CS198698B1 - Zapojení pro řízení otáček třífázových asynchronních motorů s kotvou nakrátko - Google Patents

Description

Vynález se týká zapojení pro řízení otáček třífázových asynchronních motorů s kotvou akrátko s použitím třífázového převodového transformátoru. Je známo, že jednoduchost a spoleLivost třífázových motorů s kotvou nakrátko umožnila jejich velké rozšíření všude tam, le nebylo nutno řídit jejich otáčky.. Řízení jejich otáček, které musí být u těchto motorů ?ováděno nastavením napájecího kmitočtu, umožnil až rozvoj polovodičové techniky. K tomu1 účelu je vyvinuta řada dokonalých i méně dokonalých napáječů, většinou s tyriatorovými tínači. Jeden ze způsobů je zařízení nazývané nezávislý měnič, který pracuje tak, že tříízové napětí je usměrněno tyristorovým usměrňovačem a toto stejnosměrné napětí je převáděno 'ífázovým ty.ristořovým střídačem na nový žádaný kmitočet a napětím odpovídajícím požadovaní otáčkám motoru. Tato zařízení jsou však velmi drahá, i když v dokonalých verzích umožjí velmi přesnou regulaci a dovolují zvyšovat otáčky motoru nad synchronní otáčky se aítí.

k’ * Dalším typem napáječů jsou cyklokonvertory. Tato zařízení vytváří žádaný nový napájecí itočet motoru tyristorovými spínači přímo z třífázového napětí sítě 50 Hz bez meziusměrně. U dosud známých zapojení se to provádí tak, že z třífázové sítě ae přes tyristorové upiny pouští do vinutí motoru vždy určitý počet půlvln kladných a pak záporných ze sítě, ♦

mž se vytváří nové, přibližně obdélníkové napětí s kladnou nebo zápornou polaritou, cistorové skupiny jsou pak jednotlivě řízeny tak, aby do vinutí motoru měla tato nově tvořená napětí vzájemný posuv opět o 120°. Ve složitější verzi jsou ještě tyrlstory každé

698

198 898 skupiny vzájemně fázově zpožděně spínány, čímž se dosahuje současně i řízení výstupního napětí. Takovéto oyklokonvertory mívají pak 18 až 36 tyristorů. Složitější verze, se současnou regulaoí výstupního napětí musí mít pro každý tyristor samostatný řídicí obvod a příslušně složité i další ovládací obvody. Jednodušší verze bez zpožděného řízení dává na výstupu napětí o amplitudě odpovídající anqplitudě napájecího síťového napětí. To znamená, že toto zapojení dovoluje regulaci otáček motoru jen v pomšrnš malých mezích, neboť snížením kmitočtu dochází k příslušnému zvětšení efektivního proudu v jednotlivých vinutích motoru a tedy k jeho přetížení. Navíc oba typy uvedených cyklokonvertorů jsou používány pro získání kmitočtů značně nižších, než je kmitočet sítě. Dokonalé nezávislé měniče i dokonalé fázově řízené konvertory umožňují vytvoření pohonu s třífázovými asynchronními motory. Jejioh vlastnosti se blíží výhodným vlastnostem pohonů se stejnosměrnými motory. Jejioh nevýhodou jsou vysoké pořizovací náklady, které zabraňují jejich širšímu využití. V průmyslové praxi se aplikuje řada pohonů, u nichž se nevyžaduje extrémních vlastností, například konstantního zařízení', otáček či momentu motoru, ale sám charakter spotřebiče umožňuje nároky na jejioh kvalitu snížit. Jsou to například ventilátory, čerpadla, turbokompresory a další spotřebiče. Tyto spotřebiče často vyžadují při provoze snížení obrátek, co možná jednoduchými prostředky. Tyto předpoklady dosavadní známá zapojení nemají a jak bylo již shora uvedeno realizují se s poměrně značnými náklady.

Tyto dosavadní nevýhody odstraňuje zapojení pro řízení otáček třífázových motorů s kotvou nakrátko s použitím třífázového převodového transformátoru se třemi sekundárními vinutími se středními vývody. Podstatou zapojení je, že středové vývody tří sekundárních vinutí třífázového transformátoru jsou spojeny přes tři vinutí třífázového motoru se středovými vývody tří lineárních tlumivek, z niohž kažká je spojena koncovými vývody přes dva páry střídavě v protisměru zapojenými týristory s koncovými vývody sekundárních vinutí třífázového transformátoru, zatím co řídicí elektrody tyristorů jsou spojeny s jednotlivými výstupy řídioího systému.

