Устройство для возбуждения синхронного двигателя Советский патент 1984 года по МПК H02P1/50 

к напряжению уставки, . выход второй схемы совпадения подключен к первому входу переключающего блока.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ, содержащее управляемый преобразователь, разрядный резистор, предназначенные для подключения через датчик тока и встречно-параллельные тиристоры к обмотке возбуждения, узел управления возбуждением, составленный из диф« еренцирующего и чувствительного блоков соединенных между собой последовательно, хронирукяцёго и переключающего блоков, при этом выход последнего соединен с управляемым преобразователем, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности синхронизации и ресинхронизации вьтавшего из синхронизма синхронного двигателя, узел уорав1;енияи возбуждением дополнительно снабжен блоком фиксации асинхронного хода, содержащим схему выделения потокосцепления обмотки статора по продольной оси, составленную из масштабного усилителя с фильтрацией высших гармонических, интегрирующего и сумъмрующего усилителей, нуль-органом, первую схему вьщержки времени на включение возбуждения при отсутствии изменений знака потокосцепления, первую схему совпадения, вторую схему вьадержки времени на выключение возбуждения при наличии изменений знака потокосцепления, схему вьщеления передних фронтов импульсов с выхода чувствительного органа, компаратор и вторую схему совпадения, при этом выход датчика тока подключен к входу масштабного усилителя с фильтр ацией высших гармонических, выход которого подключен к входу дифференцирующего органа и к второму входу суммирующего усилителя, к первому входу которого подключен выход интегрирующего усилителя, вход которого подключен к обмотке возбуждения, выход суммирующего усилителя подключен к входу нуль-органа, выход которого подключен к входу хронирующего органа, к первой схеме вьщержки време1ет на включение возбуждения и к первому входу первой схемы совпадения, а выход первой схемы выдержки времени на включение возбуждения подключен к первому входу переключающего блока и к второму входу первой схеьда ;о совпадения, выход которой через вторую схему временной задержки на выключение возбуждения подключен к втоэо рому входу переключающего органа, выход чувствительного блока подключен к входу схемы вьщеления п1ередних фронтов импульсов с выхода чувстви/тельного блока, а выход схемы выделения передних фронтов подключен .iLJieoвому входу второй схекы совпадения, второй вход которой подключен if выходу компаратора, первый вход которого подключен к вькоду хронирукядего блока, а второй вход нодключен

Изобретение относится .к электротехнике, а именно к синхронному электроприводу, и может быть использовано для асинхронного пуска синхронньш двигателей, а также для ресинхронизации вьтавших из синхронизма двигателей при близкой к номинальной загрузке.

Известно устройство для возбуждения синхронного двигателя, содержащее управляемый преобразователь с блоком импульсно-фазового управления, разрядный резистор, подключенный к обмотке возбуждения через встречно-параллельно включенные тиристоры, узел управления возбуждением с чувствительным хронирующим и переключающим органом, в котором в узел управления возбуждением введен, дифференцирующий орьан, вход которого подключен на разрядный резистор, а выход к чувствительному органу Л .

Недостатком известного устройства является появление в токе ротора высших гармонических, обусловленных применением в цепи разрядного резистора встречно-параллельно включенных тиристоров. Появление высших гармонических в токе ротора вызвано самопроизвольным запиранием тиристоров в цепи разрядного резистора/ при переходе тока ротора через нулевое значение в области малых скольжений, что может приводить к сбоям в работе хронируклдего органа, а следовательно, и к снижению надежности синхронизации двигателя.

Известно также устройство для возбуждения синхронного двигателя, содержащее управляемый преобразователь с блоком импульсно-фазового управления, разрядный резистор, подключенный через встречно-параллельно соединенные тиристоры к обмотке возбуждния, узел упр авления возбуждением с соединенными последовательно дифферейдирующим, чувствительным, хронирующим и переключающими органами,приче

вход дифференцирующего органа подключен к разрядному резистору, а выход переключающего органа - к блоку импульсно-фазового управления, в котором, в узле управления возбуждением используется релейный орган, вход которого .подключен к выходу переключающего органа, а выходы включены параллельно пороговым элементам цепей управления встречно-параллельно включенных тиристоров 2j .

