RU2014723C1

RU2014723C1 - Two-motor electric drive

Info

Publication number: RU2014723C1
Authority: RU
Inventors: А.П. Инешин
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Электромашина"
Priority date: 1990-08-27
Filing date: 1990-08-27
Publication date: 1994-06-15

Abstract

FIELD: electrical engineering. SUBSTANCE: two-motor electric drive includes two three-phase motors identical by parameters with squirrel-cage rotors and rigid mechanical coupling of their shafts to drive mechanisms, first and second three-phase switches connecting leads of stator windings of correspondingly first and second asynchronous motor to terminals-phases of power supply network, third three-phase switch coupled to other leads of stator windings of motors. Salient feature of two-motor electric drive lies in that switches are manufactured in the form of three-phase triac voltage regulators with three input and three output terminals each and in that control system of drive has common slide control, three individual units of phase-pulse control over triac switches, two pickups of active power with D.C. output connected with input resistively uncoupled circuits to first stator windings of asynchronous motors, three summing elements, intermediate amplifier and source of matching bias voltage. EFFECT: enhanced operational efficiency. 4 dwg

Description

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. The invention relates to electrical engineering and can be used in various kinds of machines and mechanisms operating in the field, i.e. with a relatively low-power supply three-phase AC network, with significant fluctuations in the magnitude of its voltage relative to the nominal level.

Известны двухдвигательные системы электропривода, в том числе с общим механическим валом [1]. Known twin-engine drive systems, including those with a common mechanical shaft [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]. A known device of an asynchronous twin-motor drive, containing two identical by passport data asynchronous squirrel-cage motors with a rigid mechanical connection of their shafts with the shaft of the driven mechanism, which forms a twin-motor drive system with a common mechanical shaft. In this case, some conclusions of the stator windings of the motors are connected to the terminals of the supplying three-phase network by means of the first and second three-phase switches, respectively, and the other conclusions of the stator windings of the motors are directly and phase-wise connected to each other, with the formation of the so-called serial triangle circuit. In addition, the above-mentioned outputs of the phase-by-phase connection of the stator windings of asynchronous motors are connected to three input terminals of the third three-phase switch, the output terminals of which are short-circuited, so that when it is closed, the stator windings of the motors are connected in a star pattern [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. The electric drive of the prototype, due to the possibility of changing the connection diagram of the stator windings of the motors, has advanced capabilities for saving active and reactive energy, allowing to improve energy performance with an incomplete load of the driven mechanism. So, for example, with a load value of 50% of the nominal value, it is advisable to use only one of the two available induction motors in the electric drive of the prototype, for example, the first, connecting one of its stator winding leads to the mains through the first three-phase switch, and the other conclusions of its stator winding locking to a common point through the third switch, i.e. according to the star connection diagram.

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. Accordingly, the intermediate circuit for connecting the stator windings of both motors into a series triangle, provided when the first and second switches are activated when the third switch is switched off, makes it possible to operate the prototype electric drive with good energy performance at a load of about 75% of the nominal value. The voltage on the phase winding of each motor is half the line voltage of the network (380 V) or about 86% of the nominal value (220 V). Finally, the operation of all three switches provides independent and parallel connection of the stator windings of both motors according to the star circuit to the mains, i.e. the ability to work with a full (100%) load of the prototype electric drive.

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. The disadvantages of the prototype electric drive are organic functionalities associated with shock surges of the starting moment and current during alternate operation of the mentioned switches, usually performed in the form of electromagnetic contactors, as well as in a static steady state mode of operation of the electric drive, with uneven distribution of torque between simultaneously running asynchronous motors; insufficiently high energy indicators, due, firstly, to all three of the mentioned options for matching the electric mode of operation of the electric drive to the changing load value (50%, 75% and 100% of the nominal value) and, secondly, the difficulty of using the prototype electric drive in the field of the driven mechanism, when the three-phase mains supply, due to its length or low power, is characterized by significant fluctuations in the value of the output voltage supplied to the asynchronous electric ode, which control device however, is not able to compensate for these disturbances.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей двухдвигательного электропривода путем обеспечения плавного пуска и равномерной загрузки его электродвигателей, а также улучшение его энергетических показателей. The aim of the invention is to expand the functionality of a twin-engine electric drive by providing a smooth start and uniform loading of its electric motors, as well as improving its energy performance.

