Автономная система электропитания и управления пуском электродвигателей переменного тока Советский патент 1986 года по МПК H02P1/54 

1

Изобретение относится к электротенике, в частностк к системам элйкт- роснабжения с двигательной нагрузкой при питании от автономного источника ограниченной мощности.

изобретения является повышение надежности пуска группы мощных электродвигателей от источника ограниченной мощности.

На фиг. 1 изображена автономная система электропитания и управления пуском электродвигателей переменного тока; на фиг. 2 - выходной сигнал блока выделения производной.

Автономная система состоит из син кронного генератора 1 с его приводным двигателем 2 и обмоткой возбуждения 3 с первым регулируемым источником 4 постоянного тока, сумматора- ограничителя 5, вьЕключателя 6, син- кронного двигателя 7 с его обмоткой возбуждения со вторым регулируемьм источником 9 постоянного тока, выключателя 10, асинхронного двигателя 11 выключателя 12, блока 13 определения последовательности пуска электродви

гателей, первого 14 и второго 15 логических элементов И, блока 16 вьще- ения производной, диодного коммутатора 17, блока 18 запаздьгеания, первого 19, второго 20 и третьего 21 управляемых ключей, датчика 22 активной мощности, дифференциатора 23, первого 24, второго 25, третьего 26 нелинейных блоков, первого сумматора 27, второго сумматора 28, автоматического регулятора 29 оборотов двигателя. Управляющий вход регулируемого источника 4 постоянного тока соединен с выходом сумматора-ограничителя 5, с минимальной и максимальной уставками напряжения возбуждения син- кронного генератора 1, последний связан с сетью через выключатель, а син- кронный двигатель 7 - через выключатель 10. Первый выход блока 13 определения последовательности пуска электродвигателей связан через диодный коммутатор 17 с первым входом блока 16 выделения производной, входом первого yпtзaвляeмoгo ключа 19 и с первым входом блока 16 выделения производной, с входом первого управляемого ключа 19 и с первым входом первого логическога элемента И 14, выход блока 16 выделения производной соединен соответственно со вторым входом второго сумматора 28, с управ- ляювд 1ми входами первого 19 и второго 20 управляемь Х ключей, а выходы этих

5

О

5 0 5

0

5

0

5

0

5

ключей связаны соответственно со вторыми входами первого 14 и второго 15 логическ гх элементов И, второй выход блока 13 определения последовательности пуска электродвигателей связан через диодный коммутатор 17 с вторым входом блока 16 выделения производной, с входом второго управляемого ключа 20, с первым входом второго логического элемента И 15 и через блок 18 запаздьтания - с управляющим входом второго регулируемого источника 9 постоянного тока обмотки возбуждения 8 синхронного двигателя 7, первый 14 и второй 15 логические элементы И соединены соответственно с управляющими входами второго 12 и первого 10 управляемых выключателей, контакты которых связаны с первыми входами и выходами первого 14 и второго 15 логических элементов И соответственно, причем асинхронный двигатель 11 связан с сетью через выключатель 12,синхронный генератор 1 связан с сетью через датчик активной мощности, выход которого связан с первым входом первого сумматора 27 через последовательно соединенные дифференциатор 23 и первый нелинейный блок 24, с вторым входом первого

сумматора 27 через второй нелинейный блок 25, а с управляющим входом третьего управляемого ключа 21 через третий нелинейный блок 26, выход первого сумматора 27 соединен с первым входом сумматора-ограничителя 5, а также с автоматическим регулятором 29 оборотов приводного двигателя, связанным с приводным двигателем 2 через последовательно соединенные второй сумматор 28 и третий управляемый ключ 21.

Блок определения последовательности пуска электродвигателей 13 вырабатывает сигналы положительной полярности в последовательности,соответствующей порядку запуска мощных электродвигателей от источника питания ограниченной мощности.

