Способ распределения активной нагрузки между параллельно работающими трехфазными электрическими машинами Советский патент 1987 года по МПК H02J3/46 

15

20

25

11358036

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для автома- т% ческого распределения активной нагрузки между параллельно работающими трехфазными электрическими машинами (трансформаторами, трехфазными электродвигателями, синхронными генераторами и т.п) при условии пропорционального распределения реактивных на-ю грузок.

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности процесса распределения активных нагрузок.

На фиг.1-3 приведены устройства, реализующие предлагаемый спрсоб распределения, на фиг.4 и 5 - векторные диаграммы, поясняющие принцип работы устройств, изображенных на фиг.1-3.

Устройство (фиг.1) содержит трехфазный источник питания с шинами 1-3 (например, шины А, В, С) и шиной 4 нулевого потенциала, N трехфазных электрических машин 5 (например, асинхронных электродвигателей, синхронных генераторов, трансформаторов и т..д.), (N+1) однофазных трансформаторов 6 тока, 3 (N-1) резисторов (в общем случае, комплексных), объединенных в (N-1) звезду из зисторов 7-9 каждая, (N-1) чувствительных элементов 10, при этом резистор 9 выполнен перемен ным, электрические машины 5 подключены к шинам 1-3, в шины 1 и 2 источника питания электрической машины 5.1 включены первичные обмотки однофазных трансформаторов 6.1 и 6.(N+1) тока соответственно, в шину 3 источника питания электрической,машины 5,1 (i 2,N) включена первичная обмотка од- нрфазного трансформатора 6.1 (1 2, N) тока, первые отводы (одноименные отводы) вторичных обмоток однофазньк трансформаторов 6.1 (1 1,N+1) тока объединены между собой, вторые отводы вторичных обмоток трансформаторов 6.1 и 6.(N+1) тока соединены соответственно со свободными отводами резисторов 7.1 и 8.1 (1 2,N), к свободному отводу переменного резистора 9.1 (1 2,N) подключен второй отвод вторичн й обмотки трансформатора 6.1 (1 2,N) тока, между нулевой точкой

ного на фиг.1, тем, что отсутствует шина нулевого потенциала трехфазного источника питания, а чувствительный элемент 10.1 включен между нулевой точкой звезды резисторов 7.1, 8.1 и 9.1 и нулевой точкой трехфазной электрической машины 5.1, например трехфазного асинхронного электродвигателя. Роторы электродвигателей кинематически соединены с нагрузкой (на фиг.2 эта связь не указана).

Устройство (фиг.3) содержит трех- фазньш источник питания с шинами 1-3 (например, шина А, В, С) и шиной 4 нулевого потенциала, N трехфазных асинхронных электродвигателей 5 с фазным ротором, (N-1) звезд из трех резисторов 7-9 и (N-1) чувствительных элементов 10, при этом резистор 9 выполнен переменным, к шинам 1-3 трехфазного источника питания подключены N трехфазных асинхронных электродвигателей с фазным ротором, к свободным о.тводам первой и второй роторных обмоток электродвигателя 5.1 подключены свободные отводы резисторов 7.1 и 8.1 (1 2,N), сво- бодньй отвод переменного резистора трех ре- 30 9.1 связан со свободным отводом третьей роторной обмотки 1-го асинхронного электродвигателя 5.1, между нулевой точкой 1-й звезды фезисторов 7.1, 8.1 и 9.1 и нулевой шиной 4 трехфазного источника питания включен чувствительный элемент 10.

Обмотки ротора асинхронного электродвигателя 5 включены звездой с нулевой точкой. Чувствительньш эле- мент 10. может быть включен между ну35

40

левой точкой звезды обмоток ротора

звезды резисторов 7-9 и нулевой шиной 4 фазного источника питания включе}) чувствительньп элемент 10.

Схема устройства (фиг.2) отличается от схемы устройства, изображени нулевой точкой трехфазного источника питания.

Устройство (фиг.1) работает сле- 45 дуюш;им образом.

Предположим, что электрические машины 5 одинаковой мощности. Тогда в качестве резисторов 7-9 можно использовать одинаковые резисторы, например активные сопротивления.

При работе на параллельную нагрузку электрических машин 5 по вторичным обмоткам однофазных трансформаторов 6 тока потекут фазные токи: 55 через вторичную обмотку 6.1 - ток 1д-, через 6. (N+I) - ток I „., через 6.1 (1 2,N) - ток I ..

