Двухдвигательный электропривод
Использование: в электроприводах машин и механизмов, работающих в полевых условиях. Сущность изобретения: двухдвигательный электропривод содержит два идентичных по параметрам трехфазных двигателя с короткозамкнутым исполнением роторов и с жестким механическим соединением их валов с приводным механизмом, первый и второй трехфазные коммутаторы, подключающие одни выводы статорных обмоток соответственно первого и второго асинхронных двигателей к клеммам-фазам питающей сети, третий трехфазный коммутатор, связанный с другими выводами статорных обмоток двигателей. Новым в двухдвигательном электроприводе является то, что коммутаторы выполнены в виде трехфазных полупроводниковых, например, симисторных регуляторов напряжения с тремя входными и тремя выходными зажимами каждый, а также то, что система управления двухдвигательного электропривода содержит общий регулятор скольжения, три индивидуальных блока фазоимпульсного управления симисторными коммутаторами, два датчика активной мощности с выходом на постоянном токе, подключенными входными, гальванически развязанными цепями к первым статорным обмоткам асинхронных двигателей, три суммирующих элемента, промежуточный усилитель и источник согласующего напряжения смешения. 4 ил.
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в различного рода машинах и механизмах, работающих в полевых условиях, т.е. при относительно маломощной питающей трехфазной сети переменного тока, со значительными колебаниями величины ее напряжения относительно номинального уровня.
Известны двухдвигательные системы электропривода, в том числе с общим механическим валом [1]. Известное устройство асинхронного двухдвигательного электропривода, содержащее два идентичных по паспортным данным асинхронных короткозамкнутых двигателя с жестким механическим соединением их валов с валом приводимого механизма, чем образуется двухдвигательная система электропривода с общим механическим валом. При этом одни выводы статорных обмоток двигателей связаны с клеммами питающей трехфазной сети посредством соответственно первого и второго трехфазных коммутаторов, а другие выводы статорных обмоток двигателей непосредственно и пофазно соединены друг с другом, с образованием так называемой схемы последовательного треугольника. Кроме того, упомянутые выводы пофазного соединения статорных обмоток асинхронных двигателей связаны с тремя входными зажимами третьего трехфазного коммутатора, выходные зажимы которого замкнуты накоротко, благодаря чему при его срабатывании замыкании статорные обмотки двигателей соединяются каждая по схеме звезда [2]. Электропривод прототипа ввиду возможности изменения схемы соединения статорных обмоток двигателей обладает расширенными возможностями для экономии активной и реактивной энергии, позволяя улучшить энергетические показатели при неполной нагрузке приводимого механизма. Так, например, при величине нагрузки, равной 50% от номинальной, в электроприводе прототипа целесообразно использовать лишь один из двух имеющихся асинхронных двигателей например, первый, подключая его одни выводы статорной обмотки к питающей сети посредством первого трехфазного коммутатора, а другие выводы его статорной обмотки замыкая в общую точку посредством третьего коммутатора, т.е. по схеме соединения звезда. Соответственно, промежуточная схема соединения статорных обмоток обоих двигателей в последовательный треугольник, обеспечиваемая при срабатывании первого и второго коммутаторов при отключенном состоянии третьего коммутатора, дает возможность работать электроприводу прототипа с хорошими энергетическими показателями при нагрузке величиной около 75% от номинальной. При этом напряжение на обмотке фазы каждого двигателя составляет половину линейного напряжения сети (380 В) или около 86% от номинальной величины (220 В). Наконец срабатывание всех трех коммутаторов обеспечивает независимое и параллельное подключение статорных обмоток обоих двигателей по схеме звезда к питающей сети, т.е. возможность работать с полной (100%) загрузкой электропривода прототипа. Недостатками электропривода прототипа являются органические функциональные возможности, связанные с ударными скачками пускового момента и тока при поочередном срабатывании упомянутых коммутаторов, выполняемых обычно в виде электромагнитных контакторов, а также в статическом установившемся режиме работы электропривода, с неравномерностью распределения величин вращающего момента между одновременно работающими асинхронными двигателями; недостаточно высокие энергетические показатели, обусловленные, во-первых, всего тремя упомянутыми вариантами соответствия электрического режима работы электропривода изменяющейся величине нагрузки (50%, 75% и 100% от номинальной величины) и, во-вторых, затруднительностью применения электропривода прототипа в полевых условиях работы приводимого механизма, когда питающая трехфазная сеть ввиду ее протяженности или маломощности характеризуется значительными колебаниями величины выходного напряжения, подводимого к асинхронному электроприводу, устройство управления которого однако, не имеет возможности компенсировать эти возмущения. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей двухдвигательного электропривода путем обеспечения плавного пуска и равномерной загрузки его электродвигателей, а также улучшение его энергетических показателей. Поставленная цель достигается тем, что в двухдвигательном электроприводе, содержащем два трехфазных асинхронных двигателя с короткозамкнутым ротором и с жестким механическим соединением их валов с приводным механизмом; первый и второй трехфазные коммутаторы, предназначенные для подключения выводов статорных обмоток двигателей к питающей сети; третий трехфазный коммутатор, связанный с выводами статорных обмоток обоих двигателей, при этом упомянутые три коммутатора выполнены в виде симисторных регуляторов напряжения с тремя входными и тремя выходными зажимами каждый с индивидуальными блоками фазоимпульсного управления и с общей системой управления электроприводом, имеющей регулятор скольжения, два датчика активной мощности, подключенные входными гальванически развязанными цепями к первым статорным обмоткам двигателей три суммирующих элемента, промежуточный усилитель и вспомогательный источник согласующего напряжения смещения, причем три входных зажима первого семисторного коммутатора связаны каждый с соответствующей фазой питающей сети и с началами фаз статорной обмотки первого двигателя, концы фаз которой подключены к соответствующим выходным зажимам первого коммутатора, три входных зажима второго коммутатора связаны каждый с соответствующей фазой сети и с концами фаз статорной обмотки второго двигателя, начала фаз которого подключены к соответствующим выходным зажимам второго коммутатора, входные зажимы третьего коммутатора подключены пофазно к концам статорной обмотки первого двигателя, а выходные зажимы третьего коммутатора связаны пофазно с началами статорной обмотки второго двигателя; выход регулятора скольжения подключен непосредственно к управляющему входу блока фазоимпульсного управления третьим коммутатором, а также к первым входам первого и второго суммирующих элементов, выходы которых подключены соответственно к управляющим входам блоков фазоимпульсного управления первого и второго коммутатора, источник согласующего напряжения смещения связан с вторыми входами первого и второго суммирующих элементов, третьи дифференциальные входы которых подключены к выходу промежуточного усилителя, а выходные цепи первого и второго датчиков активной мощности связаны с двумя дифференциальными входами третьего суммирующего элемента, выход которого подключен к входу промежуточного усилителя. Двухдвигательный электропривод отличается от прототипа следующими признаками, обеспечивающими достижение поставленной цели: выполнением трех коммутаторов в виде трехфазных симисторных регуляторов напряжения с тремя входными и тремя выходными зажимами каждый и с индивидуальными блоками фазоимпульсного управления; исполнением общей системы управления электроприводом, содержащей регулятор скольжения, два датчика активной мощности, подключенные входными гальванически развязанными цепями к первым статорным обмоткам двигателей, три суммирующих элемента, промежуточный усилитель и вспомогательный источник согласующего напряжения смещения; соответствующим подключением трех упомянутых симисторных коммутаторов, согласованное управление которыми обеспечивает плавный пуск и оптимальное регулирование величин напряжения на статорных обмотках двигателей с выравниванием величин их вращающих моментов. На фиг. 1 приведена принципиальная схема двухдвигательного электропривода с блок-схемой системы его управления; на фиг. 2 - временные графики изменения напряжений; на фиг. 3 и 4 - характеристики вход-выход симисторных коммутаторов устройства при изменении величины напряжения питающей сети. Двухдвигательный электропривод содержит два трехфазных асинхронных двигателя 1 и 2 с короткозамкнутым ротором и с жестким механическим соединением их валов с приводным механизмом 3 электропривода. Для подключения выводов статорных обмоток первого 1 и второго 2 двигателя к фазам А, В, С питающей трехфазной сети предназначены первый 4 и второй 5 трехфазные коммутаторы, а выводы статорных обмоток двигателей 1 и 2 между собой связаны посредством третьего трехфазного коммутатора 6. При этом коммутаторы 4-6 выполнены в виде трехфазных симисторных регуляторов напряжения с тремя входными и выходными зажимами каждый и с индивидуальными блоками 7-9 фазоимпульсного управления, работа которых согласована с питающей трехфазной сетью (А, В, С) посредством общего устройства 10 синхронизации. Три входные зажима первого симисторного коммутатора 4 связаны каждый с соответствующей фазой (А, В, С) питающей сети и с началами фаз статорной обмотки первого асинхронного двигателя 1, концы фаз которой подключены к соответствующим выходным зажимам первого коммутатора, причем при отпирании симисторов первого коммутатора 4 статорные обмотки первого двигателя оказываются подключенными к фазам А, В, С питающей сети по схеме треугольника, т. е. с подведением к каждой статорной обмотки двигателя 1 соответствующего линейного напряжения сети. Три входных зажима второго симисторного коммутатора 5 связаны каждый с соответствующей фазой (С, А, В) питающей сети и с концами фаз статорной обмотки второго асинхронного двигателя 2, начала фаз которого подключены к соответствующим выходным зажимам коммутатора 5, причем при отпирании симисторов коммутатора 5 статорные обмотки второго двигателя оказываются подключенными к фазам А, В, С питающей сети по схеме треугольника, т.