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. This goal is achieved in that in a twin-engine electric drive containing two three-phase asynchronous motors with a squirrel-cage rotor and with a rigid mechanical connection of their shafts with a drive mechanism; the first and second three-phase switches, designed to connect the conclusions of the stator windings of the motors to the mains; the third three-phase switch associated with the outputs of the stator windings of both motors, while the three switches are made in the form of triac voltage regulators with three input and three output terminals each with individual phase-pulse control units and with a common electric drive control system with a slip controller, two active sensors power connected by input galvanically isolated circuits to the first stator windings of the motors three summing elements, an intermediate amplifier and an auxiliary source of matching bias voltage, the three input terminals of the first seven-commutator switch connected each to the corresponding phase of the supply network and to the phases of the stator winding of the first motor, the ends of the phases of which are connected to the corresponding output terminals of the first switch, the three input terminals of the second switch are connected each to the corresponding phase network and with the ends of the phases of the stator winding of the second motor, the beginning of the phases of which are connected to the corresponding output terminals of the second switch, the bottom terminals of the third switch are connected in phase to the ends of the stator windings of the first motor, and the output terminals of the third switch are connected in phase with the beginnings of the stator windings of the second motor; the output of the slip controller is connected directly to the control input of the phase-pulse control unit of the third switch, as well as to the first inputs of the first and second summing elements, the outputs of which are connected respectively to the control inputs of the phase-pulse control units of the first and second switch, the source of the matching bias voltage is connected to the second inputs of the first and the second summing elements, the third differential inputs of which are connected to the output of the intermediate amplifier, and the output circuits th and the second active power sensors associated with two differential inputs of the third summing element, the output of which is connected to the input of the intermediate amplifier.

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.The twin-engine electric drive differs from the prototype in the following features, ensuring the achievement of the goal:
the implementation of three switches in the form of three-phase triac voltage regulators with three input and three output terminals each and with individual phase-pulse control units;
the execution of a common electric drive control system containing a slip regulator, two active power sensors connected by input galvanically isolated circuits to the first stator windings of the motors, three summing elements, an intermediate amplifier and an auxiliary source of matching bias voltage; appropriate connection of the three mentioned triac switches, the coordinated control of which ensures a smooth start and optimal regulation of the voltage values on the stator windings of the motors with equalization of their torques.

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. In FIG. 1 shows a schematic diagram of a twin-engine electric drive with a block diagram of its control system; in FIG. 2 - time plots of voltage changes; in FIG. 3 and 4 - input-output characteristics of the triac switches of the device when the voltage value of the supply network changes.

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. A twin-engine electric drive contains two three-phase asynchronous motors 1 and 2 with a squirrel-cage rotor and with a rigid mechanical connection of their shafts with the drive mechanism 3 of the electric drive. To connect the conclusions of the stator windings of the first 1 and second 2 motors to phases A, B, C of the supplying three-phase network, the first 4 and second 5 three-phase switches are designed, and the conclusions of the stator windings of the motors 1 and 2 are interconnected via the third three-phase switch 6. At the same time, the switches 4-6 are made in the form of three-phase triac voltage regulators with three input and output terminals each and with individual units of 7-9 phase-pulse control, the operation of which is coordinated with the three-phase supply network (A, B, C) via tvom common device 10 sync.

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. The three input terminals of the first triac switch 4 are each connected to the corresponding phase (A, B, C) of the supply network and to the phases of the stator winding of the first induction motor 1, the ends of the phases of which are connected to the corresponding output terminals of the first switch, and when unlocking the triacs of the first switch 4 the stator windings of the first motor turn out to be connected to the phases A, B, C of the supply network in accordance with a triangle diagram, i.e., with the addition of a corresponding line voltage to each stator winding of motor 1.

