RU2073309C1

RU2073309C1 - Oversynchronous gate stage

Info

Publication number: RU2073309C1
Application number: RU93016240A
Authority: RU
Inventors: Л.Т. Магазинник; Г.Г. Магазинник
Original assignee: Ульяновский государственный технический университет
Priority date: 1993-03-29
Filing date: 1993-03-29
Publication date: 1997-02-10

Abstract

FIELD: adjustable AC electric drive of various mechanisms, turbomechanisms. SUBSTANCE: in oversynchronous gate stage device 5 of forced switching of rotor thyristor bridge 6-11 is made in the form of single-phase three-winding saturable transformers. Their primary windings 19-21 are connected to the mains phases with phase reversal with respect to the stator windings of induction motor 1 connected to the same mains. Secondary windings 2-4 of the transformers are connected between the leads of the motor rotor winding and the AC leads of rotor thyristor bridge 6-11. Windings 31, 32 are star- connected, and their vacant leads are connected to diode bridge 30 shunted by thyristor 29 that is controlled by signal of frequency divider 24. As a result, at an oversynchronous rotational speed switching of the rotor bridge is effected due to partial utilization of energy of natural switching of mains thyristor bridge 13-18, excluding overvoltages. EFFECT: simplified control circuit due to exclusion of means of overvoltage limitation. 3 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике, а именно к регулируемым электроприводам переменного тока с фазным асинхронным двигателем. The invention relates to electrical engineering, namely to adjustable AC electric drives with a phase induction motor.

Обычный асинхронный вентильный каскад широко применяется для привода и регулирования частоты вращения различных механизмов и, в первую очередь, трубомеханизмов. The usual asynchronous valve cascade is widely used to drive and control the speed of various mechanisms and, above all, pipe mechanisms.

С целью получения частот вращения не только ниже, но и выше синхронной применяют так называемый надсинхронный вентильный каскад. In order to obtain speeds not only lower, but also higher than synchronous, the so-called supersynchronous valve cascade is used.

Надсинхронный каскад в своей силовой части содержит, как и классический асинхронный каскад, два преобразователя: роторный блок в виде тиристорного выпрямителя (обычно мостового), подключенный входом переменного тока к кольцам ротора двигателя, и сетевой блок в виде тиристорного инвертора (также мостового), подключенный выводами переменного тока через согласующий трансформатор или непосредственно к питающей сети, а выводами постоянного тока соединенный через сглаживающий дроссель с соответствующими выводами роторного блока. The suprasynchronous cascade in its power section contains, like the classic asynchronous cascade, two converters: a rotor unit in the form of a thyristor rectifier (usually a bridge) connected by an AC input to the rings of the motor rotor, and a network unit in the form of a thyristor inverter (also a bridge) connected AC leads through a matching transformer or directly to the mains, and DC leads connected through a smoothing inductor with the corresponding terminals of the rotor unit.

Таким образом, отличие силовых цепей надсинхронного каскада от асинхронного заключается в замене диодного выпрямителя в цепи ротора тиристорным, т. е. управляемым выпрямителем. Thus, the difference between the power circuits of the supersynchronous cascade from the asynchronous one is to replace the diode rectifier in the rotor circuit with a thyristor one, i.e., a controlled rectifier.

Надсинхронные вентильные каскады описаны, например, в книге Онищенко Г. Б. Локтевой И.Л. Асинхронные вентильные каскады и двигатели двойного питания [1, 2]
Одной из наиболее сложных проблем в реализации надсинхронного каскада является проблема перехода двигателя через синхронную частоту вращения, при которой ЭДС ротора равна нулю и естественная коммутация тиристора роторного выпрямителя невозможна.Supersynchronous valve cascades are described, for example, in the book of Onishchenko G. B. Lokteva I. L. Asynchronous valve stages and dual power motors [1, 2]
One of the most difficult problems in the implementation of the supersynchronous cascade is the problem of the motor moving through the synchronous speed, at which the rotor EMF is zero and natural switching of the thyristor of the rotor rectifier is impossible.

По этой причине в большинстве известных схем надсинхронного вентильного каскада перевод двигателя на частоту вращения выше синхронной осуществляется путем принудительной коммутации тиристоров роторного блока. При этом сетевой блок тиристоров переводится в выпрямительный режим, а роторный блок в инверторный. Используются два метода принудительной коммутации роторного блока. Первый метод заключается в кратковременном прерывании тока ротора путем перевода сетевого блока в режим глубокого инвертирования, т.е. в режим с максимальной противоЭДС инвертора. For this reason, in most well-known schemes of a supersynchronous valve cascade, the engine is switched to a rotation frequency higher than synchronous by forced switching of the thyristors of the rotor unit. In this case, the thyristor network unit is switched to the rectifier mode, and the rotor unit to the inverter one. Two methods of forced switching of the rotor block are used. The first method consists in short-term interruption of the rotor current by transferring the network unit to the deep inversion mode, i.e. into the mode with maximum counter-EMF of the inverter.

