Устройство для частотного пуска и синхронизации с сетью синхронного электродвигателя Советский патент 1984 года по МПК H02P1/50 

метра уставки соединен с входом опорного элемента, выход которого через первый элемент с.диодной нелинейной вольт-амперной характеристикой соединен с инвертирующим входом операци.онного усилителя и через второй элемент с диодной нелинейной вапьт-амперной характеристикой - с неинвертирующим входом операционного усилителя, выход которого является выходом порогового элемента.

1.УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЧАСТОТНОГО ПУСКА И СИНХРОНИЗАЦИИ С СЕТЬЮ СИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ, содержащее статический преобразователь частоты с выходными вьшодами, служащими для подключения к синхронному электродвигателю, шунтирующий выключатель, управляющий вход которого соединен с узлом вьщержки включения, .а коммутирующие цепи предназначены для подключения синхронного электродвигателя к сети, систему управления преобразователем частоты, составленную из узла контроля совпадения частоты, фазы и среднего значения амплитуды напряжений на щинах сети и выходных выводах преобразователя частоты, регулятор выходной частоты преобразователя, входом соединенного с выходом фазочастотного дискриминатора, составленного из распределителя импульсов, блока управления распределителем импульсов, первого и второго коммутаторов, входы первого коммутатора предназначены для подключения к щинам сети, выход соеди)1ен с одним входом блока упрявле гия, друго вход которого подключен к вькоду фазового дискриминатора, входы второго коммутатора связаны с выходными выводами преобразователя частоты, выход является выходом фазочастотного дискриминатора, управляющие входы коммутаторов подключены к соответствующим выходам распределителя, отличающееся тем, что, с целью упрощения и повьщ1ения надежности устройства, указанный узел контроля составлен из последовательно включенных двухвходового интегратора с разнополярными входами, порогового элемента и одновибратора, первый i вход интегратора подключен к выходу первого коммутатора, второй вход (О к выходу второго коммутатора, а вы- , ход одновибратора соединен с входом С узла выдержки включения шунтирующего, выключателя. 2.Устройство ПОП.1, отличающееся тем, что двухвходовый интегратор состоит из последовательно включенных инвертирующего опе рационного усилителя и интегрирующего операционного усилителя, вход инN5 вертирующего операционного усилителя :л является первым входом двухвходового интегратора, второй вход которого подключен к входу интегрирукнцего операционного усилителя. 3.Устройство по п.1, о т л и чающееся тем, что пороговой элемент выполнен на операционном усилителе, опорном элементе, первом и втором элементах с диодной нелинейной вольт-амперной характеристикой и потенциометре уставки, вход потен1У1ометра уставки является входом чЛорогового элемента, выход потен1;ио