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. The three input terminals of the second triac switch 5 are connected each to the corresponding phase (C, A, B) of the supply network and to the ends of the phases of the stator winding of the second induction motor 2, the phases of which are connected to the corresponding output terminals of switch 5, and when the triacs of the switch 5 are unlocked, the stator the windings of the second motor are connected to the phases A, B, C of the supply network according to the triangle diagram, i.e. also with the supply to each stator winding of the motor 2 of the corresponding line voltage.

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. The corresponding input terminals of the third triac switch 6 are connected to the output terminals of the first switch 4 and are connected in phase to the said ends of the stator windings of the first motor 1, and the output terminals are connected to the output terminals of the second switch 5 and connected in phase to the mentioned ends of the stator windings of the second motor 2, when unlocking the triacs of the third switch 6, the stator windings of the motors 1 and 2 are connected in phase, according to and in series with each other and simultaneously connected to the phases (A, B, C) of the supply network according to the scheme of a sequential triangle, i.e. with summing to each stator winding of the first or second motor half the value of the corresponding line voltage of the network.

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. The general control system of a twin-motor asynchronous electric drive, which carries out coordinated phase-pulse control of its triac switches 4-6 with their individual units 7-9, contains a slip regulator 11, two sensors of active power, connected by input galvanically isolated voltage and current measuring circuits to the first stator windings of motors 1 and 2, three summing elements 14-16, an intermediate amplifier 17 and an auxiliary source 18 of the matching bias voltage. The output of the slip controller 11 is directly connected to the control input of block 9 by the third triac 6, as well as to the first inputs of the first 14 and second 15 summing elements, the outputs of which are connected respectively to the control inputs of blocks 7 and 8 of the first 4 and second 5 triac switches. Accordingly, the bias matching voltage source 18 is connected to the second inputs of the elements 14 and 15, the third differential inputs of which are connected to the output of the input amplifier 17. The output circuits of the sensors 12 and 13 used are connected to two differential inputs of the third element 16, the output of which is connected to the input of the amplifier 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. Sliding controller 11 is made according to a standard deviation automatic control scheme and contains, for example, a regulator 19, connected by input circuits to a task device 20 and to a feedback device, made, for example, in the form of a synchronous alternating current tachogenerator 21, mechanically connected to a twin-engine output shaft asynchronous electric drive. In this case, in a static and steady-state mode of operation of the electric drive, the slip controller 11, acting on the inputs of three blocks 7-9 of three switches 4-6, sets thereby the necessary value of the three-phase alternating current voltage on the stator windings of both motors 1 and 2 of the electric drive, corresponding to a constant optimal value slip of induction motors and, accordingly, to a minimum of losses in the electric drive.

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). The operation features of the phase-pulse control device of three triac switches 4-6 are explained by the time graphs of FIG. 2, where in relation to the first phase of the device, including the first stator windings of asynchronous motors 1 and 2 with two sensors 12 of active power connected to them, respectively, are shown on the interval of the period of change in the supply voltage of the network (A, B, C): changes voltage on the first stator winding of the first induction motor 1 (Fig. 2A); voltage changes on the second stator winding of the second induction motor 2 (Fig. 2b); the change in the total internal signal in the third block 9 of the phase-pulse control of the third triac switch 6 (Fig. 2B); a change in the total internal signal in the first phase-pulse control unit 7 of the first triac switch 4 (Fig. 2d); a change in the total internal signal in the second phase-pulse control unit 8 of the second triac switch 5 (Fig. 2e).

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 (180^о) до значения 0^о, что соответствует полному отпиранию симистора в обоих полупериодах изменения питающего напряжения переменного тока.The auxiliary sawtooth voltages supplied to blocks 7-9 shown in FIG. 2c, d, e, coincide in phase due to phasing from a common synchronization device 10 and have the same amplitudes, which determines the same level of the nominal DC voltage control signal supplied to the corresponding input of any of the three blocks 7-9 in accordance with the vertical principle used control, the control signal on reaching said nominal level the triac firing angle corresponding switch changes from the original ⁽¹⁸⁰⁾ to a value ^of 0, which corresponds to the n lnomu unlocking triac changes in both half-cycles of the supply AC voltage.

