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

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для пуска мощных синхронных двигатеI лей и компенсаторов от промышленной сети 50 Гц через вентильный преобразователь.

о Известно устройство для пуска

синхронного двигателя, содержащее преобразователь частоты, к выходу которого подключен синхронный двигатель, а обмотку возбуждения подключают к возбудителю, систему управления преобразователем частоты При питании от сети переменного тока преобразователь чаще всего выполняется по типу преобразователя частоты с непосредственной связью.

Использование таког.о преобразователя с естественной коммутацией целесообразно в случаях, когда частота на выходе преобразователя, т.е. частота двигателя, существенно меньше частоты питающей сети.

В других случаях используются схемы преобразователей частоты с непосредственной связью с принудительной коммутацией или с промежуточным звеном переменного тока повышенной частоты, которые позволяют, повысить частоту навыходе преобразователя, т.е. получить на выходе регулируемую частоту от нуля до 50 Гц при питании от сети также частотой 50 Гц L 13 .

Однако эти схемы отличаются сложностью и большой установленной мощностью дополнительных коммутирующих устройств.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство для пуска синхронной машины, содержащее тиристорный преобразователь с непосредственной ,связью, вход которого предназначен для подключения к сети переменного тока, а выход - к обмотке якоря синхронной машины, формирователь отпирающих импульсов тиристоров, датчик положения ротора, датчики тока якоря, отдельный возбудитель постоянного тока, -который соединен с индуктором синхронной машины, а также схемы управления током 2.

Недостаток известного устройства связан с тем, что дпя пуска синхрон ной машины(двигателя), когда нагрузка его мало используется, мощностьпреобразователя соизмерима с предел10022

ной мощностью синхронной машины, что экономически невыгодно.

Цель изобретения - улучшение массоГабаритных показателей путем 5 уменьшения установленной мощности преобразователя.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для пуска синхронной машины, содержащее тиристор0 ный преобразователь с непосредственной связью, вход которого предназначен для подключения к сети переменного тока, а выход - к обмотке якоря синхронной машины, формирова5 тели отпирающих импульсов тиристоров указанного преобразователя, датчик положения ротора синхронной машины, два датчика тока якоря, возбудитель постоянного тока, пред0 назначенный для подключения к индуктору синхронной машины, введены три элемента совпадения И, два элемента НЕ, блок сравнения измеренного среднего тока с заданным током

5 уставки, преобразователь разности сравниваемых токов в сигнал единичной амплитуды, выходы первого и второго элементов совпадений И подключены к входам соответствующих

Q формирователей отпирающих импульсов тиристоров катодной и анодной, групп одни их входы подключены к соответствующим выходам датчика положения ротора, а другие входы первого и второго элементов совпадений И соединены с выходом третьего элемента совпадения И, один вход которого соединен с первым датчиком тока якоря через первый элемент НЕ, а другой вход третьего элемента совпадения И через второй, элемент НЕ - к выходам преобразователя разности сравниваемых токов в сигнал единичной амплитуды, последовательно сбединенного с указанным

блоком сравнения, вход которого подключен к второму датчику тока якоря.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для пуска синхронной

Машины; на фиг. 2 - диаграмма напряжений сети и тока в обмотке двигателя..

