CS252464B2 - Synchronous motor's control circuit - Google Patents

Description

Vynález se týká řídicího obvodu synchronního motoru se dvěma indukčními vinutími, opatřeného Jednak napájecím ústrojím, jednak dvěma oscilátory, jejichž výstupy jsou navzájem spojeny s vinutími uvedeného motoru, jednak vloženým meziobvodem, připojeným na jedné straně k napájecímu ústrojí a na druhé straně ke vstupním svorkám oscilátoru, a jednak ústřední jednotkou pro ovládání tyristorů každého oscilátoru. .

Používání oscilátorů s přirozenou komutací pro řízení synchronního motoru s proměnlivou rychlostí je již známé. '

V každém př^ípa^dě je věak t,řeba jprovádět, ur^čitá opa^tření umožňující s^puětění motoru a jeho rozběh, protože přirozené potlačení tyristorů oscilátoru nelze zajistit samotným motorem při nízkých rychlostech, protože v tomto případě motor neposkytuje dostatečnou sílu. Zpravidla je tedy nutné negovat proud procházející oscilátorem pro potlačování použití tyristorů a potom vybudit novou sedu tyristorů po obnově použitelného procházejícího proudu.

Od této negace proudu a jeho obnově vznikají nepravidelné otáčky a moment motoru při spouštění a v důsledku toho nežádoucí rázy.

Použití synchronních motorů se dvěme indukčními s elektricky oddělenými fázemi, na^pří^klad s 30° v ^pří^padě ^třífázových motor^ů, umožňuje zesla^bení a sn^ížení ^počtu uvedených rázů v nízkých rychlostech otáčení motoru, sniž by došlo k jejich úplnému potlačení a současně zajiěluje možnost dokonalejší regulace kroutícího motoru přá vyšších rychlostech.

Ve ^francouzs^kém ^paten^tovém s^pise č. ^{2,452 200} je ^po^ps^án ^řídicí o^bvod umo^žúj^íc^í otlačovat tyto nepravidelnosti kroutícího momentu v průběhu rozběhu motoru, a to kompenzecí snižování kroutícího momentu vznikajícího anulací proudu v jednom vinutí v průběhu komutace tyristorů zvýšeným proudu přiváděného do druhého vinutí, čímž se dosahuje toho, že při nízkých rychlostech a zejména při rozběhu motoru je součet okamžitého proudu protékajícího ve skupině cívek motoru konstantní.

Nicméně vSak popsaný obvod nevyhotuje v tom případě, pokud napájecí ústrojí obsahuje vi^br^átor uebo usměrňova^č nebo sm^íšený můstek.

Úkolem vynálezu je odstranit uvedené nevýhody a zajistit spouštění motoru bez nepravidelností kroutícího momentu.

V^ytčený ^úkol se ře^ší a uveden^é ne^dosta^tky se ods^traňuj^í Hdicím obvodem ^podle v^ynálezu,jehož podstata spočívá v tom, že napájecí ústrojí poskytující proud stanoveného směru, má výstupní svorky propojené prostřednictvím volnoběžné větve, obsahující alespoň jednu nulovou diodu, jejíž katoda je připojena ke kladné svorce napájecího ústrojí, přičemž vložený meziobvod je tvořen Jednak větví, obsahující dva v sérii zapojené tyrlstory, které spojují vstupní svorky vloženého meziobvodua které jsou vzájemně spojeny s jednou ze vstupních svorek oscilátorů, přičemž zvolené svorky mají opačné polarity, jednak kondenzátorem, připojeným Jak k uzlu obou tyristorů, tak i ke dvěma zbývajícím vstupním svorkám opačné polarity oscilátorů, a jednak dvěma indukčnostmi o ' stejné hodnotě, kteréjjsou spojeny magneticky a v sérii připojeny k jedné ze vstupních svorek oscilátorů, přičemž zvolené svorky mají opačné polarity. Výhodné vytvoření spočívá v tom, že indukčnosti jsou připojeny mezi jednu ze vstupních svorek vloženého meziobvodu s jednu ze dvou opačnou polaritu vykazujících vstupních svorek oscilátorů, případně že indukčnosti jsou připojeny ke kondenzátoru a jedné ze dvou opačnou polaritu vykazujících svorek oscilátorů, a nebo že indukčnosti Jsou zapojeny v sérii a vytvářejí jedinou indukčnost, jejíž střední výstup je připojen ke kondenzátoru.