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 120^о 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 (60^о), начинается с упомянутым сдвигом 120^о 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.However, the levels of DC control signals supplied to the control inputs of blocks 7-9 are different, since the output of the slip controller 11 is directly connected to the control input of block 9, and to the control inputs of blocks 7 and 8 by means of the first 14 and second 15 summing elements , i.e. with an additional supply of the matching bias voltage of the source 18, as well as the output signal of the intermediate amplifier 17. In this case, in particular, the value of the matching bias voltage of the source 18 is 2/3 of the mentioned nominal level of the control signals of blocks 7-9, which accordingly leads to a lagging shift 2/3 half cycle or interval 120 ^of the gate control pulses generated by the first 7 and second 8 blocks positionally control and time charts shown in FIGS. 2, c, d, d. Such advanced control of the third block 9 allows for a smooth start of the twin-motor asynchronous electric drive circuit (Fig. 1), performed at the initial stage by unlocking the triacs of only the third switch 6, controlled by block 9 and connecting the stator windings of asynchronous motors 1 and 2 according to the series triangle those. with reduced supply voltage A, B, C. Only then the final stage of start-up, when the magnitude of the angles of unlocking triacs third switch 6 reaches 1/3 half cycle ⁽⁶⁰⁾ beginning with said shift process ¹²⁰ first unlocking triacs 4 and the second 5 triac switches, autonomously connecting at the intervals of their unlocking the stator windings of the first 1 and second 2 motors, respectively, according to the schemes of single triangles to the phases (A, B, C) of the supplying three-phase network.

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-π или π-2π) отпираются пофазно с начала, например при α ≈30^о (фиг. 2), симисторы третьего коммутатора 6, и к статорным обмоткам двигателей, соединяемых по схеме последовательного треугольника, прикладывается половина линейного напряжения питающей сети, а затем на заключительном этапе каждого полупериода с упомянутым усредненным сдвигом на 120^о отпираются симисторы первого 4 и второго 5 коммутаторов, независимо подключающих обмотки соответственно первого 1 и второго 2 двигателей по схемам одинарных треугольников к фазам питающей сети, т.е. с вольто-добавочным увеличением напряжения на статорных обмотках до величины линейного напряжения сети (фиг. 2,а,б).As a result of the mentioned coordinated control of triacs 7–9 in a twin-motor asynchronous electric drive, at the end of its smooth start-up, a steady-state statistical mode of operation is established, which is characterized by the process of additional voltage regulation of the alternating current voltage on the stator windings of the first 1 and second 2 motors, shown in the time graphs of FIG. . 2a, b. Thus on each half-period interval (O-π or π-2π) are unlocked from the beginning of each phase, such as α ≈30 ^o (FIG. 2), the third switch triacs 6 and to the stator windings of the motors, connected by a serial circuit of the triangle, is applied half of the line voltage supply, and then at the final stage of each half cycle with said average shift by triacs ¹²⁰ unlocks the first 4 and second 5 switches independently connect the respective first coil 1 and the second engine 2 according to the schemes single triangles to the phases of the mains supply, ie with additional voltage increase on the stator windings to the value of the line voltage of the network (Fig. 2, a, b).

В результате общий уровень напряжения переменного тока на статорных обмотках двигателей 1 и 2 определяется действием общего регулятора 11 скольжения электропривода, выходной сигнал которого воздействует на все три блока 7-9 таким образом, что скорость вращения выходного вала и соответственно скольжение двух асинхронных электроприводов соответствуют величине оптимального (по минимальным потерям) скольжения при различных значениях момента статического сопротивления приводимого механизма 3, а также при отклонениях величины питающего напряжения трехфазной сети (А, В, С) от его номинального уровня. As a result, the total AC voltage level on the stator windings of the motors 1 and 2 is determined by the action of the general slip controller 11 of the electric drive, the output signal of which affects all three blocks 7-9 in such a way that the rotation speed of the output shaft and, accordingly, the sliding of two asynchronous electric drives correspond to the optimal value (for minimal losses) slip at various values of the moment of static resistance of the driven mechanism 3, as well as with deviations of the supply voltage voltage of a three-phase network (A, B, C) from its nominal level.