Řídicí systém je vstupní svorkou spojen jednak přes volič nastavení s prvními vstupy šesti převodníků napětí - čas a jednak přes převodník napětí - kmitočet, dělič kmitočtu šes* · ti opatřený vstupní svorkou pro reverzaci směru dělení, s dokodérem spojeným jednak prvními třemi výstupy s první trojicí součinových hradel a s druhými vstupy druhé trojice převodníků napětí - čas a jednak druhými třemi výstupy s druhou trojicí součinových hradel a s druhými vstupy první trojice převodníků napětí - čas, přičemž druhé vstupy všech šesti součinových hradel jsou spojeny s výstupy po sobě následných převodníků napětí - čas, zatímoo výstupy všech součinových bradel jsou spojeny se vstupy po sobě následných řídicích obvodů, jejichž výstupy jsou spojeny tak, že první řídicí obvod je spojen s řídicí elektrodou prvního a druhého tyristorů, druhý řídicí obvod s řídicí elektrodou jedenáctého a dvanáctého tyristorů, třetí řídicí obvod pátého a šestého tyristorů, čtvrtý řídicí obvod s řídicí elektrodou třetího a čtvrtého tyristorUj pátý řídicí obvod s řídicí elektrodou devátého a desátého tyristoru, šestý řídicí obvod 3 řídioí elektrodou sedmého a osmého tyristorů.

Hlaviií předností předloženého zapojení je, že tvoří přímý tyristorový mšnič kmitočtu, ^{198 898} rfcerý umožňuje poměrně jednoduchými prostředky získat napájecí kmitočet s plynulou volbou cmitootu od kmitočtu sítě směrem dolů. Zapojení vytváří napětí, blížící se neginunovému tvaru a současně dosahuje průběh nesihusových proudů ve vinutí motoru při zachování sledu fází posunutých o 120°.

Vynález blíž e objasní přiložený výkres, kde na obr. 1 je uvedeno zapojení třífázového notoru s kotvou nakrátko přes třífázový transformátor, tyristory a ochranné tlumivky s říiicím systémem, na obr. 2 je uvedeno zapojení, řídícího systému a na obr. 3 grafické znázornění průběhu napětí.

Pro přehlednost zapojení je na obr. 1 třífázový motor s kotvou nakrátko naznačen jen třemi vinutími 16. 17. 18. Třífázový transformátor 20 má tři primární vinutí 21. 22. £2 s fázovým označením přívodů RST. Tři sekundární vinutí 24. 25 26 jsou koncovými vývody spojena vždy se dvěma páry střídavě v protisměru zapojenými tyristory 1, 2, 2» 4, 2» £, 2, 8, 2.» 10, 11. 12. z nichž každý pár je připojen na jeden z vývodů každé ze tří lineárních tlumivek 12. 11» 12* .Střední vývody tří tlumivek 13. 14. 15 jsou spojeny přes tři vinutí 16. 1£

Jj3 třífázového motoru se třemi středními vývody sekundárních vinutí 24. 25. 26 třífázového transformátoru 20. Řídicí elektrody tyristorů i, 2, 2» 4» 2» 2» 2» 2» 12· 11· 12 jsou spojeny každá se samostatným výstupem řídicího systému 19.

Příklad praktického provedení řídicího systému 19 je patrný z obr. 2. Hlavní spojovací článek tvoří dekodér 22· jehož vstup je spojen se vstupní svorkou 61 řídicího signálu přes převodník 62 napětí - kmitočet a dělič kmitočtu 63 Šesti doplněný svorkou 64 vstupu pro reverzaoi směru dělení. Vstupní svorka 63, je ještě spojena přes volič 67 nastavení s prvními vstupy šesti převodníků 21» 22» 22» 21» 22· 36 napětí - čas. První tři výstupy dekodéru 65 jsou spojeny s prvními výstupy první trojice součinových hradel 41. 42. 43 a s druhými vstupy druhé trojice převodníků 21» 22» 36 napětí - čas. Druhé tři výstupy dekodéru 65 jsou spojeny se druhou trojicí součinových hradel 44. 45. 46 a s druhými vstupy první trojice převodníků 21· 22» 22 napětí - čas. Druhé vstupy všech šesti součinových hradel 41. 42.

