Entraînement triphasé à vitesse réglable.
L'invention concerne un entraînement triphasé à vitesse réglable comportant un moteur asynchrone avec
rotor à bagues., pouvant être connecté à un réseau triphasé
et un moteur à courant continu couplé mécaniquement au
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par l'intermédiaire d'un redresseur non commandé relié aux bagues collectrices du moteur asynchrone.
<EMI ID=2.1> asynchrone engendre une grande tension d'induit pour une faible vitesse de rotation, et que le moteur à courant con-
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cascade TC connue ne conviant que pour de relativement petites gammes de réglage de vitesse.
On connaît, par exemple par la revue ETZ,
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convertisseurs statiques de courant, appelée sous-synchrone, dans laquelle la.puissance de glissement du moteur asynchrone est renvoyée dans le réseau triphasé par l'intermédiaire d'un convertisseur statique commandé. Grâce à cette cascade de convertisseurs statiques sous-synchrone, on peut obtenir une gamme de réglage de vitesse relativement large moyennant des dépenses appropriées. La puissance réactive de la cascade de convertisseurs statiques sous-synchrone qui se compose
de la puissance réactive de la machine, de la puissance réactive de commutation du redresseur et de la puissance réactive de réglage du convertisseur statique, est cependant la plus grande par rapport à tous les autres entraînements dont on peut régler la vitesse.
Le but est de former un entraînement triphasé
<EMI ID=5.1> <EMI ID=6.1>
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<EMI ID=8.1>
<EMI ID=9.1>
piloté par le réseau, grâce auquel la dépense en composants peut être maintenue faible.
Dans l'entraînement triphasé conforme à l'invention, le groupe de machines constitué du moteur asynchrone et du moteur à courant continu est essentiellement mieux utilisé que dans la cascade TC connue et on peut obtenir une gamme de réglage de vitesse plus large. Le convertisseur statique commandé peut être utilisé aussi bien en fonctionnement en redresseur qu'en fonctionnement en onduleur. Il résulte de ceci des dépenses plus faibles et un besoin en puissance réactive plus faible.
Le moteur à courant continu est de préférence réalisé à l'aide d'un moteur synchrone triphasé alimenté
par l'intermédiaire d'un onduleur commandé et l'onduleur
est connecté en série avec le redresseur non commandé et le convertisseur statique commandé. L'onduleur peut être connecté entre le redresseur non commandé et le convertisseur statique commandé.
Un moteur synchrone triphasé alimenté par un onduleur est également désigné sous le nom de moteur à con-
<EMI ID=10.1> Siemens 45 année 1971, pages 177-182. Ce moteur à convertisseur statique correspond, en ce qui concerne son type de
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à excitation indépendante, le collecteur mécanique étant remplacé par un collecteur électronique, l'onduleur, L'ondu-
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cette manière une solution très économique. Dans le moteur à convertisseur statique, on n'observe pas de limitation de la puissance limite, qui est limitée, dans le moteur à cou-
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par les forces centrifugea apparaissant au collecteur. La cascade de machines "triphasé - triphasé'* conforme à l'invention peut par conséquent également être utilisée pour des
<EMI ID=14.1>
ment élevées, par exemple comme entraînement réglable très économique pour les pompes d'alimentation de la chaudière dans les centrales électriques, où on a utilisé jusqu'à présent en première ligne des entraînements par turbine.
<EMI ID=15.1>
tion est expliqué plus en détail dans la suite, à titre d'exemple, à l'aide des figures 1 à 4. Deux exemples d'exécution sont représentés sur les figures 1 et 2, les mêmes composants étant pourvus des mêmes signes de référence.