Кроме того, в реальном случае несовпадения параметров используемых однотипных асинхронных двигателей 1 и 2 в предлагаемом устройстве двухдвигательного электропривода производится дополнительное асимметричное подрегулирование величин углов α₁ и α₂ отпирания симистров, соответственно первого 4 и второго 5 коммутаторов, показанное на временных графиках фиг. 2. Так, например, при меньшей жесткости механической характеристики первого асинхронного двигателя 1, выравнивание величин вращающих моментов двигателей может быть произведено некоторым увеличением напряжения на статорной обмотке второго двигателя 2. Такое асимметричное подрегулирование напряжений, показанное на фиг. 2,а,б осуществляется соответствующей асимметрией углов отпирания симисторов первого 4 и второго 5 коммутаторов (α₁< α₂) путем сравнения в третьем суммирующем элементе 16 дифференциального типа выходных сигналов двух датчиков 12 и 13 активной мощности, величины которых ввиду одинаковости частоты вращения механически жестко связанных роторов асинхронных двигателей 1 и 2 пропорциональны величинам вращающих моментов (М1 и М2) этих двигателей.In addition, in the real case of mismatch of the parameters of the same type of induction motors 1 and 2 used in the proposed dual-motor drive device, an additional asymmetric adjustment of the angles α ₁ and α _{2 of} unlocking the triacs, respectively, of the first 4 and second 5 switches is shown, shown in the time graphs of FIG. 2. So, for example, with less rigidity of the mechanical characteristics of the first induction motor 1, the alignment of the torque values of the motors can be done by some increase in the voltage on the stator winding of the second motor 2. Such an asymmetric voltage adjustment, shown in FIG. 2a, 2b, is carried out by the corresponding asymmetry of the unlocking angles of the triacs of the first 4 and second 5 switches (α ₁ <α ₂ ) by comparing the output signals of two sensors 12 and 13 of active power in the third summing element 16 of the differential type, the values of which, due to the identical rotation speed, are mechanically rigidly connected rotors of induction motors 1 and 2 are proportional to the magnitudes of the torques (M1 and M2) of these motors.

После сравнения упомянутых сигналов их разность, как сигнал рассогласования величин вращающих моментов двигателей 1 и 2, поступает с третьего выхода его суммирующего элемента 16 на вход промежуточного усилителя 17 и далее с его выхода на третьи дифференциальные входы первого 14 и второго 15 суммирующих элементов. В результате входные сигналы первого 7 и второго 8 блоков асимметрично рассогласуются, например, таким образом, что величина угла α₁ отпирания симисторов первого коммутатора 4 уменьшается (фиг. 2г), а величина угла α₂ отпирания симисторов второго коммутатора 5 соответственно несколько увеличивается (фиг. 2д). В итоге упреждающее управление симисторами первого коммутатора 4 приводит, как показано на временном графике фиг. 2а, к подключению статорных обмоток первого асинхронного двигателя 1 к фазам питающей сети (А, В, С), начиная с упомянутого полупериода wt= α₁, причем к обмоткам первого двигателя 1 прикладывается полное линейное напряжение сети, в то время как статорные обмотки второго асинхронного двигателя 2 на кратковременных интервалах α₁<wt ≅ α₂ оказываются зашунтированными пофазно через ранее (при wt> α₃) открытые симисторы третьего коммутатора 6. И лишь затем при запаздывающем отпирании симисторов второго коммутатора 5 в моменты wt≥ α₂ на статорных обмотках второго двигателя 2 вновь восстанавливается напряжение питания (фиг. 2б) ввиду независимого подключения этих обмоток по схеме одинарного треугольника к фазам питающей сети (А, В, С) на интервалах α₂ ≅ wt ≅ π , где симисторы третьего коммутатора 6 поочередно запираются по силовой (анодной) цепи путем их естественной принудительной коммутации.After comparing the mentioned signals, their difference, as a signal of the mismatch of the torque values of the engines 1 and 2, comes from the third output of its summing element 16 to the input of the intermediate amplifier 17 and then from its output to the third differential inputs of the first 14 and second 15 summing elements. As a result, the input signals of the first 7 and second 8 blocks asymmetrically Mismatch, for example, so that the angle α ₁ unlocking triacs first switch 4 is reduced (FIG. 2d), and the angle α ₂ of unlocking triacs second switch 5, respectively, increases slightly (Figure . 2d). As a result, proactive control of the triacs of the first switch 4 results, as shown in the timeline of FIG. 2a, to connecting the stator windings of the first induction motor 1 to the phases of the supply network (A, B, C), starting from the half-cycle wt = α ₁ , moreover, the total linear voltage of the network is applied to the windings of the first motor 1, while the stator windings of the second induction motor 2 at short intervals α ₁ <wt ≅ α ₂ are shunted across each phase earlier (under wt> α ₃₎ open triacs third switch 6. It is only then when the delayed unlocking triacs second switch 5 at the instants wt≥ α ₂ stator obmo Kah second motor 2 again restored supply voltage (Fig. 2b) due to the independent connection of these windings scheme single triangle to the phases of the supply network (A, B, C) on the intervals α ₂ ≅ wt ≅ π, where triacs third switch 6 are alternately locked by power (anode) circuit through their natural forced switching.