Устройство для пуска синхронной машины(двигателя)1, содержит тирис5 торный преобразователь 2 частоты с непосредственной связью - циклоконвертор. В данном примере преобразователь вьтолнеи по нулевой схеме, соответственно нейтраль двигателя соединена пунктирной линией с нейтралью сети. Фаза А преобразователя на схеме раскрыта, фазы В и С изображены в виде блоков. Система управления изобралеена для фазы А. Система управления фаз В и С вьтолняется аналогичным образом. Индуктор двигателя подключен к отдельному возбудителю 3. На валу двигателя установлен датчик 4 положения, на выходах которого создаются и поддер живаются положительные потенциалы в течение промежутка времени, пока полюс соответствующей полярности находится в зоне полюсного деления фазы обмотки переменного тока двига теля. Система управления состоит из формирователей 5 и 6 отпирающих импульсов тиристоров, двух датчиков 7 и 8 тока, трех элементов совпадения И 9-11, двух элементов НЕ 12 и 13, преобразователя 14 разности сра нивающих сигналов в сигнал единично амплитуды, блока 15 сравнения, при этом входы формирователей отпирающих импульсов 5 и 6 соединены с выходами первой и второй схемы совпад ния И 9 и 10, одни входы которых соединены с выходами датчика 4 поло жения, а другие входы - с выходом третьего элемента совпадения И 11, один вход третьего элемента И 11 со единен с первым датчиком 7 тока якоря через первый элемент НЕ 13, а другой вход через второй элемент НЕ 12 - с выходом преобразователя 14 разности сравниваемых сигналов токов в сигнал единичной амплитуды, последовательно соединенного с блоком 15 сравнения, выход соединен с вторым датчиком тока якоря 8. Устройство работает следующим образом. В процессе пуска датчик8 тока измеряет среднюю величину пускового тока двигателя. Величина этого тока в блоке 15 сравнения сравнивается с заданной величиной тока (устав ки пускового тока). На выходе этого блок вырабатывается разностный сигнал, величина которого равна раз ности между действительной и заданной величиной пускового тока. Этот разностный сигнал подается на указанный преобразователь 14| который вырабатывает запрещающий сигнал, длительность которого прямо пропор циональна разности между действительной и заданной величииой пускового тока. Этот запрещающий сигнал через элемент НЕ 12 подается на вход элемента совпадения И 11. Одновременно другой датчик 7 тока фиксирует наличие тока двигателя. При наличии тока двигателя на выходе датчика вырабатьшается запрещающий сигнал, который снимается, когда ток двигйтеля становится равным нулю. Этот запрещающий сигнал через элемент НЕ 13 подается на другой вход элемента совпадения И П. Таким образом, на выходе элемента совпадения И 11 сигнал возникает тогда, когда сняты запреты на обоих входах элемента совпадения И 11. Наличие сигнала на выходе элемента совпадения И 1I означает, что среднее значение пускового тока не превосходит заданной величины и мгновенное значение тока двигателя равно нулю. При наличии сигнала на выходе элемента совпадения И 1I и в зависимости от положения ротора и, соответственно, сигнала датчика положения на выходе А1 и А2 через элемент совпадения И 9 или элемент совпадения И 10 запускается один из формирователей отпирающих импульсов - формирователь 5, формирующий отпирающие импульсы тиристоров катодной группы, или формирователь 6, формирующий отпирающие импульсы ; тиристоров анодной группы. Отпирающие импульсы формируются с некрторой задержкой во времени(порядка нескольких мс), необходимой для восстановления запирающих свойств тиристора. На выходе формирователя формируется единичный отпирающий импульс, который подается на вентили тиристорного коммутатора. В зависимости от положения ротора отпирающий импульсы подают на вентили анодной или катодной групп так, чтобы полярность тока импульса в обмотке переменного тока соответствовала полярности полюса, ось которого находится в пределах полюсного деления данной обмотки. При этом создаваемые импульсные моменты всегда положительны. При подаче единичного отпирающего импульса на тиристоры вентильного коммутатора отпирается тот - . тиристор, аиодное напряжение на котором наибольшее(в мостовых схемах также тот тиристор, катодное напряжег ние которого наименьшее), Это 5 вызывает протекание единичногст импу са тока в обмотке переменного тока машины.