La figure 1 représente le schéma d'une cascade de machines "triphasé-continu" conforme à l'invention, équipée de convertisseur statique commandé dans le circuit d'induit du moteur à courant continu. Cet entraînement
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<EMI ID=17.1>
constitué d'un moteur asynchrone triphasé 1 avec rotor à bagues et d'un moteur à courant continu 2 à excitation indé-pendante 2a. Le moteur asynchrone 1 et le moteur à courant continu 2 sont couplés mécaniquement entre eux par l'intermédiaire d'un arbre 3. Le couplage mécanique peut également être effectué par l'intermédiaire d'un engrenage ou par exemple dans le cas de la traction par l'intermédiaire de
la voie, ce qui est différent de l'exemple d'exécution. Le moteur asynchrone 1 est raccordé aux phases R, S, T du réseau triphasé 5 par l'intermédiaire d'un appareillage
de coupure 4. Les bagues collectrices du moteur asynchrone
1 sont reliées aux entrées triphasées d'un redresseur non commandé 6, dont les bornes de courant continu 7 et 8 sont connectées dans le circuit d'alimentation 9 pour l'induit
du moteur à courant continu 2. Dans l'exemple d'exécution
le redresseur 6 est composé de six valves non commandées 6a à 6f montées en pont triphasé. Les valves non commandées du convertisseur statique 6a à 6f peuvent par exemple être dos diodes. Le courant d'induit du moteur asynchrone est redressé par le redresseur non commandé 6 et amené au circui' d'induit 9 du moteur à courant continu 2.
Dans le circuit d'alimentation 9 du moteur à courant continu 2, les bornes de courant continu 11 et 12 d'un convertisseur statique commandé 10 sont connectées en série avec le redresseur non commandé 6. Les bornes do courant triphasé du convertisseur statique commandé 10 sont raccordées, dans l'exemple d'exécution, aux phases R, S, T de la ligne triphasée 5 par l'intermédiaire d'un transformateur d'adaptation 13 et d'un appareillage de coupure 14. Dans le cas où le type d'entraînement le permet, l'appareillage de coupure 14 peut être combiné à l'appareillage de coupure
4 en un appareillage de coupure commun. Dans l'exemple d'exécution, une self 15 destinée au lissage du courant con-tinu est introduite dans le circuit d'induit ou de courant continu 9. Dans l'exemple d'exécution, on a prévu, comme
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piloté par le réseau qui est constitué des valves commandées
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statique piloté par .le- réseau peut être réalisé moyennant des frais relativement faibles en composants. Le convertisseur statique piloté par le réseau peut être complété par-une brancha de- roue -libre, ou on peut utiliser, à la place du convertisseur statique piloté par le réseau, un convertisseur statique à commutation forcée. Dans les deux cas les besoins en puissance réactive de l'entraînement sont plus faibles, mais les frais sont cependant largement plus élevés. Il faut encore mentionner que le convertisseur statique 10 peut être constitué de plusieurs convertisseurs statiques connectés en série ou en parallèle. Les valves commandées 10a à lof du convertisseur statique peuvent par exemple être des thyristors. Ils reçoivent leurs impulsions d'amorçage d'un dispositif de commande 11, comme il est d'usage pour les convertisseurs statiques commandés et
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"Convertisseurs statiques pilotés par le réseau, équipés
de thyristors" éditeur Siemens AG 1967, pages 275 à 280.
La figure 2 représente, sous forme d'un second exemple d'exécution, le schéma d'une cascade de machines "triphasé - triphasé" conforme à l'invention avec convertis- <EMI ID=21.1>
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exemple d'exécution, d'un moteur asynchrone triphasé 1 avec
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roulement d'excitation 2'a, qui remplace le moteur à courant continu 2 de l'exemple d'exécution suivant la figure 1 et qui est alimenté par un onduleur 16 connecté dans le circuit d'alimentation 9. Les autres composants de l'exemple d'exécution selon la figure 2 furent déjà décrits en détail au moyen de la figure 1 et leurs possibilités de variations commentées.