Ввиду большего, чем у прототипа, диапазона возможного регулирования напряжения на статорных обмотках асинхронных двигателей двухдвигательный электропривод схемы фиг. 1 сохраняет работоспособность и при работе с так называемой полевой сетью, т.е. при значительных, превышающих обычную норму отклонения (+10% - 15%) изменениях величины питающего напряжения трехфазной сети (А, В, С). Механизм работы симисторных коммутаторов 4-6 для двух крайних случаев, т.е. соответственно низкого и высокого уровней питающего напряжения сети, показан на графиках фиг. 3,а,б, в нижней части которых приведены для наглядности временные графики изменений напряжений на первых статорных обмотках первого ( ≈U₁) и второго ( ≈U₂) асинхронных двигателей, аналогичных временным графикам фиг. 2, но для других соответствующих значений углов отпирания (α₁, α₂, α₃) симисторов фазоимпульсных коммутаторов 4-6.In view of the larger than the prototype, the range of possible voltage regulation on the stator windings of induction motors, a twin-motor electric circuit of FIG. 1 maintains operability when working with the so-called field network, i.e. with significant, exceeding the normal deviation rate (+ 10% - 15%) changes in the supply voltage of a three-phase network (A, B, C). The mechanism of operation of triac switches 4-6 for two extreme cases, i.e. respectively low and high levels of supply voltage, shown in the graphs of FIG. 3a, 3b, the lower part of which shows, for clarity, time plots of voltage changes on the first stator windings of the first (≈U ₁ ) and second (≈U ₂ ) asynchronous motors, similar to the time plots of FIG. 2, but for other corresponding values of the opening angles (α ₁ , α ₂ , α ₃ ) of the triac pulse-phase switches 4-6.

В верхней же части графиков фиг. 3,а,б приведены регулировочные характеристики устройства, т.е. зависимости выходного напряжения переменного тока ( ≈U₁; ≈U₂) на статорных обмотках обоих асинхронных двигателей 1 и 2 от величины управляющего напряжения (U_у) постоянного тока, поступающего на входные цепи блоков 7-9 фазоимпульсного управления симисторными коммутаторами 4-6. При этом на фиг. 3 а,б для удобства иллюстрации показаны раздельно;
U₆(U_у) - зависимость выходного напряжения устройства при отдельном управлении только третьим симисторным коммутатором 6, при фазоимпульсном управлении которым напряжение на статорных обмотках двигателей регулируется от нулевого до половинного от величины линейного напряжения сети уровня;
U_4-5(U₄) - зависимость выходного напряжения устройства при отдельном управлении только первым и вторым симисторными коммутаторами 4 и 5, при фазоимпульсном управлении которыми напряжения на статорных обмотках двигателей 1 и 2 регулируются параллельно, от нулевого уровня до величины линейного напряжения сети;
ΣU(U_у) - общая (результирующая) зависимость выходного напряжения устройства при одновременном управлении первым, вторым и третьим симисторными коммутаторами 4-6, построенная с учетом смещения сдвига зависимости U_4-5(U_у) относительно начала координат, вызванная упомянутым воздействием на вторые входы первого и второго суммирующих элементов 14 и 15 выходного напряжения источника 18 согласующего напряжения смещения.At the top of the graphs of FIG. 3a, b shows the adjustment characteristics of the device, i.e. dependences of the output voltage of alternating current (≈U ₁ ; ≈U ₂ ) on the stator windings of both induction motors 1 and 2 on the magnitude of the control voltage (U _у ) of the direct current supplied to the input circuits of phase-pulse control units 7-9 of triac switches 4-6. Moreover, in FIG. 3 a, b are shown separately for convenience;
U ₆ (U _у ) is the dependence of the output voltage of the device when separately controlling only the third triac switch 6, with phase-pulse control of which the voltage on the stator windings of the motors is regulated from zero to half the value of the line voltage of the level network;
U _4-5 (U ₄ ) is the dependence of the output voltage of the device when separately controlling only the first and second triac switches 4 and 5, with phase-pulse control of which the voltages on the stator windings of motors 1 and 2 are regulated in parallel, from zero level to the line voltage of the network;
ΣU (U _у ) - the total (resulting) dependence of the output voltage of the device while simultaneously controlling the first, second and third triac 4-6, constructed taking into account the shift of the shift of the dependence U _4-5 (U _у ) relative to the origin, caused by the above-mentioned effect on the second inputs of the first and second summing elements 14 and 15 of the output voltage of the source 18 matching bias voltage.

