Устройство для частотного пуска синхронной машины Советский патент 1984 года по МПК H02P1/50 H02P7/42 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к частотному электроприводу мощных синхронных машин. и может быть использовано для частотного запуска в заданном направ лении вращения и регулирования оборо тов синхронных приводов компрессоров и воздуходувок, двигатель-генераторов гидроаккумулирующих станций, син хронных генераторов и компенсаторов Известно устройство для частотного пуска синхронной машины, которое содержит преобразователь частоты, систему управления преобразователем блок запуска, содержащий узел определения начального положения ротора выходом подключенный к входам системы управления преобразователем I. Недостатком данного устройства является сложность и низкая надежность запуска синхронной машины в заданном направлении вращения. Это связано с необходимостью установки системы управления преобразователем в положение, соответствующее выходным сигналам блока запуска, что неКлючает проверку работы системы управления преобразователем до запуска синхронной машины. Наиболее близким решением к предлагаемому является устройство для частотного пуска синхронной машины, содержащее преобразователь частоты, вход которого предназначен для подключения к сети переменного тока, выход - к выходным выводам, систему управления преобразователем, первый вход которой подключен к выходу задатчика тока в силовой цепи преобразователя, второй ВХОДсоединен с выходом генератора пусковой частоты трансформатор, связанный с выходными выводами преобразователя, релейный элемент, регулятор тока возбуждения синхронной машины, блок запуска, состоящий из трех интеграто ров, дешифратора и узла совпадений, входы интеграторов подключены к выходу трансформатора, выходы - к входам дешифратора, выходы дешифратора соединены с первыми входами узла совпадений, вторые входы которого подключены к перВЕлм выходам системы управления преобразователем, второй выход которой соединен с входом уста новки в нулевое состояние релейного элемента и управляющим входом регулятора тока возбуждения, выход узла совпадений подключен ft .первому входу синхронизации релейного элемента прямой выход которого соединен с вхо дом задатчика тока в силовой цепи преобразователя t2 . Недостаток известного устройства - низкая надежность запуска синхронной машины в заданном направлении вращения. Это обусловлено тем, что начальная частота импульсов, вырабатываемых генератором пусковой частоты после включения преобразователя и подачи возбуждения и тока статора на синхронную машину, должна определяться мощностью преобразователя (величиной выходного тока) и моментом инерции синхронной машины вместе с нагрузкой и не может быть выбрана достаточно большой по условию вхождения частоты генератора в синхронизм с оборотами синхронной машины. В этих условиях за время наличия напряжения на обмотках синхронной машины после подачи возбуждения, когда блок запуска обеспечивает надежную расшифровку положения ротора синхронной машины относительно статорных обмоток, вследствие низкой частоты генератора не успевает произойти опрос всех состояний дешифратора блока запуска, поэтому включение релейного элемента и пода ча статорного тока в синхронную машину происходят по ложному срабатыванию блока запуска. При очень низких пусковых частотах генератора и малой постоянной времени цепи возбуждения блок запуска может вообще не сработать, что потребует отключения преобразователя и его повторного включения. Увеличение же постоянной времени интеграторов блока запуска вследствие малости входных сигналов и их большого различия по уровню, который определяется положением ротора, приводит к снижению точности в определении положения ротора. Цель изобретения - повыиение надежности частотного запуска синхронной машины в заданном направлении вращения и уменьшение времени пуска. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для частотного пуска синхронной машины, содержащее преобразователь частоты, входом подключенный к источнику переменного тока, выходом через цереключатель к обмоткам статора синхронной мгииины, систему управления преобразователем, П0РВЫЙ вход которой подключен к выходу задатчика тока в силовой цепи преобразователя, второй вход - к выходу re iepaTOpa пусковой частоты,трансформатор, связанный с выходными выводами дреобразователя, релейный элемент, регулятор тока возбуждения синхронной машины, блок запуска, состоящий из трех интеграторов, дешифратора и узла совпадений, входы интеграторов подключены К выходу трансформатора, выходы к входам дешифратора, выходы дешифратора соединены с первыми входамк узла совпадений, вторые входы которого подключены к первым выходам системы управления преобразователем.