е. также с подведением к каждой статорной обмотке двигателя 2 соответствующего линейного напряжения сети. Соответствующие входные зажимы третьего симисторного коммутатора 6 связаны с выходными зажимами первого коммутатора 4 и подключены пофазно к упомянутым концам статорной обмотки первого двигателя 1, а выходные зажимы, связаны с выходными зажимами второго коммутатора 5 и подключены пофазно к упомянутым началам статорной обмотки второго двигателя 2, причем при отпирании симисторов третьего коммутатора 6 статорные обмотки двигателей 1 и 2 оказываются соединенными пофазно, согласно и последовательно между собой и одновременно подключенными к фазам (А, В, С) питающей сети по схеме последовательного треугольника, т.е. с подведением к каждой статорной обмотке первого или второго двигателя половины величины соответствующего линейного напряжения сети. Общая система управления двухдвигательным асинхронным электроприводом, осуществляющая согласованное фазоимпульсное управление его симисторными коммутаторами 4-6 с их упомянутыми индивидуальными блоками 7-9, содержит регулятор 11 скольжения, два датчика 12 и 13 активной мощности, подключенные входными гальванически развязанными цепями измерения напряжения и тока к первым статорным обмоткам двигателей 1 и 2, три суммирующих элемента 14-16, промежуточный усилитель 17 и вспомогательный источник 18 согласующего напряжения смещения. При этом выход регулятора 11 скольжения непосредственно подключен к управляющему входу блока 9 третьим симисторным коммутатором 6, а также к первым входам первого 14 и второго 15 суммирующих элементов, выходы которых подключены соответственно к управляющим входам блоков 7 и 8 первого 4 и второго 5 симисторных коммутаторов. Соответственно источник 18 согласующего напряжения смещения связан с вторыми входами элементов 14 и 15, третьи дифференциальные входы которых подключены к выходу введенного усилителя 17. Выходные цепи используемых датчиков 12 и 13 связаны с двумя дифференциальными входами третьего элемента 16, выход которого подключен к входу усилителя 17. Регулятор 11 скольжения выполнен по типовой схеме автоматического регулирования по отклонению и содержит, например, регулятор 19, входными цепями связанный с устройством 20 задания и с устройством обратной связи, выполненным, например, в виде синхронного тахогенератора 21 переменного тока, механически связанного с выходным валом двухдвигательного асинхронного электропривода. При этом в статическом и установившемся режиме работы электропривода регулятор 11 скольжения, воздействуя на входы трех блоков 7-9 трех коммутаторов 4-6, устанавливает тем самым необходимую величину напряжения трехфазного переменного тока на статорных обмотках обоих двигателей 1 и 2 электропривода, соответствующего постоянству величины оптимального скольжения асинхронных двигателей и соответственно минимуму потерь в электроприводе. Особенности работы устройства фазоимпульсного управления тремя симисторными коммутаторами 4-6, поясняются временными графиками фиг. 2, где применительно к первой фазе устройства, включающей первые статорные обмотки асинхронных двигателей 1 и 2 с подключенными к ним, соответственно, двумя датчиками 12 и 13 активной мощности, приведены на интервале периода изменения питающего напряжения сети (А, В, С): изменения напряжения на первой статорной обмотке первого асинхронного двигателя 1 (фиг. 2а); изменения напряжения на второй статорной обмотке второго асинхронного двигателя 2 (фиг. 2б); изменение суммарного внутреннего сигнала в третьем блоке 9 фазоимпульсного управления третьим симисторным коммутатором 6 (фиг. 2в); изменение суммарного внутреннего сигнала в первом блоке 7 фазоимпульсного управления первым симисторным коммутатором 4 (фиг. 2г); изменение суммарного внутреннего сигнала во втором блоке 8 фазоимпульсного управления вторым симисторным коммутатором 5 (фиг. 2д). Подаваемые в блоки 7-9 вспомогательные пилообразные напряжения, показанные на фиг. 2в, г, д, совпадают по фазе благодаря фазированию от общего устройства 10 синхронизации и имеют одинаковые амплитуды, что предопределяет и одинаковый уровень номинального сигнала управления напряжения постоянного тока, подаваемого на соответствующий вход любого из трех блоков 7-9 в соответствии с используемым принципом вертикального управления, причем по достижении сигналом управления упомянутого номинального уровня угол отпирания симистора соответствующего коммутатора изменяется от исходного (180о) до значения 0о, что соответствует полному отпиранию симистора в обоих полупериодах изменения питающего напряжения переменного тока. Однако, уровни управляющих сигналов постоянного тока, подаваемые на управляющие входы блоков 7-9, различны, поскольку выходной сигнал регулятора 11 скольжения подводится к управляющему входу блока 9 непосредственно, а к управляющим входам блоков 7 и 8 посредством соответственно первого 14 и второго 15 суммирующих элементов, т.