Pro lepší porozumění p uvedení možných variant, dosahovaných výhod a podstatných znaků je vynález dále popsán ne příkladech provedení ve spojení se čtyřmi obrázky výkresové části, ^kter^é zn^ázornují výhodná provedení vynálezu. Vyn^ález se v^ša^k v žéidném ^pH^padě neomezuje toliko na znázorněná provedení.

obr. ³ řídicího £, který i‘e . , ηόι-οϊΐέηο všeobecné schéma řídicího obvodu podle vynálezu. Obr. 2, představují různé varianty provedení řídicího obvodu podle vynálezu.

^Ka ·όγ. i j‘ e o^br. ⁴ i obvodu, který je znázorněn ne obr. 1, jsou dví indukční vinutí synchronního má být řízen, připojen? k výstupním svorkám dvou Oscilátorů 2 8 i, které sérii a jejichž svorky jsou připojeny k vloženému meziobvodu £, který je ’U motoru jsou zapojeny v připojen ke svorkám napájecího ústrojí ., jehož výstupní svorky jsou spojeny prostřednictvím diody o_.

Ústřední jednotka, která není na výkresech «obražena, zajišiuje vybuzení jednotlivých tyristorů obvodu.

Jok bude ještě podrobněji popsáno u jednotlivých příkladů provedení, obsahuje vložený meziobvod £ dví indukčnosti 12 o £3, které vytvářejí vazebního činitele s vysokou vzájemnou indukčnosti a jejichž hlavním úkolem je zajistit přenos proudu z jednoho indukčního vinutí synchronního motoru £ do druhého v průběhu spouštění nebo při malých otáčkách synchronního motoru £ , to znamená tedy, pokud je rychlost synchronního motoru £ v rozmezí 5 až 10 % jeho normální rychlosti, protože potom vytváří synchronní motor £ již dostatečnou elektro·otoriztickou sílu pro přirozené vyřazení tyristorů z činnosti. Uvedené indukčnosti 12 a £,, které plní rovněž úkol vyrovnávacích indukčnosti, mohou být realizovány prostřednictvím jediné indukčnosti se středním výstupem, jak je to znázorněno na obr. 4. Napájecí ústrojí 2 dodává přerušovaný stejnosměrný proud, který může být například přiváděn z přerušovače se smíšeným můstkem, který je připojen ke zdroji střídavého proudu, nebo vibrátorem, pokud je připojen ke zdroji stejnoměrného proudu.

Řídicí obvod podle vynálezu, který je znázorněn na obr. 2, je napájen například usměrňoveče· £ se smíšeným můstkem, který umožňuje použít mnohem menší množství proudu než uz·ěr^ňovа^č s ^tak zvaným ^úplným ^s^em, a ^to zejm^éna рН ntokých o^táčkách syn^ronntoo motoru £. Tento usměr^ňovač 2 obsahuje, ja^k je to znám^ ^dvě větoe, z ntohž je^dna má dva tyristory 8 zapojené v sérii, zatímco druhá má dvě diody £, které jsou rovněž zapojeny v sérii a jsou připojeny mezi výstupními svorkami usměrňovače X, ns kterých je připojen vložený meziobvod £. '

Mezi vstupními svorkami tohoto vloženého meziobvodu £ jsou v sérii zapojeny dva tyristory 10. a 11 . které pracují ve stejném smyslu. Dvě indukčnosti 12 a £3, které mají stejnou hodnotu e které jsou navzájem magneticky propojeny, jsou zapojeny tak, že první indukčnost 12 je připojena mezi vstupní svorky vloženého meziobvodu £ a mezi vstupní svorku prvního oscilátoru 2, zatímco druhá indukčnost 13 je připojena mezi druhou vstupní svorku vloženého meziobvodu £ a mezi vstupní svorku druhého oscilátoru g, ke které je připojena první ' 'indukčnost £2· Vložený meziobvod £ má rovněž kondenzátor £4» který je zapojen ezi společným bode· obou tyristorů 10 e 11 a mezi společným bode· obou oscilátorů 2 ® 2 8 spojuje obě jejich zbývající vstupní svorky s opačnou polaritou· V dalším je popsána činnost řídicího obvodu podle vynálezu.

Je známé, že pro zejištění přerušení činnosti tyristorů je třeba přerušit proud procházej^íc^í těmⁱto tyDstory. Pou^žití usměrňovače X se sm^eným m^tkem ne^do^dává záporn^é . napětí, avšak kondenzátor 14 výhodně zmenšuje tuto nevýhodu při malých rychlostech synchronního motoru £.

