Устройство для частотного пуска и синхронизации с сетью синхронной машины Советский патент 1986 года по МПК H02P1/50 

стотный дискриминатор 13, датчик 14 небаланса напряжений и регулятор возбуждения 15. В устр-во введены задатчик интенсивности 16, снабженный релейным элементом 17 и интегратором 18, регуляторы 19 и 20 по- и частоты СМ 3, нелинейный элемент 21 с характеристикой типа насьпцения, нелинейный элемент 22, реализующий пропорциональную связь

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам для частотного пуска и синхронизации с сетью мощных синхронных машин гидроаккумулирующих электростанций, компрессоров, насосов воздуходувок, мельниц и т.д. в ряде отраслей промышленности (энергетике, нефтяной, газовой, горнорудной, металлургической и др.), и может быть использовано для пуска, синхронизации и переключения указанных машин в сеть переменного тока, в частности в. сеть питающую устройство.

Целью изобретения является повышение экономичности и надежности за счет устранения колебаний при синхронизации сети и синхронной машины и упрощение наладки устройства.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая блок-схема устройства для частотного пуска и синхронизации с сетью синхронной мащи- ны; на фиг. 2 - диаграмма его работы} на фиг. 3 - статические характеристики нелинейных элементов устройства.

Устройство для частотного пуска и синхронизации с сетью синхронной машины содержит инвертор I, вьшод которого предназначен дпя подключения через первый силовой выключатель 2 к фазным обмоткам синхронной машины 3, имеющей обмотку возбуждения, а вход инвертора через сглаживаютщй реактор 4 подсоединен к выходу управляемого вьшрямителя 3, вход которого предназначен для подключения к се ти переменного тока, второй силовой выключатель 6, предназначенньй для

52890

в зоне малых сигналов с ограничением на заданном уровне вне этой зоны, бесконтактные ключи 23 и 24. За счет действия контуров регулирования положения, частоты и напряжения СМ 3 осуществляется режим точной синхронизации напряжений сети и СМ 3 независимо от колебаний частоты сети, момента нагрузки на валу СМ 3. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

подключения фазных обмоток синхронной машины к сети переменного тока, системы управления инвертором 7 и управляемым выпрямителем 8, датчик 9 тока силовой цепи, подключенный выходом через регулятор 10 тока,имеющий задающий вход, к входу системы управления вьтрямителем, блок 1I управления силовыми выключателями, двумя вьпсодами соединенной с двумя силовыми выключателями, фазовый дискриминатор 12, частотньй дискриминатор 13 и датчик 14 небаланса напряжений, одни входы которых предназначены для соединения с сетью, а вторые - с выходными зажимами инвертора, регулятор 15 возбуждения, вход которого соединен с выходом датчика небаланса напряжений, а выход предназначен для подключения к обмотке возбуждения синхронной машины, выходы фазового и частотного дискриминаторов, датчика небаланса напряжений связаны с входом блока управления силовыми

выключателями.

I .

В устройство для частотного пуска и синхронизации с сетью синхронной машины введены задатчик 16 интенсивности, снабженный релейным элементом 17 и интегратором 18, охваченными отрицательной обратной связью, регуляторы положения 19 и частоты 20 синхронной машины, первый нелинейный элемент 21 с характеристикой типа насьпцения, второй нелинейный элемент 22, реализующий пропорциональную связь в зоне малых сигналов с ограничением на заданном уровне вне этой зоны, первый 23 и второй 24 бесконтактные ключи, а блок управления си3

ловыми ключами снабжен двумя допол- нительньми выходами. При этом задающий вход регулятора частоты 20 подключен к выходу задатчика интенсивности 16, вход обратной связи регулятора частоты через первый нелинейный элемент 21 соединен с выходом частотного дискриминатора 13, а выход регулятора частоты 20 подключен к задающему входу регулятора тока 10 и через первый бесконтактный ключ 23 - к входу интегратора 18 задатчика интенсивности 16, вход регулятора положения 19 подключен к выг ходу фазового дискриминатора 12, а выход Через второй нелинейный элемент 22 и второй бесконтактный ключ 24 соединен с входом задатчика интенсивности 16, управляющие входы первого 23 и второго 24 бесконтактных ключей соединены с дополнительными выходами блока 11 управления силовыми выключателями.