12· 11» 45. 46 jsou spojeny e výstupy po sobě následujících převodníků 21» 22» 22» 34. 35.

napětí - čas. Výstupy šesti součinových hradel 41. 42. 43. 44. 45. 46 jsou spojeny se vstupy po sobě následných řídioích obvodů 51, 52. 53. 54. 55. 56. přičemž jejichž výstupy nejsou zapojeny za sebou v řadě. První řídicí obvod 51 je epojen s řídicí elektrodou prvního a druhého tyristoru 1 a 2. Druhý řídicí obvod 52 je spojen s řídicí elektrodou jedenáctého a dvanáctého tyristoru 11, 12. Třetí řídicí obvod 53 je spojen s řídicí elektrodou pátého a šestého tyristoru 2, a 6. čtvrtý řídicí obvod 54 je spojen s řídicí elektrodou třetího a čtvrtého tyristoru 2 ^a !· Pátý řídicí obvod 55 je spojen s řídicí elektrodou devátého a desátého tyristoru, 2 ^a 12· Šestý řídicí obvod 56 s řídicí elektrodou sedmého a osmého tyristoru 2 e 3.

Pro objasnění funkční-podstaty vynálezu je připojen grafický diagram napěťových průběhů pro kmitočet 25 Hz na obr. 3. Na prvním řádku shora jsou naznačeny průběhy síťového napětí na vstupních svorkách třífázového transformátoru ve vstupních fázích R S T . Na druhém řádku vstupní fáze £ převedená na výstupní fázi £. Na třetím řádku vstupní fáze 2 převedená na

198 998 výstupní fázi χ na čtvrtém řádku vstupní fáze £ převedená na výstupní fázi £. Prinoip spočívá v tom, že původní síťový kmitočet, jež v třífázovém zapojení vstupních fází RST tvoří točiné pole 50 Hz a jež při napájení dvojčinného třífázového transformátoru 20 umožňuje získání napětí ještě i o 180° posunutých, je připínáno tyristory i, £, £, 4, £, £,

2.» 2» 2» 2&» XI, 12 ^v začátcích period nového, nižšího kmitočtu bez ohledu na okamžitou velikost, přičemž jsou vždy vybrány polarity síťového napětí odpovídající požadované okamžité polaritě nového kmitočtu, který má svoje výstupní fázová napětí XYZ opět vzájemně posunuta o 120°, přičemž efektivní proudy v jednotlivých, samostatně napájenýoh vinutích 16. 17. 18 motoru jsou omezovány jednak lineárními tlumivkami £2, £4, 15 v těohto obvodech a jednek délkou trvání proudu - proudového impulsu složeného z jednotlivých půlperiod částečných i celých původního napájeoího síťového kmitočtu.

Funkce zapojení třífázového motoru s řídicím systémem pracuje za provozu takto. Zdrojem řídicího kmitočtu je převodník 62 napětí - kmitočet, jež při extrému, řídicího stejnosměrného napětí na vstupu dává kmitočet 6-ti násobně větěí než je kmitočet sítě. Při meněíoh napětích pak dává kmitočet úměrně nižší. Výstupní kmitočet z převodníku 62 napětí - kmitočet je pak dělen děličem kmitočtu 63 šesti, jež může být vybaven i vstupem 64 pro reverzaoi směru dělení. Po dekódováni dekodérem 65 se získají postupné se opakující záporné řídicí impulsy na jeho výstupech. Tyto impulsy jsou přivedeny na druhé vstupy součinovýoh hradel 41, 42, 43. 44. 45. 42 jako sled šesti po sobš jdoucíoh impulsů v intervalech 1/6 nového kmitočtu, takže na jednotlivých vstupech následují po sobě impulsy s kmitočtem 1/6 kmitočtu převodníku 62 napětí - kmitočet. Se zpožděním třech impulsů výstupů z dekodéru jsou přivedeny k prvním vstupům součinových hradel přes k nim příslušné převodníky JI, 32. 33. 34. 35. 36 napští - čas, které spouštěné zápornou hranou impulsů z dekodérů 65 dávají vždy impuls o déloe přímo úměrné velikosti řídicího stejnosměrného nepětí na řídicí vstupní Svorce 61 upraveného voličem nastavení 67 pro nastavení velikosti kroutícího momentu motoru. Délky Impulsů těohto převodníků 31, 32, 33, 34, 35, 36, napětí - čas určuje u všeoh společně a souhlasně napětí přivedené na jejioh ovládaoí vstupy. Jejioh nejkratší časový impuls je při aejvyšším kmitočtu převodníku 62 napětí - kmitočet a je to impuls délky 1/6 kmitočtu. Při nastavení nejnižšího řídioího vstupního stejnosměrného napětí a nastavení nejmenší vlivnosti voliče nastavení 2Z jsou pak generované impulsy těchto převodníků 21, 22, 33. 21, 22, 26 souhlasně nastaveny tak, aby doba trvání jejioh impulsu nepřesáhla poloviční dobu nového kmitočtu - tedy třeoh impulsů z dekodéru 65 s odečtením doby trvání půlperiody síťového kmitočtu,