Так, в случае низкого уровня величины напряжений питающей сети работают все три коммутатора, но, как показано на графиках фиг. 3а, соответствующих этому случаю, блок 9 фазоимпульсного управления третьим коммутатором 6 находится в режиме насыщения, т.е. угол α₃ = 0, отпирание симисторов этого коммутатора происходит практически в самом начале полупериодных интервалов, а необходимое общее регулирование уровня выходного напряжения ΣU(U_у) устройства, а также упомянутое асимметричное подрегулирование напряжений ≈U₁> ≈U₂ на статорных обмотках двигателей 1 и 2 производится блоками 7 и 8 фазоимпульсного управления первым и вторым симисторными коммутаторами, причем α₁< α₂ для обеспечения необходимого ≈U₁> ≈U₂ приводящего к выравниванию вращающих моментов двигателей.So, in the case of a low level of the voltage value of the supply network, all three switches work, but, as shown in the graphs of FIG. 3a corresponding to this case, the phase-pulse control unit 9 of the third switch 6 is in saturation mode, i.e. the angle α ₃ = 0, the triac unlocking of this switch occurs almost at the very beginning of half-cycle intervals, and the necessary general regulation of the output voltage level ΣU (U _у ) of the device, as well as the asymmetric voltage regulation ≈U ₁ > ≈U ₂ mentioned on the stator windings of the motors 1 and 2 is produced by the phase-pulse control units 7 and 8 of the first and second triac switches, with α ₁ <α ₂ to provide the necessary ≈U ₁ > ≈U ₂ leading to the alignment of engine torques.

В другом крайнем случае повышенного уровня величины напряжения питающей сети также работают все три коммутатора, но как это показано на графиках фиг. 3,б, соответствующих этому случаю, одновременно регулируются углы отпирания симисторов всех трех коммутаторов: причем α₃< α₁<α₂ и рабочие точки I и II на результирующей регулировочной характеристике ΣU(U_у) на фиг. 3,б, соответствующие каждая необходимой величине ≈U₁> ≈U₂ для обеспечения выравнивания моментов двигателей 1 и 2, сдвинуты в отличие от их положения на фиг. 3,а ближе к середине рабочего участка упомянутой характеристики ΣU(U_у) по фиг. 3б.In another extreme case of an increased level of the supply voltage, all three switches also work, but as shown in the graphs of FIG. 3b, corresponding to this case, the unlocking angles of the triacs of all three switches are simultaneously regulated: moreover, α ₃ <α ₁ <α ₂ and operating points I and II on the resulting adjustment characteristic ΣU (U _у ) in FIG. 3b, each corresponding to the required value ≈U ₁ > ≈U ₂ to ensure equalization of the moments of engines 1 and 2, are shifted, in contrast to their position in FIG. 3, and closer to the middle of the working section of the mentioned characteristic ΣU (U _у ) in FIG. 3b.