второй выход которой соединен с входом установки в нулевое состояние релейного элемента и управляющим входом регулятора тока возбуждения, выход узла совпадений подключен к первому входу синхронизациирелейного элемента, прямой выход которого соединен с входом задатчика тока в силовой цепи преобразователя, введены задатчик пусковой частоты, задатчик частоты опроса, а релейный элемент снабжен инверсным выходом и третьим входом синхронизации, выходы задатчика пусковой частоты и задатчика частоты опроса подключены к управляющему входу генератора пусковой частоты, вход задатчика пусковой частоты - к прямому выходу релейного элемента, инверсный выход которого соединен с входом задатчика частоты опроса, а рыход генератора пусковой частоты - к второму входу синхронизации релейного элемента.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая блок-схема устройства для частотного .пуска синхрон ной1«111ины; на фиг. 2 - диаграмма работы устройства; на фиг. 3 - таблица входного кода дешифратора и узла совпадений.

Устройство содержит преобразователь 1 частоты, вход 2 которого подключен к источнику 3 переменного тока, выход 4 преобразователя частоты - к выводам обмоток 5 статора синхронной машины, систему 6 управ.ления преобразователя, первый вход 7 которой подключен к выходу задатчика тока 8 в силовой цепи преобразователя, второй вход 9 - к выходу генератора 10 пусковой частоты, третий вход 11 системы управления подключен к источнику 3 переменного тока, четвертый вход 12 системы управления соединен через трансформатор 13 -с выходом преобразователя, релейный элемент 14, блок 15 запуска, регулятор 16 тока возбуждения синхронной машины.

Блок 15 запуска состоит из интеграторов 17-19, дешифратора 20 и узла 21 совпадений. Входы интеграторов подключены к выходу трансформатора 13, выходы - к входу дешифратора 20. Выходы дешифратора 20 соединены с первыми входами 22 узла 21 совпадений, вторые входы 23 которого подключены к первым выходам 24 системы 6 управления преобразователем 1 частоты, второй выход 25 которой соединен с входом 26 установки в нулевое состояние релейного эле- мента 14, выход 27 узла 21 совпадений подключен к первому входу 28 синхронизации релейного элемента 14 прямой выход 29 которого подключен к входу задатчика 8 тока, причем

второй выход 25 системы управления преобразователем частоты соединен также- с входом регулятора 16 тока возбуждения синхронной машины 30. Между входом 2 преобразователя част.ты и источником 3 переменного тока включен выключатель 31, а.между.выходом 4 и синхронной машиной 30 выключатель 32. Переключение синхронной Мсоиины на источник 3 переменного тока осуществляется выключателем 33.

Введенные задатчики пусковой частоты 34 и частоты опроса 35 выходами подключены к входу 36 генератора пусковой частоты. Вход згщатчика 34 пусковой частоты соединен с прямым выходом 29 релейного элемента,а вход задатчика 35 частоты опроса - с введенным инверсным выходом 37 релейного элемента 14, второй вход 38 синхронизации которого подключен к выходу генератора пусковой частоты.

На фиг. 2 обозначены напряжение 39 на выходе генератора 10 пусковой частоты, напряжение 40 на входе 28 релейного элемента, напряжение 41 на входе 26 релейного элемента, напряжение 42 на выходе 29 релейного элемента, напряжение 43 на выходе 37 релейного элемента, ток 44 в силовой цепи преобразователя, ток 45 возбуждения синхронной машины, напряжение 46 на одном из входов 22 узла совпадений, напряжение 47 на одном из выходов 24 системы 6 управления (на одном из входов 23 узла 21 совпадений) .

Устройство работает следующим образом.

