Устройство для автоматического регулирования возбуждения синхронного двигателя преобразовательного агрегата Советский патент 1987 года по МПК H02P7/36 H02P9/14 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводе производственных механизмов с резкопеременной нагрузкой, приводимых в движение двигателями по- стоянного тока, питаемыми от преобразовательных агрегатов с синхронными двигателями с регулируемым возбуждением, в частности в главных электро- приводах прокатных станов.

Целью изобретения является повышение надежности работы синхронного двигателя путем устранения выпадения синхронного двигателя из синхронизма при регулировании.

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема устройства автоматического регулирования возбуждения синхронного двигателя преобразовательного агрегата.

Устройство содержит тиристорный возбудитель 1 с системой 2 импульсно- фазового управления, подключенный к обмотке 3 возбуждения синхронного двигателя 4, регулятор 5 тока возбуждения, выполненный пропорционально- интегральным, к первому входу которого подключен датчик 6 тока возбуждения, обеспечивающий обратную связь по току возбуждения. Устройство содержит также последовательно соединенные между собой регулятор 7- напряжения, выполненный пропорциональным, пропорционально-интегральный регулятор 8 реактивного тока и пропорциональный регулятор 9 задания тока возбуждения. Каждый из указанных регуляторов 7-9 снабжен вторым входом, при этом второй вход регулятора 8 реактивного тока подключен к выходу датчика 10 реактивного тока, второй вход регулятора 7 напряжения - к выходу датчика 11 напряжения, подключенного через трансформатор 12 напряжения к цепи статора синхронного двигателя 4. Б цепь статора синхронного двигателя 4 включен датчик 13 полного тока, выходы датчика 11 и трансформатора 12 напряжения соединены с входами датчика 10 реактивного тока. Нагрузкой синхронного двигателя служит преобразовательный агрегат, содержащий генератор 14 постоянного тока, установленный на валу синхронного двигателя 4,, и двигатель 15 постоянного тока с компенсационной обмоткой 16 в якорной цепи, соединенной с якорной цепью генератора 14 постоянного тока.

5

На валу двигателя постоянного тока установлен нагрузочный механизм 17.

В устройство введены измеритель 18 производной тока, измеритель 19 напряжения и множительно-делительный блок 20. Измеритель 18 производной тока подключен к компенсационной обмотке 16 в цепи якоря двигателя 15 постоянного тока. Измеритель напряжения составлен из соединенных между собой датчика 21 напряжения и делителя 22 напряжения, подключенного параллельно якорным цепям двигателя 15 и генератора 14 преобразовательного агрегата.

Устройство для автоматического регулирования возбуждением синхронного двигателя работает следующим образом.

Колебания активной и реактивной мощности синхронного двигателя при изменениях нагрузки передаются в сеть и вызывают колебания напряжения узла 5 нагрузки по величине и по фазе, что отрицательно сказывается на работе синхронного двигателя и смежных потребителей. Повьшшние быстродействия регулирования уменьшает колебания напряжения в узле нагрузки, т.е. по- вьшает качество напряжения, а также снижает потери в синхронном двигателе и в смежных потребителях, что приводит к экономии электрической энергии.

Так как активная мощность, потребляемая синхронным двигателем из сети

PC:D и,-1,,„

за вычетом мощности потерь равна мощности нагрузки

0

5

40

т.е.

РН - , Уз ,,

I

а он

- UiJi

и.

(1)

0

5

5

где I

acD

и

Я

и,

активньш ток синхронного двигателя;

напряжение на двигателе постоянного TOKaj линейное напряжение цепи статора синхронного двигателя;I - ток двигателя постоянного

тока;

S - знак пропорциональности. При сбросах и набросах нагрузки изменения U и U не превьшают нескольких процентов и производная активного тока синхронного двигателя

(2)

dl3CB U dl«

dt U, пропорциональная производной тока двигателя постоянного тока, может быть получена измерением падения напряжения на компенсационной обмотке 16 двигателя 15 постоянного тока

и,

dl

(3)

где и

ko

КО

,

падение напряжения на компенсационной обмотке 16 двигателя 15 постоянного тока;

индуктивность компенсацион ной обмотки 16, Таким образом, в качестве измерителя производной тока двигателя постоянного тока может быть использован компенсационная обмотка, сигнал с ко торой поступает через датчик 23 напряжения, служащий для усиления и гальванического разделения цепей, на вход множительно-делительного блока 20.