V tom okamžiku celého cyklu, kdy je třeba uskutečnit komutaci tyristorů oscilátoru 2, se předpokládá, že usměrňovač bude v nulové fázi, to znamená, že proud bude procházet diodami Kondenzátor £4. který má s výhodou kladný náboj, je připojen k oscilátorům 2 6 2, jak je to znázorněno na obr. 2, tyristor 10 je vybuzen a vybitím kondenzátoru 14 se v obvodu, setrvávajícím z diod ,, tyristorů £0, kondensátoru ££. oscilátoru £ s odpovídajícím vinutím synchronního motoru £ a indukčnosti 13 vytváří proud. Působením todutonosH ¹² a £1, které jsou magneti-cty spojeny a ^kter^é zaj^išíuj^{í př}ec^ho^{d p}roudu z jednoho vinutí do druhého, vzrůstá proud v indukčnosti 13 a zmenšuje se v indukčnosti 12. kde

252464 4 nakonec mizí, což způsobí vyřazení tyřistoru oscilátoru £ z činnosti, takže zde neprotéká žádný proud.

Vzhledem k tomu, že intenzitě proudu procházejícího oscilátoru £ p 2 zůstává působením indukčností 12 ε 13 konstentní, nevznikpjí v kroutícím momentu motoru žádné rázy. Vzhle^dem к to·^ že se tamutace us^kutečňuje v ^pr^ůběhu nu^lov^é fáze, nevzn^á ^žádné rušení v ^pHvo^dním vedení.

Kondenzátor 14 je ne střené oscilátoru £ ε 2 ještš kladně nebit, avšak ·jeho počáteční náboj se zmenšuje a nakonec mizí. Působením proudu udržovaného indukčností 13 o procházejícího zcela oscilátorem i e zejména do kondenzátoru 14. se nabíjí kondenzátor 14 v opačném smyslu, to zněměná, že se nebijí kladně na střené tyristorů 10 a 11 . Tím se tyristory vybuzují a stávají se vodivými ve směru k oscilátoru £, přičemž kondenzátor 14 se dále nabíjí. Působením napětí ne svorkách kondenzátoru 14 protéká proud do indukčností 12 ε oscilá- toru . £ a íntérně tomu se sdŽuje v osc^ilátoru 2^, a to piisobením spreženýc^h ^du^ností . V2 e 22· ^Přenos se us^kutečnuje ta^{k d}louho^, až se ⁱn^tenzit^{y p}rou^dů proc^házej^ící oscHáitory £ e 2 vyrovnají. Tyristor 10 se tak přirozeně vyřadí z činnosti. Kondenzátor 14 je tedy ^dos^ta^te^č»^{ě kl}a^dn^ě na^bit na s^tran^ě tyr^torů 1° a ¹¹. co^ž umožňuje zsjhUt násle^dující komutaci tyristorů oscilátoru i·

Následující komutace se uskuteční v oscilátoru 2 a volí se proto nulová fáze pro vybuzení tyristorů 11·

Vybití· kondenzátoru 14 se zajistí proud v.íObvodu, který je tvořen indukčností j£, oscilátorem í s odpovídajícím vinutím motoru, kondensátorem 14. tyristorem 11 a diodami 6. Stejně jako před tím, dojde k vynulování proudu v oscilátoru 2 ⁰ kondenzátor 14 se vybije. Tyristory připojené k oscilátoru 2 se vyřadí z činnosti, náboj kondenzátoru 14 zaniká a kondenzátor 14 se působením proudu udržovaného indukčností 1.2 a procházejícího z oscilátoru £ do tyristorů 11 začíná nabíjet kladně na straně oscilátorů £ e 2· V tom okamžiku se vybudí nová sada tyristorů oscilátoru 2· Kondenzátor 14 se začne nabíjet a působením napětí ne jeho svorkách má proud snahu se vrátit do oscilátoru 2 p indukčnosti Přenos prou^du se us^ku^tečnuje až ^do -té ^dob^y, ^kdy se v^yrovnaj^{í i}ntenz^ity prou^dů na o^bou osc^ilátorech £ a 2· Tato rovnováha způsobí, že se tyristor 11 přirozeně vyřadí z činnosti, kondenzátor 14 se znovu nabije, jak je to 'znázorněno ne obr. 2, p to kladným nábojem na straně oscilátorů £ p 2 P J® připraven uskutečnit přepojení na oscilátor £.

Na obr. 2 Je znázorněn řídicí obvod, který je ekvivalentní k řídicímu obvodu znázorněném na obr. 2. Je napájen statickým usměrňovačem, a to stejnosměrným proudem, například vibrátorem 2· Pro možnost lepšího vysvětlení funkce je dioda t, znázorněna vně vibrátoru 9 a je umístěna mezi jeho výstupními svorkami.