Первый 24 и второй 25 нелинейные блоки представляют собой нелинейности типа Насыщение с ограничителем и зоной нечувствительности, причем ширина зоны нечувствительности первого не,гшнейного блока 24 пропорциональна величине максимально допустимого уровня производной активной мощности, а ширина зоны нечувствительности второго нелинейного блока 25 пропорциональна величине максимально допустимой мощности. Третий нелинейный блок 26 реализует от нуля до заданного входного сигнала неизменный выходной сигнал и нуль при превьшюнии заданного входного сигнала. Если на входе блока 26 появляется сигнал с датчика 22 активной мощности, который свидетельствует о том, что величина активной мощности больше минимально допустимого значения активной мощности, то на выходе блока 26 сигнал будет отсутствовать. Если же активная мощность примет значения меньше шти равные минимально допустш- ой величине активной мощности, то на выходе блока 26 появляется сигнал, который воздействуя на управляющий вход третьего управляемого ключа 21, препятствует прохождению сигнала с выхода второго сумматора 28 на выход автоматического регулятора 29 оборотов двигателя.

Работу системы рассмотрим на примере пуска от источника ограниченной мощности двух мощных потребителей: асинхронного и синхронного двигателей. Пуск производится в следующей последовательности: сначала запускается асинхронный двигатель, затем синхронный.

На первом выходе блока 13 определения последовательности пуска электродвигателей появляется сигнал положительной полярности - команда на включение асинхронного двигателя 11, Этот сигнал через диодный коммутатор 17 поступает на вход блока 16 вьщеле ния производной, который выделяет производную данного сигнала Обозначим через ty время достижения первого максимума производной, выделяемой блоком 16, величину первого максимума - через и„цр.,| , ПреобразOBaHHbtfi сигнал через сумматор-ограничитель 5 поступает на управляющий вход регули руемого источника 4 питания, который в течение времени t снижает напряжение на обмотке 3 возбуждения синхронного генератора 1 , самь;-М сии жал выходное напрялсение синхронного генератора 1. Одновременно этот же преобразованный сигнал с выхода блока 16 через второй сумматор 28 и третий управляемый ключ 21 поступает на автоматический регулятор оборотов двигателя 29, которьш в течение времени ty снижает обороты приводного двигателя 2, снижая тем cai-ibiM частоту выи

to

5

20

25

30

35

iS

50

55

ход.ного напряжения синхронного генератора 1. Кроме того, этот же преобра- зованньш сигнал с выхода блока 16 поступает на управляющие входы первого 19 и второго 20 управляемых к.чючей, которые открываются, когда напряжение на управляющем входе управляемого ключа и 1- ОПОРО, Параметры блока 16 выбраны таким образом, что максимальное значение выходного сигнала равно пороговому значению управляющего на пряжения, которое поступает на управляющие вхо,цы управляемых ключей 19 и 20. Таккьт образом, после истечения времени t первый 19 и второй 20 управляемые ключи открываются на время, когда Uy Un,pj, , а потом опять зак- рьшаются, так как и„ - U, . На первом входе первого логического элемента И 14 присутствует положительный сигнал с первого выхода блока 13 определения последовательности пуска электродвигателей с ro 5eнтa его появления на первом выходе этого блока, а этот же сигнал на втором входе первого логического элемента И 14 появится тогда, когда первьш управляемый КЛ70Ч откроется, т,е. по истечении времени t . В этот момент на первом и втором входах первого логического элемента И 14 будут присутствовать одинаковые сигналы поло кительной полярности. На выходе этого элемента также появится сигнал положительной пйлярности, который, воздействуя на управляющий вход выключателя 12, приводит к включен ао этого выключателя.

Таким образом, происходит подключение асинхронного двигателя 11 к источнику питания при сниженном напряжении питания и понгокенной частоте напряжения питания.

Второй выключатель 1 2, включившись, другой парой своих контактов, включенных параллельно пepвo n, логическому элементу Р1 14, птунтирует его, тем самым исключая исчезновение управляющего сигнала на вьпходе первого логического элемента И 14, которьш бы исчез после истечения времени t , ввиду отсутствия положительного сигнала на втором входе этого блока из- за размыкания первого управляемого ключа 19, Одновременно первьм управ- ляемь1м ключом 19 по истечении времени tu. открывается второй yпpaвляe ый ключ 20, но так как на втором выходе блока 13 сигнал отсутствует, то он

будет отсутствовать и на выходе вто- рого логического элемента И .15, и выключатель 10 не включится.