Его достоинство простота реализации. Its dignity is ease of implementation.

Недостаток повышение пульсации момента двигателя, т.к. при прерывании тока роторного блока момент двигателя также стремится к нулю. Устранить этот недостаток можно лишь существенным усложнением схемы, что сводит на нет преимущества метода. The disadvantage is an increase in the ripple of the engine torque, because when the current of the rotor block is interrupted, the motor torque also tends to zero. This drawback can be eliminated only by a significant complication of the scheme, which negates the advantages of the method.

Второй метод заключается в принудительной коммутации тиристоров роторного блока путем использования индивидуальной (на каждый тиристор) или групповой искусственной коммутации, либо путем использования запираемых тиристоров в мосте роторного блока. The second method is the forced switching of the thyristors of the rotor block by using individual (for each thyristor) or group artificial switching, or by using lockable thyristors in the bridge of the rotor block.

Недостаток этого метода существенное усложнение схемы за счет устройств принудительной коммутации. Применение запираемых тиристоров несколько упрощают схему, однако перенапряжения, возникающие при коммутации тока в индуктивностях роторной обмотки, требуют установки устройств защиты от перенапряжений, существенно усложняющих схему. The disadvantage of this method is a significant complication of the circuit due to forced switching devices. The use of lockable thyristors simplifies the circuit somewhat, however, the overvoltage arising from switching currents in the inductors of the rotor winding requires the installation of overvoltage protection devices that significantly complicate the circuit.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является надсинхронный вентильный каскад [3] Данное решение принято в качестве прототипа. The closest in technical essence to the invention is a supersynchronous valve cascade [3] This decision was made as a prototype.

На фиг.1 показан каскад-прототип. Figure 1 shows the cascade prototype.

Каскад-прототип содержит подключенный статорными обмотками к питающей сети асинхронный двигатель 1 с фазным ротором, к контактным кольцам которого присоединен роторный тиристорный мост 2, снабженный устройством принудительной коммутации 3 и связанный через фильтровый дроссель 4 с соответствующими выводами постоянного тока сетевого тиристорного моста 5, соединенного выводами переменного тока через согласующий трансформатор 6 с питающей сетью переменного тока. Микропроцессорная система управления 7 содержит в своем составе систему импульсно-фазового управления сетевым тиристорным мостом, обеспечивающую управление напряжением этого моста, систему управления роторным мостом, обеспечивающую его работу в выпрямительном и инверторном режимах, и собственно микропроцессор, обеспечивающий необходимый закон регулирования, т.е. уменьшение от максимальной до нуля противоЭДС сетевого моста при частотах вращения ниже синхронной, а затем принудительную коммутацию роторного моста при надсинхронной частоте вращения. Заметим, что все элементы микропроцессорной системы (кроме выходов системы импульсно-фазового управления сетевым мостом и системы управления тиристорами роторного моста) реализованы программно. Для простоты все элементы системы управления объединены в общий блок 7. Устройство принудительной коммутации 3 выполнено по широко известной схеме с отсекающими диодами. The prototype cascade comprises an asynchronous motor 1 with a phase rotor connected to stator windings, to the contact rings of which a rotor thyristor bridge 2 is attached, equipped with a forced switching device 3 and connected through a filter choke 4 with the corresponding DC terminals of the thyristor bridge 5 connected by the terminals alternating current through a matching transformer 6 with an ac mains supply. The microprocessor control system 7 includes a pulse-phase control system for the network thyristor bridge, providing voltage control of this bridge, a rotor bridge control system, ensuring its operation in rectifier and inverter modes, and the microprocessor itself, which provides the necessary regulation law, i.e. a decrease from the maximum to zero counter-EMF of the network bridge at rotational speeds lower than synchronous, and then the forced switching of the rotor bridge at a supersynchronous speed. Note that all elements of the microprocessor system (except the outputs of the pulse-phase control system of the network bridge and the rotor bridge thyristor control system) are implemented in software. For simplicity, all elements of the control system are combined into a common unit 7. The forced switching device 3 is made according to a well-known scheme with cut-off diodes.

Отмечено, что могут быть использованы запираемые тиристоры, что избавляет от необходимости установки отсекающих диодов и коммутирующих конденсаторов, однако требует защиты от перенапряжений, что несколько усложняет и удорожает установку в целом. It is noted that lockable thyristors can be used, which eliminates the need to install cut-off diodes and switching capacitors, but requires overvoltage protection, which somewhat complicates and increases the cost of the installation as a whole.

Таким образом, недостатком прототипа является сложность силовой части роторного преобразователя (моста). Thus, the disadvantage of the prototype is the complexity of the power part of the rotary transducer (bridge).