е. с дополнительным подводом согласующего напряжения смещения источника 18, а также выходного сигнала промежуточного усилителя 17. При этом, в частности, величина согласующего напряжения смещения источника 18 составляет 2/3 от упомянутого номинального уровня сигналов управления блоков 7-9, что соответственно приводит к отстающему сдвигу на 2/3 полупериода или интервалу в 120о отпирающих импульсов управления, вырабатываемых первым 7 и вторым 8 блоками фазоимпульсного управления, и показано на временных графиках фиг. 2,в,г,д. Такое опережающее управление третьим блоком 9 позволяет обеспечить плавный пуск двухдвигательного асинхронного электропривода схемы (фиг. 1), производимым на начальном этапе отпиранием симисторов лишь третьего коммутатора 6, управляемого блоком 9 и связывающего при этом статорные обмотки асинхронных двигателей 1 и 2 по схеме последовательного треугольника, т.е. с пониженным уровнем напряжения питающей сети А, В, С. И лишь затем на заключительном этапе пуска, когда величина углов отпирания симисторов третьего коммутатора 6 достигает 1/3 полупериода (60о), начинается с упомянутым сдвигом 120о процесс отпирания симисторов первого 4 и второго 5 симисторных коммутаторов, автономно подключающих на интервалах своего отпирания статорные обмотки соответственно первого 1 и второго 2 двигателей по схемам одинарных треугольников к фазам (А, В, С) питающей трехфазной сети. В итоге упомянутого согласованного управления симисторными коммутаторами 7-9 в двухдвигательном асинхронном электроприводе по окончании его плавного пуска устанавливается статистический установившийся режим работы, который характеризуется процессом вольто-добавочного регулирования напряжения переменного тока на статорных обмотках первого 1 и второго 2 двигателей, показанного на временных графиках фиг. 2а, б. При этом на каждом полупериодном интервале (О-













































Формула изобретения
ДВУХДВИГАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД, содержащий два трехфазных асинхронных двигателя с короткозамкнутым ротором и с жестким механическим соединением их валов с приводным механизмом, первый и второй трехфазные коммутаторы, предназначенные для подключения выводов статорных обмоток двигателей к питающей сети, третий трехфазный коммутатор, связанный с выводами статорных обмоток обоих двигателей, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей электропривода путем обеспечения плавного пуска и равномерной загрузки его электродвигателей, улучшения энергетических показателей, три коммутатора выполнены в виде симисторных регуляторов напряжения с тремя входными и тремя выходными зажимами каждый, с индивидуальными блоками фазо-импульсного управления, общей системой управления электроприводом, регулятор скольжения, два датчика активной мощности, подключенные входными гальванически развязанными цепями к первым статорным обмоткам двигателей, три суммирующих элемента, промежуточный усилитель и вспомогательный источник согласующего напряжения смещения, три входные зажима первого симисторного коммутатора связаны каждый с соответствующей фазой питающей сети и с началами фаз статорной обмотки первого двигателя, концы фаз которой подключены к соответствующим выходным зажимам первого коммутатора, три входных зажима второго коммутатора связаны каждый с соответствующей фазой сети и с концами фаз статорной обмотки второго двигателя, начала фаз которой подключены к соответствующим выходным зажимам второго коммутатора, входные зажимы третьего коммутатора подключены пофазно к концам статорной обмотки первого двигателя, а выходные зажимы третьего коммутатора связаны пофазно с началами статорной обмотки второго двигателя, выход регулятора скольжения подключен непосредственно к управляющему входу блока фазо-импульсного управления третьим коммутатором, а также к первым входам первого и второго суммирующих элементов, выходы которых подключены соответственно к управляющим входам блоков фазо-импульсного управления первого и второго коммутаторов, источник согласующего напряжения смещения связан с вторыми входами первого и второго суммирующих элементов, третьи дифференциальные входы которых подключены к выходу промежуточного усилителя, а выходные цепи первого и второго датчиков активной мощности связаны с двумя дифференциальными входами третьего суммирующего элемента, выход которого подключен к входу промежуточного усилителя.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4