режиме на одной из механических характеристик, соответствующих осуществляемому способу торможения. Графическое изображение механических характеристик машины независимого возбуждения для разных режимов работы представлено на рис. 4.3.

Рис. 4.3. Механические характери­стики двигателя постоянного тока независимого возбуждения при раз­личных режимах работы: 1 – механическая характеристика при номинальном напряжении на якоре; 2 – механическая характеристика при напряжении на якоре, равном нулю

Здесь, кроме участка характеристик, соответствующих двигательному режиму (квадрант I), показаны участки характеристик в квад­рантах II и IV, характеризующие три возможных способа генераторного электрического торможения, а именно:

1) торможение с отдачей энергии в сеть (рекуперативное);

2) динамическое торможение;

3) торможение противовключением.

Рассмотрим подробнее особенности механических ха­рактеристик при указанных способах торможения.

1. Торможение с отдачей энергии в сеть, или рекуперативное торможение (генераторный режим работы параллельно с сетью) осуществляется в том случае, когда скорость двигателя оказывается выше скорости идеального холостого хода и его эдс Е больше приложенного напряжения U. Двигатель здесь работает в режиме генератора параллельно с сетью, которой он отдает электрическую энергию; ток при этом изменяет свое направление, следовательно, изменяет знак и момент двигателя, т. е. он становится тормозным: М = – I a Ф . Если обозначить тор­мозной момент через М Т = –М, то уравнение (4.5) при ω > ω 0 примет следующий вид:

. (4.8)

Как видно из выражения (4.8), жесткость (наклон) механической характеристики в рассматриваемом генераторном режиме будет такой же, как и в двигательном. Поэтому графически механические характеристики двигателя в режиме торможения с отдачей энергии в сеть являются продолжением характеристик двигательного режима в область квадранта II (рис. 4.3). Этот способ торможения возможен, например, в приводах транспортных и подъемных механизмов при спуске груза и при некоторых способах регулирования скорости, когда двигатель, переходя к низшим скоростям, проходит значения ω >ω 0 . Такое торможение является весьма экономичным, поскольку оно сопро­вождается отдачей в сеть электрической энергии.

2. Динамическое торможение происходит при отключении якоря двигателя от сети и замыкании его на резистор (рис. 4.4), поэтому иногда его называют реостатным торможением. Обмотка возбуждения при этом должна оставаться присоединенной к сети.

Рис. 4.4. Схема включения двигателя постоянного тока независимого
возбуждения при динамическом торможении.

При динамическом торможении, так же, как и в предыдущем случае, механическая энергия, поступающая с вала, преобразуется в электрическую. Однако эта энергия не отдается в сеть, а выделяется в виде теплоты в сопротивлениях цепи якоря.

Так как при динамическом торможении якорные цепи машины отключены от сети, то в выражении (4.5) следует приравнять нулю напряжение U , тогда уравнение примет вид:

. (4.9)

При динамическом торможении механическая характеристика двигателя, как это видно из (4.9), представляет собой прямую, проходящую через начало координат. Семейство характеристик динамического торможения при различных сопротивлениях R якорной цепи показано ранее (см. рис. 4.3 квадрант II). Как видно из этого рисунка, жесткость характеристик уменьшается с увеличением сопротивления якорной цепи.

Динамическое торможение широко используется для останова привода при отключениях его от сети (особенно при реактивном характере момента), например при спуске грузов в подъемных механизмах. Оно достаточно экономично, хотя и уступает в этом отношении торможению с отдачей энергии в сеть.

3. Торможение противовключением (генераторный режим работы последовательно с сетью) осуществляется в том случае, когда обмотки двигателя включены для одного направления вращения, а якорь двигателя под воздействием внешнего момента или сил инерции вращается в противо­положную сторону. Это может происходить, например, в приводе подъемника, когда двигатель включен на подъем, а момент, развиваемый грузом, заставляет привод вращаться в сторону спуска груза. Такой же режим получается и при переключении обмотки якоря (или обмотки возбуждения) двигателя для быстрой остановки или для изменения направления вращения на противоположное.

Графическое изображение механической характеристики для торможения противовключением, когда имеет место, например, так называемый тормозной спуск груза, приведено на рис. 4.3, из которого следует, что механическая характеристика при торможении противовключением является продолжением характеристики двигательного режима в квадрант IV.