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в статических преобразователях для частотного пуска, регулирования оборотов и для синхронизации с сетью. мощных и сверхмощных синхронных машин, например двигатель-генераторов гидроаккумулирующкх станций и синхронных приводов компрессоров, с возможностью переключения указанных синхронных машин в сеть переменного тока, в частности в сеть, питающую преобразователь. Известно устройство для частотного пуска и синхронизации с сетью синхронного двигателя, содержащее пусковой тиристорный источник и тиристорный источник заданного режима питания, которые подключаются к электроприводу через отдельные выклю чатели, управляемые узлом контроля, состоящего из трехвходовой ячейки И на которую подаются сигналы сравнения по фазе, напряжению и частоте с выходов соответствующих блоков п Недостатками такого устройства являются его сложность и низкая технологичность, так как узел контроля содержит три элемента сравнения по фазе, напряжению и частоте, каждый из которьк требует настройки и вносит погрешность, что снижает точност работы узла контроля. Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для частотного пуска и синхронизации с сетью синхронного электродвигателя, содержащее статический преобразователь частоты с входными выводами и выходными вьгоодами, предназначенг;ь1ми для подключения к синхронному электродвигателю, управляющий вход которого соединен с узлом вьщержки включения, а коммутирующие цепи предназначены для включения в сеть электродвигателя, систему управления преобразователем, содержащую узел контроля совпадения частоты, фазы и среднего значения амплитуды напряжений на пинах сети и выходных вьтодах преобразователя частоты, регулятор выходной частоты преобразователя, входом соединенный с выходом фазочастотного дискриминатора, составленного из распределителя импульсов, блока управления распределителем, первого и второго коммутаторов, входы первого коммутатора связаны и предназначены для подключения к щинам сети, выход соединен с одним входом блока управления распределителем, другой вход которого подключен к выходу фазового дискриминатора, входы второго коммутатора связаны с выходными выводами преобразователя частоты, выход является выходом фазочастотного дискриминатора, управлякяцие входы коммутаторов подключены к соответствующим выходам распределителя 2 . Недостатками известного устройства являются его сложность, нетехнологичность, низкие точность и надеж- ность работы из-за особенностей выполнения узла контроля совпадений частоты, фазы и среднего значения амплитуды напряжений на шинах сети и выходных вьтодах. Это связано с гем, что узел контроля состоит из грех самостоятельных узлов сравнения: по частоте, фазе и напряжению, каждый из которых представляет собой самостоятельный блок, с большим количеством электрорадиоэлементов, требует регулировки и настройки, что снижает точность и надежность его работы и всего устройства в делом. Целью изобретения является упроще ние и повышение надежности. Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для частотного пуска и синхронизации с сетью синхронного электродвигателя, содержащем статический преобразователь частоты с выходными вьшодами, предназначенными для подключения к синхронному электродвигателю, шунтирующий вьпспючатель, управляющий вход .которого соединен с узлом вьщержки включения, а коммутирующие цепи предназначены для подключения к сети синхронного электродвигателя, систему управления преобразователем частоты, составленную из узла контроля совпадения частот фазы и среднего значения амплитуды напряжений на шинах сети и выходных вьшодах преобразователя частоты, регулятора выходной частоты преобразователя, входом соединенного с выхо дом фазо частотного дискриминатора, составленного из распределителя импульсов, блока управления распредели телем импульсов, первого и второго коммутаторов, входы первого коммутатора связаны с щинами сети, выход соединен с одним входом блока управления распределителем, другой выход Которого подключен к выходу фазового дискриминатора, входы второго коммутатора связаны с выходными вьтодами преобразователя частоты, выход является выходом фазочастотного дискрими натора, управляющие входы коммутато ров подключены к соответствующим выходам распределителя импульсов, узел контроля состав.пен из последова тельно включенных двухвходового интегратора с разнопапярными входами, порогового элемента и одновибратора первьм вход интегратора подключен к выходу первого коммутатора, второй вход - к выходу второго коммутатора а выход одновибратора соединен с вхо дом узла выдержки включения шунтирую щего выключателя. Двухвходовый интегратор может быть составлен из последовательно включенных инвертирующего операционного усилителя и интегрирующего операционного усилителя, вход инвертирующего операционногоусилителя является первым входом двухвходовог интегратора, второй вход которого подключен к входу интегрирующего операционного усилителя. При этом пороговый элемент вьтолнен на операционном усилителе, опорном элементе, первом и втором элементах с диодной нелинейной вольтамперной характеристикой и потенциометре уставки, вход потенциометра уставки является входом порогового элемента, выход потенциометра уставки соединен с входом опорного элемента, выход которого через первый элемент с диодной нелинейной вольт-амперной характеристикой соединен с инвертирующим входом операционного усилителя и через второй элемент с диодной нелинейной вольт-амперной характеристикой - с неинвертирующим входом операционного усилителя, выход которого является выходом порогового элемента. На фиг, 1 представлена принципиальная электрическая блок-схема устройства для частотного пуска и синхронизации с сетью синхронного электродвигателя; на фиг, 2 - диаграмма его работы. Устройство для частотного пуска и синхронизации с, сетью синхронного электропривода содержит статический преобразователь 1 частоты с входными выводами 2 и выходными выводами 3, шунтирующий выключатель 4, управляющий вход которого соединен с узлом 5 вьщержки включения, а коммутирующие цепи предназначены для включения на сеть 6 электродвигателя 7, подключенного к выходным выводам 3 преобразователя 1 частоты. Система 8 управления преобразователем 1 частоты содержит узел 9 контроля совпадения частоты, фазы и среднего значения амплитуды напряжений на шинах сети 6 и выходных выводах 3 преобразователя частоты, регулятор 10 выходной частоты преобразователя 1, входом 11 соединенный с выходом 12 фазочастотного дискриминатора 13, состоящего из распределителя 14 импульсов, блока 15 управления распределителем 14 импульсов, первого коммутатора 16 и второго коммутатора 17, входы 18 первого коммутатора 16 связаны с 1шнами сети 6, например, через трансформатор 19, выход 20 - с одним входом 21 блока управления распределителем 15 импульсов, другой вход 22 которого подключен к выходу 23 фазового дискриминатора 24. Входы 25 и 26 фазового дискриминатора могут

$ 11

подключаться либо к шинам сети и выходным выводам, либо к выходам соответственно первого и второго коммутаторов.

