Способ автоматического включения резервного питания потребителей,содержащих синхронные двигатели Советский патент 1988 года по МПК H02J9/06 

Изобретение относится к. области автоматического включения резервного питания синхронных двигателей.

Целью изобретения является новы- шение надежности автоматического включения резервного питания синхронного двигателя при сохранении его динамической устойчивости за счет уменьшения тока самозапуска.

Фазовое управление тиристорным секционным выключателем осуществляется в функции времени по экспоненциальному закону, обеспечивающему такое формирование напряжения на двига теле при включении, при котором частично или полностью подавляются сверхпереходная гармоническая и апериодическая составляющие тока статора двигателя, а переходная гармоничес- кая составляющая тока сохраняется, что способствует сохранению динамической устойчивости и уменьшению тока статора двигателя при включении

На фиг.Г дана функциональная блок-схема автоматического включения резервного питания синхронного двигателя в системе электроснабжения с тиристорным секционным выключателем; на фиг. 2 - диаграмма положений, изображающих векторы напряжения резервного источника Ue, ЭДС двигателя при холостом ходе Е , приведенной к частоте резервного источника, и их результирующего вектора uE относи- тельно фазных обмоток резервного источника, а, Ь, с при включении резервного питания.

Функциональная блок-схема (фиг.1) содержит вводы 1 и 2 с вводными вы- ключателями 3 и 4, основную и резервную секции шин 5 и 6 с подключенными к ним синхронными двигателями 7 и 8 и трансформаторами 9 и 10 напряжёН1ай Секции шин 5 и 6 соединены между собой, тиристорным секционным вы- клйчателем 11, состоящим из масляного выключателя 12 с параллельно подключенным к нему тиристорньм блоком 13. Управление углом включения тирис торов блока 13 осуществляется от системы 1А импульсно-Аазового управления (СИФУ), сигнал управления которо формируется от блока 15 преобразования и блока 16 вычислений. Блок-кон- :такторы 17 и 18 осуществляют включение в работу блока 16 вычислений и привода масляного выключателя 12 через реле 19 времени, датчик 20 измеряет угол между ЭДС двигателя н напряжением резервного источника Q , датчик 21 измеряет скорость изменения частоты основного источника, решающий блок 22 выдает сигнал на отключение вводных выключателей 3 или 4. В нормальном режиме работы схемы тиристорный секционный выключатель 11 отключен и секции тин 5 и 6 работают раздельно.

При повреждении на одном из вводов 1 или 2 в блоке 22 формируется сигнал на отключение выключателя поврежденного ввода 3 или 4. Выходной сигнал блока 22 формируется входными сигналами, поступающими от датчика 22 фазового угла 0 , представляющего собой фазочувствительный блок напряжений измерительных трансформаторов и 10, и датчика 21 скорости изменения частоты основного источника. Управление тиристорным секционным выключателем 11 осуг ествляется за счет фазового управления углом включения тиристоров ot блока 13 с последующим шунтированием этого блока масляным выключателем 12. Импульсы управления на включение тиристоров блока 13 с фазовым углом об поступают от СИФУ 14. Сигнал управления, пропорциональный фазовому углу ot поступает на вход СИФУ от преобразователя 15, который реализует экспоненциальный закон изменения угла oi в функции времени по формуле

Ь

ot. (Ы,-Ш +Д К-е

(1)

Блок 15 преобразования является блоком нелинейности указанной функции и реализуется на операционном усилителе с нелинейным элементом в обратной связи усилителя. Входной сигнал, блока 15, пропорциональный значению угла обо 9 формируется в блоке 16 вычислений. Последний преобразует измерительные координаты мгновенных значений фазных напряжений резервного источника Ug, U , U,, ЭЛС двигателей

АЬ-С,- Едбл Едв.с поступающих от трансформаторов 9 и 10, и измеренный угол рассогласования фаз ЭДС двигателя и напряжения резервного источника Q , поступающий от датчика 20, в координату управления «to при размыкании контактов блок-контакторов 17 или 18 и 1алнчии сигнала Пуск. Включение привела секциейкого выключателя 12 также происходит по сигналу Пуск блок-контакторов 17 или 18, но с выдержкой времени t дрр, вводимой реле 19 времени. Выдержка времени на включение выключателя 12 определяется как

Ъ.АбР

ЗТ - t

вкл

где Т

-8КЛ

-постоянная времени, определяемая, параметрами двигателя;

-собственное время включения выключателя 12,

и вводится только при , при этом шины основного источника оказываются включенными на номинальное напряжение резервного источника только по истечении времени, равного утроенному; значению постоянной времени Т, т.е. ЗТ (это основное свойство экспоненциальных функций). Следовательно, если по истечении этого времени (ЗТ) масляный секционный вы- ключатель фактически включен, то он не влияет на процесс управления тиристорными группами, т.е. шунтирует их в течение времени ЗТ. Поэтому сигнал на включение масляного секционного выключателя с учетом собственного времени задержки включения t должне быть подан с задержкой времени относительно сигнала отключения выключателя поврежденного ввода, равной ЗТ - .

Отключение тиристорного блока 13 происходит по сигналу управления, поступающему на второй вход СИФУ 14 при замьжании контактов масляного вьжлючателя 12 путем снятия импульсов управления с тиристоров блока 13 На диаграмме (фиг.2) положения векторов обозначены углами: об - фазовый угол включения тиристоров; в угол между векторами ЭДС двигателей Еда и напряжения резервного источника Uc TC - фазовьй угол вектора ЛЁ; 5 - угол между, векторами uE и U,,.