Целью изобретения является упрощение надсинхронного вентильного каскада. The aim of the invention is to simplify the supersynchronous valve cascade.

Для достижения поставленной цели в надсинхронном вентильном каскаде, содержащем асинхронный двигатель с фазным ротором, роторный тиристорный мост, снабженный устройством индивидуальной принудительной коммутации тиристоров, сетевой тиристорный мост, соединенный через сглаживающий дроссель с соответствующими выводами постоянного тока роторного моста, а также систему импульсно-фазового управления сетевым тиристорным мостом и систему управления частотой вращения двигателя, в состав которой входит цифровой задатчик скольжения, одним из выходов через цифроаналоговый преобразователь соединенный с управляющим входом системы импульсно-фазового управления, основной выход которой связан с управляющими входами сетевого тиристорного моста, делитель частоты, кодовый вход которого связан с вторым выходом упомянутого задатчика скольжения, выход подключен к входу первого из двух формирователя импульсов, выход которого подключен к управляющим электродам тиристоров роторного моста, второй формирователь импульсов, связанный выходом с управляющими входами четырех ключей, один из которых через развязывающие диоды объединяет общие аноды тиристоров анодной группы роторного моста с управляющими электродами, а три других ключа включены между анодами и управляющими электродами тиристоров катодной группы роторного моста, причем вход второго формирователя импульсов подключен к выходу нуль-органа, вход которого связан с кнопкой пуска привода и через отсекающий диод подключен к общим катодам роторного моста, упомянутое устройство принудительной коммутации выполнено в виде трех однофазных трехобмоточных насыщающихся трансформаторов, первичные обмотки которых подключены началами к питающей сети с обратным чередованием фаз, по отношению к подключенным в ту же сеть выводам статорной обмотки двигателя, а концы подключены к выводам переменного тока сетевого тиристорного моста, вторичные обмотки подключены началами к кольцам ротора двигателя, а концами к выводам переменного тока роторного тиристорного моста, третьи обмотки упомянутых трансформаторов соединены в звезду и подключены свободными концами к входам диодного моста, выводы постоянного тока которого подключены плюсом к аноду и минусом к катоду шунтирующего тиристора, анод которого через ключ связан с управляющим электродом, а управляющий вход ключа через логический инвертор подключен к выходу упомянутого делителя частоты, второй вход которого соединен с вспомогательным выходом упомянутой системы импульсно-фазового управления. To achieve this goal in a supersynchronous valve cascade containing an asynchronous motor with a phase rotor, a rotor thyristor bridge equipped with an individual forced switching thyristors, a network thyristor bridge connected through a smoothing inductor with the corresponding DC terminals of the rotor bridge, as well as a pulse-phase control system network thyristor bridge and engine speed control system, which includes a digital sliding controller, one from the outputs through a digital-to-analog converter connected to the control input of the pulse-phase control system, the main output of which is connected to the control inputs of the thyristor bridge network, a frequency divider, the code input of which is connected to the second output of the said slip master, the output is connected to the input of the first of two pulse shapers, the output of which is connected to the control electrodes of the thyristors of the rotor bridge, the second pulse shaper connected by the output to the control inputs of four keys, one of which through decoupling diodes it combines common anodes of thyristors of the anode group of the rotor bridge with control electrodes, and three other keys are connected between the anodes and control electrodes of the thyristors of the cathode group of the rotor bridge, and the input of the second pulse shaper is connected to the output of the null organ, the input of which is connected to the drive start button and is connected to the common cathodes of the rotor bridge through the cut-off diode, the aforementioned forced switching device is made in the form of three single-phase three-winding saturate transformers, the primary windings of which are connected at the beginning to the mains with reverse phase rotation, with respect to the stator windings of the motor connected to the same network, and the ends are connected to the AC terminals of the thyristor bridge network, the secondary windings are connected to the rotor rings of the motor, and ends to the terminals of the alternating current of the rotor thyristor bridge, the third windings of the mentioned transformers are connected to a star and connected by free ends to the inputs of the diode bridge, the terminals of the constant t ka is connected plus the anode and minus to cathode shunting thyristor, the anode of which through a switch is connected to the control electrode and the control input of the switch via a logic inverter connected to the output of said frequency divider, a second input coupled to an auxiliary output of said pulse-phase control system.

Сопоставительный анализ прототипа с предлагаемым устройством показывает, что последнее отличается наличием однофазных трехобмоточных насыщающихся трансформаторов, первичные обмотки которых включены между фазами питающей сети переменного тока и соответствующими выводами сетевого тиристорного моста, вторичные обмотки включены между кольцами ротора и соответствующими выводами роторного тиристорного моста, а третьи обмотки соединены в звезду и свободными концами через диодный мост подключены к шунтирующему тиристору. A comparative analysis of the prototype with the proposed device shows that the latter is distinguished by the presence of single-phase three-winding saturable transformers, the primary windings of which are connected between the phases of the AC mains and the corresponding terminals of the thyristor bridge, the secondary windings are connected between the rotor rings and the corresponding terminals of the rotor thyristor bridge, and the third windings connected to a star and free ends through a diode bridge connected to a shunt thyristor.