La machine synchrone 2' est alimentée, comme déjà mentionné, par l'intermédiaire des sorties triphasées de l'onduleur commandé 16 qui se trouve en série avec le redresseur non commandé 6 et le convertisseur statique commandé 10 dans le circuit d'alimentation 9 du moteur synchrone 2'. Dans ce but, dans l'exemple d'exécution, l'entrée de courant continu 17 de l'onduleur 16 est reliée
à la sottie de courant continu 8 du redresseur non commandé
6 et l'entrée de courant continu 18 de l'onduleur 16 avec l'entrée de courant continu 12 du convertisseur statique commandé 10. L'onduleur commandé 16 est constitué, dans
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en pont triphasé. Les valves commandées 16a à 16f du convertisseur statique peuvent par exemple être des thyristors. La puissance en courant continu prise par l'onduleur commandé
<EMI ID=25.1>
9 est transformée en puissance en courant alternatif par
cet onduleur et amenée au moteur synchrone 2. L'onduleur 16 est commandé par le dispositif de commande 19, qui amène
aux valves 16a à 16f du convertisseur statique des impulsions d'amorçage ou de commande. Un réglage de phase ne doit pas être prévu dans ce cas. En ce qui concerne l'exécution du dispositif de commande 19, on peut s'en référer au manuel susmentionné. On obtient la solution la plus économique lorsque l'onduleur 16 est piloté par la charge. Dans ce cas, il peut être nécessaire de prévoir dans la gamme inférieure des vitesses, un auxiliaire de commutation qui peut par exemple <EMI ID=26.1>
Il faut avant tout faire remarquer que la puissance P délivrée à l'arbre du groupe de machines 1 et
2 ou respectivement 2' se compose de la puissance mécanique . du moteur asynchrone 1 et du moteur à courant continu 2 ou respectivement du moteur synchrone 2'. Le pourcentage de puissance des différents moteurs est déterminé par le montage et dépend de la caractéristique vitesse - couple de la machine de travail à faire fonctionner...et de la gamme de réglage de vitesse exigée.
L'explication du réglage de vitesse se fait
à l'aide d'un entraînement pour un ventilateur présentant une allure quadratique du couple, pour un réglage de vitesse de rotation allant de la vitesse nominale n de la machine asynchrone jusqu'au repos. En outre, la puissance nominale
de la machine asynchrone vaut deux tiers, et celle de la machine à courant continu 2 ou respectivement de la machine synchrone 2' un tiers de la puissance à délivrer à la machine de travail pour la vitesse de rotation la plus élevée. Vu que le courant d'induit redressé, qui apparaît au redresseur non commandé 6, parcourt l'induit de la machine à courant continu 2 et respectivement l'onduleur 16 du moteur à convertisseur <EMI ID=27.1>
tinue de la machine 2 à la vitesse nominale et respectivement la somme de la tension d'induit au repos redressée et
de la chute de tension à l'onduleur 16 à la vitesse nominale.
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<EMI ID=30.1>
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<EMI ID=32.1>
<EMI ID=33.1>
à la f.é.m. de la machine à courant continu 2 et respective-
<EMI ID=34.1>
<EMI ID=35.1>
ment dans le circuit de courant continu 9. L'entraînement prend une vitesse de rotation, pour laquelle on a la somme
<EMI ID=36.1>
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commande appropriée, on peut régler par pas toute vitesse à l'intérieur de gammes déterminées I, II ou III. L'allure de la tension obtenue dans ce cas est donnée à la figure 3 par la courbe en trait accentué. Dans la gamme supérieure des <EMI ID=39.1>
est valable, l'appareillage de coupure 4 est ouvert et le moteur à courant continu 2 ou le moteur à convertisseur statique 2' fonctionne seul. Ceci est possible par exemple lorsque le couple de rotation nécessaire pour la machine de travail est plus petit que le couple de rotation admissible de la machine à courant continu 2 ou de la machine synchrone 2', comme pour l'entraînement de ventilateur. Pour une plage de commande du convertisseur statique 10 suffisamment large ou, dans le cas où un démarreur est connecté en série avec
<EMI ID=40.1>
tombe. Une mise hors circuit séparée du moteur asynchrone 1 n'est alors plus nécessaire.
On peut voir à la figure 3 que pour les données choisies le convertisseur statique 10, qui est l'élément déterminant du prix, ne doit être dimensionné que pour 30 % de la puissance totale d'entraînement même pour une
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A la figure 4, la puissance active P est rapportée à la puissance réactive Q sous forme d'un diagramme vectoriel. Le diagramme vectoriel représente la somme obtenue, à couple de rotation constant, de la puissance prise par le
i�
<EMI ID=42.1>
cascades de convertisseurs statiques normales sous synchrones, à cause de leur meilleure utilisation, conduisent également
à une diminution de la puissance réactive.
