SU944052A1

SU944052A1 - Contact-free electric drive with device for excitation field extinguishing

Info

Publication number: SU944052A1
Application number: SU803009224A
Authority: SU
Inventors: Виктор Борисович Низимов; Сергей Викторович Колычев
Original assignee: Днепродзержинский Ордена Трудового Красного Знамени Индустриальный Институт Им.М.И.Арсеничева
Priority date: 1980-12-01
Filing date: 1980-12-01
Publication date: 1982-07-15

Description

(5) БЕСКОНТАКТНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД С УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ ГАШЕНИЯ ПОЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ(5) NON-CONTACT ELECTRIC DRIVE WITH DEVICE FOR SUPPLY EXCITATION FIELD

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано дл систем возбуждени синхронных электрических машин средней и большой мощности, как двигателей, так и генераторов. Известен бесконтактный электропривод , в котором обмотка возбуждени синхронной машины питаетс от уп равл емого полупровод ни ково го преобразовател напр жени . Гашение пол возбуждени синхронной машины достигаетс с помощью дополнительной обмотки , создающей встречное поле l. Однако наличие дополнительной обмотки и схемы ее питани усложн ет электрический.привод. Известен также бесконтактный элек ропривод с тиристорным преобразователем напр жени дл управлени током возбуждени синхронного электродв гател , в котором гашение пол возбуждени достигаетс переводом тиристорного преобразовател в инверторный режим, при котором в цепь обмотки возбуждени вводитс встречна ЭДС, а пусковые режимы и защита обмотки возбуждени от перенапр жений в этих режимах достигаетс применением пускозащитной цепи, составленной из встречно-параллельно включенных тиристоров, соединенных последовательно с разр дным резистором 2. Однако режим форсированного гешени пол возбуждени в этом устройстве не может быть.осуществлен при коротких замыкани х, сопровождающихс глубокой посадкой напр жени или его исчезновением (из-за отсутстви коммутирующей ЭДС сети или значительного уменьшени ее величины). Кроме того, доведение тока возбуждени в этой схеме до нулевого значени при высоких остаточных ЭДС обмотки статора не устран ет протекани токов короткого замыкс)11и« ы случае внутренних повреждений i.)639 мотки статора. Наличие пускозащитной цепи и необходимость контрол тока в ней перед синхронизацией электродвигател во избежание перегрева разр дного .резистора током возбудител снижает надежность схемы и усложн ет систему. Наиболее близким техническим реше нием к данному изобретению вл етс бесконтактный электропривод с устройством дл гашени пол возбуждени , содержащий синхронную электрическую машину, обмотка возбуждени которой св зана с выходом источника питани ,и узел гашени пол обмотки возбуждени , состо щий из последовательно соединенных между собой гас щего тиристора, коммутирующего и форсирующего конденсаторов и блока управлени гас щим тиристором З. Наличие дoпoлниteльнoгo источника дл зар дки первого кондесатора услож н ет устройство и снижает его надежность , а шунтирование второго конденсатора снабилитроном или подобным ему элементом замедл ет процесс гашени пол возбуждени . Кроме тога , доведение тока возбуждени в этом устройстве до нулевого значени при высоких остаточных ЭДС обмотки статора не устран ет протекани токов короткого замыкани в случае внутренних повреждений кор . Управ .ление вспомогательным тиристором от падени напр жени на дополнительном резисторе, включаемом последовательно с обмоткой возбуждени синхронной машины, также усложн ет устройство и увеличивает потери электроэнергии. Управление же вспомогетельным тиристором от кор электрической машины требует дополнительного преобразовательного устройства, что также ведет к усложнению схемы, а при внутренних коротких замыкани х кор устройство оказываетс неработоспособным. Недостатком этого устройства вл етс также необходимость специальных пусковых цепей дл пуска синхронного двигател . При большой мощности двигател габариты пускового резистора оказываютс значительными, и из-за больших пусковых токов и соединенные последовательно с ним ключи имеют большие габариты и низкую недежность . Управление этими ключами тре .бует также наличи специального блока . Все это приводит к низкой надежности электропривода. 