Поворотные трансформаторы

Асинхронная машина при заторможенном роторе может быть использована в качестве преобразователя m 1 -фазного тока в m 2 -фазный ток: например, трехфазного тока в пяти- или семифазный ток Для этого ее обмотки статора и ротора должны быть выполнены соответственно на m 1 и m 2 фаз. Машина будет работать как трансформатор, в котором энергия со статора на ротор будет передаваться вращающимся полем. Такие преобразователи применяются крайне редко и только для специальных целей.

На практике нашли себе применение поворотные трансформаторы, выполняемые так же, как асинхронные машины, и имеющие устройство, позволяющее поворачивать их ротор. Рассмотрим сначала машину, которая со стороны статора получает питание от сети трехфазного тока. Если к зажимам ее статора подводится постоянное напряжение, то при повороте ротора на зажимах его обмотки будем получать напряжение, изменяющееся только по фазе. Такие поворотные трансформаторы называются фазорегуляторами и применяются, например, для регулирования фазы сеточного напряжения ртутного выпрямителя или тиратрона и в измерительной технике, причем в последнем случае главным образом для поверки ваттметров и счетчиков (рис 3-108).

Рис. 3-108. Поворотный трансформатор для поверочных устройств.

На рис. 3-109 показана принципиальная схема поверки счетчика переменного тока с применением поворотного трансформатора.

Рис. 3-109. Принципиальная схема поверки счетчика при помощи поворотного трансформатора (ПТ).

На рис. 3-110 представлена принципиальная схема двухполюсного поворотного трансформатора с двумя - взаимно-перпендикулярными обмотками на статоре и на роторе.

Рис. 3-110. Схема соединений обмоток синус-косинусного поворотного трансформатора.

Схема линейного поворотного трансформатора приведена на рис. 3-111.

Рис. 3-111. Схема соединений обмоток линейного поворотного трансформатора.

Если статорная и роторная обмотки асинхронной машины получают питание от сети (или сетей) переменного тока, то такую машину называют асинхронной машиной двойного питания. При этом обычно имеется в виду трехфазная машина, обмотки которой получают питание от одной и той же сети трехфазного тока. Эти обмотки могут включаться параллельно или последовательно. Название «машина двойного питания» характеризует схему включения ее обмоток, а не ее рабочие свойства, которые будут различными в зависимости от направления вращения н с статора и ротора.

Если обмотки статора и ротора асинхронной машины, приключенные к одной и той же сети, создают н.с., вращающиеся в разные стороны, то такая асинхронная машина двойного питания может работать как двигатель или генератор. Однако для этого ее надо предварительно разогнать посторонним двигателем до скорости вращения, равной двойной синхронной 2n 1 .

Указанные машины двойного питания не нашли себе практического применения. При использовании их в двигательном режиме требуется разгонный двигатель, при помощи которого можно было бы довести их частоту вращения до двойной синхронной. Кроме того, при включении машины встречаются затруднения при синхронизации ее с сетью. Другим большим недостатком этих машин является склонность их к качаниям и связанная с этим в ряде случаев недостаточная устойчивость в работе (см § 4-12).