- От взаимодействия этого тока с потоком возбуждения создаетс импульс вращающего момента. Ввиду того, что импульс тока создается переменным напряжением сети, которо проходит через нуль и меняет полярность, мгновенное значение импульса тока также неизбежно по истечении времени при отсутствии отпирающего сигнала становится равным нулю. Когда ток импульса становится равны нулю, на входе элемента совпадения И I1(по каналу наличия тока|появляется разрешаюший сигнал для подачи следующего отпирающего импульса. Если среднее значение пускового ток после протекания импульйа тока не пр восходит заданную величину уставки то на другом входе элемента И 1 1 (по каналу измерения тока также появляется разрещающий сигнал и формирователь формирует следующий отпирающий импульс. Если среднее зн чение пускового тока превзошло заданную величину, то разрешающий сигнал на входе элемента совпадения И I1 возникает с некоторой задержко Это приводит к увеличению паузы между импульсами и, следовательно, уменьшению значения тока. , Таким,образом, вентильный коммут тор работает в режиме естественной коммутации, когда тиристор запирается естественным образом при совп дении прямого тока до нуля при отсутствии отпирающего сигнала. На диаграмме(фиг. 2)напряжений сети и тока в обмотке двигателя при питании вентильного коммутатора от трехфазной сети переменного Тока по нулевой схеме изображены напряжения питающей сети Цд, U5, Uc и импульсы тока в обмотке двигателя при различ ных углах управления Об , . при различных фазах отпирающего импульса, подаваемого на тиристоры тиристорного коммутатора. Как следует из диаграммы, импуль тока начинается с момента подачи отпирающего импульса под действием напряжения той фазы, которое имеет наибольшее положительное значение /fB данном случае фазы А. Форма 2 импульса тока, если характер нагрузки индуктивный, что практически имеет место, имеет форму синусоидальной функции, максимум которой приходится на момент, когда функция напряжения проходит нуль. При индуктивной нагрузке форма импульса тока симметрична. Длительность импульса, как следует из диаграммы, равна t 2ТТ - 2оС , где А. - угол(фаза)отпирающего импульса относительно напряжения, которое формирует импульс токаfфаза А). Длительность импульса, в зависимости от фазы отпирающего импульса, может регулироваться в пределах от доТ 30 ; при частоте 50 Гц этому соответствуют длительности импульсов 16,6 - 3,3 мс. Углы управления, соответствующие этим предельным значениям, составляют С ,,,30 И СХ. 0( (фиг. 2S,i) . Соответственно может регулироваться амплитуда импульса тока, а следовательно, среднее значение пускового тока и вращающего момента. При углах управления о(. 30 отпирается тиристор фазы С от напряжения DC J при этом угол управления должен отсчитываться от начальной фазы напряжения U(. . При углах управления оС 150 соответственно отпирается тиристор фазы В от напряжения Uj. Таким образом, данное устройство позволяет использовать вентильный коммутатор, выполненный по схеме преобразователя частоты с непосредственной связьк с естественной коммутацией, для пуска синхронных машин, номинальная частота которых равна f ил и соизмерима частоте сетй с возможностью регулирования величины пускового тока при питании от нерегулируемой сети частотой 50 Гц. При этом обеспечивается улучшение массогабаритных показателей всего устройства , поскольку исключены двойное преобразование энергии в выпрямителе и инверторе, а также устройства искусственной коммутации, силовые, индуктивные и емкостные элементы.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПУСКА СИНХРОННОЙ МАШИНЫ, содержащее тиристорный преобразователь с непосредственной связью, вход которого предназначен для подключения к сети переменного тока, а выход - к обмотке якоря синхронной машины, формирователи отпирающих импульсов тиристоров указанного преобразователя, датчик положения ротора синхронной машины, два датчика тока якоря, возбудитель постоянного тока, предназначенный для подключения к индуктору синхронной машины, отличающееся тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей путем уменьшения установленной мощности преобразователя, введены три элемента совпадения И, два элемента НЕ, блок сравнения измеренного среднего тока с заданным током уставки, преобразователь разности сравниваемых токов в сигнал единичной амплитуды, выходы первого и второго элементов совпадений И подключены к входам соответствующих формирователей отпирающих импульсов тиристоров катодной и анодной- групп, одни их входы подключены к соответствующим выходам датчика положения ротора, а другие входы первого и втоi рого элементов совпадений И соединены с выходом третьего элемента сов(Л падения И, один вход которого соединен через первый элемент НЕ с пер- ., вым датчиком тока якоря, а другой вход третьего элемента совпадения И через второй элемент НЕ - с выходом преобразователя разности сравниваемых токов в сигнал единичной со амплитуды, последовательно соединенного с указанным блоком ср нения, вход которого пoJ цcлючeн к второму датчику тока якоря.