Положительный технико-экономический эффект, создаваемый при использовании предлагаемого устройства асинхронного двухдвигательного электропривода, определяется расширением его функциональных возможностей в виде возможности плавного пуска электропривода за счет регулируемого фазоимпульсного управления симисторными коммутаторами устройства, плавно повышающими при пуске напряжения на статорных обмотках асинхронных двигателей; осуществления оптимизации энергетических показателей электроприводов (КПД, cos φ) не только для дискретных значений нагрузки (что было характерно для устройства прототипа), но и при ее плавном изменении, а также при колебаниях величины напряжения питающей трехфазной сети; реализации автоматического выравнивания величин вращающих моментов асинхронных двигателей электропривода, осуществляемого путем контроля равенства выходных сигналов датчиков активной мощности статорных цепей двигателя с последующим подрегулировочным воздействием величин их напряжений переменного тока; обеспечения работоспособности электропривода при его питании от полевой сети, значительные изменения выходного напряжения которой компенсируются действием симисторных коммутаторов регуляторов напряжения устройства, стабилизирующих величины напряжения на статорных обмотках двигателей путем плавного (фазоимпульсного) переключения их эквивалентной схемы совпадения от исходного последовательного треугольника к схеме двух параллельных (одинарных) треугольников. A positive technical and economic effect created by using the proposed device of an asynchronous twin-motor drive is determined by the expansion of its functionality in the form of the possibility of a smooth start of the drive due to the adjustable phase-pulse control of the triac switches of the device, which gradually increase when the voltage is applied to the stator windings of asynchronous motors; optimizing the energy performance of electric drives (efficiency, cos φ) not only for discrete values of the load (which was typical for the prototype device), but also during its smooth change, as well as during fluctuations in the voltage value of the supplying three-phase network; the implementation of automatic alignment of the magnitudes of the torques of the asynchronous motors of the electric drive, carried out by monitoring the equality of the output signals of the sensors of the active power of the stator circuits of the motor with the subsequent adjusting effect of the values of their AC voltages; ensuring the operability of the electric drive when it is powered from the field network, significant changes in the output voltage of which are compensated by the action of triac switches of the device voltage regulators, stabilizing the voltage values on the stator windings of the motors by smoothly (phase-pulse) switching their equivalent circuit from the initial series triangle to the circuit of two parallel (single ) triangles.

Claims

TWO-MOTOR ELECTRIC DRIVE, containing two three-phase asynchronous motors with a squirrel-cage rotor and with a rigid mechanical connection of their shafts with a drive mechanism, the first and second three-phase switches designed to connect the leads of the stator windings of the motors to the mains, the third three-phase switch connected to the leads of the stator , characterized in that, in order to expand the functionality of the electric drive by ensuring a smooth start and uniform loading electric motors, improving energy performance, three switches are made in the form of triac voltage regulators with three input and three output terminals each, with individual phase-pulse control units, a common electric drive control system, a slip regulator, two active power sensors connected by galvanically isolated input circuits to the first stator windings of the motors, three summing elements, an intermediate amplifier and an auxiliary source of matching bias voltage , three input terminals of the first triac switch are connected each to the corresponding phase of the supply network and to the phases of the stator winding of the first motor, the ends of which are connected to the corresponding output terminals of the first switch, three input terminals of the second switch are connected each to the corresponding phase of the network and to the ends of the stator phases windings of the second motor, the beginning of the phases of which are connected to the corresponding output terminals of the second switch, the input terminals of the third switch are connected in phase to the ends of the stat winding of the first motor, and the output terminals of the third switch are connected in phase with the beginnings of the stator winding of the second motor, the output of the slip controller is connected directly to the control input of the phase-pulse control unit of the third switch, as well as to the first inputs of the first and second summing elements, the outputs of which are connected respectively to the control inputs of the phase-pulse control units of the first and second switches, the source of the matching bias voltage is connected to the second inputs of the first and the second summing elements, the third differential inputs of which are connected to the output of the intermediate amplifier, and the output circuits of the first and second active power sensors are connected to two differential inputs of the third summing element, the output of which is connected to the input of the intermediate amplifier.