Устройство точной автоматической синхронизации вентильного двигателя с сетью Советский патент 1986 года по МПК H02J3/42 

для синхронизации угле рассогласования. Сигналом с выхода логической схемы И через элемент 15 временной задержки осуществляется включение коммутационного аппарата 4. Регулятор фазы 10 нормально шунтирован ключем

1 1 и вводится в действие только в зоне разрешенных значений угла. В результате обеспечивается соблюдение условий точной синхронизации, что позволяет включать мощные синхронные машины на сеть без толчков тока. 3 ил.

Изобретение относится к области электротехники. Цель изобретения повышение точности и надежности синхронизации путем снижения бросков тока и механических ударов. Фазочувствительньй вьтрямитель 9 по сигналам, поступающим с измерительных тр-ров 7 и-8 машины и сети формирует сигнал, пропорциональньш углу рассогласования между векторами напряжений. Регулятор фазы 10 через систему 5 регулирования скорости уравнивает фазы напряжения машины и сети воздействием на преобразователь частоты 1, Равенство амплитуд напряжений сети и машины реализуетсяс помощью узла 12 контроля разности напряжений, который формирует управляющее воздействие в регулятор 6 тока возбуждения i машины, а также выдает сигнал при достижении равенства амплитуд напряжеW С ний, поступающий на вход логической схемы И 13. На второй вход этой схемы поступает сигнал от компаратора 14, свидетельствующий о допустимом 1C ч1 о 00 со со

1

Изобретение относится к электротехнике, более конкретно к мощным синхронным частотно-регулируемым электроприводам, выполненным по схеме вентильного двигателя, для которых по условиям экономичности работы Необходим перевод синхронной машинн на питание от сети.

Цель изобретения - повьш1ение. точности и надежности синхронизации путем снижения бросков тока и механических ударов.

На фиг. 1 приведена блок-схем:а предлагаемого устройства;на фиг. 2 диаграммы, иллюстрирующие процессы, происходящие в отдельных элементах устройства; на фиг. 3 - принципиальная схема компаратора.

Схема включает преобразователь частоты 1, подключенный к синхронной машине 2 через коммутационный аппара 3, коммутационный аппарат 4, посредством которого осуществляется подключение машины и сети, автоматический регулятор скорости 5, регулятор тока возбуждения 6 (элементы 1-6 в составустройств-1 не входят и приведены для пояснения сущности его работы).

Устройство содержит узел питания с измерительными трансформаторами 7 и 8 напряжений сети и машины, фазочувствительный выпрямитель 9, регулятор фазы 10, ключ 11, узел контроля разности напряжений 12, первую логическую схему И 13, первый компаратор амплитуды 14, элемент временной задержки 15, триггер 16, второй компаратор амплитуды 17, вторую логическую схему И 18, третий компаратор амплитуды 19, четвертый ко;ипаратор амплитуды 20, выпрямитель суммарного напряжения сети и машины 21, узел включения 22.

Устройство осуществляет управлени процессом синхронизации (перехода

на сеть) синхронной машины, которая получает питание от преобразователя .частоты. Система, состоящая из преобразователя частоты и синхронной машины и именуемая вентильным двигателем, позволяет осуществлять запуск и разгон синхронной машины до синхронной скорости с последующим переключением ее на питание от сети. Кроме того, устройство формирует управляющее воздействие в регуляторы скорости и тока возбуждения, определяет момент соблюдения условий точной синхронизации и вьщает команду на переключение коммутационного аппарата, подключающего машину к сети В процессе синхронизации вводятся в действие регулятор фазы 10 и регулятор тока возбуждения 6. Регулятор фазы 10, воздействуя на систему регулирования скорости 5, стремится поддерживать близким нулю угол между векторами напряжения сети и машины, а регулятор тока возбуждения 6 уравнивает напряжение машины с напряжением сети.

