Pierwszenstwo: Opublikowano: 25. X. 1965 49722 KI. 21c, 62/01 MKP H 02 p UKD jBIBLIOH Twórca wynalazku: doc. mgr inz. Józef Rabiej Wlasciciel patentu: Politechnika Szczecinska (Katedra Maszyn Elektrycznych), Szczecin (Polska) Uklad napedowy silników pradu stalego i zmiennego w pola¬ czeniu równoleglym o plynnej regulacji predkosci obrotowej Przedmiotem wynalazku jest elektryczny uklad napedowy silnika bocznikowego pradu stalego, za¬ silanego z sieci pradu trójfazowego poprzez pro¬ stownik stykowy i klatkowego silnika indukcyj¬ nego o wirujacym stój anie, zasilanego z sieci pra¬ du zmiennego, w celu uzyskania plynnej regulacji predkosci obrotowej o szerokim zakresie, od oko¬ lo O1 do 4500 lub 6000 obr/min w obu kierunkach wirowania.Regulacja o szerokim zakresie predkosci obro¬ towej walu napedowego, w wspomnianych grani¬ cach, przede wszystkim z osiagnieciem tak wyso¬ kiej predkosci obrotowej rzedu 6000 obr/min jako górnej granicy bez posrednictwa jakichkolwiek przekladni mechanicznej, nastrecza obecnie powaz¬ ne trudnosci i prowadzi do skomplikowanych i drogich ukladów napedowych, zlozonych z kilku maszyn elektrycznych. Mozna tutaj wymienic przy¬ kladowo tzw. uklad Leonarda, zlozony z trzech elektrycznych maszyn glównych, lub uklady ma¬ szyn pradu stalego lub zmiennego z zastosowaniem przeksztaltników elektronowych ze sterowaniem siatkowym, które dotychczas budowane sa w spo¬ sób tradycyjny na zakres regulacji predkosci obro¬ towej o granicy górnej o wiele nizszej, niz pro¬ ponowany w opisywanym ukladzie.Uklad napedowy silników pradu stalego i zmien¬ nego w polaczeniu równoleglym, bedacy przedmio¬ tem niniejszego wynalazku, przewidziany jest do zastosowania w napedach, wymagajacych plynnej i szerokiej regulacji predkosci obrotowej z osiag¬ nieciem wysokiej 'predkosci jako górnej granicy, przy czym jego zastosowanie powoduje uproszcze¬ nie urzadzen regulacyjnych i tym samym obnizenie 5 kosztu calosci ukladu. Ponadto, regulacja pred¬ kosci obrotowej w przedmiotowym ukladzie nie powoduje dodatkowych strat mocy i tym samym nie obniza sprawnosci ukladu. Wskutek tego opi¬ sywany uklad napedowy moze znalezc szersze za- 10 stosowanie praktyczne.Przedmiot wynalazku, a mianowicie konstrukcja i zasada dzialania wymienionego ukladu napedo¬ wego, wyjasnione sa na przykladzie wykonania przedstawionego na rysunku fig. 1 i fig. 2. Uklad sklada sie z dwóch sprzezonych z soba bezposred¬ nio maszyn elektrycznych A oraz B, pokazanych na fig. 1 rysunku, Maszyna A jest to silnik bocz-* nikowy pradu stalego, przystosowany do regulacji swojej predkosci obrotowej, za pomoca zmniejsze¬ nia natezenia pradu wzbudzenia magnesnicy w gra¬ nicach od 1500-3000 obr/min. Poza tym, silnik nie rózni sie od zwyklych silniHów bocznikowych pra¬ du stalego. Maszyna B jest to klatkowy silnik in¬ dukcyjny, trójfazowy, rózniacy sie od normalnych 25 silników klatkowych tym, ze jego stojah, czyli twornik 3 osadzony jest na lozyskach i moze wi¬ rowac tak jak jego wirnik 4. Silnik ten posiada dwie pary biegunów magnetycznych, a wiec pred¬ kosc synchroniczna pola stojana, przy zasilaniu pradem trójfazowym z sieci R, S, I o czestotli- 15 20 30 49722^ 3 wosci 50 Hz, wynosi 1500 obr/min. Obie maszyny zasilane sa równolegle z tej samej sieci normal¬ nego pradu trójfazowego, co pokazane jest sche¬ matycznie na fig. 2, przy czym silnik pradu stale¬ go A. jest zasilany poprzez prostownik stykowy Pr. 1, a silnik indukcyjny B poprzez pierscienie slizgowe Ps i przelacznik PI. 1, ustawiony w po¬ lozeniach skrajnych.Zasada dzialania ukladu i sposób regulacji pred¬ kosci obroJó^weU walu napedowego sa jak naste¬ puje. Silnik. praMu stalego A posiada regulowana predkosc obrotowa w zakresie od 1500 do 3000 obr/min, natomiast silnik indukcyjny B nie posiada w ogóle regulacji predkosci, a pole obrotowe jego stojana wirujacego 3 ma stala predkosc obrotowa 1500 obr/min. Obie maszyny A i B mozna tak po¬ laczyc elektrycznie, ze ich obroty beda mialy kie¬ runek zgodny ktb przeciwny. Polaczenia te poka¬ zane schematycznie na fig. 2 rysunku, nie wyma¬ gaja blizszych wyjasnien. W przypadku, gdy obie wspomniane maszyny polaczone sa przeciwsobnie, tzn. ich obroty maja przeciwne kierunki, otrzy¬ muje sie zakres regulacji predkosci od okolo 0 do 1500 obr/min, przy czym regulacja odbywa sie przez zmiane natezenia pradu magnesnicy silnika.W przypadku tym moc pobierana jest tylko przez silnik pradu stalego A i oddawana jest czesciowo poprzez wal silnika B maszynie roboczej MR, a cze¬ sciowo zwracana jest na siec pradu zmiennego poprzez pierscienie slizgowe Ps maszyny B, która w tym przypadku pracuje jako pradnica asynchro¬ niczna. Drugi zakres regulacji predkosci w grani¬ cach od 1500 do 3000 obr/min, otrzymuje sie w przypadku, gdy pracuje tylko silnik pradu sta¬ lego A. Druga maszyna B musi byc w tym przy¬ padku odlaczona od sieci, a jej stojan obrotowy 3 i wirnik 4 zesprzeglone ze soba, co jest mozliwe na drodze mechanicznej lub elektromagnetycznej, przez zasilenie uzwojenia stojana wirujacego, tj. twornika 3 pradem stalym, przez co maszyna B bedzie pracowala teraz w charakterze sprzegla elektrodynamicznego. Przelaczenie to odbywa sie przy pomocy przelacznika PI. 1, pokazanego na rysunku fig. 2, a zasilanie jest zrealizowane pra¬ dem stalym, poprzez transformator pomocniczy Tr oraz stykowy prostownik pomocniczy Pr. 2. Trzeci zakres regulacji predkosci obrotowej w granicach od 3000 do 4500 obr/min otrzymuje sie przez pola¬ czenie zasobne obu maszyn A i B, tzn. w przy¬ padku, gdy obie te maszyny sa tak polaczone, ze ioh obroty maja ten sam kierunek. Moc pobierana jest wtedy z sieci przez olbie maszyny A i B, pra¬ cujace w charakterze silników i oddawana jest wspólnie na wale napedowym maszynie robo¬ czej MR. Stosujac w stójanie wirujacym, tj. w twor- niku 3 maszyny indukcyjnej B, przelaczenie licz¬ by p par biegunów magnetycznych z p = 2 na p = l, uzyskuje sie jeszcze czwarty zakres regu¬ lacji, a mianowicie. od 4500 do 6000 obr/min, a to w przypadku polaczenia zasobnego obu maszyn A i B. Wymaga to jednak zwiekszenia liczby pierscieni slizgowych Ps do 6-ciu sztuk, co pokaza¬ ne jest schematycznie na fig. 3 rysunku, przy czym przelaczenie to odbywa sie za pomoca dodatkowe¬ go przelacznika PI. 2. W ten sposób mozliwa jest 4 regulacja predkosci obrotowej w zakresie od ok. 0 do ok. 6000 obr/min z podzialem "na cztery podza- kresy: 0 do 1500, 1500 do 3000, 30ÓÓ do 4500 i 4500 do 6000 obr/min. 5 ¦ Opisany uklad napedowy przeznaczony jest za¬ sadniczo do pracy przy stalym momencie. Jego