Второй нелинейнь Й элемент может реализовать пропорциональную связь в зоне малых сигналов с ограничением на уровне одной полярности вне этой зоны.

Устройство для частотного пуска и синхронизации с сетью синхронной машины, регулирующая часть системы автоматического управления которого выполнена по принципу систем подчиненного регулирования и содержит контур регулирования положения с подчиненными контурами регулирования частоты, напряжения и тока синхронной машины, работает следующим образом.

В исходном положении устройства отключены первый и второй силовые выключатели 2 и 6, второй бесконтактный ключ 24, регулятор возбуждения 15. Первый бесконтактный ключ 23 замкнут. Скорость (фиг. 23) и ток возбуждения (фиг. 2Ь) синхронной машины равны нулю. Выходные сигналы датчика 14 небаланса напряжений (фиг, 2i)j частотного дискриминатора 13 (фиг, 2-и соответствуют напряжению и частоте сети и имеют максимальное положительное значение. Выходной сигнал задатчика 16 интенсивности (фиг, 2е) при замкнутом первом бесконтактном ключе 23 автоматически устанавливается на уровне, соответствуннцем частоте сети. Выходной сигнал регулятора 20 частоты

528904

(фиг, 2j), определяющий уровень тока силовой цепи, равен нулю.

При подаче команда на пуск синх- J ронной машины в момент времени t осуществляется включение первого силового выключателя и регулятора возбуждения 15. Происходит интенсивное нарастание тока возбуждения до за10 данного максимального значения за время, определяемое постоянной времени обмотки возбуждения и кратностью форсировки напряжения регулятора возбуждения.

15 На основании анализа ЭДС, трансформируемых в фазных обмотках синхронной машины при нарастании тока возбуждения, в системе управления инвертором осуществляется подготовка

20 к включению необходимых групп тиристоров инвертора. Спустя выдержку времени, необходимую для установления тока возбуждения, в момент времени t осуществляется размыкание

5 первого бесконтактного ключа 23.

Выходной сигнал задатчика-16 ни-, тенсивности с заданным темпом спадает до нуля (сигнала задания разности частот сети и синхронной машины,

Р соответствующего синхронной скорости машины). Регулятор 20 частоты поддерживает скорость синхронной машины (разность частот сети и синхронной машины) равной заданной независимо

5 от изменения нагрузки или момента инерции разгоняемого агрегата, что достигается изменением выходного сигнала регулятора 20 частоты, определя- кидего величину сигнала задания регу0 лятора 10 тока, а следовательно, действительного тока фазных обмоток синхронной машины. Система 7 управления инвертором при этом осуществляет автоматическое управление углом

5 опережения открывания вентилей инвертора 1, формируя импульсы управления вентилями инвертора частотной синхронной машины и заданным углом опережения любым известным способом

0 с помощью напряжений на выходных зажимах инвертора из условий обеспечения надежной работы инвертора, уменьшения пульсаций момента синхронной машины, максимального повьштения

5 энергетических показателей и экономичности устройства для частотного пуска и синхронизации с сетью синхронной машины.

Первый нелинейный элемент 21 с хаоактеристикой типа насыщения в цепи обратной связи регулятора 20 частоты, характеристика которого представлена на фиг. За, имеет пониженный коэффициент передачи в зоне большой разности частот сети и синхронной машины (малой скорости синхронной машины). Уменьшение в этой зоне контурного коэффициента усиления и быетродействия контура регулирования частоты исключает возможность возникновения в схеме устройства для частотного пуска и синхронизации с сетью синхронной машины автоколебаний, вызванных пульсациями момента и скорости синхронной магаи- ны на начальной стадии пуска, пульса циями выходного сигнала частотного дискриминатора 13.

Напряжение на выходных зажимах инвертора (фиг. 2S) в первом приближении пропорционально скорости синхронной машины и меньше напряжения сети (фиг. 2а) до скорости, близкой к синхронной,в связи с чем ток возбуждения синхронной машины остается на уровне ограничения во все время разгона синхронной машины.

