Przedmiotem wynalazku jest sposób regulacji obrotów maszyny asynchronicznej i urzadzenie do regulacji obrotów maszyny asynchronicznej, zwla¬ szcza maszyny asynchronicznej zasianej poprzez sterowany czestotliwosciowo falownik statyczny.Znane jest urzadzenie do regulacji obrotów, opisane w publikacji IEEE Transactions on Indu- stry Appaications, 1972, strony 68il/682 fig. 8. W urzadzeniu tym sygnal sterowany czestotliwoscia podstawowa jest odprowadzany z sumatora, któ^ rego jeden sygnal wejsciowy pochodzi z miernika predkosci obrotowej, a drugi sygnal wynika z uchybu regulacji pomiedzy wartoscia rzeczywista miernika predkoscia obrotowej a wartoscia zadana.W urzadzeniu tym napotyka sie przy udarze obciazeniowym na zwiekszone odchylenie pred¬ kosci obrotowej od wartosci zadanej, poniewaz naped nie moze zmieniac sie dostatecznie szyibko.Ponadto przy naglych obciazeniach zmienia sie procentowo znacznie wiecej czestotliwosc poslizgu, niz to dzieje sie w przypadku, gdy miernik pred¬ kosci obrotowej jest podlaczony bezposrednio do regulatora predkosci obrotowej. Wieksze zmiany powoduja przy stalym natezeniu pradu, przy sil¬ nie zmieniajacej sie rezystancji wewnetrznej ma¬ szyny indukcyjnej, duze zwiekszenie napiecia na zaciskach, które moze doprowadzic do zniszczenia wlaczonego przed miernikiem predkosci obrotowej zaworu falownika.Sposób wedlug wynalazku polega na tym, ze 10 15 20 30 przy regulowanych w danej chwili obrotach na¬ piecie na zaciskach maszyny asynchronicznej utrzymuje sie stale na zasadniczo jednakowym poziomie, mimo ze wahania napiecia stojana wy¬ nikle ze zmian czestotliwosci poslizgu wirnika przy malych zmianach czestotliwosci pradu sto¬ jana sa szybsze od zmian pradu stalego.Urzadzenie wedlug wynalazku zawiera regula¬ tor pradu wzbudzenia do co najmniej w przybli¬ zeniu bezinercyjnej regulacji napiecia stojana, a tym samym pradu wzbudzenia maszyny asynchro¬ nicznej, na którego wejscie jest doprowadzona róz¬ nica miedzy pierwszym napieciem proporcjonalnym do napiecia stojana i drugim napieciem proporcjo¬ nalnym do obrotów wirnika maszyny asynchronicz¬ nej. Wyjscie regulatora pradu wzbudzenia jest polaczone z wejsciem sumatora, na którego dru¬ gie wejscie jest wprowadzone trzecie napiecie proporcjonalne do obrotów wirnika. Sygnal wyj¬ sciowy sumatora okresla czestotliwosc sygnalu wyjsciowego falownika tak, ze przy zadanych obrotach wirnika prad wzbudzenia jest utrzymy¬ wany na. stalym poziomie niezaleznie od obciaze¬ nia i pradu stojana dzieki utrzymywaniu napiecia na stalym poziomie.Regulator pradu wzbudzenia jest korzystnie re¬ gulatorem typu P,, zrealizowanym np. za pomoca wzmacniacza operacyjnego ze sprzezeniem zwrot¬ nym w postaci rezystora i z duzym wspólczyn¬ nikiem wzmocnienia. 114 650114 650 Na wyjsciu falownika jest wlaczona indukcyj¬ nosc.Do maszyny asynchronicznej; jest dolaczony na¬ stawnik wartosci zadanej. Maszyna asynchronicz¬ na jest dolaczona do falownika zasilajacego pra¬ dem wielofazowym, korzystnie pradem trójfazo¬ wym. Wirnik maszyny asynchronicznej jest ko¬ rzystnie wirnikiem' zwartym.Na wejsciu falownika jest wlaczony statyczny, sterowany prostownik, którego prad staly jest ste¬ rowany za pomoca regulatora obrotów przez wspólpracujacy z nim regulator pradowy i które- ysscie jest dolaczone przez indukcyjnosc do Idfcdwnifca, v "T^Tl Korzystnie pierwze napiecie proporcjonalne do napiecia stojana, prugie napiecie proporcjonalne 4o SSrotow wirniki* i trzecie napiecie doprowadzo¬ na^ugie^wej^cie sumatora sa napieciami sta¬ lymi. Do wyjscia sumatora jest dolaczony prze¬ twornik napiecie/czestotliwosc.Falownik jest dolaczony do sumatora poprzez uklad rozdzielajacy impulsy i przetwornik napie¬ cie/czestotliwosc.Regulator pradu wzbudzenia jest korzystnie re¬ gulatorem typu PI.Korzystnie w przewód prowadzacy do punktu na wejsciu regulatora pradu wzbudzenia jest wla¬ czony ogranicznik napiecia dla utrzymywania na stalym poziomie napiecia w tym przewodzie od okreslonej wartosci obrotów wirnika. s Zaleta wynalazku jest to, ze umozliwia on pro¬ ste i niezawodne utrzymanie zasadniczo stalego pradu wzbudzenia, niezaleznego przy zadanych obrotach od. obciazenia, tak aby przy bardzo szybkich zmianach obciazenia, np. przy urwaniu sie walu napedowego, nie mogly wystapic niebez¬ pieczne zmiany napiecia na naciskach