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советски кСоциалистическихРеспублик 773887(23) Приоритет 12,10,78 Опубликовано 23.10.80.Бюллетень Рй 39 юв делам изабретеиий и открытийДата опубликования описания 25,10.80 А. А, Круглый, Н. Г. Бочкова и Б. Н. Абрамович(71) Заявитель Центральное проектно-конструкторское и технологическое бюро крупных электрических машин(54) МАШИНА ДВОЙНОГО ПИТАНИЯ Изобретение относится к электротехнике, а именно к электроприводу переменного тока, регулируемого от тиристор ного преобразователя частотыаи может быть использовано для привода промышленных установок повышенной мощности, например рудораэмольных мельниц.Известно устройство, содержащее асинхронную машину с многофазным якорем, соединенным с питающей сетью че 30 рез выключатель, и индуктором, подключенным непосредственно к выходу преобразователя частоты, вход которого подключен к выходу источника питания указанного преобразователя, блок управле 15 ния преобразователем частоты; вкод ко торого соединен с регулятором установившегося режима через коммутатор, на второй вход которого подключен выкод блока управления при пуске Я.Однако известное устройство имеет установленную мощность преобразователя частоты и источника его питания большую, чем требуется для регулирования двигателя в установившикся режимах, а также требует применения сложной цепи включения статора в виде выключателя с короткоэамыкателем или нескольких вык лючателей.Бель изобретения - снижение установленной мощности и упрощение. аппаратуры,Цель достигается тем, что один вход блока управления при пуске соединен с выходом преобразователя частоты, а второй его вход соединен с выкодом источника питания указанного преобразователя частоты. Кроме того блок управления, при пуске выполнен в виде последовательно соединенных формирователя сигнала, выход которого образует выход блока управления при пуске,.устройства сравнения, первый вкод которого образует вход бло ка управления при пуске, и преобразователя переменного тока в постоянный, вход которого образует второй вход блока управления при пуске.3 7738На чертеже изображена схема устройства,Устройство содержит асинхронную машину 1 с многофаэным якорем (статором)и индуктором (ротором). Через выключа 5.тель 2 с одним замыкающим контактомна фазу (т. е. нормального типа) статормашины 1 соединяется с питающей сетью,Ротор машины 1 глухо" подключен квыходу преобразователя 3 частоты, Преобразователь 3 частоты соединен с выходом его источника 4 питания. Вентилипреобразователя 3 включаются системой5 управления преобразователем. На входсистемы 5, задающей фазу, подан выходкоммутатора 6. Коммутатор имеет двавхода, соединенные через диоды. На первый вход коммутатора подключен выходрегулятора 7 установившегося режима.На вход регулятора 7 включены выходы,например, тахогенератора 8, трансформаторов тока 9 и напряжения 10 в цепистатора машины 1., На второй входкоммутатора 6 пецсоединен выход блока11 управления при пуске. Первый вход 25блока управления при пуске соединенцепью 12 с выходом преобразователя 3частоты, а второй - цепью 13 с выходом, источника 4 питания.Блок 11 управления при пуске соцер- З 0жит формирователь 14 сигнала, соединенный входом с выходом устройства 15сравнения, на один вход которого подана связь 12, а на второй - связь 13,через преобразователь 16 переменноготока в постоянный,Предложенное устройство работаетследующим образом. В исходном положении перед пуском40 машины 1 выключатель 2 отключен, а преобразователь 3, источник 4 и элемен ты 5-16 управления включены, В момент включения выключателя 2 на роторе машины 1, и, соответственно, на выходе преобразователя 3 (что одно и то же при глухом" соединении) появляется напряжение, нарастающее к величине, значительно большей напряжения выхода преобразователя 3 в установившемся режиме, Послецнее напряжение по амплитуде50 равно амплитуце выхода источника 4.Это напряжение, через преобразователь 16 непрерывно сравнивается в устройстве 15 с напряжением ротора, Оба на 55 пряжения подаются в устройства 15, 16 через цепи 12, 13. Когда напряжение ротора (цепь 12) установится по модулю больше напряжения источника (цепь 13). 87 а1 на выходе элемента 15 появляется сигнал, преобразуемый формирователем 14 в прямоугольный сигнал, амплитуца которого, проходя через диоцный коммутатор 6 и подавляя сигнал выхода регулятора 7, задает фазу импульса в системе 5, соответствующую режиму инвертора преобразователя 3. Подавление сигнала регулятора 7 в коммутаторе 6 возникает в связи с темчто наибольшее значе/.ние сигнала выхоца элемента 7 меньше величины сигнала на выходе формирователя 14. А диодный коммутатор пропускает только наибольший иэ сигналов. В результате вентили преобразователя 3 включаются и ограничивают напряжение ротора до величины напряжения источника 4, Ток же в цепи ротора определяется разностью навеценной ЭДС и напряжения источника 4, Напряжение ротора начинает нарастать в момент перехода тока через нуль, поэтому на кольцах ротора ток и напряжение совпадают по фазе, что и означает эквивалентность действия преобразователя 3 введению активного сопротивления. При этом ток несколько уменьшается по сравнению с пуском при закороченном роторе, а момейт значи тельно возрастает. Машина 1 разгоняется, Напряжение, наведенное в роторе со статора, снижается, Сигнал цепи 12 становится меньше сигнала цепи 13, устройства 15 и 14 не выдают сигнала, и в работу вступает регулятор 7. Машина 1 переходит в установившийся режим работы.формула изобретения1, Машина двойного питания, содержащая асинхронную машину с многофаэным якорем, соединенным с питающей сетью через выключатель, и индуктором, подключенным непосредственно к выходу преобразователя частоты, вход которого подключен к выходу источника питания указанного преобразователя, блок управления преобразователем частоты, вход которого соединен с регулятором установившегося режима через коммутатор, на второй вход которого поцключен выход блока управления при пуске, о т - л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью снижения установленной мощности и упрощения аппаратуры, оцин вход блока управления при пуске соединен с выходом преобразователя частоты, а второй его вхоц соединен с выходом источника питания указанного преобразователя частоты, 5 773882, Машина по п. 1, о т л и ч а юш а я с я тем, что блок управления при пуске выполнен в виде последовательно соециненных формирователя сигнала, выход которого образует выход блока управления при пуске, устройства сравнения, первый вход которого образует вход блока управления при пуске, и преобразо 7 Ьвателя переменного тока в постоянныйвход которого образует второй вход блока управления при пуске. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свицетельство СССР М 411597, кл, Н 02 Р 7/46, 1972.каз 7527/77 Тираж 783 ВНИИ ПИ Государственного ио делам изобретений и 113035, Москва, Ж, Раув