2 Цель изобретени - повышение надежности . Поставленна цель достигаетс тем, что дополнительно введены три диода, два резистора и два ключа, управл ющие входы которых соединены с выходами блока управлени гас щим тиристором , один из ключей влючен между общей точкой соединени форсирующего и коммутирующего конденсаторов и управл ющим электродом гас щего тиристора , а второй ключ соединен с анодом гас щего тиристора и его же управл ющим электродом, при этом анод гас щего тиристора соединен с минусом источника питани , катод гас щего тиристора соединен с свободным выводом коммутирующего.конденсатора , свободный вывод форсирующего конденсатора соединен с плюсом источника питани , один из дополнительных диодов включен встречно-параллельно гас щему тиристору, катоды второго и третьего дополнительных диодов объединены и соединены с общей точкой соединени форсирующего и коммутирующего конденсаторов, анод второго диода через резистор соеди- . нен с другим выводом форсирующего конденсатора, а анод третьего диода через резистор - с другим выводом коммутирующего конденсатора. Кроме того, дополнительно введены симистор и блок управлени симистором , при этом симистор включен между анодами второго и третьего диодов, блок управлени симйстором св зан с блоком управлени гас щим тиристором и управл ющим электродом симистора. На фиг. 1 и 2 показ а принципиальна схема соединени элементов электропривода. Бесконтактный электропривод с устройством дл гашени пол возбуждени состоит из синхронной машины, обмотка 1 возбуждени которой соединена с выходом источника 2 питани , например полууправл емого преобразовател . Узел гашени пол возбуждени выполнен на последовательно соединенных между собой форсирующем конденсаторе 3 коммутирующем конденсаторе k и гас щем тиристоре 5Параллельно конденсатору 3 включена цепочка иэ резистора 6 и диода 7, параллельно конденсатору включена цепочка из диода 8 и резистора 9, а тиристор 5 зашунтирован диодом 10. Преобразователь 2 управл етс блоком 11, функционально св занным с блоком 12 управлени гас щим тиристором , выходы которого соединены с двум ключами 13 и 1, один из которых включен между анодом.тиристора 5 и его управл ющим электродом, а другой - между общей точкой соединени конденсаторов 3 и и тем же управл ющим электродом тиристора 5 анод которого соединен с минусом источника питани , свободный вывод форсирующего конденсатора соединен с плюсом источника питани . Дл ограничени величины тока управлени в цепь управл ющего электрода включен ограничивающий узел 15. Устройство может содержать симистор 16 между анодами диодов 7 и.8 и блок 17 управлени симистром 16 (фиг. 2).The invention relates to electrical engineering and can be used for the excitation systems of synchronous electric machines of medium and high power, both motors and generators. A contactless electric drive is known in which the excitation winding of a synchronous machine is powered from an adjustable semiconductor forged voltage converter. The excitation of the field of the synchronous machine is achieved with the help of an additional winding, creating a counter field l. However, the presence of an additional winding and its power supply circuit complicates the electric drive. Also known is a non-contact electrically-driven drive with a thyristor voltage converter for controlling the excitation current of a synchronous electric drive, in which the excitation of the excitation field is achieved by transferring the thyristor converter to the inverter mode, in which the opposite voltage is introduced into the excitation winding circuit in these modes is achieved by using a start-protective circuit composed of anti-parallel thyristors connected by a follower but with a discharge resistor 2. However, the forced field excitation mode in this device cannot be realized when there are short circuits accompanied by a deep voltage landing or its disappearance (due to the absence of a switching EMF network or a significant decrease in its magnitude). In addition, bringing the excitation current in this circuit to zero at high residual EMF of the stator winding does not eliminate the flow of short-circuit currents in the case of internal damage i.) 639 stator coils. The presence of a start-protective circuit and the need to control the current in it before synchronizing the motor in order to avoid overheating of the discharge resistor with the exciter current reduces the reliability of the circuit and complicates the system. The closest technical solution to this invention is a contactless electric drive with a device for extinguishing the field of excitation, containing a synchronous electric machine, the excitation winding of which is connected to the output of the power