В указанном устройстве раскрыт способ регулирования уровня напряжения включения разрядного резистора, который хотя и ссужает несколько зону появления высших гармонических но не устраняет данное явление полностью, что значительно снижает надежность синхронизации двигателя, так как. наличие высших гармонических в сигнале, поступающем на вход дифференцирующего органа, может вызвать неправильную работу узла управления возбуждением. Кроме того, указанное устройство не позволяет осуществлять ресинхронизацию выпавших из синхронима синхронных двигателей,например, при кратковременных нарушениях в сети электроснабжения предприятия, при которых возникает асинхронный ход возбужденной синхронной машины, и напряжение на зажимах ротора определяется величиной напряжения возбудителя. У двигателей с мощной демпферной клеткой ток ротора в этих режимах может не переходить через нулевое значение, оставаясь в положительной области. В режиме асинхронного хода возбужденной синхронной машины напряжение на кольцах ротора определяется величиной вькодного напряжения управляемого преобразователя, а так как напряжение пробоя стабилитронов в цепи управляющих электродов тиристоров, подключающих разрядный резистор. Выбирается вьш1е максимального напряжени.я управляемого преобразователя. то в процессе асинхронного хода возбужденной машины разрядный резистор не подключается к обмотке возбуждения и ток ротора замыкается по цепи обмотка возбуждения-управляемый возбудитель. И, следовательно в этом режиме работы синхронной -машины отсутствует информация о периоде и фазе тока ротора, что не позвол ет произвести успешную ресинхронизацию выпавших из синхронизма двигателей. Цель изобретения - повышение надежности синхронизации и ресинхронизахщивыпавшего из синхронизма синхрон ноге двигателя и повьш1ение устойчиво ти их работы при кратковременных нарушениях в сети электроснабжения. Поставленная цель достигается тем что устрбйство для возбуждения син хронного двигателя, содержа0дее управ ляемый преобразователь, разрядный резистор, предназначенные, для подклю чения через датчик тока и встречнопараллельные тиристоры к обмотке возбуждения, узел управления возбужд нием, составленный из дифференщ1рующего и чувствительного блоков, соединенных между собойпоследовательно хронирующего и переключающего блоков при этом выход последнего соединен с управляемым преобразователем, узел управления возбуждением дополнительн снабжен блоком фиксации асинхронного хода, содержащим схему выделения потокосцепления обмотки статора по продо ной оси, состоящую из масштабного ус лителя с фильтрацией высших гармонических, интегрирующего и суммирующего усилителей. Кроме того, в него входит нуль-орган, первая схема выдержки времени на включение возбужде ния при отсутствии изменений знака потокосцепления, первая схема сов падения, вторая схема выдержки времени на выключение возбуждения при наличии изменений знака потокосцепления, схема вьвделения передних фрон тов импульсов с выхода чувствительного органа, компаратор и вторая схема совпадения, при этом выход датчика тока подключен к входу масштабного усилителя с фильтрацией высших гармо ,нических,выход которого подключен к входу дифференцирующего органа и к второму входу суммирующего усилителя, к первому входу которого , подключен выход интегрирукяцего усилителя, вход которого подключен к обмотке возбуждения, выход суммирующего усилителя подключен к входу нуль-оргдна, выход которого подключен к входу хронирующего органа, к первой схеме вьщержки времени на включение возбуждения и к первому входу первой схемы совпадения, а выход первой схемы вы(ержки времени на включение возбуждения подключен к первому входу перек 1ючающего органа и к второму входу первой сх«мы совпадения, выход которой через вторую схему временной задержки на выключение возбуждения подключен к второму входу переключающего органа, а выход чувствительного органа подключен к входу схемы выделения передних фронтов импульсов с вькода чувствительного,, органа, а выход схемы выделения передних фронтов подключен к первому входу второй схемы совпадения, второй вход которой подключен к выходу компаратора, первый вход которого подключен к выходу хронирующего органа, а второй вход подключен к напряжению уставки, выход второй схемы совпадения подключен к первому входу переключающего органа. На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства для возбуждения синхронного двигателяj на фиг.2 временные иaгpaммы, поясняющие работу устройства при асинхронном пуске с последующей синхронизацией синхронного двигателя; на фиг.