maszyny asynchronicznej. Nie wystepuja tutaj zaklócajace skoki napiecia ;i spadki napiecia równiez przy na¬ glych krancowych zmianach obciazenia. Na sku¬ tek utrzymywania w przyblizeniu stalego napiecia stojana' prad wzbudzenia przy danych obrotach pozostaje równiez zasadniczo staly. Z tego wynika szczególnie doibra dynamika maszyny asynchro¬ nicznej, która odpowiada dynamicznej pracy ma¬ szyny bocznikowej pradu stalego z wykluczeniem znieksztalcen i zaklócen skladowych elektrycznych przez przepiecie, gdyz takie przepiecia nie moga wystapic równiez w postaci bardzo krótkich sko¬ ków napiecia. Stalosc napiecia stojana taka, jak moze byc osiagnieta za pomoca wynalazku, wy¬ nika w zasadzie z tego, ze iloraz Ig/Af, gdzie Ig oznacza prad stojana a Af — czestotliwosc po- sliagu wirnika, jest utrzymywany jako staly dzie¬ ki praktycznie bezinercy.jnej zmianie czestotliwosci poslizgu wirnika, przez co prad wzbudzenia ijm jest ponizej granicy .nasycenia zelaza stojana i wir¬ nika, gdyz I«/f jest proporcjonalne do 0', a tym samym do Iji, gdzie 0' oznacza strumien magne¬ tyczny.Zaleta wynalazku jest takze, to ze na skutek prostszej budowy maszyny asynchronicznej sa niz¬ sze koszty wytwarzania, mniejsza waga., lepsze parametry robocze i mniejsze prace konserwa¬ cyjne 10 15 20 25 30 40 45 50 55 60 Regulator pradu wzbudzenia jest bez trudnbfci tak uksztaltowany, ze praktycznie pracuje bez- inercyjnie i na skutek tego przy raptownej zmianie obciazenia maszyny asynchronicznej wply¬ wa poprzez falownik natychmiast na czestotliwosc poslizgu wirnika, a tym samym rezystancje wir¬ nika tak, ze napiecie na zaciskach maszyny nie przyjmuje niebezpiecznych wartosci. Jesli czesto¬ tliwosc obrotów maszyny asynchronicznej zmienia sie w normalnie w interesujacym zakresie obro¬ tów, zwykle od 10 do 100 Hz czestotliwosci posliz¬ gu wirnika, prad wzbudzenia nie zmnenia sie lub zmienia sie nieznacznie. O ile obroty wirnika sa bardzo male lub bardzo duze, prad zmienia sie w zaleznosci od obrotów, gdyz wtedy rezystancja, przez która plynie ,prad wzbudzenia, nie moze byc w przyblizeniu uznana jako proporcjonalna do czestotliwosci wirnika. Ale równiez w takich rzad¬ ko wykorzystywanych zakresach obrotów prad wzbudzenia przy stalych obrotach jest niezalezny od obciazenia tak, ze równiez w takich zakresach obrotów wynalazek moze byc z powodzeniem sto¬ sowany.Indukcyjnosc na wejsciu falownika zapewnia, ze prad stojana maszyny asynchronicznej bezpo¬ srednio po naglej zmianie obciazenia nie zmienia sie lub zmienia sie nieznacznie w przeciagu krót¬ kiego czasu, np. od 0,-05 do 0$ sekundy.Maszyna asynchroniczna moze miec zwykla bu¬ dowe, szczególnie moze byc trójfazowa maszyna pradu zmiennego, ale moga byc równiez zastoso¬ wane inne maszyny asynchroniczne, np. dwufa¬ zowe lub czterofazowe lut) inne specjalne ma¬ szyny asynchroniczne. Zwarty wirnik zapewnia szczególnie prosta i trwala budowe maszyny.Przedmiot wynalazku jesit uwidoczniony w przy¬ kladzie wykonania na rysunku, który przedstawia schemat blokowy urzadzenia wedlug wynalazku.Maszyna asynchroniczna 10 o regulowanych obrotach jest w opijanym przykladzie wykonania wynalazku maszyna trójfazowa, która moze pra¬ cowac jako silnik, albo jako pradnica, co pomnej zostanie dokladniej wyjasnione. Obciazenie 8 i pradnica tachometryczna 28 sa napedzane przez wal 9 wirnika. Pradnica tachometryczna 28 do¬ starcza napiecia stalego, proporcjonalnego do obrotów wirnika maszyny asynchronicznej 10, .bez¬ posrednio lub po dostarczeniu wyprostowanego pradu trójfazowego. Maszyna asynchroniczna 10 jest zasilana przez przelacznik 13, z sieci tróijtfa- zowej 12, np. 360 V i 50 lub GO Hz. Zakreslona linia przerywana czesc 11 ukladu odpowiada bu¬ dowa zwykiemu, w pelni sterowanemu mostkowi trójfazowemu z regulacja pradu i z ukladem auto¬ matyki rozruch-hamowanie, wykorzystywanemu w bocznikowych maszynach pradu stalego, który jest stosowany do zasilania i regulacji obrotów maszy¬ ny asynchronicznej w polaczeniu z nowego typu regulacja pradu wzbudzenia.Obroty maszyny asynchronicznej 10 sa regulo* wane za pomoca przedstawionego urzadzenia stop¬ niowo w szerokim ich zakresie, np. mozna przy¬ jac, ze czestotliwosc jest regulowana stopniowo od 2 do 90 Hz. Maszyna asynchroniczna moze byc5 114 650 6 równiez duzej mocy, np. 100 kW i