En résumé, il faut constater qu'on peut obtenir, grâce à l'entraînement triphasé conforme à l'invention, une large gamme de réglage de vitesse sans augmentation sensible des frais et pour des besoins en puissance réactive faibles. Aussi bien la cascade de machines "triphasé - continu"
<EMI ID=43.1>
"triphasé - triphasé" conforme à l'invention présentent ainsi aussi bien les-avantages.des cascades TC connues que les avantages de la cascade de convertisseurs statiques sous synchrone sans en présenter les inconvénients susmentionnés. En outre, du moins la cascade de machines "triphasé - triphasé" peut également être utilisée dans des gammes de puissance élevées par exemple dans une gamme de puissance d'environ
<EMI ID=44.1>
existantes, les gammes de réglage de vitesse et la puissance d'entraînement peuvent être augmentées en installant en plus le convertisseur statique non commandé 10, sans changement des moteurs.
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REVEND ICAT IONS
1. Entraînement triphasé à vitesse réglable comportant un moteur asynchrone avec rotor à bagues pouvant être connecté à un réseau triphasé et un moteur à courant continu couplé mécaniquement au moteur asynchrone, moteur
à courant continu qui est alimenté par l'intermédiaire d'un redresseur non commandé relié aux bagues collectrices du moteur asynchrone, caractérisé en ce que dans le circuit d'alimentation (9) du moteur à courant continu (2) un convertisseur statique commandé (10)relié au réseau triphasé (5)
est connecté en série avec le redresseur non commandé (6).
2'. Entraînement triphasé à vitesse réglable,
Three-phase drive with adjustable speed.
The invention relates to a three-phase adjustable speed drive comprising an asynchronous motor with
slip ring rotor, can be connected to a three-phase network
and a DC motor mechanically coupled to the
<EMI ID = 1.1>
via an uncontrolled rectifier connected to the slip rings of the asynchronous motor.
<EMI ID = 2.1> asynchronous generates a large armature voltage at a low speed of rotation, and the current motor is
<EMI ID = 3.1>
Known TC cascade only suitable for relatively small ranges of speed control.
We know, for example from the magazine ETZ,
<EMI ID = 4.1>
Static current converters, called sub-synchronous, in which the slip power of the asynchronous motor is returned to the three-phase network via a controlled static converter. By virtue of this cascade of sub-synchronous static converters, a relatively wide range of speed control can be achieved at appropriate expense. The reactive power of the cascade of sub-synchronous static converters which consists of
of the reactive power of the machine, of the reactive switching power of the rectifier and of the regulating reactive power of the static converter, is however the greatest compared to all other drives whose speed can be regulated.
The goal is to form a three-phase drive
<EMI ID = 5.1> <EMI ID = 6.1>
<EMI ID = 7.1>
<EMI ID = 8.1>
<EMI ID = 9.1>
grid driven, whereby component expenditure can be kept low.
In the three-phase drive according to the invention, the machine group consisting of the asynchronous motor and the DC motor is essentially better used than in the known TC cascade and a wider range of speed adjustment can be obtained. The controlled static converter can be used both in rectifier operation and in inverter operation. This results in lower expenses and a lower reactive power requirement.
The DC motor is preferably made using a three-phase synchronous motor powered
via a controlled inverter and the inverter
is connected in series with the uncontrolled rectifier and the controlled static converter. The inverter can be connected between the uncontrolled rectifier and the controlled static converter.
A three-phase synchronous motor supplied by an inverter is also referred to as a con-motor.
<EMI ID = 10.1> Siemens 45 year 1971, pages 177-182. This static converter motor corresponds, with regard to its type of
<EMI ID = 11.1>
with independent excitation, the mechanical collector being replaced by an electronic collector, the inverter, the inverter
<EMI ID = 12.1>
this way a very economical solution. In the motor with static converter, no limitation of the limit power, which is limited, in the cut-off motor is observed.
<EMI ID = 13.1>
by centrifugal forces appearing at the collector. The "three-phase-three-phase" cascade of machines according to the invention can therefore also be used for
<EMI ID = 14.1>
This is particularly important, for example as a very economical adjustable drive for boiler feed pumps in power stations, where turbine drives have been used in the first place.
<EMI ID = 15.1>
tion is explained in more detail below, by way of example, with the aid of Figures 1 to 4. Two exemplary embodiments are shown in Figures 1 and 2, the same components being provided with the same reference signs. .