charakterystyki mechaniczne sa charakterystykami wypadkowymi obu masizyn skladowych i maja 10 charakter podobny jak charakterystyki mechanicz¬ ne tych maszyn, a wiec w czesci uzytecznej wy¬ kazuja charakter bocznikowy. Charakterystyki te przedstawione sa w postaci wykresów na fig. 4 rysunku. Charakterystyki oznaczone liczbami od 15 1 do 5, sa charakterystykami silnika boczaikovego pradu stalego A przy róznym wzbudzeniu jego magnesnicy, dla zakresu regulacji od 1500 do 3000 obr/min, przy czym symbolem Mn — ozna¬ czono moment nominalny, a Mzw — moment zwar- 20 cia. Krzywe 6 i 7 sa charakterystykami maszyny indukcyjnej B dla zasobnego i przeciwsobnego biegu tej maszyny (Mmax* — moment maksymalny).Krzywe 1' do 5' sa charakterystykami wypadko¬ wymi w przypadku pracy zasobnej obu maszyn 25 skladowych, a wiec dla zakresu regulacji predkosci od 3000 do 45001 obr/min, a krzywe oznaczone liczbami od 1" do 5" sa charakterystykami wy¬ padkowymi przy pracy przeciwsobnej obu maszyn skladowych, tj. dla zakresu regulacji od 0 do 30 1500 obr/min. Charakterystyki dla zakresu regu¬ lacji od 4500 do 6000 obr/min nie sa pokazane na fig. 2 rysunku, lecz moga byc w podobny sposób skonstruowane. 35 Obie maszyny skladowe A i B moga byc pola¬ czone konstrukcyjnie w jedna calosc w wspólnej obudowie, tworzac w ten sposób jedna maszyne, która mozna nazwac „silnikiem -podwójnym pradu stalego i zmiennego". Jedna z odmian konstruk- 40 cyjnych takiego silnika pokazano koncepcyjnie na fig. 5 rysunku w nazwanym tutaj „ukladzie po¬ dluznym", gdyz obie maszyny skladowe A i B sa umieszczone obok siebie na osi podluznej. Otrzy¬ mamy w ten sposób w wspólnej obudowie; jeden 45 stojan, oznaczony liczba 1, którym jest magnesnica silnika A, oraz dwa wirniki, z których jeden utworzony jest przez sztywne polaczenie bezpo¬ srednie twornika 2 silnika A i twornika 3 silni¬ ka B, a drugim wirnikiem jest wirnik 4. silnika B. 50 Silnik posiada dwa podwójne lozyska, umiejsco¬ wione po obu stronach walu, co ulatwia ich kon¬ serwacje. Na fig. 6 rysunku pokazana jest kon¬ cepcyjnie druga odmiana konstrukcyjna wspomnia- 55 nego silnika podwójnego, w nazwanym tutaj ukla¬ dzie koncentrycznym, gdyz oba silniki skladowe A i B umieszczone sa koncentrycznie jeden w dru¬ gim. Równiez i w tym przypadku otrzymujemy w wspólnej obudowie, jeden stojan 1, wirnik ze- 60 wnetrzny zlozony przez bezposrednie zlaczenie twornika 2 maszyny A z twornikiem 3 maszyny B, oraz wirnik wewnetrzny 4 maszyny B osadzony bezposrednio na wale. Lozyska zgrupowane sa tutaj po obu krancach walu, podobnie jak w po- 5 przednio opisanej odmianie.49722 W przedstawionym w niniejszym opisie ukladzie napedowym wzglednie w silniku podwójnym, przy¬ jeto dla przykladu calkowity zakres regulacji pred¬ kosci obrotowej w granicach od 0 do tfOOG obr/min z podzialem na wymienione cztery podzakresy.W ogólnosci, mozliwe jednak jest przyjecie innych podzakresów regulacji, jak równiez mozliwa jest, o ile jest to potrzebne, bez przelaczania plynna rewersja obrotów. Ponadto mozliwe jest uzyskanie stabilizacji predkosci obrotowej przez zastosowanie do sterowania magnesnicy silnika skladowego A, wzmacniacza magnetycznego lub elektronicznego ze sprzezeniem predkosciowym lub równiez ze sprzezeniem pradowym. PL