Способ пуска синхронного двигателя Советский патент 1984 года по МПК H02P5/34 

Изобретение р носится к электро технике, в частности к способам пуска синхронных двигателей, имеющих как электромагнитное возбуящен так и возбуждение от постоянных магнитов, и может быть использован например, для пуска синхронных гидромотрров и турбогенераторов. Известен способ пуска синхронно двигателя с тиристорным коммутатор в цепи статора от регулируемого ис точника постоянного токе посредств поочередного переключения .твриртор с определением пара тиристоров, ко рая должна быть -вклиочена первой п подаче тока-возбуждения путем опре ления полярности импульсов напрьяже ния, индуцирова.«нй1Х в обмотке возбуждения. После вк йоченй Я первой пары тиристоров переключение тирис торов пройеходи.т по за1ранее заданн му алгоритму. После достаточного разгона двигателя дальнейшее управ ление пеЕ еключени;ем тиристорОа; про исходит в зависимости от моментов перехода через ноль ЭЯС, наводимой ,в статорных обмотках 13. Недостатком известного способа является то, что его техНйЧ еекая реализация требует дополнительного оборудования для. определения пары тиристоров, которая должна быть включена первой, причем в основном режиме управлени-я двигателем это оборудование не используется. Кром того, в начальный период при отработке алгоритма пуска разгон идет по разомкнутому циклу, что может привести к выпадению двигателя из синхронизма (к опрокидыванию) из-за невозможности учета особенности конкретной нагрузки навалу. Наиболее близким к изобретению является способ пуска синхронного двигателя с электромагнитным возбуж дением, при котором в обмотку индуктора подают последовательно во времени два постоянных тока, намагничивающие силы которых сдвинуты на угол И/2, после чего регулируют частоту тока якоря в соответствии с измеряемой частотой ЭДС синхронно го двигателя, при этом в момент подачи первого тока производят измерение и интегрирование фазных ЭДС двигателя р целью получения .начальных значений напряжений ориен тации 2 J. Недостатком этого способа являет ся то, что он реализуется только при пуске синхронных двигателей с электромагнитным возбуждением и непригоден при пуске синхронных двигателей с возбуждением от постоя янных магнитов. Целью изобретения является расширение фукнциональных возможностей обеспечения пуска синхронного двигателя как с электромагнитным возбуждением, так и с. возбуждением от постоянных магнитов. Указанная цель достигается- тем, что согласно способу пуска синхронного двигателя, при котором в-его обмотку последовательно во времени подают основной постоянный ток и допсотнительный постоянный ток, намагничивающая сила которого сдвинута по фазе на угол Jf/2 относительно намагничивакадей силы основного постоянного тока, порле чего .регулируют частоту тока якоря в соответствии с измеряемой частотой ЭДС синхронного двигателя, упомянутые постоянные токи подают в обмотку якоря синхронного двигателя, при этом величина каждого из токов .определяется нагрузочным моментом, а основной постоянный ток подают в течение времени, необходимого для синхронизации намагничивающих.сил якоря и индуктора синхронного двигателя. В соответствии с предложенным .способом пуска синхронного двигателя предусматривается определенная последовательность операций во времени. Вначале подают в обмотку якоря основной постоянный ток, величина которого определяется нагрузочным моментом,, приложенным к валу синхронного двигателя. Максимальная величина тока ограничивается возможностями преобразователя энергии,, обеспечивающего питание обмоток якоря, и перегрузочной способностью данного двигателя, минимальная величина тока должна быть достаточной, чтобы развивался момент- синхронизации намагничивающих сил якоря и индуктора. Под действием указанного момента синхронизации вал двигателя начинает поворачиваться. Через расчетное время выдержки, определяемое нагрузочным моментом, намагничивающие силы якоря и индуктора синхронизируются, после чего в обмотку якоря подают дополнительный постоянный,ток, намагничивающая сила которого сдвинута по фазе на Jr/2 относительно первоначально поданного тока. Величина этого дополнительного тока также определяется нагрузочным моментом, приложенным к валу синхронного двигателя. Возникающий электромагнитный омент обеспечивает вращение вала вигателя (вектора намагничивающей силы индуктора), с момента начала которого измеряетея.ЭДС двигателя, и в соответствии с ее частотой егулируется частота тока в обмотке якоря. На чертеже представлена структурная схема устройства, реализующего

данный способ пуска синхронного двигателя.

Устройство содержит синхронный двигатель 1, бпок задания реактивного тока 2, блок задания активного тока 3,преобразователь координат 4, преобразователь -чергии 5, блок датчиков ЭДС б, блок интеграторов 7, векторный анализатор 8, блок датчиков фазных токов 9 и блок датчиков фазных напряжений 10. Выходы блоков заданий реактивного и активного токов 2 и 3 подключены к входам преобразователя координат 4, входы для опорных сигналав которого соединены с выходами векторного анализатора 8, а выходы подключены к /правляюцим входам преобразователя энергии 5, соединенного с обмоткой якоря синхронного двигателя 1. Входы блока датчиков ЭДС 6 соединены с выходс1ми блокоь датчиков фазных токов и напряжений 9 и 10, а его выходы через блок интеграторов 7 подключены к входам векторного анализатора 8, выходы Kojroporo соединены также с управляющими входами блока интеграторов ,7,

Устройство для реализации предложенноз о пуска синхронного двигателя работает следующим образом.

