ДВУХДВИГАТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОПРИВОД

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электроприводах производственных механизмов, в которых двигатели работают на общую нагрузку, и требуется синхронизация скоростей двух двигателей и регулирование скорости их вращения.

Известен асинхронный двухдвигательный электропривод [1], содержащий два асинхронных двигателя с фазным ротором, в цепь роторов которых включены выпрямители, анодные группы которых составлены из диодов, а катодные из тиристоров, соединенных между собой параллельно. Последовательно с ними соединены инвертор с постоянной выходной частотой, питающий выпрямитель, сглаживающий реактор. К выходу инвертора подключены обмотки статоров обоих двигателей. Управляющие электроды тиристоров выпрямителей подключены к обмоткам роторов соответствующих двигателей через две группы диодов и резистор с регулируемым сопротивлением.

Недостатками такого электропривода являются обязательное равенство токов статора и ротора, даже у двигателей со значительным неравенством номинальных значений тока статора и ротора, т.к. обмотки статора и ротора включены через вентильные преобразователи последовательно с организацией общего звена постоянного тока, в результате чего снижается величина достижимого в системе электромагнитного момента двигателя; в данном электроприводе обеспечивается невысокая точность регулирования скорости двигателей, т.к. скорость двигателей регулируется с помощью резистора с переменным сопротивлением.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является двухдвигательный электропривод [2], содержащий два асинхронных двигателя с фазным ротором, к обмоткам роторов которых подключены неуправляемые выпрямители, соединенные параллельно. Последовательно с ними соединен автономный инвертор, питающий выпрямитель и сглаживающий реактор. К выходу инвертора подключены обмотки статоров обоих двигателей. Управляющий вход выпрямителя подключен к устройству регулирования выходного напряжения, управляющий вход инвертора подключен к устройству регулирования выходной частоты.

Недостатками данного двухдвигательного электропривода являются низкий пусковой момент двигателя, низкий коэффициент мощности и повышенное потребление реактивной мощности из сети питающим регулируемым выпрямителем, который также загружает сеть высшими гармоникам тока. Поскольку в данном электроприводе обмотки статора и ротора включены через вентильные преобразователи последовательно с организацией общего звена постоянного тока, в пусковом режиме обеспечивается равенство токов статора и ротора, даже у двигателей со значительным неравенством номинальных значений тока статора и ротора, поэтому максимально достижимый ток ротора близок к номинальному значению (для многих двигателей меньше номинального значения), в результате чего снижается величина достижимого в системе электромагнитного момента двигателя, он лишь незначительно превышает номинальный момент двигателя.

Цель изобретения - увеличение пускового момента двигателей с обеспечением синхронизации их скоростей.

Сущность изобретения заключается в том, что в двухдвигательном электроприводе, содержащем два асинхронных двигателя с фазным ротором, к обмоткам роторов которых подключены неуправляемые выпрямители, соединенные параллельно, а последовательно с ними соединен автономный инвертор, выходы автономного инвертора подключены к обмотке низшего напряжения согласующего трансформатора, к обмотке высшего напряжения которого подключены входы неуправляемого выпрямителя, выходы которого подключены параллельно к выходам неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты, входы которого подключены через контакты к питающей сети, а к выходам неуправляемого выпрямителя преобразователя частоты также подключены сглаживающий конденсатор и входы управляемого инвертора преобразователя частоты, выходы которого подключены к параллельно соединенным обмоткам статоров двигателей.

На фиг.1 представлена электрическая схема двухдвигательного электропривода; на фиг.2. - векторная диаграмма асинхронного двигателя.

Двухдвигательный электропривод содержит два асинхронных двигателя с фазным ротором 1 и 2, два нерегулируемых мостовых выпрямителя 3 и 4, входы которых подключены к обмоткам роторов двигателей, а выходы соединены параллельно. К выходам выпрямителей 3 и 4 подключены входы автономного инвертора 5. Выводы обмоток статоров двигателей 1 и 2 соединены параллельно и подключены к выходам инвертора 6 преобразователя частоты, входы которого подключены к выходам питающего неуправляемого выпрямителя 7 преобразователя частоты, к которым также подключен конденсатор 8. Входы неуправляемого выпрямителя 7 подключены к питающей сети через контакты 9. Выходы автономного инвертора 5 подключены к обмотке низшего напряжения согласующего трансформатора 10, к обмотке высшего напряжения которого подключены входы еще одного неуправляемого выпрямителя 11, выходы которого подключены параллельно к выходам неуправляемого выпрямителя 7 преобразователя частоты.