Заявка

1954690, 17.08.1973

ЦЕНТРАЛЬНОЕ ПРОЕКТНО-КОНСТРУКТОРСКОЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ БЮРО КРУПНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

КРУГЛЫЙ АЛЕКСАНДР АРОНОВИЧ, БОЧКОВА НИНА ГРИГОРЬЕВНА, АБРАМОВИЧ БОРИС НИКОЛАЕВИЧ

МПК / Метки

Код ссылки

Машина двойного питания

Похожие патенты

Оптройа соединен с выходом выходного каскада 30. Диод 29 схемы ИЛИ 27 подключен к транзистору 22 канала минимального предела через резистор 34. Коллекторы транзисторов 2 и 22 через резисторы 35 и 36 нагрузки подключены к источнику37 собственного питания. Резистором нагрузки схемы ИЛИ 27 является резистор 38. Оба эмиттера транзисторов 3 и 23 и эмиттер транзистора 4 соединены с выходными цепями источника 37 соответственно через диоды 39 и 40. Между базой транзистора 4 и выводом диода 40, противоположным тому, который соединен с эмиттером транзистора 4, включен резистор 41.В спокойном состоянии транзисторы 2 и 22 закрыты за счет разности величины напряжения контролируемого стабилизированного источника питания и пороговых...

Обеспечивает отвод тепла от нагревающихся элементов за пределы корпуса. Для этого во внутреннюю полость теплонесущих элементов помещены тепло- отводящие стержни, торцовые поверхности которых жестко прикреплены к внутренней поверхности крышки при помощи кронштейна.На чертеже изображен предлагаемый искробезопасный блок источника питания.Он содержит взрывонепроницаемую оболочку 1, которая при помощи стяжных болтов 2 с передней стороны плотно закрыта крышкой 3. К крышке 3 с наружной стороны приварены ребра-охладители 4, а на внутренней стороне с помощью болтов 5 плотно крепится металлический каркас 6, в котором расположены металлические стержни 7 с намотанной на цпх фольгой 8 для плотной посадки резистора 9 5 по его внутреннему диаметру....

Делителя частоты, выход которого служит для подключения к управляющемучастотой входу преобразователя частоты,На чертеже приведена схема авто,номного источника питания с устройством для стабилизации частоты,.Фильтр, состоящий из асинхронного двигателя 3 и генератора 4 стабильной частоты,Устройство для стабилизации частоты содержит блок 5 синхронизациидля преобразования синусоидальногонапряжения генератора 4 в импульсное напряжение малой длительностипо переходу через ноль положительной и отрицательной полуволн синусоидального напряжения. С выходаблока 5 импульсы, соответствующиепереходу через ноль положительнойполуволны напряжения, поступают на.вход задатчика б эталонной длитель-ности, Задатчик эталонной длительности определяет...