source, and the excitation unit of the field of the excitation winding consisting of sequentially interconnected extinguishing thyristor, switching and forcing capacitors, and a thyristor quenching control unit Z. The presence of a complementary source for charging the first condenser complicates the devices This reduces its reliability, and the shunting of the second capacitor provided with a elec- tron or similar element slows down the process of extinguishing the field of excitation. In addition to that, bringing the excitation current in this device to zero at high residual EMF of the stator winding does not eliminate the flow of short-circuit currents in case of internal damage to the core. Controlling the auxiliary thyristor against a voltage drop across an additional resistor, connected in series with the excitation winding of the synchronous machine, also complicates the device and increases the power loss. Control of the auxiliary thyristor from the core of the electric machine requires an additional converter device, which also leads to a complication of the circuit, and during internal short circuits and core the device becomes inoperative. A disadvantage of this device is also the need for special starting circuits for starting a synchronous motor. With a high motor power, the dimensions of the starting resistor are significant, and because of the large inrush currents and the keys connected in series with it have large dimensions and low incompetence. The management of these keys also requires the presence of a special block. All this leads to low reliability of the electric drive. 2 The purpose of the invention is to increase reliability. This goal is achieved by additionally introducing three diodes, two resistors and two switches, the control inputs of which are connected to the outputs of the extinguishing thyristor control unit, one of the keys is connected between the common connection point of the forcing and switching capacitors and the control electrode of the extinguishing thyristor, and the second key is connected to the anode of the extinguishing thyristor and its control electrode, while the anode of the extinguishing thyristor is connected to the minus of the power source, the cathode of the extinguishing thyristor is connected to the free output the free capacitor is connected to the power supply plus, one of the additional diodes is connected counter-parallel to the extinguishing thyristor, the cathodes of the second and third additional diodes are combined and connected to the common connection point of the forcing and switching capacitors, the anode of the second diode is connected through a connection resistor -. It is not connected with another output of the forcing capacitor, and the anode of the third diode through a resistor is connected with another output of the switching capacitor. In addition, a triac and a triac control unit are added, with a triac connected between the anodes of the second and third diodes, the simistor control unit is connected to the extinguishing thyristor control unit and the triac control electrode. FIG. 1 and 2 show a schematic diagram of the connection of the elements of the electric drive. A contactless electric drive with a device for damping the field of excitation consists of a synchronous machine, the excitation winding 1 of which is connected to the output of the power source 2, for example a semi-controlled converter. The field field quenching unit is made on series-connected boosting capacitor 3, switching capacitor k and suppressing thyristor 5 Parallel to capacitor 3, a chain of resistor 6 and diode 7 is connected, parallel to the capacitor, a chain of diode 8 and resistor 9 is connected, and the thyristor 5 is shunted by diode 10. The converter 2 is controlled by a block 11, functionally connected to the block 12 controlling the extinguishing thyristor, the outputs of which are connected to two keys 13 and 1, one of which is connected between the anode of the thyristor 5 and its ravl gate electrode, and the other - between the common connecting point of capacitors 3 and the same control electrode of the thyristor anode 5 is connected to the minus power supply, free booster output capacitor is connected to a plus power source. To limit the amount of control current, a limiting unit 15 is connected to the control electrode circuit. The device may contain a triac 16 between the anodes of the diodes 7 and 8 and the triac control unit 17 (Fig. 2).