wiecej. Maszy¬ na asynchroniczna sluzy np. jako silnik napedo¬ wy, albo bez zmian ukladu jako pradnica, czyli przez naped obcy lub przy hamowaniu pradem zwrotnym, gdyz statyczny prostownik 14 i sta¬ tyczny falownik 19 moga przenosic w znany spo¬ sób energie w obu kierunkach, przy czym prze¬ noszenie nastepuje samoczynnie i bez dodatko¬ wych przyrzadów przelaczajacych, a kierunek pradu pozostaje zachowany i napiecie stojana zmienia jedynie znak, co jest uwarunkowane przez zmiane kierunku pola wirujacego stojana wzgledem wirnika tak, ze zmienia sie odpowied¬ nio kierunek przesylania energii.Siec trójfazowa 12 dostarczajaca pradu zasilania jeist dolaczona przez przelacznik 13 do sterowa¬ nego prostownika 14, który przeksztalca prad trój¬ fazowy na prad sitaly o zmiennym natezeniu, przv czym wejscia sterujace prostownika 14 sterowane sa z regulatora 15 oibrotów poprzez ogranicznik pradowy 16, który ogranicza prad stojana zgodnie z sygnalem z nastawnika 22 np. do co najmniej 1,5-krotnego pradu znamionowego oraz przez do¬ laczony do jego wyjscia regulator 17 pradowy i przetwornik 18 przeksztalcajacy wyjsciowa prad staly regulatora pradowego 17 na impulsy steru¬ jace. Wobec tego, na wyjsciu prostownika 14 po¬ jawia sie prad staly, którego natezenie tak sie 'kazdorazowo ustawia, ze obroty wirnika sa regu¬ lowane az do osiagniecia wartosci zadanej, przy czym jest to prad' staly bez przerw. Wartosc za¬ dana obrotów maszyny asynchronicznej 10 jeist ustawiona za pomoca nastawnika 20 wartosci za¬ danej.Kazdy z regulatorów 15 i 17 zawiera wzmac¬ niacz operacyjny, który przez sprzezenie zwrotne w postaci szeregowo polaczonego kondensatora 60, 60' i rezystora 61, 61' staje sie regulatorem typu PI tak, ze w tym korzystnym przykladzie wyko¬ nania regulatory 15 i 17 sa regulatorami PI.Dostarczany przez pradnice tachometryczna 28 napieciowy sygnal proporcjonalny do wartosci rze¬ czywistej Obrotów wirnika jest doprowadzany przez przewód 7 i regulowany rezystor 7' do punktu 26', w którym jest tworzona róznica miedzy ta war¬ toscia rzeczywista i wartoscia zadana obrotów, ustawiona za pomoca nastawnika 20 zadanej war¬ tosci, a tym samym uchyb regulacji obrotów, któ¬ ry jest regulowany w sposób ciagly przez regu¬ lator 15 obrotów i dolaczony do niego regulator 17 pradowy przez zmiane pradu stalego prostow¬ nika 14, a wiec pradu stojana maszyny asynchro¬ nicznej 10. Ten obwód regulacji ma wieksza iner¬ cje od ponizej opisanego, praktycznie bezinercyj- nego obwodu regulacji pradu wzbudzenia. Regula¬ tor 15 dostarcza wartosc zadana pradu stogana, plynacego w przewodzie 36 do prostownika 14 a tym samym do statycznego czestotliwosciowo fa¬ lownika 19 i do maszyny asynchronicznej 10. W punkcie 17' jest tworzona róznica miedzy dostar¬ czana przez przewód 23 wartoscia rzeczywista i dostarczana przez regulator 15 wartoscia zadana tego pradoi jako uchyb regulacji dla dolaczonego regulatora 17 pradowego. W przewód 23 jest wla¬ czony regulator 23' i prostownik 23".Powstajacy na przewodzie 7 sygnal napieciowy, proporcjonalny do obrotów wirnika, jest kierowa¬ ny równiez do sumatora 41 i do punktu 50 na wejsciu sterujacym regulatora 42 pradu wzbudze- 5 nia. Do punktu 50 jest dostarczany sygnal stalo- pradowy, proporcjonalny do napiecia na zaciskach maszyny asynchronicznej, który dochodzi przez przewód 44 zawierajacy prostownik 43. W prze¬ wody 44, 45, 46 prowadzace do regulatora 42 pra- 10 du wzbudzenia i sumatora 41 sa wlaczone nie pokazane, regulowane rezystory celem ustawienia pozadanych stalych ci, c$, c« tak, aby do punktu 50 przez przewód 44 byl doprowadzany sygnal cius, gdzie us jest napieciem na zaciskach stojana, l5 przez przewód 46 sygnal C2UL, gdzie ul jest napie¬ ciem wyjsciowym pradnicy tachometrycznej 28, proporcjonalnym do obrotów wirnika, a do su¬ matora 41 przez przewód 45 sygnal c3uL. Sltale C2 i c3 maja na przyklad te sama wartosc. Regulator IQ 42 zawiera wzmacniacz operacyjny 47 o charakte¬ rystyczne P, którego wyjscie polaczone jest petla ujemnego sprzezenia zwrotnego, poprzez przewód 49 i rezystor 48, z wejsciem sterujacym. W punk- c:'e 50 jest tworzona róznica cius — c2Ul jako 25 uchyb regulacji. Wzmacniacz operacyjny 47 o du¬ zym wzmocnieniu dostarcza na wyjsciu sygnal napieciowy, proporcjonalny do uchybu regulacji, który okresla czestotliwosc