Vložený meziobvod £ podle obr. 3 se liší od řídicího obvodu podle obr. 2 toliko smysle· zapojení tyristorů 10 a 11. Tento řídicí obvod obsahuje rovněž dva oscilátory £. a 2 které rozdělují proud do dvou vinutí synchronního motoru £. Funkce tohéto obvodu je obdobná jako funkce obvodu popsaného podle obr. 2. V dalším se uvádí okamžik řídicího cyklu, kdy je třeba uskutečnit komutaci v oscilátoru £ a kdy je obvod v nulovém stavu. Jakmile se vybudí tyristor 10 a počáteční náboj, který je kladný ne straně oscilátoru, se objeví na kondenzátoru ££. jek je to znázorněno na obr. 3, je umožněno, aby procházel proud obvodem, který je tvořen oscilátorem £0. kondenzátorem ££. oscilátorem 2 8 indukčností 13.

Působením napětí na kondenzátoru 14 má proud snahu hromadit se v obvodu a působením vzájemné indukčnosti 12 a 13 se proud zruší v oscilátoru 2, jehož tyristory se vyřadí z činnosti. Kondenzátor 14 se úplně vybije a začne se znovu nabíjet ve směru proudu. Tím se vybudí éová sede tyristorů oscilátoru £. Stejně, jako tomu bylo u obr. 2, kondensátor _£ pokračuje v opětovném nabíjení a proud má snahu procházet oscilátorem £. Jakmile se dosáhne rovnováhy proudů v oscilátorech 2 8 2» tyristor 10 se přirozeně vyřadí z činnosti. Tím je kondenzátor 14 nabit kladně na straně tyristorů 10 a 11 ε může se uskutečnit komutace v oscilátoru i. K tomu účelu se vybudí tyristor 11 · . pokud je řídicí obvod v nulové fázi, e nabíjení kondenzátoru 14 . vyvolá vznik proudu v obvodu tvořeném indukčností

12. oscilátorem 2, kondenzátorem 14 e tyristorem 11. .. Působením vzájemné indukčností se napájecí proud akumuluje v.obvodu'a anuluje se v oscilátoru i, jehož tyristory se vyřadí z činnosti.

Náboj kondenzátoru 14 se dále zmenšuje až se zruší a potom se účinkem proudu, udržovaného indukčností .12. nebije kondenzátor 14 v opačném smyslu. Tím se vybudí nové sada tyristorů oscilátoru 2 a náboj kondenzátoru 14 nutí proud protékat oscilátorem 2. V obou oscilátorech 2 ⁹ 2 se vytvoří rovnováha proudů a tyristor 11 se vyřadí z činnosti, kondenzátor 14 je dostatečně kledně nabit na straně oscilátorů, čímž může uskutečnit mutaci v oscilátoru 2» novou koNa obr. 4 znázorněn stejný řídicí obvod podle vynálezu, jako na obr. 1, s lem, že indukčností 12 a 13 jsou umístěny v sérii mezi oběma oscilátory 2 8 2· tě se jedná o jedenou indukčnost se středním výstupem. Kondenzátor 14 je tedy připojen prostřednictvím těchto dvou indukčností 12 a .13 ne vstupní svorky s opačnou polaritou oscilátorů 2 8 2· tím rozdíV podsta^Řídic^í obvo^{d p}odle v^yn^álezy ^přin^áší ce^lou ^řaáu výhod, zejména proto, ^že zej^ištuje ovládání synchronního motoru se dvěma vinutími v průběhu jeho rozběhu a při nízkých rychlostech motoru, aniž by docházelo k nepravidelnostem v kroutícím momentu motoru, s to dík vzájemné kompenzaci proudu, které se provádí mezi vinutími motoru. Mimoto, vzhledem k tom^ ^že se ^komutace obou tyrtotorů ¹⁰ e ¹¹ us^kutečnuje v príiWhu nutov^é toz^ ne^doc^hází k rušení v přívodu od zdroje proudu, protože proud prochází v okamžiků komutace nulovou diodou,,Je třeba upozornit ne delší výhodu vynálezu, která spočívá v tom, žívá nízký počet jednotlivých prvků pro zajižtění komutace dvanácti tyristorů přípojky na svorku spojenou s neutrálním bodem motoru,.Konečně je třeba ještě na tu skutečnost, že pro oscilátory a pro odpovídající vinutí . motoru je třeba dnoho napájecího ústrojí, &ícící obvod padle vynálezu představuje tedy velmi pro řízení železničních trakčních motorů, protože tyto motory pracují se značným kroutícím momentem i v rozběhové fázi, aniž by docházelo k mechanickým poruchám, přičemž jejich napájení při rozběhu nevyvolává elektrické·rušení v rozvodné síti. Pro upřesnění některých použitých pojmů se Ještě uvádí, že ze volnoběžnou větev se považuje větev, obsahující, ales^pon jeden prvek, ^který je ^připojen mezⁱ vs^tu^pn^í svorky zdroje ^prou^du, v ^d«n^ém ^případě na^pájec^ího ^ústooj^í 2, usm^ěriova^če J neto vtototoru 2, · vstu^pní svork^y o^bvodu o^bsahuj^íc^í ales^poň jednu indukčnost, ▼ ^děném ^přípa^dě toduWnosH 12. ¹3. ^po^ku^d z^droj prou^du nedod^áv^{á p}roud, umožňuje toto větov, eb^y se ^prou^d atamutovaný v todu^nostoch vyvjel, an^iž by procházel zdrojem proudu. Pojmem nulová diodě se míní dioda zapojená do tve.