Двухдвигательный электропривод работает следующим образом. При замыкании контактов 9 питающий неуправляемый выпрямитель 7 преобразователя частоты получает питание и подает выпрямленное и сглаженное конденсатором 8 напряжение на вход инвертора 6. Напряжение с выхода инвертора 6 поступает на параллельно соединенные обмотки статоров двигателей 1 и 2. В обмотках роторов двигателей 1 и 2 наводится ЭДС. Токи роторов обоих двигателей выпрямляются выпрямителями 3 и 4 и проходят через инвертор 5, преобразуются в переменный ток и проходят через обмотку низшего напряжения трансформатора 10. На выходах обмотки высшего напряжения трансформатора 10 появляется напряжение, ток, проходящий через обмотку высшего напряжения трансформатора 10, выпрямляется выпрямителем 11 и дополнительно заряжает конденсатор 8 и подпитывает инвертор 5 преобразователя частоты.

Инвертор 5, отдавая энергию скольжения через трансформатор 10 и выпрямитель 11 в звено постоянного тока преобразователя частоты, создает противо-ЭДС, которая вводится в цепь обмоток ротора двигателей 1 и 2.

При равенстве скоростей двигателей их ЭДС, пропорциональные скольжениям Е_2K·S, равны между собой. Выпрямленный ток ротора определяется

где E_ин - ЭДС инвертора; R_Э - эквивалентное сопротивление всех элементов, приведенное к выпрямленной цепи; ΔU_вΣ - суммарное падение напряжения на вентилях схемы.

Электропривод сочетает в себе свойства каскадного и частотного управления. Для регулирования частоты вращения двигателей необходимо регулировать частоту и напряжение на выходе инвертора 6 преобразователя частоты. Энергия скольжения двигателей передается из цепей их роторов непосредственно в цепь обмотки статора.

При равенстве скольжений двигателей токи в обмотках статоров и роторов обоих двигателей равны между собой.

Если, например, двигатель 1 обогнал двигатель 2, его скольжение уменьшается , тогда и мостовой выпрямитель 4 подпирает мостовой выпрямитель 3. В результате эквивалентная противо-ЭДС в цепи ротора двигателя 1 становится больше, чем эквивалентная противо-ЭДС в цепи ротора двигателя 2, поэтому двигатель 1 подтормаживается, и скорости двигателей выравниваются. Таким образом, в данном электроприводе осуществляется выравнивание скоростей двигателей.

Установившаяся частота вращения двигателей задается устройством регулирования выходной частоты инвертора 6, которое также задает напряжение на выходе инвертора. Величина тока статора и тока ротора каждого из двигателей зависит от напряжения на выходе инвертора 6 и величины противо-ЭДС в цепи ротора, создаваемой инвертором 5.

Момент асинхронного двигателя может быть определен по формуле

где φ₀ - угол между вектором тока статора и вектором тока намагничивания .

На фиг. 2 показано положение векторов токов двигателя. Угол φ₀ может быть определен по формуле

где к_е - коэффициент трансформации двигателя; δ - угол между векторами тока ротора и ЭДС обмотки ротора .

Наибольшее значение момента достигается при угле φ₀≈45°, для большинства двигателей при этом требуется неравенство токов статора и ротора.

В заявляемом устройстве обмотки статоров и роторов двигателей подключены через вентильные элементы к общему звену постоянного тока параллельно, и в цепи инвертирования энергии из роторов двигателей имеется согласующий трансформатор 10, коэффициент трансформации которого определяет величину ЭДС инвертора Е_ин, вводимую в цепи роторов двигателей, поэтому в пусковом режиме и режиме регулирования частоты вращения двигателя, осуществляемого с помощью инвертора 6, задающего частоту и напряжение статоров, токи в обмотках статора и ротора каждого из двигателей могут быть не равными между собой, вследствие чего достижимы значения токов статора и ротора, при которых момент двигателя будет наибольшим. Это отличает заявленное устройство от прототипа, в котором обмотки статоров и роторов двигателей подключены через вентильные элементы к общему звену постоянного тока последовательно, в результате чего токи статора и ротора каждого из двигателей равны между собой и при стандартном напряжении питающей сети для стандартных двигателей не удается достичь значений токов ротора, превышающих номинальное значение, что определяет пониженный момент, развиваемый двигателями. Вследствие пониженного значения тока ротора в прототипе, в соответствии с выражением (3), угол φ₀ меньше оптимального значения.

Достигаемый технический эффект от применения предлагаемого устройства заключается в увеличении пускового момента двигателей, вследствие обеспечения требуемого соотношения между током статора и током ротора.

Литература

1. Патент №2237345. Двухдвигательный электропривод. А.Н.Мамаев, В.Н.Мещеряков. Открытия. Изобретения. 2004. №27, МКИ Н02Р 7/74.

2. Патент №2160495. Двухдвигательный электропривод. В.Н.Мещеряков, В.В.Федоров, Д.С.Осипов. Открытия. Изобретения. 10.12.2000. Бюл. №34, МКИ Н02Р 7/74.