На два других входа множительно- делительного блока 20 поступают сигналы обратньк связей по напряжению на двигателе 15 постоянного тока и по линейному напряжению цепи статора синхронного двигателя 4 через соответствующие дат.чики 21 и 11 напряжения, служащие для усиления и гальванического разделения цепей. Множи- тельно-делительный блок 20 формирует на выходе такой сигнал управления, чтобы выполнялось условие (2), т.е. сигнал, пропорциональный производной активного тока синхронного двигателя 4.

Нагрузочный механизм 17 приводитс во вращение двигателем 15 постоянног тока, который питается по системе Г-Д от генератора 14 постоянного тока, привод которого осуществляется синхронным двигателем 4. Обмотка 3 возбуждения синхронного двигателя 4 питается от возбудителя 1.

При работе электропривода на холостом ходу или при постоянной нагрузк ток двигателя 15 постоянного тока не изменяется и напряжение на компенсационной обмотке 16

и

ко

L ii О L.odt

Таким образом, через датчик 23 напряжения измерителя 18 производной тока нагрузки на один из входов мно

10

15

25

30

а- 20

е 50 35

40

жительно-делительного блока 20 подается нуль, что обеспечивает нулевой выход множительно-делительного блока 20 несмотря на неравенство нулю двух его других входов, на один из которьгх поступает сигнал с выхода датчика 21 напряжения, пропорциональный напряжению на двигателе 15 постоянного тока и снимаемый с делителя 22 напряжения, на другой - сигнал с выхода датчика 11 напряжения, снимаемый с трансформатора 12 напряжения и пропорциональный линейному напряжению цепи статора синхронного двигателя 4. Задание на ток возбуждения синхронного двигателя 4 определяется только величиной реактивного тока последнего, для вьщеле- ния которого на вход датчика 10 реактивного тока поданы сигналы с датчика 13 полного тока статора и трансформатора 12 напряжения, напряжением, поступающим с датчика 10 напряжения и заданием на напряжение в узле Hai- рузки.

При изменении режима работы нагрузочного механизма 17 изменяется нагрузка на двигатель 15 постоянного тока и его ток Iq увеличивается. При

этом на компенсационной обмотке 16 появляется сигнал, пропорциональный скорости изменения нагрузки, который через датчик 23 напряжения подается на вход множительно-делительного блока 20. На два других входа подаются сигналы, пропорциональные линейному напряжению цепи статора синхронного двигателя с датчика 11 напряжения и напряжению на двигателе постоянного тока с выхода датчика 21 напряжения. Множительно-делительный блок 20, реализующий зависимость (2), формирует сигнал, пропорциональный скорости изменения активного тока синхронного 45 двигателя 4, который поступает на вход пропорционального регулятора 9 задания тока возбуждения. Задание на ток возбуждения увеличивается пропорционально скорости изменения активного тока синхронного двигателя 4. Пропорционально-интегральный регулятор 8 тока возбуждения обеспечивает компенсацию переходной постоянной времени обмотки 3 возбуждения синхронного двигателя 4. Поэтому ток возбуждения синхронного двигателя 4 успевает изменяться синхронно изменениям нагрузки. Увеличение тока возбуждения приводит к увеличению электромагнитного

55

мЬмента, развиваемого синхронным двигателем 4, и динамическая устойчивость синхронного двигателя 4 повышается в тем большей степени, чем быстрее будет изменяться ток возбуждения при изменении нагрузки.