že se poubez zpětné upozornit toliko jeVhodný obvod volnoběžné věže Jsou nožné překročen. Ja-

I když je v popise popsáno několik příkladů provedeš, je samoařejié, delší · úpravy spočívající na podstatě vynálezu, aniž by byl rozsah vynálezu ko komutační prvky, v popsaných řícicích obvodech jsou.podle vynálezu péužity tyristory, což jsou vhodné prvky pro množství proudu potřebného pro napájení trakčního železničního motoru. Je zcela samozřejmé, že lze použít i jiné polovodičové prvky, jako například tranzistory, zejména pokud se bude jednat o napájení motorů s podstatně nižším výkonem.

Stejně tak i popsaná vinutí nemusí být vždycky upravena do hvězdy, ale mohou být stejně dobře upravena do trojúhelníku.

Claims (4)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. ^Řídic^í obvo^d sync^hronn^ího motoru se dvěma ⁱn^du^kčn^ímⁱ vtouttol., o^pat^řený jednak napájecím ústrojím, Jednak dvěma oscilátory, jejichž výstupy jsou navzájem spojeny s vinutími uvedeného motoru, jednak vloženým meziobvodem, připojeným na jedné straně k nepá-

   2524υ4 ό jecímu ústrojí a no druhé struní ke vstupní® svorkám oscilátorů, e jednek ústřední jednotkou pro ovládání tyristorů každého oscilátoru, vyznačený tím, že napájecí ústrojí (5, 7, 9) má výstu^pní svork^{y p}ro^pojen^é ^ostřednic^^ vo^.nobfóM větve, obsahující a^les^pon jednu nulovou diodu /6), jejíž ketode je připojené ke kladné svorce napájecího ústrojí (5, 7, 9), přičemž vložený meziobvod (4) je tvořen jednak větví, obsahující dva v sérii zapojené tyristory (10, 11), připojené ke vstupním svorkám vloženého meziobvodu (4), které jsou vzájemně spojeny s jednou · ze vstupních opačně polarizovaných svorek oscilátorů (2, 3), jednek kondenzátorem (14), připojeným jek k uzlu obou tyristorů (10, 11), tek i ke dvěma zbývajícím vstupním svorkám opačné polarity oscilátorů (2, 3), a jednek dvěme indukčnostni (12, 13) o stejné hodnotě, které jsou spojeny magneticky a v sérii připojeny k jedné ze vstupních, opačně polarizovaných svorek oscilátorů (2, 3).
2. 2. Řídicí obvod podle bodu 1, vyznačený tía, že indukčnosti (12, 13) jsou připojeny mezi jednu ze vstupních svorek vloženého meziobvodu (4) a jednu ze dvou opačně polarizovaných vstupních svorek oscilátorů (2, 3).
3. 3. Řídicí obvod ke kondenzátoru (14) (2, 3).

   po^dle bo^du 1, v^yzna^čený ^že in^duk^čnosti ⁽1², 13) j^sou připojeny a jedné ze dvou opačně polarizovaných vstupních svorek oscilátorů
4. 4. Řídicí obvod podle bodu 3, vyznačený tím, že indukčnosti (12, 13) jsou zapojeny v sérii a tvoří jedinou indukčnost, jejíž střední vývod je připojen ke kondenzátoru (14).