По истечении времени t уровень выходного сигнала блока 16 начинает понижаться (фиг. 2), что приводит к возрастанию напряжения на обмотке возбуждения 3 до номинального, а следовательно, и выходного напряжения синхронного генератора 1 до номиналь- HorOj и к увеличению оборотов приводного двигателя 2 до номинальных, т.е. повышается частота выходного напряжения синхронного генератора до номинальной. Асинхронный двигатель

11 работает в номинальном режиме.Кроме того, выключатель 12 своими контактами производит переключение в блоке 16 вьщеления производной, меняя его установку времени с t на tu2 причем t tec,Пуск синхронного двигателя 7 до подсинхронной скорости производится аналогично, только управляющим сигналом будет положительный сигнал на втором выходе блока 13. Кроме того, управляющий сигнал со второго выхода блока 13 через блок 18 запаздывания, уставка времени которого

35

выбрана таким образом, чтобы синхрон- зо превышения ее производной допустимой

величины.

Однако при снижении оборотов приводного двигателя 2 может возникнуть 1 опасность,что активная мощность умень- щится ниже допустимой величины мини- мальной мощности. Для предотвращения этого служит третий нелинейный блок 26, который в случае уменьшения активной мощности ниже допустимой выдает сигнал на управляющий вход третьего управляемого ключа, тем самым запирая его. Это предотвращает дальнейшее снижение частоты вращения приводного двигателя 2.

Первый нелинейный блок 24 вьшолня- ет функцию защиты устройства запуска мощных приводов от превышения производной активной мощности предельно допустимой величины dP/dt. Этот параметр нужно контролировать по следующим причинам: активная мощность Р согласно проведенным расчетам достигает своего максимума за два периода питающего напряжения, а инерционность на внезапное возрастание активной - мощности может привести к ударам и поломкам вала синхронного генератора 1; активная мощность и момент на валу синхронного генератора имеют колебаный двигатель 7 успел разогнаться до посинхронной скорости, поступает на управляющий вход второго регулируемого источника 9 постоянного тока При этом появляется напряжение на обмотке возбуждения 8 и синхронный двигатель 7 втягивается в синхронизм.

Если производится пуск приводов в обратной последовательности, то сначала появляется положительный сиг- нал на втором выходе блока 13, а уставка времени блока 16 t. Остальное происходит аналогично.

Для отключения какого-либо из приводов от сети достаточно отсутствия сигнала на соответствующем выходе блока 13. Тогда исчезает сигнал на управляющем входе соответствующего выключателя и он размыкается, размыкает одновременно свои шунтирующие контакты и контакты в блоке 16. Уставка времени блока 16 t увеличивается.

Дифференциатор 23 и первый нелинейный блок 24, на который поступает сигнал с датчика 22 активной мощности, включенного между выключателем 5 и синхронным генератором 1, сружат

для предотвращения превышения производ45

50

55

,

ной активной мощности задано величины. В случае прев ышения этой величины (уставки блока 24) на выходе блока контроля величины производной активной мощности появляется сигнал, который через первый сумматор 27, второй сумматор 28, третий управляемый ключ 21 воздействует на автоматический регулятор 29 оборотов двигателя, который снижает скорость вращения приводного двигателя 2, а также сигнал с выхода первого сумматора 23 через сумматор- ограничитель 5 воздействует на управляющий вход первого управляемого источника 4 постоянного тока, который изменяет напряжение на обмотке возбужг дения 3 синхронного генератора 1,тем самым снижая выходное напряжение генератора 1. Эти же процессы происходят и в случае появления сигнала на выходе второго нелинейного блока 25, который появляется в случае превышения величины активной мощности, измеряемой датчиком 22 активной мощнос- 5 ти, допустимой по условиям эксплуатации. Процессы снижения напряжения и частоты продолжаются до тех пор,пока не исчезнут режимы превьшения активной мощности допустимой величины или

5

0

7

тельный характер. Для того, чтобы не , возникало знакопеременных механических биений,нужно контролировать и ограничивать величину производной активной мощности.

Второй нелинейный блок 25 контролирует и предотвращает превышение активной мощности синхронного генератора Bbmie максимально допустимой величины активной мощности Р

12

Третий нелинейный бло: 26 предотвращает снижение ниже минимально допустимой величины Р . активной мощTiih

ности синхронного генератора. Этот параметр нужно контролировать для того, чтобы обеспечить постоянство знака активной мощности синхронного генератора 1, т.е., чтобы он не перешел в двигательный режим.