Начальный постоянный ток, подаваемый в обмотку якоря синхронного вигателя 1, определяется сигналом Ujj t поступающим с выхода блока заания реактивного тока 2 на соответствующий Bxoh преобразователя коррдинат 4, на выходах которого формируются управляющие сигналы для преобразователя энергии 5, выполненного в виде управляемого источника тока,

I

Необходимые для преобразователя

координат 4 опорные сигналы поступают с выходов векторного анализатора 8 в виде случайных величин, соответствующих Sin QH гдеОн произвольный начальный угол, не связанный с положением вектора намагничивающей силы индуктора синхронного двигателя 1. Устойчивость указанных случайных величин, принятых за спорт ные сигналы, обеспечивается цепью нормированной положительной обратной связи, охватывающей, блок интеграторов 7, выполненный на основе апериодических звеньев с большой постоянной времени, и векторный анализатор 8. При зтом начальные величины сигналов на выходах интеграторов устанавливаются в соответ ствии со значениями sin (Зц ,cosO. Полученные на выходах преобразователя энергии 5 фазные токи поступают в обмотки якоря синхронного двигателя, имеющего независимую цепь электромагнитного возбуждения индуктора или с возбуждением от постоянных магнитов.

В общем случае векторы намагничивающих сил якоря и индуктора не совпадают, ив результате их взаимодействия образуется электромагнитный момент, приводящий к повороту вала синхронного двигателя 1(повороту вектрра намагничивающей силы индуктора) . В течение времени,необходимого для синхронизации намагничивающих сил якоря и индуктора, фазные токи

синхронного двигателя 1 определяются только сигналом Од. По окончании синхронизации намагничивающих сил якоря и индуктора (время синхронизации определяется расчетным путем,

исходя из статического момента

нагрузки и момента инерции связанных с валом -синхронного двигателя 1 механических частей) аргумент опорных сигналов 5iп Qj,, Cos QH на выходе векторного анализатора 8 уже

отражает угловое положение вектора намагничивающей силы индуктора (вала синхронного двигателя- 1). В этот момент в обмотку якоря синхронного двигателя 1 подают дополнительный постоянный ток, определяемый сигналом и а/ поступающим с выхода блока задания активного тока 3 на соответствующий вход преобразователя коокцинат 4. Намагничивающая сила этого дополнительного тока сдвинута по фазе на Jl/2 относитед ьно намагничивающей Оилы первоначально поданного тока, определенного сигналомУд.Указанный фазовый сдвиг обеспечивается соответствующим прербразованием сигнала OQ в управляющие сигналы преобразователя энергии 5 с помощью преобразователя координат 4, на входы которого поступают

упомянутые опорные сигналы в виде sinQn , cos QH

ВсГзникающий при этом электромагнитный момент приводит во в эащение

нал синхронного двигателя 1, с момента начала- которого производится формирование фазных ЭДС на выходах блока датчиков ЭДС б, величина частота которых .определяются скоростью вращения двигателя. По полуенным фазным ЭДС в блоке интеграторов 7 формируются фазные гармонические сигналы, амплитуда которых определяется потоком возбуждения синхронного двигателя 1, а аргументгловым положением вала. По указанным сигналам в векторном анализаторе 8 получсцот опорные гармонические сигналы sin () , cos (й„+ S )., гдeCl- текущий угол поворота вала

синхронного двигателя 1, поступающие на соответствующие входил преобразователя координат 4, Регулирование опорного тока синхронного двигателя 1 осуществляется в соответствии с

указанными гармоническими сигналами j

частота изменения которых в установившемся режиме вращения пределяется синхронной скоростью.

В рассмотренном устройстщ.е начальные опорные сигналы 9 |пв„, cos Q на выходах векторного анализатора 8

сформированы без учета реакции якоря двигателя. Реакция якоря может быть учтена введением в устройстве дополнительного преобразователя координат, включенного в цепь положительной обратной связи, охватывающими блок интеграторов 7 и связаннрго с блоком задания реактивного тока 2.

После осуществления пуска синItpOHHoro двигателя 1 сигнал и коЕфектируется в зависимости от трео емоf-o режима работы. Указанная корректировка подразумевает переключение сигнала UD на ноль либо его реверсил рование по сигналу оператора, или автоматически-по достижении опрвдзе ленной скорости, измеряемся датчиком скорости (сигнал скорости в рассмотренном устройстве может быть получен также по шлсодным сигналам блока датчиков ЭДС 6).

Таким образом, способ пуска сиихронного двигателя предусмат{жвает определенную последовательность ао вреьадни подачи токов только в обмотл ку якоря и может быть реализован независимо от типа возбуждения двигателя: электромагнитного или оТ постоянных магнитов.

СПССОВ ПУСКА СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ,1ри котором в его обмотку последовательно во времени попаю основной постоянный ток и ДОПОЯ1Ш тельный постоянный ток, на магничи ваюцая сила 1;рторого сдвинута по фазе на угол 5f/2 относительно нгилаг ничивающей силы основного постоянного тока, после чего регулируют частоту тока якоря в соответствии t измеряемой частотой ЭДС сйнхронно50 двигателя,о тличающийся тем, что, сЦёйЬйрасширения функциональных возможностей путем обеспечения пуска синхронного двигателя как с электромагнитным возбузкданием, так и с возбуждением от постоянных магнитов, указанные постоянные токи подшот в обмотку якоря синхронного двигателя, причем величина каждого тока определяется нагруз.бчным моменtoM,а основной постоянный ток подаа ют в течение времени, необходимого для синхронизации намагничивающих сл сил якоря и индуктора синхронного двигателя. о сл