З - временные диаграммы, поясняющие работу устройства при выпадении из синхронизма с последующей фиксацией асинхронного хода и отключением возбуждения. , Устройство для возбуждения синхронного двигателя содержит управляемый преобразователь 1, разрядный резистор 2, подключенный через датчик 3 тока и встречно-параллельные тиристоры 4 к обмотке 5 возбуждения, узел управления возбуждением, составленный из дифференцирующего блока 6 и чувствительного блока 7, соеди.ненных между собой последовательно, хронирующего блока 8 и переключающего блока 9 блоков, при этом выход последнего соединен с управляемым преобразователем. Узел управления возбуждением дополнительно снабжен блоком 10 фиксации асинхронного хода, снабженным схемой вьщеления потокосцепления обмотки статора по продольной оси 11, составленной из масштабного усилителя 12 с фильт - цией высших гармонических, интегри рующего усилителя 13 и суммирующего усилителя 14 усилителей. Кроме того, узел управления возбуждением снабжен нуль-органом 15, первой схе мой 16 вьщержки времени на включение возбуждения при отсутствии изменений знака потокосцепле1ШЯ, первой схемой 17 совпадения., второй сх мой 18 вьщержки времени на выклнхчение возбуждения при наличии измеяений, знака потокосцепления, схемой 19 выделения передних фронтов импульсов с выхода чувствительного органа, компаратором 20 и второй схемой 21 совпадения, при этом выход датчика 3 тока подключен к входу масштабного усилителя 12 с фильтрацией высших гармонических выход которого подключен к входу дифференцирующего блока 6 и к второ му входу суммирукщего усилителя 14 к первому входу которого подключен выход интегрирующего усилителя 13, вход которого подключен к обмотке 5 возбуждения. Выход суммирующего усилителя 14 подключен к входу нуль органа 15, ыход которого подключен к входу хронирующего блока 8, первой схеме 16 вьщержки времени на включение возбуждения и к первому входу первой схемы 17 совпадения, а выход первой схемы вьщержки времени на включение возбуждения подключен к первому входу переключающего блока 9 и к второму входу первой схемы 17 совпадения, выход ко-торой через вторую схему 18 выдержки времени на выключение возбуждения подключен к BTopoNry входу переключающего органа 9. а выход чувствительного блока подключен к входу схемы 19 выделения передних фронтов импульсов с выхода чувствительного блока 7. йыхоя схемы 19 вьщеления передних фронтов подключен к первому входу второй схемы 21 совпадения (второй вход которой подключен к выходу компаратора 20. первый вход которого подключен к выходу хронирующего блока Sf а второй вход подключен к напряжению уставки, выход второй схемы 21 совпадения подключен к пе вому входу переключающего блока 9, Устройство работает следующим образом. При асинхронном пуске синхронного двигателя в обмотке 5 возбуждения наводится ток, изменяющийся по синусоидальному закону с частотой скольжения. Величина напряжения на кольцах ротора в этом режиме достаточна для прибоя стабилитронов в цепи управляющих электродов встречно-параллельно включенных тиристоров 4, которые, поочередно отпираясь, подключают разрядный резистор 2 к обмотке возбуждения. При зтом управляемъй преобразователь 1 отключен от обмотки 5 возбуждения путем запрета управляющих импульсов . JС выхода датчика 3 тока напряжение, пропорциональное току ротора и повторяющее его форму (кривая {J, , фиг.2), поступает на вход блока 10 фиксации асинхронного хода, а именно на вход масштабного усилителя 12 с фильтраю ией высших гармонических, который служит для получения тока ротора в выбранном масштабе (кривая .2), и с выхода которого напряжение поступает на дифференцирующий блок 6 и на первый вход суммирующего усилителя 14, на второй вход которого поступает напряжение с выхода интегрирующего усилителя 13, на выходе которого образуется напряжение, пропорциональное в выбранном масштабе напряжению на кольцах ротора. Так как в асинхронном режиме при отключеннвм управляемом преобразователе 1 источником ЭДС является обмотка 5 возбуждения, напряжения, поступающие на входы суммирующего усилителя 14, совпадают по фазе, и на выходе нуль-органа 15, на вход которого поступает напряжение с выхода суммирующего усилителя 14, образуются прямоугольные импульсы, соответствующие моментам переходов тока ротора или совпадающего с ним по азе напряжения на кольцах ротора ерез нулевое значение. Импульсы с. выхода нуль-органа 15 поступают на вход хронирующего лока 8, представляющего собой енератор линейно изменяющегося апряжения в моменты отрицательных олупериодов тока, на вход .первой хемы 16 выдержки времени на включение возбуждения и на первый вход первой схемы 17 совпадения.