FIG. 1 represents the diagram of a cascade of “three-phase-continuous” machines in accordance with the invention, equipped with a static converter controlled in the armature circuit of the direct current motor. This workout
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<EMI ID = 17.1>
consisting of a three-phase asynchronous motor 1 with slip-ring rotor and a DC motor 2 with independent excitation 2a. The asynchronous motor 1 and the direct current motor 2 are mechanically coupled to each other via a shaft 3. The mechanical coupling can also be effected via a gear or for example in the case of traction. through
the lane, which is different from the execution example. Asynchronous motor 1 is connected to phases R, S, T of three-phase network 5 by means of a switchgear
switch 4. The slip rings of the asynchronous motor
1 are connected to the three-phase inputs of an uncontrolled rectifier 6, of which the direct current terminals 7 and 8 are connected in the supply circuit 9 for the armature
of the DC motor 2. In the execution example
the rectifier 6 is composed of six uncontrolled valves 6a to 6f mounted in a three-phase bridge. The uncontrolled valves of the static converter 6a to 6f can for example be diodes. The armature current of the asynchronous motor is rectified by the uncontrolled rectifier 6 and fed to the armature circuit 9 of the direct current motor 2.
In the supply circuit 9 of the direct current motor 2, the direct current terminals 11 and 12 of a controlled static converter 10 are connected in series with the uncontrolled rectifier 6. The three-phase current terminals of the controlled static converter 10 are connected, in the example of execution, to phases R, S, T of three-phase line 5 by means of a matching transformer 13 and of a switching device 14. In the case where the type drive allows, the switchgear 14 can be combined with the switchgear
4 into a common switchgear. In the example of execution, an inductor 15 intended for the smoothing of the direct current is introduced into the armature or direct current circuit 9. In the example of execution, it was provided, as
<EMI ID = 18.1>
controlled by the network which consists of controlled valves
<EMI ID = 19.1>
Static-driven network can be achieved at relatively low component costs. The static converter controlled by the network can be completed by a free-wheel plug-in, or one can use, instead of the static converter controlled by the network, a forced-switching static converter. In both cases the reactive power requirements of the drive are lower, but the costs are however considerably higher. It should also be mentioned that the static converter 10 can consist of several static converters connected in series or in parallel. The controlled valves 10a to luff of the static converter can for example be thyristors. They receive their starting pulses from a control device 11, as is customary for controlled static converters and
<EMI ID = 20.1>
"Static converters controlled by the network, equipped
of thyristors ”publisher Siemens AG 1967, pages 275 to 280.
FIG. 2 represents, in the form of a second exemplary embodiment, the diagram of a cascade of "three-phase - three-phase" machines in accordance with the invention with convert- <EMI ID = 21.1>
<EMI ID = 22.1>
execution example, of a three-phase asynchronous motor 1 with
<EMI ID = 23.1>
excitation bearing 2'a, which replaces the direct current motor 2 of the exemplary embodiment according to FIG. 1 and which is supplied by an inverter 16 connected in the supply circuit 9. The other components of the example of execution according to FIG. 2 were already described in detail by means of FIG. 1 and their possibilities of variations commented on.
The synchronous machine 2 'is supplied, as already mentioned, via the three-phase outputs of the controlled inverter 16 which is in series with the uncontrolled rectifier 6 and the controlled static converter 10 in the supply circuit 9 of the controller. synchronous motor 2 '. For this purpose, in the exemplary embodiment, the direct current input 17 of the inverter 16 is connected
to direct current sottie 8 of the uncontrolled rectifier
6 and the direct current input 18 of the inverter 16 with the direct current input 12 of the controlled static converter 10. The controlled inverter 16 is formed, in
<EMI ID = 24.1>
in three-phase bridge. The controlled valves 16a to 16f of the static converter can for example be thyristors. The direct current power taken by the controlled inverter
<EMI ID = 25.1>
9 is transformed into alternating current power by
this inverter and fed to the synchronous motor 2. The inverter 16 is controlled by the control device 19, which causes
to the valves 16a to 16f of the static converter of the starting or control pulses. A phase adjustment should not be provided in this case. As regards the execution of the control device 19, reference may be made to the aforementioned manual. The most economical solution is obtained when the inverter 16 is controlled by the load. In this case, it may be necessary to provide in the lower speed range a switching auxiliary which can for example <EMI ID = 26.1>
It should above all be noted that the power P delivered to the shaft of machine group 1 and
2 or respectively 2 'consists of the mechanical power. of the asynchronous motor 1 and of the direct current motor 2 or respectively of the synchronous motor 2 '. The percentage of power of the different motors is determined by the assembly and depends on the speed - torque characteristic of the work machine to be operated ... and on the speed adjustment range required.