poslizgu wirnika i jest dostarczany do drugiego wejscia sumatora 41 ce- 30 lem zsumowania ze stalonapdeciowym sygnalem c3uL dochodzacym przez przewód 45. Regulator 42 jest tak dobrany, ze czestotliwosc poslizgu wir¬ nika jest stale mniejsza od róznicy czestotliwosci miedzy punktem: krytycznym i punktem synchro- 39 nicznym charakterystyki momentu obrotowego wirnika maszyny asynchronicznej 10 w. funkcji czestotliwosci tak, aiby maszyna asynchroniczna 10 przy dopuszczalnych obciazeniach nie przekro¬ czyla poslizgu krytycznego. Prad wzbudzenda jest 40 regulowany przez regulator 42 na stala wartosc przy stalych obrotach wirnika, czyli przy ul — const. W bardzo szerokim zakresie obrotów prad wzbudzenia pozostaje staly niezaleznie od obcia¬ zenia. 45 Napiecie na zaciskach maszyny asynchronicznej 10 powstaje odpowiednio do pradu stojana i cze¬ stotliwosci poslizgu wirnika na'zadeznych od cze¬ stotliwosci rea'ktancjach silnika i jest utrzymy¬ wane jako w przyblizeniu stale za pomoca regu- 50 latora 42 poprzez oddzialywanie na czestotliwosc posliizgu wirnika przy zadanych obrotach. Regu¬ lacja jest tak dobrana, ze przy obrotach usta¬ wionych za pomoca nastawnika 20 wartosci zada¬ nej przy znamionowym momencie obrotowym jest 55 ustawiona w przyblizeniu optymalna czestotliwosc poslizgu wirnika c-elem optymalnego wykorzysta¬ nia maszyny 10. Doprowadzona do punktu 50 róz¬ nica napiec c^us — C2UL powoduje, ze natrecie na zaciskach maszyny 10 zmienia sie proporcjonalnie eo do obrotów wirnika, np. 4,4 V/Hz. Przy stalych obrotach napiecie na zaciskach pozostaje stale, niezaleznie od- obciazenia, dzieki zastosowaniu re¬ gulatora 42, co oznacza, ze nie pojawiaja sie za¬ klócajace skoki napiecia. 05 Wyjscie sumatora 41 jest polaczone poprzeziii 7 przewód 51 z przetwornikiem 52 napiecie/czesto¬ tliwosc, którego sygnal wyjsciowy stanowia im¬ pulsy sterujace o stalej amplitudzie i czestotli¬ wosci1 proporcjonalnej do wejsciowego napiecia przetwornika 52. Te impulsy sterujace sa dopro¬ wadzane przez uklad 53 rozdzielajacy impulsy (za¬ plonowy uklad rozdzielajacy impulsy) do zaworów pradowych statystycznego falownika 19 bedacego 6-impulsowym, w pelni sterowanym mostkiem pradu zmiennego. Zaworami pradowymi sa tyry¬ story.Przedstawiony uklad ma równiez automatyczny uklad 33 rozruch-hamowanie, co jest rzecza nor¬ malna w urzadzeniach regulacji obrotów w ma¬ szynach bocznikowych pradu stalego. Automatycz¬ ny uklad 33 rozruch-hamowanie jest dolaczony po stronie wejscia do ukladu 34 kontroli fazy, który jesit sterowany przez uklad ,35 napiecia sterowni¬ czego o znanej konstrukcji. Automatyczny uklad 33 rozruch-hamowanie oddzialywuje przez prze¬ wód 27 przy ruszaniu i hamowaniu na regulator i5, ogranicznik pradu 16 i przetwornik 18 w spo¬ sób pozadany przy ruszaniu i hamowaniu. Dla rozruchu maszyny asynchronicznej 10 jest wy¬ magane, aby regulator 42 pradu wzbudzenia na poczatku rozruchu utrzymywal poslizg wirnika, co jest osiagane za pomoca wlaczanego na krótko w czasie rozruchu nastawnika 54, który dla re¬ gulatora 42 pradu wzbudzenia daje celem rozru¬ chu uchyb regulacji pradu wzbudzenia.Zasada dzialania urzadzenia do regulacji obro¬ tów zostala dokladnie wyjasniona. Teraz zostanie wyjasniona blizej regulacja pradu wzbudzenia.Pod pojeciem pradu wzbudzenia rozumie sie prad bierny, który mozna równiez nazwac pra¬ dem magnesujacym. Zachodzi wektorowy zwiazek: Is = Ijx + jl, gdzie Is oznacza prad stojana, IL — prad wirnika, Ijj, — prad wzbudzenia. Dla bezza- klóceniowej pracy maszyny asynchronicznej jest konieczne, podobnie jak w bocznikowej maszynie pradu stalego, aby energia wzbudzenia miala wla¬ sciwa wartosc, niezaleznie od obciazenia. Jest to realizowane za pomoca regulatora 42 pradu wzbu¬ dzenia. Przy tym warunkiem jest w przyblizeniu staly prad stojana w przeciagu krótkiego czasu, np. 0,1 do Oyft sekundy co w tym ukladzie jest za¬ pewnione przez indukcyjnosc 24 i tak pozadana do odseparowania czestotliwosciowego prostowni¬ ków 14 i 19 i do wygladzenia pradu stalego.Na zachodzacy w maszynie asynchronicznej 10 podzial pradu stojana na prad wzbudzenia i prad wirnika, czyli prad obciazenia, wplywa regulator 42 pradu wzbudzenia poprzez zmiane czestotli¬ wosci poslizgu wirnika, czyili róznicy miedzy cze¬ stotliwoscia pola wirujacego stojana i