При одинаковой нагрузке электри50

ческих машин 5 токи I/ц, I ei - ci

Обмотки ротора асинхронного электродвигателя 5 включены звездой с нулевой точкой. Чувствительньш эле- мент 10. может быть включен между ну

левой точкой звезды обмоток ротора

и нулевой точкой трехфазного источника питания.

Устройство (фиг.1) работает сле- дуюш;им образом.

Предположим, что электрические машины 5 одинаковой мощности. Тогда в качестве резисторов 7-9 можно использовать одинаковые резисторы, например активные сопротивления.

При работе на параллельную нагрузку электрических машин 5 по вторичным обмоткам однофазных трансформаторов 6 тока потекут фазные токи: через вторичную обмотку 6.1 - ток 1д-, через 6. (N+I) - ток I „., через 6.1 (1 2,N) - ток I ..

При одинаковой нагрузке электри

ческих машин 5 токи I/ц, I ei - ci

образуют симметричную систему токов. Согласно теории трехфазных электрических цепей

loi (или Ooi где I

+ I

61

1с, О

01

0), -(1)

- ток, протекающий через чувствительный элемент.10.1 (если он реагирует на ток

и . - напряжение между нулевой точкой i-й звезды переменных сопротивлений и нулевой шиной трехфазного источника питания.

В зависимости от схемного решения чувствительный элемент 10 может реагировать на ток IQJ или на значение напряжения (разности потенциалов). Если чувствительный элемент 10 реализован в виде трансформатора, то при выполнении условия (1) по первичной обмотке ток не Протекает.

Это означает, что нагрузка всех электрических машин одинакова, и асимметрия нагрузки равна нулю (отсутствует) .

Предположим, что нагрузка электрической машины 5.1 изменилась. При

этом изменится ток I

С1

Тогда, токи

А

8i

-ci

образуют несимметричну

систему токов. Ток I д| 0. При прохождении тока 1. чувствительный элемент 10.1 сработает и подает сигнал на исполнительное устройство (на фиг.1 не показано).

Если электрической машиной 5.1 является синхронный генератор, то чувствительный элемент 10.1 будет подавать сигнал на исполнительное устройство - серводвигатель. При это серводвигатель работает на изменение подачи топлива в дизель так, чтобы свести величину к нулю.

Предположим теперь, чти электрическая машина 5.1 по мощности отличается от электрической машины 5.1. Для использования предлагаемого способа необходим предварительный подбо сопротивлений резисторов 7.1, 8.1 и 9.1 таким образом, что бы в исходном состоянии (в .режиме номинальной нагрузки) ток I , 0.

01

На фиг.4 приведена векторная диаграмма токов для случая, когда мощность электрической маптны 5.1 меньше (больше) мощности машины 5.1. На фиг,5 приведена векторная диаграмма токов для случая, когда значение ре5

O

5

0

5.

0

5

зистора 9.1 подобрано так, чтобы обеспечить условие 1,. 0.

В остальном приньщп распределения активной нагрузки не изменится. При этом будет контролироваться значение отклонения активных нагрузок (кроме 1-й) от первой и значение отклонения отношения мощностей 1-й ма- цмны и первой (так как мощность машины 5.1 отличается от мощности мапи- ны 5.1).

В отдельных случаях, когда используется трехфазный источник питания без нулевой шины, но трехфазная элек- трч1ческая машина имеет статорные обмотки, соединенные звездой с доступной для по дключения нулевой точкой, целесообразно использовать для распределения активной нагрузки устройство на фиг.2. Принцип работы данного устройства не отличается от работы устройства, изображенного на фиг. 1.

Устройство (фиг.З) работает следующим образом.

При работе на нагрузке асинхронного электродвигателя (АЭД) с фазным ротором 5.1 (1 1,N) по фазным обмоткам ротора протекают соответству- токи. При одинаковой нагрузке АЭД и их одинаковой мощности сумма токов, проходящих через резисторы 79, равна нулю, т.е.