На фиг.2 показан предлагаемый каскад. Figure 2 shows the proposed cascade.

Каскад содержит трехфазный асинхронный двигатель 1 с фазным ротором, подключенный выводами статорной обмотки к питающей сети переменного тока и выводами роторной обмотки через контактные кольца к началам вторичных обмоток 2-4 однофазных насыщающихся трансформаторов 5, концы которых соединены с выводами переменного тока роторного тиристорного моста 6-11. Выводы постоянного тока упомянутого моста через сглаживающий дроссель 12 соединены с соответствующими выводами постоянного тока сетевого тиристорного моста 13-18, подключенного выводами переменного тока к концам первичных обмоток 19-21 насыщающихся трансформаторов 5, начала которых подключены к питающей сети переменного тока с обратным чередованием фаз по сравнению с подключением статорной обмотки двигателя 1. The cascade contains a three-phase asynchronous motor 1 with a phase rotor, connected by the terminals of the stator winding to the AC mains and the terminals of the rotor winding through contact rings to the beginnings of the secondary windings 2-4 of single-phase saturable transformers 5, the ends of which are connected to the AC terminals of the rotor thyristor bridge 6- eleven. The DC terminals of the bridge through the smoothing inductor 12 are connected to the corresponding DC terminals of the thyristor bridge 13-18 connected by AC leads to the ends of the primary windings 19-21 of saturable transformers 5, the beginnings of which are connected to the AC mains with reverse phase rotation through compared to connecting the stator winding of the motor 1.

Таким образом, силовая часть предлагаемого устройства представляет собой широко известный асинхронный вентильный каскад с управляемым роторным мостом. Дополнительными элементами являются лишь трехобмоточные однофазные насыщающиеся трансформаторы, первичные обмотки которых включены с обратным чередованием фаз по отношению к статорной обмотке двигателя. Thus, the power part of the proposed device is a well-known asynchronous valve cascade with a controlled rotary bridge. Additional elements are only three-winding single-phase saturable transformers, the primary windings of which are switched on with reverse phase rotation relative to the stator winding of the motor.

Система управления частотой вращения содержит цифровой задатчик частоты скольжения 22, соединенный одним из выходов с входов цифроаналогового преобразователя 23, а вторым выходом с кодовым входом делителя частоты 24. Выход преобразователя 23 подключен к входу системы импульсно-фазового управления 25 сетевым тиристорным мостом. Основной выход системы 25 подключен к управляющим входам тиристоров 13-18 сетевого моста, а дополнительный выход подключен к второму входу делителя частоты 24. Выход делителя частоты 24 через формирователь 26 связан с управляющими входами тиристоров 6-11 роторного моста, а через логический инвертор 27 с ключом 28, включенным между анодом и управляющим электродом тиристора 29, шунтирующего выводы постоянного тока диодного моста 30, подключенного выводами переменного тока к концам соединенных в звезду третьих обмоток 31-33 насыщающихся трансформаторов 5. Выход нуль-органа 34 через формирователь 35 соединен с управляющими входами ключей 36-38, включенных между анодами и управляющими электродами тиристоров 7-11, и с управляющим входом ключа 39, включенного между общими анодами и, через развязывающие диоды 40-42, управляющими электродами тиристоров 6-10. Вход нуль-органа 34 через отсекающий диод 43 подключен к общим катодам тиристоров роторного моста 6-11 и кнопке 44. The speed control system contains a digital slip frequency adjuster 22 connected to one of the outputs from the inputs of the digital-to-analog converter 23, and the second output to the code input of the frequency divider 24. The output of the converter 23 is connected to the input of the pulse-phase control system 25 of the network thyristor bridge. The main output of the system 25 is connected to the control inputs of the thyristors 13-18 of the network bridge, and the additional output is connected to the second input of the frequency divider 24. The output of the frequency divider 24 through the former 26 is connected to the control inputs of the thyristors 6-11 of the rotor bridge, and through the logical inverter 27 s a key 28 connected between the anode and the control electrode of the thyristor 29, shunting the DC terminals of the diode bridge 30, connected by the AC terminals to the ends of the saturable transformers connected to the star of the third windings 31-33 5. The output of the null-organ 34 through the shaper 35 is connected to the control inputs of the keys 36-38 connected between the anodes and the control electrodes of the thyristors 7-11, and to the control input of the key 39 connected between the common anodes and through decoupling diodes 40-42, control electrodes of thyristors 6-10. The input of the null-organ 34 through the cut-off diode 43 is connected to the common cathodes of the thyristors of the rotor bridge 6-11 and the button 44.

