Устройство для защиты синхронного электродвигателя с тиристорными преобразователями от размагничивания индуктора Советский патент 1988 года по МПК H02H7/08 

(Л

N9 Ю Is9

сх

00

роговьк элемента 9, 10, элемент ИЛИ 8 формирователь 3 защитного импульса, датчик 2 положения ротора двигателя и m каналов защиты по числу фаз двигателя. Каждьй канал защиты включает в себя тиристорный преобразователь (ТП) 4, подключенный к фазе двигателя, датчик 5 тока, последовательно соединенные формирователь 6 сигнала защиты и блок 7 управления тиристор- ным преобразователем, выход которого подключен к управляющим электродам тиристоров ТП 4. Опорный и информационные входы преобразователя 11 координат подсоединены к выходам соответственно датчика 2 положения ротора и датчиков 5 тока. Выход преобразователя t1 координат подключен к входам соответствующих пороговых злементов 9, 10, выходы которых через элемент ИЛИ 8 связаны с входами формирователей 6 защиты и формирователя 3 защитного импульса. Выход последнего подключен к входам блоков 7 управления тиристорным преобразователем. При превышении составляющими результирующего вектора тока своих допустимых значений, определяемых уставками пороговых элементов 9, 10, сигналы с выхода последних поступают на вход формирователя 3 защитного импульса, который формирует защитный импульс. Защитный импульс поступает на вход блоков 7 управления тиристорным преобразова- т елем каждого канала, откуда он подается на управляющие электроды тиристоров ТП 4. Тиристоры, для которых в данный момент времени выполняются условия зажигания, открываются и шунтируют фазы двигателя 1, вызывая прекращение нарастания в ней тока, которьй мог бы явиться причиной размагничивания индуктора. Ток через тиристоры ТП 4 ограничивается реакторами 1 2 или Трансформатором, через которые ТП подключен к сети. 7 ил.

1

Изобретение относится к электротехнике, а именно к защитам электродвигателей от аварийных токов, и может быть использовано в электропри- во дах , содержащих синхронные двигатели с постоянными магнитами и ти- ристорные преобразователи.

Цель изобретения - повьшение эффективности электропривода путем улучшения использования электродвигателя по току.

На фиг. 1 изображена функциональная схема устройства для защиты синхронного электродвигателя от размагничивания индуктора при числе фаз двигателя, равном двум; на фиг. 2 - принципиальная схема тиристорного преобразователя; на фиг. 3 и 4 - принципиальные схемы пороговых элементов} на фиг. 5 - схема преобразователя координат, на фиг. 6 - эпюры поясняющие работу устройства; на фиг, 7 - область допустимых значений составляющих результирующего вектора тока.

Устройство для защиты синхронного электродвигателя 1 от размагничивания индуктора содержит датчик 2 положения ротора двигателя формирователь 3 защитного импульса, а также m каналов по числу фаз двигателя, каждый из которых содержит тиристор- ньй преобразователь 4, выходом под- ключаемьй к фазе двигателя, датчик

0 5 тока, расположенный в силовой цепи тиристорного преобразователя 4, последовательно соединенные формирователь 6 сигналов защиты и блок 7 управления тиристорным преобразовате .лем с тремя защитными входами, первые два из которых подключены к выходам формирователя сигналов защиты, а выход - к управляющим электродам тиристоров тиристорного преоб0 разователя 4, при этом третий защитный вход блока 7 управления тиристорным преобразователем каждого канала соединен с выходом формирователя 3 защитного импульса. Устройство содержит также элемент ИЛИ 8, два по

3

роговых элемента 9 и 10 и преобразователь 11 координат, информационные входы Которого подключены к измерительным выходам датчиков 5 тока, опорный вход соединен с выходом датчика 2 положения ротора двигателя, а выходы подключены к входам порого- ,вых элементов 9 и 10. Выходы последних соединены с входами элемента ИЛИ 8,вход формирователя 3 защитного импульса соединен с входом формирователя 6 сигналов защиты каждого канала и подключен к выходу элемента ИЛИ 8. Шины переменного тока тиристорных преобразователей 4 подключены к сети через реактор 12 или трансформатор.