Поскольку вырабатываемая синхронным двигателем реактивная мощность строго зависит от мощности нагрузки, .напряжения синхронного двигателя 4 и тока возбуждения, динамические изменения нагрузки приводят к изменению реактивной мощности и реактивного тока, вырабатываемых синхронным двигателем, а следовательно, и к колебаниям напряжения на шинах сети. Для поддержания напряжения на заданном уровне используются обратные связи по напряжению синхронного двигателя 4 и реактивному току, которые заводятся на входы соответственно пропорционального регулятора 7 напряжения и пропорционал:ьно-интегрального регулятора 8 реактивного тока и форсируют увеличение тока возбуждения. Отрицательная обратная связь по току возбуждения синхронного двигателя 4, осуществляемая путем подали сигнала с датчика 6 тока возб окдения синхронного двиг ателя 4 на вход пропорционально-интегрального регулятора 5 тока возбуждения, повышает быстродей- ствие системы, так как это эквивалентно уменьшению постоянной времени обмотки возбуждения.

Дополнительное введение в устройство для автоматического регулирования возбуждения синхронного двигателя преобразовательного агрегата множи- тельно-делительного блока, измерителя производной тока нагрузки и измерителя напряжения, вкл оче -:ных в цепь преобразовательного агрегата, выходы которых соединены с двумя входами до - полнительно введенного множительно- делительного блока, третий вход которого подключен к выходу датчика напряжения в цепи статора синхронного двигателя, а вькод соединен с одним из входов регулятора задания тока возбуждения, позволит повысить надежность синхронного двигателя путем устранения возможности его выпадения из синхронизма за счет повьпиения быстродействия регулирования, так как сигнал обратной связи по производной активного тока синхронного двигателя более приближен к возмущающему воз

5

0

5

0

5

5

0

5

действию, т.е. имеется некоторое упреждение. Кроме того, повьш1ение быстродействия регулирования уменьшает колебание напряжения в узле нагрузки, т.е. noBbmiaeT качество напряжения, а ,также снижает потери в синхронном двигателе и в смежных потребителя, что приводит к экономии электрической энергии.

Формула изобретения

Устройство для автоматического регулирования возбл ждения синхронного двигателя преобразовательного агрегата, выполненного по системе генератор-двигатель, содержащий тиристорный возбудитель, регулятор тока возбуждения с двумя входами., охваченный по первому входу обратной связью по току возбуждения синхронного двигателя, последовательно соединенные между собой регулятор напряжения, регулятор реактивного тока, регулятор задания тока возбуждения, каждый из которых снабжен вторым входом, выход регулятора задания тока возбуждения подключен к второму входу регулятора тока возбуждения, датчик реактивного тока, входа которого соединены с выходами датчика полного тока и трансформатора напряжения, датчик напряжения депи статора синхроного двигателя, вход которого соединен с выходом трансформатора напряжения, входом связанного со статарной обмоткой синхронного двигателя, выход датчика реактивного тока подключен к второму входу регулятора реактивного тока, выход датчика напряжения цепи статора синхронного двигателя соединен с вторым входом регулятора напряжения, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности путем устранения выпадения синхронного двигателя из синхронизма при регулировании, введены измеритель производной тока и измеритель напряжения, предназначенные для вкхдочения в якорную цепь генератора-двигателя преобразовательного агрегата, и множительно- делительный блок, входь которого соединены соответственно с выходами датчика напрялсения цепи статора синхронного двигателя, измерителя производной тока и измерителя напряжения, а выход множительно-делительного блока подключен к второму входу регулятора задания тока возбуждения.

Изобретение относится к электро-: технике и может быть использовано в прокатных станах. Целью изобретения является повышение надежности путем устранения выпадения синхронного двигателя из синхронизма при регулировании. Указанная цель достигается введением в устройство для регулирования возбуждения синхронного двигателя преобразовательного агрегата, выполненного по системе генератора- двигателя, множительно-делительного блока 20, измерителя производной тока 18 и измерителя напряжения 19, включенных в якорные цепи преобразовательного агрегата, составленного из двигателя постоянного тока 15 и генератора постоянного тока 14. Введение указанных блоков позволяет повысить быстродействие устройства в процессе регулирования возбуждения синхронного двигателя 4, т.к. сигнал обратной связи по производной активного тока синхронного двигателя более приближен к возмущающему воздействию Кроме того, повышается качество напряжения питания и снижаются потери в синхронном двигателе. 1 ил. о 9 сл со со со 00 о to