Предлагаемый каскад работает следующим образом. The proposed cascade works as follows.

Подключение привода к сети осуществления нажатием кнопки 44. Коммутационные препараты, осуществляющие своими контактами подключение к сети, не показаны. При замыкании кнопки 44 подается напряжение на вход нуль-органа 34, включается формирователь 35 и его выходным сигналом ключи 36-39 соединяют аноды тиристоров 6-11 роторного моста с управляющими электродами, что делает тиристорный роторный мост эквивалентным диодному выпрямителю. Connecting the drive to the implementation network by pressing the button 44. Switching preparations carrying out the network connection with their contacts are not shown. When the button 44 is closed, voltage is applied to the input of the null-organ 34, the former 35 is turned on, and with its output signal, the keys 36-39 connect the anodes of the thyristors 6-11 of the rotor bridge with the control electrodes, which makes the thyristor rotor bridge equivalent to a diode rectifier.

Поскольку двигатель 1 еще неподвижен, ЭДС скольжения максимальна и нуль-орган 34 через диод 43 "блокируется" этой ЭДС, т.е. остается включенным и после отпускания кнопки 44. Управление приводом осуществляется с помощью задатчика частоты скольжения 22, на первом выходе которого, связанном с преобразователем 23, в исходном состоянии установлен код максимального скольжения (т.е. единица), а на втором выходе нуль. Код первого выхода упомянутого задатчика 22 преобразуется в управляющее напряжение на выходе цифроаналогового преобразователя 23, которое, поступая на вход системы импульсно-фазового управления, определяет угол включения α тиристоров 13-18 сетевого моста. В исходном состоянии, т.е. до пуска привода, этот угол имеет максимальное значение (обычно a_макс 150-160 эл. град.).Since the motor 1 is still stationary, the slip EMF is maximum and the null-organ 34 is “blocked” by this EMF through the diode 43, i.e. it remains on even after releasing the button 44. The drive is controlled by the slip frequency adjuster 22, at the first output of which is connected to the converter 23, the maximum slip code (i.e., unity) is set in the initial state, and zero at the second output. The code of the first output of the said setter 22 is converted into a control voltage at the output of the digital-to-analog converter 23, which, entering the input of the pulse-phase control system, determines the switching angle α of the thyristors 13-18 of the network bridge. In the initial state, i.e. before starting the drive, this angle has a maximum value (usually a _max 150-160 electric degrees).

На выходе делителя частоты 24 импульсы в это время отсутствуют, так как на его кодовом входе сигнал равен нулю. По этой причине сигнал на выходе инвертора 27 равен логической единице, ключ 28 замкнут, тиристор 29 отперт и шунтирует выход моста 30, обеспечивая закорачивание обмоток 31-33 насыщающихся трансформаторов 5. Поскольку хорошая магнитная связь между тремя обмотками каждого из трансформаторов обеспечивается железными сердечниками, закорачивание обмотки 31-33 практически эквивалентно закорачиванию и других обмоток (2-4 и 19-21). Значит в исходном состоянии привода насыщающиеся трансформаторы в процессах коммутации сетевого и роторного мостов не участвуют. There are no pulses at the output of the frequency divider 24 at this time, since the signal at its code input is zero. For this reason, the signal at the output of the inverter 27 is a logical unit, the key 28 is closed, the thyristor 29 is unlocked and bypasses the output of the bridge 30, providing shorting of the windings 31-33 of saturable transformers 5. Since a good magnetic connection between the three windings of each of the transformers is provided by iron cores, shorting windings 31-33 are almost equivalent to shorting and other windings (2-4 and 19-21). So, in the initial state of the drive, saturable transformers do not participate in the switching processes of the network and rotor bridges.

Задание приводу нужной частоты вращения осуществляют задатчиком 22, уменьшая код скольжения. При уменьшении кода скольжения от единицы до 0,1-0,05 угол управления сетевым мостом уменьшается до α ≈ π/2,, т.е. уменьшается до нуля ЭДС инвертора и соответственно увеличивается частота вращения двигателя 1. The task of the drive the desired speed is carried out by the setter 22, reducing the slip code. When the slip code decreases from unity to 0.1-0.05, the angle of control of the network bridge decreases to α ≈ π / 2 ,, i.e. decreases to zero the EMF of the inverter and accordingly increases the speed of the motor 1.

Таким образом, в диапазоне скольжений ≈ (1-0,1) предлагаемое устройство работает как "классический" асинхронный вентильный каскад с неуправляемым (диодным) роторным выпрямителем. Thus, in the slip range ≈ (1-0.1), the proposed device operates as a “classic” asynchronous valve cascade with an uncontrolled (diode) rotary rectifier.