В качестве датчика 2 положения ротора двигателя может быть использована электрическая машина типа сельсина или вращающегося трансформатора.

Формирователь 3 защитного импульса может быть выполнен например, на транзисторах (фиг. 3).

Тиристорный преобразователь 4 может быть выполнен, например, по мостовой схеме (фиг. 2), содержащий тиристоры 13-24. Датчик 5 тока может представлять собой, например, трансформаторы тока, расположенные на щи- нах переменного тока тиристорного преобразователя, соединенные последовательно с вьшрямителем.

Формирователь 6 сигналов защиты предназначен для формирования сигналов защиты, воздействующих на блок 7 управления тиристорным преобразователем 4, и представляет собой электрическую схему, которая может быть вьшолнена на полупроводниковых элементах.

Блок 7 управления тиристорным пре .образователем предназначен для формирования управляющих импульсов и выдачу их на тиристоры тиристорного преобразователя согласно логике раздельного управления.

Элемент ИЛИ 8 может быть выполнен на базе любой из известных серийно выпускаемых логических микросхем, например на базе серии К511.

Пороговый элемент 9 может быть выполнен на транзисторе (фиг. 3). Пороговый элемент 10 может быть выполнен на базе любой из известных серийно вьшускаемых интегральных микросхем, например на микросхеме типа К553УД1А (фиг. 4).

2288

4

Преобразователь 11 координат предназначен для преобразования сигналов из неподвижной системы координат, связанной со статором, во вращающуюся систему координат, связанную с ротором, и может быть выполнен, например, на базе серийно выпускаемых аналоговых перемножителей типа К525ПС2

1Q (фиг. 5).

Устройство для защиты синхронного электродвигателя с тиристорными преобразователями от размагничивания индуктора работает следующим образом.

15 Преобразователь 4 координат производит преобразование сигналов с датчиков тока из неподвижных осей, связанных со статором, во вращающуюся систему координат (d, q) связанную

20 с ротором, т.е. в сигналы U., Uj- ,на выходе, согласно выражениям

U; у + идт2- U;, cos j- - . sinf.

25 где л - угловое положение ротора двигателя, измеряемое с помощью датчика 2 положе - ния ротора двигателя; и л Г выходные сигналы соответ- 30 ственно датчиков 5(1) и

5(2) тока.

Сигналы и,, соответствуют составляющим результирующег о вектора тока по осям ротора d и g. Если сиг35

налы на выходах преобразователя 11

координат (и.,, и ) ле превышают уставки пороговых элементов 9 и 10, определяемые допустимыми значениями составляющих регулирующего вектора

Q тока по осям ротсура d и q, то блоки 7(1) и 7(2) управления тиристорным преобразователем всех каналов формируют управляющие импульсы, угловое положение которых относительно сети

g определяется соответствующими управляющими сигналами в блоках управления тиристорным преобразователем. При этом по фазам двигателя протекает ток, величина которого соответстCQ вует этим управляющим сигналам.

Допустимые значения составляющих результирующего вектора тока по осям d и q ограничены соответственно величинами -Ij и , причем, как ge правило, (фиг. 7).

При возникновении аварийного режима, когда хотя бы одна из составляющих результирующего вектора тока превышает свое допустимое значение,

т.е. или Ujn превышают уставки соответствующих пороговых элементов, выходные напряжения последнее через элемент ИЛИ В поступают на вход формирователя 3 запретного импульса. Последний формирует защитный импульс который поступает на третий защитный вход блоков 7(1) и 7(2) управления тиристорным преобразователем каждо- го канала. С выхода блоков 7(1) и 7(2) управления тиристорным преобразователем защитный импульс поступает на упра.вляющие электроды тиристоров тиристорных преобразователей 4(1) и 4(2), вызывая открывание тиристоров, для которых в данный момент времени выполняются условия зажигания. При этом в каждом тиристорном преобразователе образуется цепь, в кого- рой открытые тиристоры шунтируют фазу двигателя, вызывая прекращение нарастания и спадание до нуля в ней тока, который мог бы явиться причиной размагничивания.