Входы 27 второго коммутатора 17 связаны с выходными выводами 3 преобразователя 1, например, через трансформатор 28, выход 29 - с выходом 12 фазочастотного дискриминатора 13, управляющие входы 30 коммутаторов 16 и 17 подключены к соответствунлцим выходам 31 распределителя 14 импульсов.

Узел 9 контроля выполнен из последовательно включенных двухвходового интегратора 32 с разнополярными входами 33 и 34, порогового элемента

35и одновибратора 36, первый вход 33 интегратора 32 подключен к выходу 20 первого коммутатора 16, второй вход 34 - к выходу 29 второго коммутатора 17, а выход 37 одновибратора

36соединен с входом 38 узла 5 выдержки вкпючения шунтирующего выключателя 4.

Двухвходовый интегратор 32 может состоять, например, из последовательно включенных инвертирующего 39 и интегрирующего 40 операционных усилителей. Вход 41 инвертирующего операционного усилителя соединен с первым входом 33 двухвходового интегратора 32, второй вход.34 которого подключен к входу 42 интегрирующего операционного усилителя 40.

Пороговый элемент 35 может быть выполнен, например, на операционном усилителе 43, первом и втором элементах 44 и 45 с диодной нелинейной вольт-амперной характеристикой и потенциометре 46 уставки, вход 47 потенциометра уставки подключен к входу 48 порогового элемента 35, выход - к входу опорного элемента 49, выход которого через первый элемент 44 с диодной нелинейной вольтамперной характеристикой соединен с инвертирующим входом 50 операционного усилителя 43 и через второй элемент 45 с диодной нелинейной вольтамперной характеристикой - с неинвертирующим входом 51 операционного усилителя 43, выход 52 которого подключен к выходу 53 порогового элемента 35.

Ограничение диапазона изменения угла управления, формируемого канапом 15 управления, может осуще66

ствляться блоком 54 ограничения, синхронизируемым выходным сигнапом второго коммутатора 17. Регулирование возбуждения синхронного двига-теля осуществляется регулятором 55 возбуждения.

Собственно преобразователь частоты может состоять, например, из управляемого выпрямителя 56 и инвертора 57 тока. Регулирование тока

на выходе выпрямителя осуществляется регулятором 58 тока, а регулирование напряжения - регулятором 59 напряжения. Управление выпрямителем и инвертором осуществляется блоками 60 фазового управления.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения: 61 - напряжение на выходе первого коммутатора 16, 62 - напряжение на выходе второго коммутатора 17; 63 - напряжение на выходе интегратора 32; 64 - напряжение на выходе порогового элемента 35; 65 напряжение на выходе одновибратора

36; 66 - напряжение на выходе узла 5 выдержки включения.

Устройство работает следующим образом.

После подачи питающих напряжений

на систему 8 управления преобразователем 1 и включения силового напряжения на входные выводы 2 преобразователя и шины сети 6, на питание от которой необходимо переключить электродвигатель 7, система 8 управления преобразователем вырабатывает последовательность управляющих команд, обеспечивающих начальный разворот электродБИгател 7 и его частотный

разгон до заданных оборотов любым известным способом, например за счет обратной связи по напряжению на двигателе.

Для переключения электродвигателя на питание от сети переменного тока его обороты увеличивают до синхронных, при этом выходной сигнал фазочастотного дискриминатора 13 обеспечивает синхронизацию регулятора 10 выходной частоты преобразователя с частотой сети переменного тока.