Дальнейшее уменьшение заданного скольжения с помощью задатчика 22 приводит, во-первых, к переводу сетевого моста в выпрямительный режим (с близким к нулю напряжением), во-вторых, при малой ЭДС скольжения выключается нуль-орган 34, отключается формирователь 35 и запираются ключи 36-39. Остаются включенными два, проводившие в этот момент ток, тиристора роторного моста. По соответствующим обмоткам ротора течет постоянный ток, и двигатель 1 входит в синхронизм (скольжение равно нулю). Further reduction of the specified slip with the help of the adjuster 22 leads, firstly, to the network bridge in the rectifier mode (with a voltage close to zero), and secondly, when the low emf of the slip is low, the null-organ 34 is turned off, the driver 35 is turned off and the keys 36 are locked -39. The two thyristors of the rotor bridge conducting at this moment remain switched on. A constant current flows through the corresponding rotor windings, and motor 1 enters into synchronism (slip is zero).

Перевод привода на сверхсинхронную скорость осуществляется следующим образом. Задатчиком 22 задают "отрицательное скольжение" (меньше нуля). При этом выпрямленное напряжение сетевого блока увеличивается, а на втором выходе задатчика 22 появляется код отрицательного скольжения, что приводит к следующим переключениям в схеме: в соответствии с кодом скольжения делитель частоты 24 обеспечивает коэффициент деления импульсов, проходящих с вспомогательного выхода системы 25 на формирователь 26 и логический инвертор 27. В результате одновременно с появлением управляющих импульсов на соответствующих тиристорах 6-11 роторного моста исчезают импульсы управления на ключе 28, раскорачивается диодный мост 30, и коммутирующая ЭДС из первичных обмоток 19-21 трансформируется в соответствующие вторичные обмотки 2-4 трансформаторов 5, обеспечивая коммутацию тиристоров роторного моста и коммутацию тока в обмотках ротора с чередованием фаз, обратным по отношению к обмоткам статора. Двигатель переходит на сверхсинхронную частоту вращения, а отсекающий диод 43 не пропускает на вход нуль-органа 34 отрицательную полярность напряжения на роторном блоке. Transferring the drive to super-synchronous speed is as follows. The encoder 22 set the "negative slip" (less than zero). In this case, the rectified voltage of the network unit increases, and a negative slip code appears on the second output of the setter 22, which leads to the following switching in the circuit: in accordance with the slip code, the frequency divider 24 provides a division ratio of the pulses passing from the auxiliary output of the system 25 to the shaper 26 and logical inverter 27. As a result, simultaneously with the appearance of control pulses on the corresponding thyristors 6-11 of the rotor bridge, the control pulses on the key 28 disappear, I have a diode bridge 30, and the switching EMF from the primary windings 19-21 is transformed into the corresponding secondary windings of 2-4 transformers 5, providing switching of the thyristors of the rotor bridge and switching current in the rotor windings with phase rotation inverse to the stator windings. The engine switches to a super-synchronous speed, and the cut-off diode 43 does not pass to the input of the zero-organ 34 the negative voltage polarity on the rotor block.

Для успешной коммутации тиристоров роторного моста, который на сверхсинхронной скорости привода работает в инверторном режиме, должны выполняться следующие условия. For successful thyristor switching of the rotor bridge, which operates in inverter mode at super-synchronous drive speed, the following conditions must be met.

1. Коммутация ротора должна осуществляться с заданной частотой "отрицательного" скольжения в моменты времени, совпадающие с моментами тока в соответствующих фазах сетевого моста. Это требование обеспечивается совпадением во времени импульсов, поступающих с формирователя 26 на управляющие входы тиристоров 6-11 роторного моста, и импульсов, поступающих на вход инвертора 27 и "размыкающих" ключ 28, т.е. обеспечивающих трансформацию коммутирующей ЭДС в обмотки 2-4 коммутирующих трансформаторов. 1. Switching of the rotor should be carried out with a predetermined frequency of "negative" slip at times that coincide with the moments of current in the corresponding phases of the network bridge. This requirement is ensured by the coincidence in time of the pulses coming from the shaper 26 to the control inputs of the thyristors 6-11 of the rotor bridge, and the pulses arriving at the input of the inverter 27 and "opening" the key 28, i.e. transforming the switching EMF into the windings of 2-4 switching transformers.

2. Время насыщения трансформаторов 5 должно быть больше времени, необходимого для коммутации тока в фазных обмотках ротора, что обеспечивается параметрами трансформаторов (заданным произведением числа витков первичных обмоток 19-21 на сечение железа трансформаторов). 2. The saturation time of the transformers 5 should be more than the time required for switching the current in the phase windings of the rotor, which is provided by the parameters of the transformers (given by the product of the number of turns of the primary windings 19-21 by the cross section of the iron of the transformers).