Oož při síťovém kmitočtu 50 Hz je 10 milisekund. Tím je zajištěno, že nebude přes tyristory 1, 2, 2, 1» 2» 2» Z, 2, 2, 12, 11, 12 připojena poslední půlperioda síťového napští, která by mohla přejít přes žádanou nulovou hodnotu nového kmitočtu, ve které již příslušný tyristor je zapalován a který přivádí do příslušného vinutí napští s opačnou polaritou, tím nemůže dojít ke zkratovým obvodovým proudům. Aby tato podmínka byla zvláště u nižších kmitočtů zajištěna, je na součinovýoh hradlech 41, 42, 43. 44. 45. 46 prováděn logioký součin, který zajistí, že i po případném prodloužení impulsu z převodníku 21» 22, 33. 34, 35. -36 napětí - oas impuls z dekodéru 65 zpožděný o tři impulsy zablokuje součinové hradlo a vliv prodlouženého impulsu a eliminuje. Na výstupech součinovýoh hradel 41, 42. 22» 22» 22» 12 ^se tedy

198 888 postupné objevují záporné impulsy v rytmu nového kmitočtu, jejichž délka je podle nastavení napětí na převodnících 31. 32. 33. 34. 35. 36 napětí - čas maximálně taková, že nemůže přesáhnout délku trvání jedné půlperiody nového kmitočtu s odečtením doby trvání půlperiody síťového napětí, tj. 10 milisekund. Výstupní impulsy součinových hradel 41. 42. 43. 44.

45. 46 pak přímo ovládají připojené řídicí obvody 51. 52. 54. 55. 56 jež po dobu otevření impulsu z příslušného součinového hradla na úrovni L generují stálou řadu opa-, kujících se zapalovacích impulsů s poměrně vysokým vlastním kmitočtem několika kHz do řídicích elektrod výkonových tyrietorů 1, £, J, £, £, £, £, 8, £, £0, ll. 12 a to vždy současně do dvou. Přitom výběr, který z dvojice tyristorů se má otevřít určuje ještě okamžitá polarita napájecího síťového napětí na sekundárních vinutích napájecího transformátoru Í£. Řídicí obvody £1, £2, ££, ££, ££, 56 pak spínají výkonové tyristory 1, 2, £, £, £, 6,

Z, £» 12» 11» 11» 3θ·^ patrno z obr. 3, takže jde do prvního vinutí 16 motoru kladná polarita napětí sítě jako výstupní fáze X, v dalším kroku do třetího vinutí 18 motoru záporná polarita ze sítě jako výstupní fáze Z, dále do druhého vinutí 17 motoru kladná polarita ze sítě jako výstupní fáze £ a opět do prvního vinutí 16 motoru záporná polarita se sítě jako výstupní fáze X, dále do třetího vinutí 18 kladná polarita ze sítě jako výstupíí fáze Z a nakonec do druhého vinutí 17 záporná polarita sítě £ a stále dokola. V případě, že je na vstupní svorce 64 pro reverzaci směru k dělení čítače změněný směr, vymění se i jraysl postupných kroků opačným směrem. Což znamená změnu smyslu otáčení poháněného motoru.

Je zřejmé, že při snížení kmitočtu motor se vyžaduje rovněž snížení napájecí napětí, by nebyla jednotlivá vinutí motoru přílišnými proudy přetížena. Toto omezení proudů z čási provádí omezovači lineární tlumivky 13. 14. 15. Další omezení je pak provedeno nastavením

V oliče 67 velikosti kroutícího momentu, jímž se nastaví poměr ovlivňování řídicích vstupů řevodníků 31. 32. 33. 34. 35, 36 napětí - čas řídicím vstupním stejnosměrným napětím na stupni svorce 61. Nastavením malé vlivnosti pak zůstává i při snižování řídicího napětí, iy se určuje nový kmitočet sledu kroků na výstupech řídicích obvodů 51. 52. 53. 54. 55. 56. istává řídicí napětí na převodnících 31. 32. 33. 34, 35. 36 stále vysoké a tyto generují ?átké impulsy. V této délce jsou pak generovány i impulsy z řídicích obvodů 51. 52. 53. ££,