The explanation of the speed adjustment is
with the aid of a drive for a fan having a quadratic torque rate, for an adjustment of the rotation speed going from the nominal speed n of the asynchronous machine to rest. In addition, the rated power
of the asynchronous machine is worth two thirds, and that of the direct current machine 2 or respectively of the synchronous machine 2 ′ one third of the power to be delivered to the working machine for the highest speed of rotation. Given that the rectified armature current, which appears at the uncontrolled rectifier 6, travels through the armature of the DC machine 2 and respectively the inverter 16 of the converter motor <EMI ID = 27.1>
tinue of machine 2 at nominal speed and respectively the sum of the armature voltage at rest rectified and
of the voltage drop to the inverter 16 at rated speed.
<EMI ID = 28.1>
<EMI ID = 29.1>
<EMI ID = 30.1>
<EMI ID = 31.1>
<EMI ID = 32.1>
<EMI ID = 33.1>
at the emf of DC machine 2 and respective-
<EMI ID = 34.1>
<EMI ID = 35.1>
in the direct current circuit 9. The drive assumes a rotational speed, for which we have the sum
<EMI ID = 36.1>
<EMI ID = 37.1>
<EMI ID = 38.1>
With appropriate control, any speed can be adjusted in steps within specific ranges I, II or III. The shape of the voltage obtained in this case is given in FIG. 3 by the curve in accented lines. In the upper range of <EMI ID = 39.1>
is valid, the switchgear 4 is open and the DC motor 2 or the motor with static converter 2 'operates alone. This is possible, for example, when the required torque for the working machine is smaller than the permissible torque for the DC machine 2 or the synchronous machine 2 ', such as for the fan drive. For a sufficiently wide control range of the static converter 10 or, in the case where a starter is connected in series with
<EMI ID = 40.1>
grave. A separate switch-off of asynchronous motor 1 is then no longer necessary.
It can be seen in figure 3 that for the chosen data the static converter 10, which is the determining element of the price, must only be dimensioned for 30% of the total drive power even for a
<EMI ID = 41.1>
In FIG. 4, the active power P is related to the reactive power Q in the form of a vector diagram. The vector diagram represents the sum obtained, at constant torque, of the power taken by the
i �
<EMI ID = 42.1>
cascades of normal sub-synchronous static converters, because of their better use, also lead
to a decrease in reactive power.
In summary, it should be noted that, thanks to the three-phase drive according to the invention, a wide range of speed adjustment can be obtained without appreciable increase in costs and for low reactive power requirements. As well the cascade of machines "three-phase - continuous"
<EMI ID = 43.1>
"three-phase - three-phase" according to the invention thus have both the advantages of known TC cascades and the advantages of the cascade of static converters under synchronous without having the aforementioned drawbacks. In addition, at least the "three-phase-three-phase" cascade of machines can also be used in high power ranges, for example in a power range of approximately.
<EMI ID = 44.1>
existing, the speed adjustment ranges and the drive power can be increased by additionally installing the uncontrolled static converter 10, without changing the motors.
<EMI ID = 45.1>
SELL ICAT IONS
1. Three-phase adjustable speed drive comprising an asynchronous motor with slip-ring rotor that can be connected to a three-phase network and a DC motor mechanically coupled to the asynchronous motor, motor
direct current which is supplied via an uncontrolled rectifier connected to the slip rings of the asynchronous motor, characterized in that in the supply circuit (9) of the direct current motor (2) a controlled static converter ( 10) connected to the three-phase network (5)
is connected in series with the uncontrolled rectifier (6).
2 '. Three-phase drive with adjustable speed,