Выходной сигнал фазового дискриминатора 12 (фиг. 2м), реализуемого как трехфазный фазочувствительный вьтрямитель, при скоростях синх})он- ной машины, меньших синхронной скорости, незначителен, и при разомкнутом втором бесконтактном ключе 24 не влияет на закон изменения во времени сигнала задатчика 16 интенсивности, а следовательно,и на работу других узлов устройства для частотного пуска и синхронизации с сетью синхронной машины.

При скорости разгоняемого агрегата, близкой к синхронной, за счет работы контура регулирования напряжения обеспечивается равенство средних значений напряжений сети и синхронной машины, выходной сигнал регулятора 15 возбуждения и ток возбуждения синхронной машины уменьшаются..

В момент времени t замыкается второй бесконтактный ключ 24 и регулятор 19 положения синхронной машины вводится в работу. Если разность фаз напряжений сети и синхронной 1ашины отлична от иуля, регулятор положения изменяет уставку

2528906

регулятора частоты, а следователь- , и скорости синхронной машины.

to

но,

обеспечивая отработку ошибки по фазе. Второй нелинейньй элемент 22 5 между выходом регулятора 19 положения и входом задатчика 16 интенсивности (фиг. 38), обеспечивает ограничение предельньпс уровней сигнала коррекции частоты.

Принцип работы, методы расчета, реализация регулятора положения устройства для частотного пуска и синхронизации с сетью синхронной машины весьма близки к регуляторам электро15 приводов, регулируемых по положению и нашедших широкое распространение в промышленности (например, электроприводов летучих ножниц прокатных станов, работающих в режиме непрерыв20 ного вращения с корректировкой положения ножей относительно переднего конца проката и т.п.)

За счет действия контуров регулирования положения, частоты и напря25 жения синхронной матйины осуществляется режим точной синхронизации напряжений сети и синхронной машины.

Переходные процессы при синхронизации являются типовыми для систем подчиненного регулирования и имеют незначительное перерегулирование по положению. Время синхронизации определяется выбранным быстродействием си(;;темы автоматического регулирования устройства. .

30

35

Вклю чение второго силового выключателя 6 осуществляется в произвольный момент времени t. Разброс во времени срабатьгеания второго силового выключателя, колебания нагрузки на валу агрегата, изменения напряжения и частоты питающей сети не приводят к аварийным процессам в силовой цепи, что повьш1ает надежность устройства для частотного пуска и синхронизации с сетью синхронной машины.

В произвольный моМент времени осуществляется отключение первого силового выключателя 2, размыкание второго бесконтактного ключа 24, замыкание первого бесконтактного ключа 23. Можно не производить OTKJBO- чение устройства для частотного пуска и сийхронизации с сетью сиихрон- ной машины, а оставить его в режиме горячего резерва для экстренного торможения синхронной машины.

В случае недопустимости по технологии работы (или соображениям надежности механооборудования) агрегата, разгоняемого синхронной машиной, лишних ударов, в механизме можно режим синхронизации сети и син хронной машины при больших рассогласованиях по фазе производить з-а счет повьш ения скорости синхронной машины, С целью снижения вероятности появления режима синхронизации путем снижения скорости синхронной машины, сопровождающегося ударами в механизме, второй нелинейньй элемент 24 может иметь ограничение на уровне одной полярности, соответствующей повышению скорости синхронной машины (фиг. ЗБ).

Зона, в пределах которой синхронизация остдцествляется снижением ско рости синхронной машины, устанавливается минимальной по условиям сохранения работоспособности устройства в случае роста перерегулирования в контуре регулирования положения синхронной машины,