При достижении равества (с заданной точностью) амплитуды напряжения ,сети и машины, а также при нахождевии величины угла между векторами напряжений сети и машины в зоне допус.ка (например, 5° эл.) выдается сигна на включение коммутационного аппарата 4, который подключает машину к сети и одновременно своими блокконтактами отключает коммутационный аппарат 3, отсоединяя таким образом машину от преобразователя.

Датчиком угла рассогласования между векторами напряжений машины и сети является фазочувствительный выпрямитель 9, представляющий собой операционный ус:илитель, работающий в режиме суммирования входных сигналов, на входе которого включен трех3фазный коммутатор. На входы коммута тора подаются сигналы фазных напряж ний синхронной машины с трансформат ра 7, а управление ключами коммутат ра производится сигналами линейных напряжений сети с трансформатора 8. Выходной сигнал фазочувствительного выпрямителя 9.является синусоидальной функцией угла рассогласования, а его средйее значение будет пропор ционально синусу угла рассогласован Э. Качественное соответствие между 0 и sinQ существует в зоне -90° , поэтому фазочувствительный выпрямитель используется в каче стве датчика угла области значений 101 примерно до 60° эл. Подачей напряжения фазочувствите ного выпрямителя 9 на вход регулято ра фазы 10 обеспечивается формирова ние управляющего воздействия в систему регулирования скорости 5 для уравнивания фаз напряжений сети и машины. Таким образом реализуются два необходимые для точной синхронизации условия. Третье необходимое условие - равенство амплитуд напряжений сети и машины реализуются с п мощью узла контроля разности напряжений 12, представляющего собой известное устройство (например, узел, состоящий из операционного усилителя, выход которого подключен через компаратор), которое формирует управ ляющее воздействие в регулятор тока возбуждения машины 6, а также вьщает логический сигнал при достижении с заданной точностью равенства амплитуд контролируемых напряжений. Этот сигнал поступает на один из входов первой логической схемы И 13, а на другой вход этой схемы сигналы поступают из первого компаратора 14, сравнивающего выходное напряжение фазочувствительного выпрямителя 9 с величиной уставки, которая определяет область допустимого для синхронизации угла рассогласования между векторами напряжений сети и машины (например 5°). Если сравниваемое напряжение меньше уставки, .то на выходе компаратора 1А имеется логичесл кий сигнал. Логическая схема И 13 формирует сигнал разрешения переключения синхронной машины на сеть при наличии сигналов на обоих входах схе мы И, т.е. при соблюдении всех условий точной синхронизации. Однако в 33 процессе поиска момента синхронизации может иметь место кратковременное совпадение векторов напряжений сети и машины. В этом случае первая логическая схема И 13 выдает ложный импульс, Лпя исключения прохождения ложных импульсов на переключение выход схемы И 13 подключен к элементу временной задержки 15, который осуществляет задержку вьщачи сигнала на переключение на некоторое время (например, 1-3 с). Если по истечении , этого времени сигнал на выходе схемы И 13 не исчезнет, то это означает, что машина находится в режиме синхронного вращения и угол между векторами напряжений сети и машины близок к нулю, а с выхода временной задержки 15 выдается сигнал в узел включения 25 на включение коммутационного аппарата 4, Регулятор фазы 10 нормально шунтирован ключом 11 и вводится в. действие только в зоне разрешенных значений угла. Ключ 11 размыкается при поступлении сигнала готовности с триггера 16. Формирование сигнала готовности происходит следующим образом. Напряжение с фазочувствительного выпрямителя 9 подается на третий компаратор амплитуд 19, на выходе которого формируются импульсы, соответствующие элементам перехода через нуль напряжения фазочувствительного выпрямителя 9 (фиг, 2). Эти импульсы поступают на один вход второй схемы И 18, на другой вход этой схемы подключен выход второго компаратора амплитуды 17, сравнивающего вьшрямленное выпрямителем 22 напряжение биений, образованного в результате суммирования напряжения