L» 56 a tedy' i příslušné tyristory 1 až 12 jsou spínány s vinutím 16. 17. 18 motoru.i Lpovídajíoí krátkou dobu. Motor se takto nepřetíží, i když jeho činnost pak spíše odpoví1 činnosti krokového motoru. Není však nadměrnými efektivními proudy přetěžována. Je-li ^;eba zvednout kroutící moment motoru v nižších otáčkách, přestaví se volič 67 nastavení likosti kroutícího momentu až tak, že současně zůstávají řídicí impulsy u jednotlivých oků tak dlouhé, že výkonové tyristory připojují v příslušných polaritách síťového napětí celou půlperiodu nové frekvence jednotlivé cívky motoru k síti. A v tomto režimu je mop zřejmě přetížen, což však může být při některých aplikacích žádoucí a nemusí být na vadu, trvá-li jen krátce. Takový stav je výhodný například při rozběhu zařízení s velkým Sátéčním momentem nebo s velkým momentem setrvačnosti. To například při pohonu pístových npresorů.

Z příkladného zapojení je zřejmé, že nový způsob řízení otáček třífázových asynchronních

198 898 motorů je poměrně vůči jiným zapojením jednoduchý, neboť ke komutaci výkonových tyristorů je využíváno napětí sítě a proti známým oyklokonvertorům má ještě možnost regulovat otáčky motoru od synchronních otáček se sítí směrem dolů.

Claims (2)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1, Zapojení pro řízení otáček třífázových asynchrónníoh motorů s kotvou nakrátko s použitím třífázového převodového transformátoru se třemi sekundárními vinutími se středovými vývody, vyznačené tím, že středové vývody tří sekundárních vinutí (24, 25, 26) třífázového transformátoru (20) jsou spojeny přes vinutí (16, 17, 18) třífázového motoru se středovými vývody tří lineárních tlumivek (13, 14, 15) z niohž každá je spojena koncovými vývody přes dva páry střídavě v protisměru zapojenými tyristory (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12) s koncovými vývody sekundárních vinutí (24, 25, 26) třífázového transformátoru (20), zatímco řídicí elektrody tyristorů (1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12) jsou spojeny každá se samostatným výstupem řídicího systému (19).
2. 2, Zapojení podle bodu 1, vyznačené tím, že řídicí systém (19) je vstupní svorkou (61) spojen jednak přes volič (67) nastavení s prvními vstupy šesti převodníků (31, 32, 33, 34, 35,

   36) napětí - čas a jednak přes převodník (62) napětí - kmitočet, dělič kmitočtu (63) šesti, opatřený vstupní svorkou (64) pro reverzaoi směru dělení, s dekodérem (65) spojeným jednak prvními třemi výstupy s první trojicí součinových hradel (41, 42, 43) a s druhými vstupy z druhé trojice převodníků (34, 35, 36) napětí - Sas a jednak druhými třemi výstupy a s druhou trojicí součinových hradel (44, 45, 46) a s druhými vstupy první trojióe převodníků (31, 32, 33) napětí - čas, přičemž druhé vstupy všech šesti součinových hradel (41,

   42, 43, 44, 45, 46) jsou spojeny s výstupy po sobě následných převodníků (31, 32, 33, 34, 35, 36) napětí - čas, zatímco výstupy věeoh součinových hradel (41, 42, 43, 44, 45, 46) jsou spojeny se vstupy po sobě následných řídicích obvodů (51, 52, 53, 54, 55, 56), jejichž výstupy jsou spojeny.tak, že první řídioí obvod (51) je spojen s řídicí elektrodou prvního a druhého tyristorů (1 a 2), druhý řídioí obvod (52) s řídioí elektrodou jedenáctého a dvanáctého tyristorů (11 a 12), třetí řídioí obvod (53) s řídicí elektrodou pátého a šestého tyristorů (5 a 6), čtvrtý řídioí obvod (54) s řídioí elektrodou třetího a čtvrtého tyristorů (3 a 4), pátý řídioí obvod (55) s řídioí elektrodou devátého a desátého tyristorů (9a 10) a šestý řídioí obvod (56) s řídicí elektrodou sedmého a osmého tyristoru (7 a 8).