В установившемся режиме частота напряжения на пгинах сети 6 и члстота напряжения на вьгходных выводах 3 преобразователя совпадают. Умент)шение фазового сдвига между этими напряжениями осущестпляс-тся фтопым дискриминатором 24, а выравнивание среднего значения напряжений - либо собственным регулятором 55 возбуждения синхронного электродвигателя, либо специальным регулятором системы 8 управления. Для переключения электродвигателя 7 на питание от сети с минимальными переходными токами необходимо, чтобы частота, фаза и амплитуда напряжений, замыкаемых шунтирующим выключателем 4, полностью совпадали Сравнение шунтируемых выключателей 4 напряжений по частоте, фазе и амплитуде осуществляется узлом 9 контроля, который работает следующим образом. При синхронных с сетью 6 переменного тока оборотах электродвигателя, равенстве напряжений на выход преобразователя 1 и щинах сети 6 и нулевом фазовом сдвиге между этим напряжениями на входы 33 и 34 интег ратора 32 поступают два одинаковых напряжения 61 и 62 (фиг.2) , мгновенные значения которых без учета узла коммутации в выходном напряжении преобразователя полностью совпадают Так как эти сигналы подаются на вход 42 интегрирующего операционног усилителя 40 с разными знаками, то напряжение 63 на его выходе 48 мало и не превыщает напряжения опорного элемента 49. В этом случае на выход 53 порогового элемента 35 устанавли вается нулевор потенциал 64, а на выходе одновибратора 36 - единичный потенциал 65, что обеспечивает рабо ту задающего элемента (например, заряд конденсатора) узла 5 вьщержки включения. Если режим синхронных и синфазных оборотов электродвигателя при равенстве напряжений на сети 6 и напряжения на выходах 3 преобразователя 1 сохраняется достаточно долго (выдержка определя ется постоянной времени задающего элемента узла 5 выдержки включения) то на выходе последнего вырабатывается напряжение 66 на включение шун тирующего выключателя 4 и отключение (при необходимости) преобразова тепя 1, например, по блок-контактам шунтирующего выключателя 4. При синхронных, но но синфазных с сетью переменного тока оборотах электродвигателя 1, мгновенные значения напряжений на входе 42 интегри рующего -операционного усилителя 40 не равны, а отличаются на некоторую величину, что приводит к увеличению по абсолютной величине напряжения на выходе интегратора 32. Когда это напряжение становится бодыие напряжения пробоя опорного элемента 49, оно, в зависимости от его знака, поступает на один из входов операционного усилителя 43 порогового элемента 35, что приводит к изменению полярности сигнала на его выходе 53 и запуску одновибратора 36, выходной сигнал которого устанавливает в исходное состояние задающий элемент узла 5 выдержки включения. При синхронных и синфазных с сетью переменного тока оборотах элекуродвигателя 7, но разных по амплитуде напряжениях на шинах сети 6 и выходах 3 преобразователя на входе 42 интегрирующего операционного усилителя 40 формируется разнополярный сигнал, что приводит к появлению на выходе 48 интегратора 32 пульсирующе-, го напряжения, амплитуда которого определяется постоянной времени интегратора и величиной разности входных напряжений. Потенциометр 46 уставки совместно с опорным элементом 49 определяет допустимый уровень напряжения на выходе интегратора 32, который не вызывает переключения порогового элемента 35 и, следовательно, срабатывания одновибратора, блокирующего узел 5 вьщержки включения. Диаграммы напряжений 61-66 (фиг.2) показьшают напряжения на входе и выходе интегратора 32, выходах порогового элемента 35, одновибратора 36 и узла 5 выдержки включения при одинаковых по амплитуде синхронных и синфазных, синхронных, но не синфазных напряжениях на щинах сети 6 и выходных выводах 3 преобразователя, а также при синфазных, но различных по амплитуде напряжениях. Таким .образом, предлагаемый узел контроля в одном элементе-интеграторе 32 осуществляет сравнение мгновеннь х значений частоты, фазы и амплитуды двух различных трехфазных напряжений - на шинах сети переменного тока и выходных выводах преобразователя, что значительно упрощает узел контроля (один элемент сравнения) и ето настройку, повышает тех- нологичность изготовления. OTCVTCTвне в цепи сравниваклцего элемента, фильтров и узлов с большой инерционностью обеспечивает высокую точность и быстродействие контроля совпадения по частоте, фазе и амппитуде шунтируемых выключателей А напряжений и, следовательно, высокую надежность его работы. Потенциометр А6 уставки позволяет легко учитьшать наличие пульсаций напряжения на выходе интегратора 32, связанных с несинусоидальностью напряжения на выходе преобразователя, что, в свою очередь, позволяет отказаться от громоздких и сложных трехфазных фильтров в цепи узла контроля. Одновибратор 36, расширяя выходной импульс порогового элемента 35, блокирует на определенное время работу узла 5 выдержки включения даже при единичном срабатывании порогового элемента, что дополнительно повышает надежность работы узла 9 контроля

В изобретении обеспечивается повышение точности и надежности контроля совпадения частоты, фазы и

амплитуды напряжений на шинах сети

переменного тока и выходных вьгеодах преобразователя, к которым подключается электродвигатель. Это достигается за счет исключения фильтров переменного тока в цепях узла контроля, вносящих фазовые погрешности, и применения одного сравнивающего элемента для контроля совпадения частоты, фазы и амплитуды шунтируемых напряжений. Повышение точности работы узла контроля совпадения частоты, фазы и среднего значения амплитуды напряжений на шинах сети и выходных вьшодах преобразователя позволяет полностью исключить броски тока при переключении электропривода на питание от сети.

Отсутствие в узле контроля элементов с большей инерционной постоянной обеспечивает ему высокое быстродействие, что позволяет исключить переключение электропривода на питание от сети в переходных и не установившихся режимах работы электропривода.

Фиг.1