3. Коэффициент трансформации от первичных обмоток 19-21 к вторичным 2-4 должен быть меньше единицы, чтобы ток нагрузки первичной обмотки плюс ток намагничивания были не меньше приведенного тока вторичных обмотки 2-4 (иначе поток намагничивания и ЭДС трансформаторов будут равны нулю). 3. The transformation coefficient from the primary windings 19-21 to the secondary 2-4 should be less than one so that the load current of the primary winding plus the magnetization current are not less than the reduced current of the secondary windings 2-4 (otherwise the magnetization flux and EMF of the transformers will be zero).

4. Коммутация тока в фазных обмотках ротора, т.е. коммутация тиристоров 6-11 должна осуществляться при определенном дискретном ряде частот, чтобы обеспечивалось коммутирующее напряжение соответствующей полярности. 4. Switching current in the phase windings of the rotor, ie switching of thyristors 6-11 should be carried out at a certain discrete series of frequencies in order to ensure a switching voltage of the corresponding polarity.

Рассмотрим подробнее, при каких заданных частотах скольжения (на сверхсинхронной скорости) и соответственно в каком диапазоне частот вращения двигателя обеспечивается выполнение четвертого условия. Let us consider in more detail at what given slip frequencies (at super-synchronous speed) and, accordingly, in which range of engine speeds, the fourth condition is satisfied.

На фиг.3 показаны поясняющая схема и диаграммы коммутационных процессов в упрощенном "однофазном" исполнении сетевого и роторного блоков. Figure 3 shows an explanatory diagram and diagrams of the switching processes in a simplified "single-phase" version of the network and rotor units.

Сетевой мост содержит тиристорный мост 1-4, подключенный к сети через первичные обмотки 5 насыщающегося трансформатора, а роторный мост содержит тиристоры 6-9, подключен к "ротору" через вторичные обмотки 10 насыщающегося трансформатора и соединен с сетевым через сглаживающий дроссель 11. The network bridge contains a thyristor bridge 1-4 connected to the network through the primary windings 5 of the saturable transformer, and the rotor bridge contains thyristors 6-9, connected to the "rotor" through the secondary windings 10 of the saturable transformer and is connected to the network through the smoothing inductor 11.

Как и в предлагаемой схеме фиг. 2, коммутация роторного блока моста (инвертора) осуществляется под действием коммутационного напряжения U_k (см. диаграмму фиг. 3) во вторичной обмотке 11, появляющегося при коммутации сетевого моста (выпрямителя).As in the proposed scheme of FIG. 2, the switching of the rotor block of the bridge (inverter) is carried out under the action of a switching voltage U _k (see the diagram of Fig. 3) in the secondary winding 11 that appears when switching the network bridge (rectifier).

Из рассмотрения диаграммы видно, что частота коммутаций тока i₂ в роторном мосте может принимать только следующие дискретные значения:
f₂ f₁; f₂ f₁/3; f₂ f₁/5; f₂ f₁/7;
Нетрудно показать, что в трехфазном варианте, т.е. в предлагаемой схеме, возможен ряд частот
f₂ f₁/4; f₂ f₁/7; f₂ f₁/10; f₂ f₁/13;
В общем случае для "m"-фазного преобразователя f₂ f₁(mK + 1),
где K 0, 1 2,
Отсюда следует, что для увеличения частоты вращения двигателя в режиме "надсинхронной скорости" заданная частота скольжения на выходе задатчика частоты 22 (фиг. 2) должна принимать, например, следующие (отрицательные) значения: 50/13; 50/10; 50/7; или, при кодировании в относительных единицах, 1/13; 1/10; 1/7;1.From the consideration of the diagram shows that the switching frequency of the current i ₂ in the rotor bridge can take only the following discrete values:
f ₂ f ₁ ; f ₂ f _1/3; f ₂ f _1/5; f ₂ f _1/7;
It is easy to show that in the three-phase version, i.e. in the proposed scheme, a number of frequencies are possible
f ₂ f _1/4; f ₂ f _1/7; f ₂ f _1/10; f ₂ f _1/13;
In the general case, for an “m” phase converter f ₂ f ₁ (mK + 1),
where K 0, 1 2,
It follows that to increase the engine speed in the “super-synchronous speed” mode, the specified slip frequency at the output of the frequency setter 22 (Fig. 2) should take, for example, the following (negative) values: 50/13; 50/10; 50/7; or, when encoding in relative units, 1/13; 1/10; 1/7; 1.

Таким образом, частота вращения двигателя по предлагаемой схеме может быть в принципе увеличена до двойной от синхронной. Thus, the engine speed according to the proposed scheme can in principle be increased to double from synchronous.