Таким образом, введение в устройство для частотного пуска и синхронизации с сетью синхронной машины задатчика интенсивности, регуляторов положения и частоты синхронной машины, первого и второго нелинейных элементов, первого и второго бес-«-- контактных ключей, двух дополнительных вьпсодов блока управления силовыми ключами позволяет осуществить формирование требуемого момента, скорости и положения синхронной машины, воздействует на ток фазных обмоток синхронной машины путем изменения углов отпирания вентилей управляемого выпрямителя, обеспечивая автоматическое управление углом опережения открывания вентилей инвертора из условия максимального повьшения энергетических показателей и использования синхронной машины; обеспечить режим точной синхронизации напряжений сети и синхронной машины независимо от колебаний частоты и напряжения сети, момента нагрузки на валу синхронной машины; реализовать типовые, из- aecTHbie еш;е до стадии проектирования свойства систем подчиненного регулирования {заданное быстродействие, стандартный характер переходных процессов с незначительным пере10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

регулированием, автоматическое формирование задания разности частот сети и синхронной машины в процессе работы, что повьш1ает экономичность и надежность, упрощает наладку устройства для частотного пуска и синхронизации с сетью синхронной машины в сравнении с известным устройством.

Формула изобретения

1 .Устройство для частотного пуска и синхронизации с сетью синхронной машины, содержащее инвертор, выход которого предназначен .для подключения через первый силовой выключатель к фазным обмоткам синхронной машины, имеющей обмотку возбуждения, а вход инвертора через сглаживающий реактЪр подсоединен к выходу управляемого выпрямителя, вход которого предназначен для подключения к сети переменного тока, второй силовой выключатель, предназначенный для подключения фазных обмоток синхронной машины к сети переменного тока, системы управления инвертором и управляемым выпрямителем, датчик тока силовой цепи, подключенный выходом через регулятор тока, имеющий задающий вход, к входу системы управления выпрямителем, блок управления силовыми выключателями, двумя выходами, соединенньй с двумя силовыми выключателями, фазовый дискриминатор, частотный дискриминатор и датчик небаланса напряжений, одни входы которых предназначены для соединения с сетью, а другие . с выходными зажимами инвертора, регулятор возбуждения, вход которого соединен с выходом датчика небаланса напряжений, а выход предназначен для подключения к обмотке возбуждения синхронной машины, выходы фазового и частотного дискриминаторов, датчика небаланса напряжений связаны с входом блока управления силовыми выключателями, о т л и ч а- ю щ е е с я тем, что, с целью повышения экономичности и надежности за счет устранения колебаний при синхронизации сети и синхронной машины и упрощения наладки, в него введены задатчик интенсивности, снабженный релейным элементом и интегратором, охваченными отрицательной обратной связью, регуляторы положения и ча9

стоты синхронной машины, первый нелинейный элемент с характеристикой типа насыщения, второй, нелинейный элемент, реализующий пропорциональную связь в збне малых сигналов с ограничением на заданном уровне вне этой зоны, первый и второй бесконтактный ключи, а блок управления силовыми ключами снабжен двумя дополнительными выходами, при этом зада- ювэдй вход регулятора частоты синхронной машины подключен к выходу эа- датчика интенсивности, вход обратной связи регулятора частоты через первый нелинейный элемент соединен с выходом частотного дискриминатора., а выход регулятора частоты синхрон- fiofi машины подключен к задающему

°ЛАЛЛЛАЛ

5289010

входу регулятора тока и через первый бесконтактный ключ - к входу интегратора задатчика интенсивности,вход регулятора положения синхронной ма- 5 шины подключен к выходу фазового дискриминатора, а выход через второй нелинейный элемент и второй бесконтактный ключ соединен с входом задатчика интенсивности, управляющие 10 входы первого и второго бесконтактных ключей соединены С дополнитель- ньми выходами блока управления силовыми выключателями.

15 2, Устройство по п. 1, о т л и- чающееся тем, что второй не- линейньй элемент имеет ограничение на уровне одной полярности.

Ж

tz t

Фиг.2

$ |i/22

Фиг.3

Изобретение относится к электротехнике, в частности к электроприводам. Цель изобретения - повышение экономичности, надежности и упрощение наладки устр-ва. Устр-во содержит инвертор 1, силовые выключатели 2 и 6, синхронную машину СМ) 3, управляемый выпрямитель 5, систему управления (СУ) 7 инвертором и СУ 8 управляемым выпрямителем, регулятор тока 10, датчик тока 9, блок управления 11 силовыми выключателями, фазовый дискриминатор 12, чаkn