czestotli¬ woscia wirnika;, przy czym: czestotliwosc poslizgu jest caly czas mniejsza od czestotliwosci poslizgu krytycznego maszyny asynchronicznej 10. Staly prad wzbudzenia, a tym samym stala- SEM jest osiagana przez zmiane pradu wirnika. Na prad ze swej strony wplywa rezystancja wirnika Rl = R2. • (fs/Af) a tym samym czestotliwosc poslizgu wir¬ nika Af tak, ze prad wzbudzenia stale i niezalez¬ nie od obciazenia przyjmuje optymalna wartosc * ustawiona w maszynie asynchronicznej, przy czym Rl oznacza rezystancje calkowita wirnika, fs — czestotliwosc pradu stojana, Af — czestotliwosc poslizgu wirnika, a R2 — rezystancje wirnika da- 5 nej maszyny. Optymalna wartosc pradu wzbudze¬ nia jest osiagana zawsze wtedy, gdy na zaciskach maszyny asynchronicznej 10 napiecie stojana czyli napiecie na zaciskach, odpowiadajace obrotom w danej chwili, wynosi np. 4,4 V/Hz.^Q Regulacja pradu wzbudzenia ma po pierwsze za zadanie osiagniecie korzystnej pracy maszyny asynchronicznej 10, odpowiadajacej pracy boczni¬ kowej maszyny pradu stalego i po drugie, przy zadanych obrotach, utrzymanie stalego napiecia j5 na zaciskach równiez przy naglej zmianie obcia¬ zenia. Napiecie na zaciskach zmienia sie oczywis¬ cie wraz z ustawionymi aktualnie obrotami wirni¬ ka a mianowicie proporcjonalnie do obrotów wir¬ nika. Za pomoca regulatora 42 pradu wzbudzenia £0 udaje sie przy stalych obrotach utrzymac prad wzbudzenia na stalym; poziomie, niezaleznie od pradu wirnika. Zostanie to ponizej wyjasnione.Zakladamy, ze maszyna asynchroniczna 10 nape¬ dza ze stalymi obrotami stale obciazenie. 25 Gdy nastapi nagla zmiana obciazenia, %np. zdje¬ cie obciazenia lub urwanie walu napedowego, prad stojana pozostaje jeszcze przez krótki czas, np. 0,05 do 0,2 sekundy w przyblizeniu staly na skutek obecnosci indukcyjnosci 24. W tym krót- M kim czasie obroty wirnika moga sie zmienic rów¬ niez nieznacznie. Regulator 42 pracuje przy tym bezinercyjnie, tak ze napiecie na zaciskach mimo zmiany obciazenia i niewielkiego zwiekszenia obrotów pozostaje ciagle proporcjonalne do obro¬ tów. Jest to osiagane przez to, ze regulator, bedac pobudzony przez zwiekszone napiecie wyjsciowe pradnicy tachometrycznej, proporcjonalnie do nie¬ znacznie zwiekszonych obrotów, zwieksza beziner¬ cyjnie rezystancje wewnetrzna maszyny asynchro¬ nicznej. Zwiekszenie rezystancji wewnetrznej jest osiagane przez zmniejszenie czestotliwosci posliz¬ gu wirnika {sygnal wyjsciowy regulatora 42), któ¬ re nie jest okreslone jak dotychczas bezposrednio przez obciazenie. Jednoczesnie, ale z pewnym opóznieniem, w regulatorze obrotów i wspólpra¬ cujacym z nim prostowniku, zmniejsza sie prad stojana a tym samym moment obrotowy maszyny asynchronicznej tak bardzo, ze zostaje osiagnieta ustalona wartosc obrotów, co oznacza zrównanie momentu obrotowego z momentem obciazenia. Bez regulatora 42 napiecie stojana znacznie zwiekszy¬ loby wartosc na skutek zaistnialej zmiany obcia¬ zenia, co np. mogloby doprowadzic do zniszczenia prostowników falownika 19. Regulator 42 pradu wzbudzenia utrzymuje jednakze napiecie stojana na stalym poziomie, mimo naglej zmiany obcia¬ zenia. A mianowicie wirnik natychmiast po zmniejszeniu obciazenia zaczyna zwiekszac swoje obroty ze skutkiem w postaci zmniejszonego po¬ slizgu, przez co zwieksza sie znacznie rezystancja wewnetrzna maszyny asynchronicznej 10 i odpo¬ wiednio zaczyna narastac napiecie stojana. Ta szybkosc narastania napiecia stojana jest o wiele wieksza niz szybkosc narastania obrotów wirnika 15 tak, ze na wejsciu regulatora 42 powstaje taki9 uchyb regulacji, ze za pomoca elementów 42, 42, "&2, 53 czestotliwosc sterujaca falownika 19 jest zwiekszona praktycznie bezinercyjnie, wobec cze¬ go czestotliwosc poslizgu wirnika zwieksza sie nieznacznie na skutek zwiekszenia czestotliwosci stojana.Wraz ze wzrostem czestotliwosci poslizgu zmniejszeniu ulega rezystancja wewnetrzna ma¬ szyny, przez co zmniejsza sie jej napiecie stojana.Uchyb regulacji w punkcie 50 zmniejsza sie, cze¬ stotliwosc poslizgu zmniejsza sie, napiecie stojana z powrotem^ narasta itd. Te wywolane przez re¬ gulator 42 przebiegi zachodza tak szybko, ze na¬ piecie stojana jest regulowane nawet .przy naglych zmianach obciazenia i nie wystepuja niebezpieczne skoki napiecia, a tym samym prad wzbudzenia utrzymywany jest na w