Традиционная область использования асинхронного вентильного каскада - турбомеханизмы, где характерна кубичная зависимость мощности от частоты вращения, поэтому практически вряд ли целесообразно увеличение скорости вверх от синхронной более, чем на (10-15)% В этом диапазоне предлагаемая схема дает достаточно малые дискреты частот вращения, поэтому дискретность регулирования скорости "вверх", не является существенным недостатком и не препятствует синхронизации при переходе на очередную ступень. The traditional field of use of the asynchronous valve cascade is turbo-mechanisms, where the cubic dependence of power on the rotation frequency is characteristic, therefore, it is hardly advisable to increase the speed up from the synchronous one by more than (10-15)%. In this range, the proposed scheme gives fairly small discrete rotational speeds, therefore, the discreteness of the speed control "up" is not a significant drawback and does not prevent synchronization during the transition to the next stage.

Заметим также, что единственный дополнительный элемент в силовой схеме - насыщающиеся трансформаторы имеет наибольшие габариты благодаря малому времени насыщения (только время коммутации), вспомогательная третья обмотка трансформаторов и закорачивающий ее блок диодный мост плюс тиристор несут малую тепловую нагрузку, т.к. ток в них имеет импульсный характер. We also note that the only additional element in the power circuit - saturable transformers has the largest dimensions due to the short saturation time (only switching time), the auxiliary third winding of the transformers and the diode bridge plus the thyristor shorting it carry a small thermal load, because the current in them is pulsed.

В тех случаях, когда требуемый диапазон регулирования вниз и вверх от синхронной частоты вращения ограничен, между сетевым мостом и питающей сетью целесообразно включать согласующий трансформатор, типовая мощность которого составит (в долях) половину диапазона регулирования. Например, при общем диапазоне 0,5, т.е. при регулировании "вверх" и "вниз" на 25% типовая мощность трансформатора равна примерно 25% мощности привода. Установка согласующего трансформатора целесообразно также, если коэффициент трансформации между статорной и роторной обмотками двигателя много меньше единицы. In cases where the required control range down and up from the synchronous speed is limited, it is advisable to include a matching transformer between the network bridge and the supply network, the typical power of which will be (in fractions) half the control range. For example, with a total range of 0.5, i.e. with up and down control by 25%, the typical transformer power is approximately 25% of the drive power. The installation of a matching transformer is also advisable if the transformation coefficient between the stator and rotor windings of the motor is much less than unity.

В предлагаемом устройстве принудительная (искусственная) коммутация роторного выпрямительного моста при работе привода на "надсинхронной" скорости осуществляется за счет частичного использования с помощью насыщающихся трансформаторов энергии естественной коммутации сетевого тиристорного моста, что позволило исключить перенапряжения при коммутации, упразднить средства их ограничения и таким образом существенно упростить схему в целом и повысить надежность привода. In the proposed device, the forced (artificial) switching of the rotary rectifier bridge when the drive is operating at the "supra-synchronous" speed is due to the partial use of saturated switching transformers of the natural switching network power of the thyristor bridge, which eliminated overvoltage during switching, eliminating the means of limiting them and thus significantly Simplify the circuit as a whole and increase the reliability of the drive.

Claims

A supersynchronous valve cascade comprising an asynchronous motor with a phase rotor, a rotor thyristor bridge equipped with an individual forced switching thyristor, a network thyristor bridge connected via a smoothing inductor with the corresponding DC terminals of the rotor bridge, as well as a pulse-phase control system for the network thyristor bridge and the system control of engine speed, which includes a digital slip frequency adjuster, one of the outputs of which through digital the analogue converter is connected to the control input of the pulse-phase control system, the main output of which is connected to the control inputs of the thyristor bridge network, a frequency divider whose code input is connected to the second output of the specified slip frequency adjuster, the output is connected to the input of the first of two pulse shapers, the output of which connected to the control electrodes of the thyristors of the rotor thyristor bridge, the second pulse shaper connected by the output to the control inputs of four keys, one of which through decoupling diodes it combines common anodes of thyristors of the anode group of the rotor bridge with control electrodes, and three other keys are connected between the anodes and control electrodes of the thyristors of the cathode group of the rotor bridge, and the input of the second pulse shaper is connected to the output of the null organ, the input of which is connected to the drive start button and is connected through a cut-off diode to the common cathodes of the thyristors of the cathode group of the rotor bridge, characterized in that the said forced switching device but in the form of three single-phase three-winding saturable transformers, the primary windings of which are connected by the beginnings to the supply network with reverse phase rotation relative to the stator windings of the motor connected to the same network, and the ends are connected to the alternating current terminals of the thyristor bridge network, the secondary windings are connected by the beginnings to the rings of the rotor of the motor, and the ends to the terminals of the alternating current of the rotor thyristor bridge, the third windings of the said transformers are connected to a star and connected to free ends to the inputs of the diode bridge, the DC terminals of which are connected with a plus to the anode and minus to the cathode of the shunt thyristor, the anode of which is connected to the control electrode through an additional key, and the control input of this key is connected through the logic inverter to the output of the mentioned frequency divider, the second input of which is connected with auxiliary output of the pulse-phase control system.