Электропривод работает следующим образом.The drive works as follows.

На врем асинхронного запуска синхронного электродвигател блоком 11 снимаютс управл ющие импульсы с катодной группы управл емых вентилей преобразовател 2, блок 12 ключом 13 замыкает цепъ управлени гас щим тиристором. При подаче напр жени на статор синхронного электродвигател одна полуволна пускового тока от ЭДС обмотки возбуждени и замыкаетс через гас щий тиристор 5, управл емый от ЭДС ротора через ключ 13 и токоограничивающую цепь 15, коммутирующий конденсатор Ц, зашунтированный диодом 8 и резистором 9, и форсирующий конденсатор 3- Друга полуволна пускового тока замыкаетс через форсирующий конденсатор 3 зашунтированный дополнительно введенными резистором 6 и диодом 7, коммутирующий конденсатор k и зар дный диод 10, обеспечива предварительный зар д конденсатора k с указанной на чертеже пол рностью напр жени . Кроме того, зар д конденсатора k происходит при включении, преобразовател 2 через резистор 6, диоды 7 и 10. При достижении ротором подсинхронной скорости блок 12 ключом 13 размыкает цепь, управлени нос щим тиристором 5, а блок 11 подает управл ющие импульсы на катодную группу управл емых вентилей преобразовател 2, что приводит к по влению тока в обмотке возбуждени 1 и вхождению двигател в синхронизм.During the asynchronous start of the synchronous electric motor, the block 11 removes the control pulses from the cathode group of controlled valves of the converter 2, the block 12 with the key 13 closes the control circuit of the quenching thyristor. When voltage is applied to the stator of a synchronous motor, one half-wave of the starting current from the EMF of the excitation winding and closes through the extinguishing thyristor 5, controlled from the rotor EMF through the switch 13 and the current-limiting circuit 15, the switching capacitor C, bypassed by the diode 8 and the resistor 9, and the forcing capacitor 3- The other half-wave starting current is closed through the forcing capacitor 3 shunted by additionally inserted resistor 6 and diode 7, switching capacitor k and charging diode 10, providing a preliminary ar d of the capacitor k with the polarity indicated in the drawing. In addition, the capacitor charge k occurs when the converter 2 is turned on through a resistor 6, diodes 7 and 10. When the rotor reaches the subsynchronous speed, the block 12 with the key 13 opens the circuit, controls the driving thyristor 5, and the block 11 sends control pulses to the cathode group controlled valves of the converter 2, which leads to the appearance of current in the excitation winding 1 and the motor to become synchronized.

Гашение магнитного пол осуществл етс следующим образом. Блоком 11The suppression of the magnetic field is carried out as follows. Block 11

снимаютс управл ющие импульсы с ка-i тодной группы управл емых вентилей преобразовател 2, а блок 12 замыкает ключ k в цепи управлени гас щим 5 тиристором 5 и на управл ющий электрод последнего поступает включающий сигнал от предварительно зар женного коммутирующего конденсатора 4 по цепи: плюсова обкладка конденсатораThe control pulses are removed from the ca-i group of controlled valves of the converter 2, and the block 12 closes the key k in the control circuit of the extinguishing 5 thyristor 5 and the control electrode of the latter receives a switching signal from the precharged switching capacitor 4 along the circuit: positive capacitor plate

0 k - ключ 14 - токоограничивающа цепь 15 - управл ющий электрод тиристора 5 минусова обкладка конденсатора , При включении гас щего тиристора 5 происходит запирание0 k - key 14 - current limiting circuit 15 - thyristor control electrode 5 minus capacitor plate, when turning on the extinguishing thyristor 5, locking occurs

s катодной группы управл емых вентилей и преобразовател 2 по цепи: плюсова обкладка конденсатора k - форсирующий конденсатор 3 вентили преобразовател 2 - гас щий тиристор 5 - минусова обкладка конденсатора А. При этом происходит обмен зар дом между коммутирующим и форсирующим конденсаторами и на последнем по вл етс , напр жение, которое направлено встречно току возбуждени , что приводит к резкому уменьшению его величины в контуре, образованном обмоткой возбуждени 1, тиристором 5, конденсатором 4, зашунтированным диодом 8s of the cathode group of controlled valves and converter 2 along the circuit: positive capacitor plate k - forcing capacitor 3 transformer valves 2 - suppressor thyristor 5 - negative capacitor plate A. In this case, the exchange of charge between the switching and boosting capacitors takes place and voltage, which is directed opposite to the excitation current, which leads to a sharp decrease in its value in the circuit formed by the excitation winding 1, thyristor 5, capacitor 4, and bypass diode 8