zasadniczo stalym pozio¬ mce, niezaleznie do obciazenia tak, ze mozna rów¬ niez mówic o regulacji pradu wzbudzenia, chociaz zamiast pradu wzbudzenia jest mierzone napie¬ cie na zaciskach maszyny asynchronicznej 10.Rezystancja wewnetrzna maszyny asynchroniczej 10 zmienia sie w czasie, odpowiednio do zmiany pradu stojana, spowodowanej zmiana obciazenia.Mimo naglej zmiany obciazenia zapobiega sie osiagnieciu przez napiecie stojana maszyny asyn¬ chronicznej 10 wartosci znamionowej, a tym sa¬ mym takze prad wzbudzenia niezaleznie od obcia¬ zenia pozostaje staly. Dzieki temu przy dowolnych obciazeniach, szczególnie przy szybkich zmianach obciazenia, napiecie stojana i prad wzbudzenia dla zadanych obrotów pozostaja w przyblizeniu stale "i nie moga pojawic sie niebezpieczne prze¬ piecia.Regulacja obrotów odbywa sie z wieksza iner¬ cja niz regulacja pradu wzbudzenia i po opisa¬ nym przebiegu poczatkowym zmniejsza sie .prad stojana dopóty, dopóki prad stojana odpowiada zmniejszonemu lub zmniejszajacemu sie obciaze¬ niu maszyny asynchronicznej, przy czym takze na skutek zmniejszajacego sie napiecia stojana* które jest male z powodu duzego wzmocnienia regula¬ tora 42, stale zmniejsza sie czestotliwosc poslizgu.Gdy z drugiej strony wystapi nagla zmiana obcia¬ zenia, np. nagle podniesienie ciezaru, narasta na- "tychmiast czestotliwosc poslizgu wirnika, przez co zmniejsza sie znacznie rezystancja wewnetrzna maszyny asynchronicznej 10 i zmniejsza sie na¬ piecie stojana itd. tak,"ze regulator 12 praktycznie bezinercyjnie reguluje w przyblizeniu stale napie¬ cie stojana, a tym samym w przyblizeniu staly prad wzbudzenia. Regulator 15 obrotów zwieksza wtedy dla stalego utrzymania obrotów prad stoja¬ na tak dlugo, az osiagnie on wielkosc wymagana dla obecnie wiekszego momentu obrotowego.Mozna równiez przedstawiony stan rzeczy opi¬ sac tak, ze napiecie stojana, czyli napiecie na za¬ ciskach maszyny asynchronicznej 10 jest w danej chwili wieksze lub mniejsze od odpowiadajacego obrotom wirnika, regulator 42 pradu wzbudzenia zwieksza lub zmniejsza czestotliwosc poslizgu wir¬ nika w taki sposób, ze miedzy napieciem na za¬ ciskach i obrotami wirnika jest zachowany stale -okreslony stosunek w waskich granicach toleran¬ cji1, dzieki regulacji napiecia na zaciskach a tym 650 10 samym pradu wzbudzenia. Oczywiscie w pier¬ wszej chwili, na skutek zmiany czestotliwosci po¬ slizgu wirnika, daza do zmiany równiez moment obrotowy maszyny asynchronicznej a tym samym l obroty, które sa regulowane sltale na wartosc za¬ dana przy uwzglednieniu stalej czasowej obwodu regulacji obrotów, okreslonej glównie przez in- dukcyjnosc 24, za pomoca regulatora 15 obrotów z dolaczonym prostownikiem 17. 0 Jesli za pomoca nastawnika 20 wartosci zadanej jest dokonywane przestawienie obrotów maszyny ' asynchronicznej 10, zmienia sie czestotliwosc wyj¬ sciowa falownika 19, sterowana przez pradnice tachometryczna 28 a tym samym maszyne asyn- u chroniczna 10 i regulator 42 pradu wzbudzenia przy ciaglymi wplywie regulatora 15 obrotów na prad stojana tak dlugo, az wyregulowane zostana nowe obroty wirnika, przy czym czestotliwosc po¬ slizgu wirnika jest ustawiana zaleznie od obciaze- 20 nia, gdyz dla regulowanych obrotów prad wzbu¬ dzenia jest ustawiany na stala wartosc za pomoca regulatora 42.Mozliwe jest równiez bez dodatkowych srodków przejscie z pracy silnika na prace generatora ma- 25 szyny asynchronicznej 10 i odwrotnie, co jest za¬ leta w stosunku do maszyny pradu stalego, gdyz zapewnia dalsze techniczne i ekonomiczne udogod¬ nienia. W maszynie pradu stalego wymagana jest zmiana polaryzacji pradu twornika i pradu stoja- 30 na lub zastosowanie drugiego, przeciwnie spolary¬ zowanego prostownika. W przedstawionym sche¬ macie proces przebiega calkowicie automatycznie, bez dodatkowych przyrzadów przelaczajacych i elementów przelaczajacych, przy czym pozostaje 35 zachowany kierunek pradu.Zaleta regulacji pradu wzbudzenia maszyny asynchronicznej 10 jest równiez to, ze czestotli¬ wosc poslizgu wirnika przy stalym momencie obrotowym maszyny asynchronicznej 10 jest stala 40 niezaleznie od obrotów wirnika i zmienia sie praktycznie tylko w zaleznosci od momentu obro¬ towego. To jest zaleta przy rozruchu i daje sta¬ bilnosc regulacji przy przebiegach dynamicznych.Mozna równiez osiagnac to, ze