Уставка У сумматора-ограничителя 5 определяет начальный ток возбуждения синхронного генератора 1, У, - максимальный ток возбуждения синхронного генератора 1. Значение этих коэффициентов устанавливается экспериментально при первом пуске мощных потребителей от автономного источника ограниченной мощности. Таким образом, на выходе сумматора- ограничителя 5 будет ограничиваемый уставками У и У сигнал, воздействующий на управляющий вход первого регулируемого источника 4 постоянного тока.

Предлагаемая система запуска мощ- |ньпх; электродвигателей от автономного источника ограниченной мощности по сравнению с известной обеспечивает больщую надежность пуска мощных потребителей, а также увеличивает срок службы электрооборудования за счет эффективного ограничения пусковых токов приводов и крутящих моментов, воздействующих на механическую часть источника резервного питания. Кроме того, данная система позвдляет производить включение и отключение мощных электроприводов согласно требованиям технологического процесса и может быть элементом системы автоматического управления технологическим процессом.

Формула изобретения

Автономная система электропитания и управления пуском электродвигателей переменного тока, содержащая

,

2528928

электромашиннь1й агрегат,состоящий из приводного двигателя с автоматическим регулятором оборотов, синхронного генератора, соединенного с валом приводного двигателя, обмотки статора синхронного генератора через выключатель связаны с шинами питания, обмотка возбуждения синхронного генератора соединена с первым регулируемым источником постоянного тока, управляющий вход которого соединен с выходом сумматора-ограничителя с максимальной и минимальной уставками напряжения возбуждения,группа двигателей пере-, менного тока, состоящая как минимум из одного синхронного двигателя, имеющего обмотку возбуждения с вторым регулируемым источником постоянного тока, статорные обмотки двигателей переменного тока через выключатели

10

ts

20

соединены с щинами питания, отличающаяся тем, что, с целью повьщ1ения надежности пуска группы электродвигателей, в нее введены первый и второй логические элементы И, блок определения последовательности пуска электродвигателей, блок выделения производной, первый, второй и третий управляе П)1е ключи, диодный коммутатор, блок запаздывания, датчик активной мощности, дифференциатор, первый и второй нелинейньге блоки, реализующие функцию типа насыщение с зоной нечувствительности в области малых входных сигналов, третий нелинейный блок, реализующий в диапазоне от нуля до заданного входного сигнала неизменный выходной сигнал и нуль при превьш1ении заданного входного сигнала, первый и второй сумматоры, причем первый выход блока определения последовательности пуска электродвигателей связан через диодный коммутатор с первым входом блока выделения производной, с входом первого управляемого ключа и с первым входом первого логического элемента И, выход блока выделения производной соединен соответственно с вторым входом сумматора-ограничителя, с вторым входом второго сумматора, с управляющими входами первого и второго управляемых ключей, а выходы этих ключей связаны соответственно с вторыми входами первого и второго логических элементов И, второй выход блока определения последовательности пуска электродвигателей связан через

диодный коммутатор с вторым входом блока вьщеления производной, с входом второго управляемого ключа, с первым входом второго логического элемента И и через блок запаздьюания - с управляющим входом второго регулируемого источника постоянного тока обмотки возбуждения синхронного двигателя, выходы первого и второго логических элементов И соединены соот- ветственно с управляющими входами выключателей электродвигателей, контакты которых связаны с первыми входами и выходами первого и второго логических элементов И соответственно, датчик активной мощности включен между выключателем и синхронньм генератором, а своим выходом связан с первым входом первого сумматора через последовательно соединенные дифференциатор и первьй нелинейный блок, с вторым входом первого сумматора через второй нелинейный блок, а с управляющим входом третьего управляемого ключа через третий нелинейный блок, выход первого сумматора соединен с ервым входом сумматора-ограничитея, а .также с автоматическим регулятором оборотов приводного двигателя через последовательно соединенные второй сумматор и третий управляемый ключ.

CfWA

Редактор П. Коссей

Составитель В. Тарасов Техред В.Кадар

Заказ 4629/55Тираж 631 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

йо делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фиг. 2

Корректор л. Патай