При включении питающего напряжения на систему 6 управления преобразователем 1 частоты выключатели 3133 разомкнуты, на выходе 25 системы управления преобразователем формируется сигнал, устанавливающий регулятор тока 16 возбуждения и,релейный элемент 14 в исходное состояние, при котором уставка тока возбуждения и уставка тока в силовой цепи преобразователя (ток статора синхронной машины) равны нулю (либо блокированы импульсы управления преобразователем и системы возбуждения). При этом напряжение на обмотках синхронной машины отсутствует, на выходе интеграторов 17-19 и выходах дешифратора 20 устанавливается нулевой сигнал, а на выходе узла 21 совпадений - единичный. Система 6 управления формирует импульсы управления преобразователем 1 частоты, причем частота переключения выходного тока преобразователя 1 частоты по стандартным обмоткам синхронной машины 30 определяется сигналами задатчиков 34 и 35 генератрра 10 пусковой частоты, а при каждомимпульсе задающего генератоpa пусконой частоты 10, на од ном из выходов 24 системы 6 управления появляЬтся единичный сигнал, соответствующий определенному состоянию распределителя импульсовсистемы 6 управления (фиг. 2, диаграмма 47). Так как релейный элемент находится в исходном (нулевом) состоянии, то напряжение на входе защатчика 34 пусковой частоты равно нулю,а на входе задатчика 35 частоты опроса -номинальному значению,поэтому частота выходных импульсов генератора 10 пусковой часто ты определяется уставкой задатчика 35 При частотном пуске синхронной ма шины от преобразователя 1 частоты включается выключатель 32,затем 31, при этом на выходе 25 системы 6 управления формируется сигнал,обеспечи вающий подачу возбуждения и подготав ливающий работу релейного элемента 14 .(снимается блокировка по входу 26 При включении возбуждения на обмотках синхронной машины 30 наводится напряжение, которое через трансформатор 13 подается на входы соответствующих интеграторов 17-19. В зависимости от знака, наведенного в обмотке напряжения, на выходе интегратора устанавливается либо единичный (при отрицательно наведенном напряжении), либо нулевой (при положительно наведенном напряжении) сигнал. В результате этого на время Т1 (время нарастания тока возбуждения в обмотке синхронной маииины) на входе дешифратора формируется двухзначный трехразрядный код, однозначно связан ный с положением ротора синхронной машины 30 относительно статорных обмоток, и на одном из выходов дешифратора появляется единичный сигнал, а на выходе 27 узла 21 совпадения нулевой при соответствующем сигнале на входе 23, который однозначно связан с положением распределителя импульсов системы 6 управления преобра зователем 1 частоты, осуществлякяцего переключение тока по фазам статорных обмоток синхронной машины 30. Так как при этом частота выходных импульсов генератора пусковой частоты определяется задатчиком 35 частоты опроса, то ее можно сделать такой чтобы опрос всех состояний дешифратора происходил за время Т 2, меньшее времени Тi, что соответствует максимальному напряжению на входе интегра торов 17-19, а следовательно, и досто верному сигналу о положении ротора синхронной машиныс Нулевой сигнал на входе 28 релейного элемента 14 при разрешгиощем единичном сигнале на входе 26 и синхронизирующем единичном сигнале на входе 38, т.е. синхронно с переключе нием генер |,тора пусковой частоты, переводит релейный элемент 14 в другое устойчивое состояние, при котором на его выходе 29 появляется единичный сигнал, обеспечивающий включение преобразователя в работу: блокировка с задатчика тока (Или импульсов управления) снимается и в статорные обмотки синхронной машины 30 подается силовой ток от преобразователя. Поскольку включение тока происходит в фазы статорной обмотки синхронной машины 30, однозначно связанные с положением ротора синхронной машины 30 относительно этих обмоток, то вращение синхронной машины начинается в строго определенном заданном направлении. При этом частота переключения выходного тока преобразователя 1 по статорным обмоткам синхронной машины 30 определяется уже задатчиком 34 пусковой частоты, так как на выходе 37 .релейного элемента установился нулевой сигнгш, блокировавший работу задатчика 35 частоты опроса, поэтому частота переключения генератора пусковой частоты, определяемая задатчиком 34, может быть оптимальной, исходя из условия синхронизации генератора пусковой частоты 10 напряжением синхронной машины при возможно более низких оборотах. . Дальнейший разворот синхронной машины 30 в условиях синхронизма осуществляется за счет синхронизации, по входу 12 системы 6 управления, преобразователем 1 частоты с напряжением на выходе 4 преобразователя частоты, т.е. напряжением на синхронной машине 30 (например, за счет подачи на вход генератора 10 пусковой частоты напряжения првтиво-ЭДС инвертора как показано пунктиром на фиг.1) При этом система 6 управления обеспечивает режим искусственного обнуления тока в начале каждого такта работы генератора 10 пусковой частоты. В устройстве обеспечивается надежный синхронный запуск синхронной машины без датчика положения ротора в заданном направлении вращения, так как увеличение выходной частоты генератора 10 пусковой частоты на время работы блока запуска, определяющего положение ротора синхронной машины относительно обмоток при подаче возбуждения) позволяет провести опрос всех состояний дешифратора блока запуска и их сравнение с состоянием распределителя импульсов системы управления инвертором за такое время, когда наводимая в обмотках статора ЭДС максимально возможная, что гарантирует Нсщежную работу интеграторов 17-19 и расшифровку знака наводимой на их входе ЭДС.