и резистором 91 Форсирующим конден-сатором 3 и обмоткой возбуждени 1. При достижении током возбуждени нулевого значени зар женный форсирующий конденсатор 3 выключает тиристор 5 и разр жаетс на обмотку возбуждени 1 по цепи: плюсова обкладка конденсатора 3 коммутирующий конденсатор Ц - диод 10 обмотка возбуждени 1 - минусова обкладкаand resistor 91 Forcing capacitor 3 and excitation winding 1. When the excitation current reaches zero, the charged forcing capacitor 3 turns off the thyristor 5 and discharges to the excitation winding 1 along the circuit: the positive capacitor plate 3 switching capacitor C - diode 10 excitation winding 1 - minus lining

конденсатора 3, что приводит к изменению направлени тока в обмотке возбуждени 1, сопровождающемус устранением остаточной ЭДС статора. Дл увеличени момента двигател приcapacitor 3, which leads to a change in the direction of the current in the excitation winding 1, accompanied by the elimination of the residual EMF of the stator. To increase engine torque at

Claims

Asynchronous start-up, when the current through the excitation winding is interrupted by capacitors (which corresponds to a relative rotor speed of 0.7-0.95). Block 17 sends a signal to triac 1b. 8, as a result, the field winding through the triac 16, the thyristor 5 and the diode 10 is connected to the resistors 6 and 9, which creates an additional moment. When the subsynchronous speed is reached, the block 17 removes the signal from the triac 16, after which it is locked (after 50-100 ms) by the block 17, the signal is sent to the blocks 11 and 12, after which the synchronization of the electric motor is ensured. Capacitors 3 and i may have the same capacitance, or differ in the ratio of 1: 3 in either direction. The resistance of resistors 6 and 9 is taken to the limit of 0.2-5 / RoB, and they can be equal, or differ in the value of resistance in any direction. The proposed electric drive allows reducing the time of damping of the magnetic field of the excitation and use. elements of the field damping unit for starting the engine, which increases reliability and simplifies the electric drive. Claim 1. Contactless electric drive with a device for field excitation, containing a synchronous electric machine, the excitation winding of which is connected to the output of the power source, and field excitation field quenching assembly consisting of series-suppressing thyristor switching and boosting capacitors and a thyristor control unit, characterized in that, in order to increase reliability, it additionally includes three diodes, two resistors and two switches that control The ports of which are connected to the outputs of the extinguishing thyristor control unit, one of the keys is connected between the common connection point of the forcing and switching capacitors and the control electrode of the extinguishing thyristor, and the second key is connected to the anode of the extinguishing thyristor and its controlling electrodes, while the extinguishing anode the thyristor is connected to the minus of the power source, the free output of the boosting capacitor is connected to the power source plus third further diode are combined and connected to a common connecting point and the switching booster capacitor, the anode of the second diode through a resistor connected to the other terminal of the booster capacitor, and the anode of the third diode via a resistor - to the other terminal of the switching capacitor. 2. The electric drive according to claim 1, wherein a triac and a triac control unit are additionally inserted, the triac is connected between the anodes of the second third diode, and the triac control unit is connected to the output of the extinguishing thyristor control unit and the triac control electrode . Sources of information, taken into account in the examination 1. German patent number 2005679, cl. 21d 1, 1973.

2.Sokolov M.M. The automated electric drive of common industrial mechanisms. M., Energie, 1976, p. 391-393.

3. USSR author's certificate number 650196, cl. H 02 R 9/12, 1975