przy aktualnym 45 pradzie znamionowym i odpowiednio przy aktual¬ nym obciazeniu znamionowym czestotliwosc po¬ slizgu wirnika bedzie miala najkorzystniejsza wartosc dla pracy maszyny asynchronicznej. Mo- . zna to osiagnac przez odpowiednie dobranie sta- 50 lych ci, c2 i c3, przy czym stale c2 i c« moga byc jednakowe.Jak widac z ukladu, chwilowy sygnal wyjscio¬ wy regulatora 42 pradu wzbudzenia odpowiada czestotliwosci poslizgu wirnika. Poniewaz regu- 55 lator 42 w opisanym przykladzie wykonania jest regulatorem typu P o duzym wzmocnieniu, ma on jedynie bardzo waski zakres proporcjonalnosc'', tak ze w stacjonarnych stanach roboczych uchyb regulacji jest praktycznie równy O a tym samym ci CiUs = c2uL. Jest zrozumiale, ze wartosc regulowa¬ nego pradu wzbudzenia jest celowo ustawiana na wzbudzenie znamionowe, zadane przez .produ¬ centa maszyny asynchronicznej. W miejsce regu¬ latora typu P moga byc zastosowane inne regula- §5 tory, szczególnie regulator PI. Dla uzyskania re-114 650 11 12 gulatora PI wystarczy do pokazanego na rysunku rezystora 48 dolaczyc szeregowo kondensator.Sze^cioimpulsowy falownik 19 jest taktowany przez rozdzielacz zaplonowy 53 sygnalem o czesto¬ tliwosci stojana, zgodnie z równaniem fs — L+Af, gdzie Fg oznacza czestotliwosc stojana a L — czestotliwosc wirnika. Wielkosc Af moze przyjmowac wartosci dodatnie (praca silnika) i wartosci ujemne (praca generatora). Komu¬ tacja faz moze odbywac sie przy tym po¬ przez kondensatory wedlug zasady komu¬ tacji faz. Wystepujace wówczas na zaworach pradowych zmiany czasowe pradu i napiecia sa tak male, ze jako zawory pradowe moga byc sto¬ sowane normalne tyrystory. Indukcyjnosc 24 ma za zadanie .utrzymanie w przyblizeniu stalego pra¬ du w czasie komutacji i odseparowanie róznych czestotliwosci miedzy obydwoma prostownikami 14, 19. Chociaz obroty maszyny asynchronicznej 10 moga byc ustawiane za pomoca nastawnika 20 wartosci zadanej, wynalazek wykazuje cechy ko¬ rzystne, gdy zadana wartosc obrotów nie jest re¬ gulowana i czestotliwosc stojana rózni sie od cze¬ stotliwosci sieci.Wówczas, gdy napiecie pradnicy tachometrycz¬ nej 28 na przewodzie 46 doprowadzonym do punk¬ tu 50 wzrasta proporcjonalnie do obrotów wirnika i napiecie stojana wzrasta proporcjonalnie do ob¬ rotów wirnika, gdy prostownik 14 to umozliwia, maksymalna, oddawana moc maszyny asynchro¬ nicznej wzrasta proporcjonalnie do wzrostu obro¬ tów wirnika i maleje proporcjonalnie do spadkai obrotów wirnika. Inne wykazanie urzadzenia wed¬ lug wynalazku umozliwia rozszerzenie zakresu obrotów maszyny asynchronicznej, w którym maksymalna, oddawana moc maszyny asynchro¬ nicznej pozostaje stala. Mozna to zrealizowac w prosty sposób przez wlaczenie w przewód 46 re¬ gulowanego ogranicznika napiecia., nie przedsta¬ wionego na rysunku, który od okreslonej liczby obrotów ogranicza w przewodzie 46 wzrost napie¬ cia dostarczanego przez pradnice tachometryczna 28, gdy obroty wirnika wzrastaja dalej, czyli utrzymuje w tym wyzszym zakresie obrotów na¬ piecie w przewodzie 46 na stalym poziomie, cho¬ ciaz w tym wyzszym zakresie w przewodzie do¬ chodzacym do punktu 26', zawierajacym rezystor 7', napiecie dostarczane przez pradnice tachome¬ tryczna 28 zmienia sie proporcjonalnie do obro¬ tów wirnika. Dzieki takiemu ogranicznikowi na¬ piecia w przewodzie 46, maszyna asynchroniczna 10 w tym wyzszym zakresie obrotów zachowuje sie w przyblizeniu jak bocznikowa maszyna pradu stalego w zakresie obrotów zwanym zakresem sla¬ bego pola. W pozostalym zakresie, w którym na¬ piecie w przewodzie 46 zmienia sie proporcjonal¬ nie do napiecia wyjsciowego pradnicy tachome¬ trycznej 28, maszyna asynchroniczna zachowuje sie jak bocznikowa maszyna pradu stalego w za¬ kresie zwanym zakresem twornika.Sumator 41 sumuje doprowadzone do niego sy¬ gnaly. Jesli doprowadzony do niego sygnal z re¬ gulatora 42 pradu wzbudzenia jest ujemny, co za¬ chodzi w wypadku pracy generatorskiej na skutek zmiany napiecia na zaciskach maszyny asynchro¬ nicznej 10, odpowiada to dodaniu ujmnego sygnalu do odebranego dodatniego sygnalu doprowadzo¬ nego przewodem 45 do sumatora 41 z pradnicy tachometrycznej 28. Ujemne dodawanie mozna 5 traktowac jako odejmowanie, tak ze pod pojeciem sumowania jest rozumiane dzialanie ukladu odej¬ mujacego. Zamiast dodawac ujemnie, mozna przy¬ jac, ze wyjscie regulatora pradu wzbudzenia nie * zmienia swojej polaryzacji przy przejsciu z pracy 10 silnika na prace generatora, przy czym nalezy przy tym przejsciu przelaczyc sumator 41 z do¬ dawania na odejmowanie lub zamiast tego w prze¬ wód prowadzacy z regulatora 42 pradu wzbudze¬ nia do sumatora 41 wlaczyc inwerter przy pracy 15 generatorowej, który odwraca sygnal wyjsciowy regulatora 42 tylko przy takiej pracy.Zastrzezenia patentowe 20 1. Sposób regulacji obrotów maszyny asynchro¬ nicznej, zwlaszcza maszyny asynchronicznej za¬ silanej poprzez sterowany czestotliwosciowo fa¬ lownik statyczny, w którym zmienia sie prad sto¬ jana dla sterowania czestotliwoscia poslizgu wir- 25 nika, znamienny tym, ze przy regulowanych w danej chwili obrotach napiecie na zaciskach ma¬ szyny asynchronicznej • utrzymuje sie stale na za¬ sadniczo jednakowym poziomie, mimo ze waha¬ nia napiecia stojana wynikle ze zmian czestotli- 30 wosci poslizgu wirnika przy malych zmianach czestotliwosci pradu stojana sa szybsze od zmian pradu stalego. 2. Urzadzenie do regulacji obrotów maszyny asynchronicznej, zwlaszcza maszyny asynchronicz- ^5 nej zasilanej poprzez sterowany czestotliwosciowo falownik statyczny, znamienne tym, ze zawiera regulator (42) pradu wzbudzenia do co najmniej w przyblizeniu bezinercyjnej regulacji "napiecia stojana, a tym samym pradu wzbudzenia maszyny 40 asynchronicznej (10), na którego wejscie jest do¬ prowadzana róznica miedzy pierwszym napieciem proporcjonalnym do napiecia stojana i drugim na¬ pieciem proporcjonalnym do obrotów wirnika, ma¬ szyny asynchronicznej (10), wyjscie regulatora (42) 45 pradu wzbudzenia jest polaczone z wejsciem suma¬ tora<41), na którego drugie wejscie jest wprowadza¬ ne trzecie napiecie proporcjonalne do obrotów wir¬ nika, przy czym sygnal wyjsciowy sumatora (41) okresla czestotliwosc sygnalu wyjsciowego falcw- 59 nika (19) tak, ze przy zadanych obrotach wirnika prad wzbudzenia jest utrzymywany na stalym poziomie niezaleznie od obciazenia i pradu stojana dzieki utrzymywaniu napiecia stojana na stalym poziomie. 55 3. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym,. ze regulator (42) pradu wzbudzenia jest regulato¬ rem typu P. 4. Urzadzenie wedlug zastrz, 3, znamienne tym, ze regulator (42) pradu wzbudzenia jest wzmacnia— eo czem operacyjnym ze sprzezeniem zwrotnym w~ postaci rezystora i ma duzy wspólczynnik' wzmoc¬ nienia. 5. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym„_ ze na wejsciu falownika (19) jest wlaczona ind-uk- 15 cyjnosc (24).114650 13 14 "6. Urzadzenie wedlug zastrz. 2 znamienne tym, ize do maszyny asynchronicznej <10) jest dolaczony nastawnik (20) wartosci zadanej. 7. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze maszyna asynchroniczna (10) jest dolaczona do falownika (19) zasilajacego pradem wielofazowym, korzystnie pradem trójfazowym. 8. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze wirnik maszyny asynchronicznej (10) jest wir¬ nikiem zwartym. 9. ^Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze na wejsciu falownika (19) jest wlaczony sta¬ tyczny, sterowany prostownik (14), .którego prad staly jest sterowany za pomoca regulatora obro¬ tów przez wspólpracujacy z nim regulator pra¬ dowy i którego' wyjscie jest dolaczone przez in- dukcyjinosc (24) do falownika (19). 10. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze pierwsze napiecie proporcjonalne do napiecia 10 15 stojana, drugie napiecie proporcjonalne do obro¬ tów wirnika i trzecie napiecie doprowadzane na drugie wejscie sumatora (41) sa napieciami staly¬ mi, a do wyjscia sumatora (41) jest dolaczony przetwornik (52) napiecie/czestotliwosc.LI. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze falownik (19) jest dolaczony do sumatora (41) poprzez uklad (53) rozdzielajacy impulsy i prze¬ twornik (52) napiecie/czestotliwosc. 12i. Urzadzenie .wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze regulator pradu wzbudzenia jest regulatorem typu PI. 13. Urzadzenie wedlug zastrz. 2, znamienne tym, ze przewód (46) prowadzacy do punktu (50) na wejsciu do regulatora (42) pradu wzbudzenia jest wlaczony ogranicznik napiecia dla utrzymywania na stalym poziomie napiecia w przewodzie (46) od okreslonej wartosci obrotów wirnika. 28 71 AS) 47 46 50 41 42 PL PL PL PL PL PL PL PL PL PL