(2)

., I.P+IB,P - IC,-P O где 1. - комплекс действующего значения тока, протекающего через чувствительный элемент 9.1 (1 2,N);

Л1 - б1-р

ciр -соответственно комплексы

действующих значений токов в первой и второй обмотках ротора АЭД 5.1 ив третьей обмотке ротора АЭД 5.1. При отличии нагрузки АЭД 5.1 от нагрузки АЭД 5.1 изменится ток IC DТогда значение 1. в выражении (2) не будет равно нулю, и через чувствительный элемент 9.1 потечет ток IQJ т 0. При этом чувствительньш элемент 9,1 срабатывает и подает сигнал на исполнительное устройство (на фиг.З не показано), который изменяет нагрузку АЭД 5.1 так, чтобы выполнить условие (,; - 0.

Если в номинальном режиме работы мощность АЭД 5.1 отличается от 5.1, то при одинаковых значениях сопротив

лений 7.i, 8.i так как токи I

5

9.1

I

ток I,

о,

не об

flip

разуют симметричную систему токов. Чтобы вьтолнялось условие (2), необходимо изменить сопротивление 9.1 так,, чтобы в номинальном режиме выполнялось условие Ipj 0.

В остальном принцип распределения активной нагрузки не изменится. При этом будут контролироваться значения отклонения активных нагрузок А.ЭД (кроме 1-го АЭД) от первого АЭД и величина отношения мощностей 1-го АЭД и первого АЭД.

В результате применения предлагаемого способа повышается быстродействие процесса распределения активно нагрузки путем одновременного сравне ния нагрузки всех электрических машин с базовой, повышается точность распределения активной нагрузки за счет учета параметров окружающей сре ды, параметров обмоток электрических машин, неполнофазных режимов работы, а также расширяются функциональные возможности устройства за счет использования его для распределения активной нагрузки параллельно работа ющих вращающихся и невращающихся трехфазных электрических машин и для электрических машин различной или одинаковой мощности, имеющих один общий трехфазньш источник питания или несколько (в общем случае) трех- фазньгх источников питания, а также для контроля технического состояния электрических мащин.

/

г

3

10

15

й-2о т 25 - зо

35

ормула изобретения

1 . Способ расггределения активной нагрузки между параллельно работающими трехфазными электрическими машина, заключающийся в том, что в рабочем режиме при возникновении отклонения фазного тока электрической машины от заданного значения изменяют коэффициент усиления рег улятора фазного тока в сторону снижения этого отклонения, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности распределения активных нагрузок, в номинальном режиме суммируют сигналы, пропорциональные токам первой и второй фаз источника питания первой электрической машины и току третьей фазы источника питания i-й электрической машины (i 2,..., N; N - число параллельно работаюш 1Х электрических машин), из- меняют сигнал, пропорциональный току третьей фазы источника питания 1-й электрической машины, до получения вышеупомянутой суммы сигналов, равной нулю, и если эта сумма больше нуля, то увеличивают коэффициент усиления регулятора фазного тока, а если меньше, то уменьшают.

2. Способ ПОП.1, отличающийся тем, что для получения вышеупомянутой суммы сигналов, равной нулю, умножают сигнал, пропорциональ- ньй току третьей фазы источника питания 1-й электрической машины, на коэффициент пропорциональности активных мощностей первой и i-й электрических машин.

cpuz.l

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для автоматического распределения активной нагрузки между параллельно работающими трехфазными электрическими машинами одинаковой или разной мощности при условии пропорционального разделения реактивных нагрузок. Цель изобретения - повьшение точности и быстродействия. При этом в номинальном режиме суммируют сигналы, пропорциональные токам первой и второй фаз первой электрической машины и третьей фазы i-й электрической машины (i . 2,N; N - число электрических машин), изменяют значение сигнала, пропорционального току третьей фаэы i-й электрической машины, до достижения нулевого значения указанной суммы и в рабочем режиме увеличивают коэффициент усиления регулятора фазного тока, если эта указанная сумма больше нуля, а если меньше, то уменьшают, 1 3.п. ф-лы, 5 ил. с (Л со 01 QO о 00 о:

to

g}uz.3

A f i-K8l K9i ICL 2lAI

IAI 81

loi

УС

2 и Itoi O

7i,. conpomu вления

0

резистров fi.Bi,9i(.H)

Фиг.5

Редактор С.Пекарь

Составитель О.Наказная

Техред М.Ходанич Корректор О.Кравцова

Заказ 6004/54Тираж 618Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

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