Одновременно с этим напряжение с первых выходов формирователей 6(1) и 6(2) сигналов защиты каждого канала поступает на первые защитные входы блоков 7(1) и 7(2) управления ти- ристорного преобразователя, обеспечивая максимальный угол управления

о мякс тирист орцого преобразователя, тает, как правило, с ориентацией ренеобходимый для перевода его в инвер- торной режим. Напряжение с вторых выходов формирователей 6(1) и 6(2) сигналов защиты через определенную вь1держку времени поступает на вторые зайщтные входы блоков 7(1) и 7(2) управления тиристорным преобразователем, чем обеспечивается блокировка управляющих импульсов тиристорного преобразователя и исключается возможность повторения аварийного режима. Рассмотрим процесс срабатывания :защиты двигателя на примере одного канала устройства. Пусть-к моменту времени t. (фиг. 6) ток через фазу двигателя (1ж) протекает по цепи: фаза В сети, фаза В реактора 12(1), тиристор 14, фаза двигателя, тиристор 18, фаза С реактора, фаза С сети (фиг, 2). В момент времени t происходит превышение какой-либо из составляющих результирующего вектора тока двигателя своего допустимого значения, т.е. возникает аварийный режим. При подаче защитного импульса на управляющие электроды тиристоров

13-24 открываются тиристоры 21 и. 23, поскольку для них в этот момент времени выполняются условия зажигания. При этом ток, протекающий через фазу двигателя, который мог бы явиться причиной размагничивания индуктора, сразу же перестает нарастать, начинает уменьшаться и достигает нуля, так как обмотка двигателя оказывается шунтированной открытьгми тиристорами 14, 18,21 и 23. Другие каналы устройства работают -аналогично. Величина тока, протекающего через открытые тиристоры, ограничивается сопротивлением трансформатора или реактора, через которые тиристорный лреоб- разоватепь подключен к сети, на уровне токов, допустимых для данных тиристоров.

Таким образом,введение в устройство заш;иты синхронного двигателя от размагничивания индуктора элемента ИЛИ, двух пороговых элементов и преобразователя координат-с соответствующими связями позволяет повысить эффективность электропривода за счет улучшения использования двигателя по току, так как появляется возможность увеличить рабочие токи двигателя без срабатывания защиты. Йог скольку синхронный двигатель рабо5

ляющих

11

состав- I .K

0

5

0

5

зультирующего вектора тока вдоль оси q, а допустимые значения по осям таковы, что I, то это дает возможность иметь рабочие токи двигателя выше, чем в известном устройстве.

Использование изобретения позволяет также за счет увеличения рабочих токов двигателя улучшить использование его по моменту и благодаря этому увеличить быстродействие электропривода, что повышает эффективность электропривода.

Формула изобретения

Устройство для защиты синхронного электродвигателя с тиристорными преобразователями от размагничивания индуктора, содержащее датчик положения ротора электродвигателя,формирователь защитного импульса, каналов защиты по числу фаз электродвигателя, каждый из которых содержит тиристорный преобразователь с входными клеммами для подключения к питающей сети и выходными клеммами для подключения к фазе электродвигателя, датчик тока, расположенный в силовой цепи преобразователя, последовательно соединенные формирователь сигналов защиты и блок управления тиристорны- ми преобразоватепями с тремя защитными входами, первые два из которых соединены с выходами формирователей сигналов защиты, а выход - с управляющими электродами тиристоров тирис- торного преобразователя, о т л и ч а- ю щ е е с.я тем, что, с целью повышения эффективности электропривода путем улучшения использования электродвигателя по току, оно дополнительно снабжено двумя пороговыми элемен1 f

к (разе дви,2ателя Фи,г.1

Вход

тами, элементом ШШ и преобразователем координат, информационные входы которого соединены с измерительными выходаьш датчиков тока, опорный вход соединен с выходом датчика положения ротора, а выходы соединены с входами соответствующих пороговых элементов, гфи этом выходы пороговых элементов

соединены с входами элемента ИЛИ, вход формирователя защитного импульса соединен с входом формирователя сигналов защиты каждого канала и выходом элемента ИЛИ,а третий защитный вход блока управления тиристор- ным преобразователем каждого канала соединен с выходом формирователя за- npiTHoro импульса

Вы)(од

В)(од

(PU2.3

10

-е.

Sbfxo 0

fpaz.

f

fptis.5

OJ

ea.

fg