Увеличение частотьР опроса узла определения положения ротора значительно сокращает время, затрачиваемое на определение положения ротора и на частотный пуск одной синхронной машины, что позволяет использовать один преобразователь для последова- тельного пуска большого числа син- .

ХрОННЫХ .

Кроме того, работа релейного элемента 14 синхронизирована выходными импульсами генератора 10 пусковой частоты, что исключает переключение

релейного элемента 14 несинхронно с переключением распределителя импульсов системы управления инвертором при появлении синхроимпульса на выходе 26 блока 15 запуска в промежут ке между тактовыми импульсами гене- ратора 10.

Такой сбой в работе устройства приводил бы к нарушению условий синхронного пуска при синхронизме, что является недопустимым для компрессорного оборудования, имеющего повышающий редуктор.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЧАСТОТНОГО ПУСКА СИНХРОННОЙ МАШИНЫ, содержащее преобразователь частоты, входом подключенный к источнику переменного тока, выходом через переключатель к обмоткам статора синхронной машины, систему управления преобразова5Телем, первый вход которой подключен к выходу задатчика тока в силовой цепи преобразователя, второй вход - к выходу генератора пусковой частоты, трансформатор, связанный с выходными выводами преобразователя, релейный элемент, регулятор тока возбуждения синхронной машины, блок запуска, состоящий из трех интеграторов, деатифратора и узла совпадений, входы интеграторов подключены к выходу трансформатора, выходы - к входам дешифратора, выходы дешифратора соединены с первыми входами узла совпадений, вторые входы которого подключены к первым выходам системы управления преобразователем, второй выход которой соединен с входом установки в нулевое состояние релейного элемента и управляющим входом регулятора тока возбуждения, выход узла совпадений подключен к первому входу синхронизации релейного элемента, прямой выход которого соединен с входом задатчика тока в силовой цепи преобразователя, отличающееся тем, что, I с целью повыиения надежности запуска синхронной машины в заданном на(Л правлении вращения и уменьшения времени пуска, в него введены задатчик пусковой частоты, задатчик частоты опроса, а релейный элемент снабжен инверсным выходом и третьим входом синхронизации, выходы задатчика пусковой частоты и задатчика частоTbi опроса подключены к управляющему входу генератора пусковой частоты, со :о вход задатчика пусковой частоты - к прямому выходу релейного элемента, инверсный выход которого соединен с 00 входом задатчика частоты опроса, а з: выход генератора пусковой частоты эо к второму входу синхронизации релейного элемента.