На выходе дифференцирующего блока 6 образуется напряжение, сдвинутое по фазе на 90 эл.град. относительно входного, которое поступает на вход чувствительного блока 7, усиливающего синусоидальное входное напряжение до напряжения прямоугольной формы, которое поступает на схему

19выделения передних фронтов импульсов на выходе которой образуются узкие импульсы в моменты отрицательных максимумов тока ротора (кривая .2), которые поступают

на первый вход второй схемы 21 совпадения, на второй вход которой поступает напряжение с выхода компаратора

20(кривая 1)4.фиг.2), который сравнивает напряжение с выхода хронирующего блока 8, линейно изменяющееся в моменты отрицательных полупериодов тока ротора с напряжением уставки. При достижении двигателем заданного скольжения, определяемого величиной напряжения выбранной уставки, срабатывание компаратора 20 происходит в моменты, соответствующие середине отрицательного полупериода, при этом на обоих входах второй схемы 21 совпадения оказываются импульсы, совпадающие во времени, на выходе последней образуется узкий импульс, соответствующий зоне совпадения входных импульсов, который поступает на вход переключакицего блока 9, ставя последний в положение, разрешающее подачу управляющих импульсов на управляемый выпрямитель.

Если же происходит самостоятельная синхронизация двигателя без подачи возбуждения, что бывает при пусках явнополюсных машин на колостом ходу за счет момента явнополюс.ности, то на выходе блока 10 фиксации асинхронного хода, т.е. на выходе нуль-органа 15, отсутствуют импульсы, и нулевой уровень напряжений поступает на вход первой схемы 16 вьщержки времени на включение возбуждения, которая с выдержкой

времени пропускает этот нулевой уровень на первый вход переключанЗщего блока 9, ставя последний в положение, разрещающее подачу возбуждения..

После включения возбуждения на выходе схемы вьщеления потокосцепления обмотки статора по продольной оси 11 образуется положительный

уровень напряжения, который, поступая через нуль-орган 15, а затем и через схему 16 вьщержки времени на входы первой схемы 17 совпадения, подготавливает ее срабатывание в

случае возникновения асинхронного хода возбужденной машины. При синхронных качаниях огибающая потокосцепления изменяется по синусоидальному закону, но потокосцепление не

меняет своего знака, оставаясь положительным, при выпадении из синхронизма потокосцепление изменяет знак, и на выходе нуль-органа 15 образуются импульсы, поступающие на

второй вход первой схемы 17 совпадения,- на выходе которой образуются импульсы (кривая Uj, J фиг.3), которые через вторую схему 18 вьщержки времени на включение возбуждения при наличии измерений знака потокосцепления поступают на второй вход переключающего органа 9 (кривая 4 фиг.З), переводя его в положение снятия возбуждения. В результате

этого ток ротора начинает протекать через разрядный резистор 2 и встречно-параллельно включенные тиристоры 4, обеспечивая правильное последующее функционирование

устройства.

Таким образом, изобретение-позволяет повысить надежность синхронизации синхронных приводов при пусках с нагрузкой, устойчивость

работы синхронного электропривода при кратковременных нарущениях в системе электроснабжения предприятия, при которых происходит выпадение из синхронизма и последующее отключение электродвигателей.

VI

t

Фиг. 2

(риг.З