сети и машины с величиной уставки, определяющей область допустимых значений (например, 10° эл.). Если напряжение биений меньше уставки, то на выходе компаратора имеется логический сигнал. Импульс с выхода схемы И 18 переключает триггер 16 управления ключом 11, разрешая работу регулятора азы 10, Возврат триггера 16 в исходное состояние производится сигналом, формируемьм с помощью четвертого компаратора амплитуды 20, подключенного . к выходу фазочувствительного выпрямителя 9, Компаратор 20 аналогичен компараторам 14, 17 и 19, но отличается тек„ что логический сигнал на его выходе появляется, когда входной сигнал превышает напряжение уставки, (фиг, 3). Выход компаратора подключае к второму управляющему входу триггера 16. Логический сигнал на выходе 20 возникает, когда напряжение фазочувствительного выпрямителя 9 превышает по абсолютной величине напряжение уставки ±огр. Величина этой ус 60°. Компатазки по углу, например, ратор 20 формирует сигнал, который переключает .триггер 16 в исходное со тояние , блокируя с помощью ключа 11 регулятор фазы 10, Таким образом, применение предлагаемого устройства обеспечивает стро гое собхЕЮдение условий точной синхронизации и тем самым позволяет и включать мощные синхронные машины на сеть без толчков тока, что является благоприятным фактором повышения надежности работы как синхронной машины, так и энергосистемы Схема компаратора амплитуды (фиг.8 включает два операционных усилителя 23 и 24 и две логические схемы И 25 и НЕ 26, Сравниваемый сигнал Ugj, подается на прямой вход одного усилителя и инвертирующий вход другого,, а опорные сигналы разных знако на другие входы усилителей, причем полярность опорных сигналов ( ) соответствует показанной на фиг. 3, Если измеряемый сигнал по амплитуде меньше опорных, на выходах обоих усилителей положительные сигналыр на выходе схемы И 25 (вых. 1) есть сигналэ на выходе НЕ 26 (вых.2 нет сигнала, если измеряемый сигнал по амплитуде больше опорных, на выходе схемы И 25 сигнал отсутствует « на выходе схемы НЕ 26 имеется. Работа компараторов 14, 17, 19 и 20 отличается уровнями опорных сигналов и исггользованием выходов, для 14, 17 и 19 используется Вых. 1,для Вых. 2 Формула изобретени Устройство точной автоматической синхронизации вентильного двигателя с сетью, содержащее измерители напряжения сети и машины, автоматический регулятор скорости, первую логическую схему И, узел включения, отличающееся тем, что, с целью повьпиения точности и надежности синхронизации, путем снижения бросков тока и механических ударов, в него введены фазочувствительный выпрямитель, регулятор фазы, ключ, шунтирующий регулятор фазы, триггер, четыре компаратора амплитуды, вторая логическая схема И, схема временной задержки, выпрямитель суммарного напряжения сети и машины, узел контроля разности напряжений, причем выход измерителя напряжений машины, в качестве которого использован измеритель фазных напряжений, подключен к входу фазочувствительного выпрямителя, управляющие входы которого соединеныс выходом измерителя напряжений сети, в качестве которого использован измеритель линейных напряжений, а выход фазочувствительного выпрямителя через регулятор фазы соединен с входом автоматического регулятора, скорости, кроме того, выход фазочувствительного выпрямителя подключен через первьй компаратор амплитуды к первому входу первой логической схемы И, второй вход которой соединен с выходом узла контроля разности напряжений, а выход первой логической схемы И соединен с узлом включения через элемент временной задержки, одновременно выход фазочувствительного выпрямителя подключен к третьему компаратору амплитуды, выход которого соединен с первым входом второй логической схемы И, второй вход которой, а также третий вход первой схемы И через второй компаратор амплитуды соединен с выходом выпрямителя суммарного напряжения . сети и машины, при этом выход второй схемь И соединен с первым управляющим входом триггера, второй управляющий вход которого через четвертый компаратор амплитуды соединен с выходом фазочувствительного выпрямителя, а выход триггера подключен к управляющему входу ключа, шунтирующего регулятор фазы.