Из диаграммы (фиг.2) видно, что уголос. определяется как od 01 -& . Угол S определяется из тригонометрических соотношений треугольников OAEAg и AUj-E Д5 через модули изобра

жающих . векторов Ё. U. и угол 9

ДБ

cos

S --Iys.Ll-lgA%l 2 1., (-7)

- /UcM + (EAJ z-2|йJ|EдJcose .

5

0

0

5

5

Угол X определяет мгновенное значение фазного напряжения результирующего вектора ЛЕ.

При наличии в цепи синхронный двигатель - резервный источник тиристорного регулятора (фиг.1) угол 7. определяет угол включения тиристоров при регулировании напряжения на двигателе от эквивалентного источника йЙ. Зависимость первой гармонической напряжения на эквивалентной двигателю активно-индуктивной нагрузке от- гармонического источника при изменении фазного угла включения тиристоров аналитически не вьфажается, так как для различных диапазонов регулирования напряжения она оказьтается различной.

Проведены исследования работы тиристорного регулятора напряжения (ТРИ) на активно-индуктивную нагрузку, и асинхронный двигатель и соетар- лены графические зависимости относительного значения первой гармонической напряжения на нагрузке от угла управления тиристорами ui при различных значениях угла нагрузки Cf. При использовании таких графиков, зная эквивапентный угол нагрузки синхронного двигателя при включении, можно ойределить углы включения тиристоров Х для любого значения первой гармонической напряжений на двигателе от источника uE.

Модуль гармонической составляющей тока самозапуска двигателя при подключении к резервному источнику определяется по формуле

Т- - - 2ус.,а cos0 ,..

х;; + х , vj-

где Uj. - напряжение резервного ис- точника}

сверхпереходная ЭДС двигателя, приведенная к частоте резервного источника

да.

50

Е МАЫ.

Аб.п Up I

где «о

5

частота резервного источникаСО - частота основного источника1

а Л

У - угол между векторами Ед

и Uf при включенииi Х - индуктивное сопротивление сети.

Допустимый ток несинхронного включения при самозапуске двигателя в относительных единицах

С учетом этого по регулировочной характеристике ТРИ выбираем такой угол

включения тиристоров Х

о

который

Изобретение относится к способу автоматического включения резервного питания синхронных двигателей. Цель - повышение надежности автоматического включения резервного питания синхронного двигателя при сохранении его динамической устойчивости за счет уменьшения тока самозапуска. В сети, состоящей из основного и резервного источников питания, секционного выключателя, параллельно которо гу подключен тиристорный выключатель, при повреждении основного источника его отключают при превышении углом Э между напряжениями основного и резервного источников заданной уставки. Измеряют напряжение на основном источнике, равное напряжению на синхронном двигателе Е., и напряжение на резервном источнике U. Определяют результирующий вектор напряжения между двигателем.и резервным источником uE, приведенный к частоте источника, и угол о межд.у векторами UE и по формуле S arccos /Uc/ - /Еде/cos 9.. -т- , Un- -AJ/UC/ + /Ёдв/ -2/ис/-/Ёдв/со5е ределяют угол включения тиристоров тиристорного выключателя как oif, 0 где Хр-фазный угол результирующего вектора uE, определяемый по регулировочной характеристике тиристорного регулятора напряжения для кулевого значения первой гармонической составляющей напряжения &Е. Включают тиристорный выключатель при значении угла об oJ.(,, затем «6 изменяют в соот ветствии с зависимостью оС ()(-) + Лй Х- где й% )Со Хн постоянный коэффициент, равный разности предель- . ных фазовых углов вектора , обеспечивающих нулевое и номинальное значение его первой гармонической составляющей; Т - постоянная времени изменения угла 1 , определяется параметрами двигателя. Включение секционного выключателя производят с выдержкой времени, равной ЗТ-t , где с О) BKft - собственное время включения секционного выключателя. 2 ил.

i-Aon

1,7 1 d

(4)

: Так как целью изобретения являет- .ся уменьшение токов несинхронного Включения двигателя с сохранением Динамической устойчивости, из вьгра- Ления (2) для модуля гармонической составляющей тока самоэапуска двига- Згеля необходимо приблизительно опреДелить значение этого тока при дан- Иых условиях включения двигателя, т.е. при данных Е и 0 . ; При быстродействующем автоматическом включении резервного питания синхронного двигателя величина /Еда может быть близка к величине /Uj-/ , ;а динамическая устойчивость двигателя определяется предельным углом SBKA который может достигать значений i90-HO . При таких неблагоприятных условиях включения двигателя токи по вьфажению (1J могут превышать предельные значения тока по услови- ;ям самозапуска двигателей, т.е.

:ного Включения может значительно превышать эту величину за счет апериодической составляющей тока статора двигателя при включении. Поэтому закон формирования напряжения на двигателе должен исключить апериодическое значение вектора потокосцеп- ления статора двигателя при включении его на резервный источник, т.е вектор свободного потокосцепления статора w „ при включенрш двигателя

I Соч

должен быть равен нулю. Вектор ((.ь определяется, как

tfcB Vna. -«V

ст

(5)

где((3

Нач

V

вектор начального потокосцепления статора двигателя, который в относктель- ных единицах равен вектоРУ 4в .

вектор установившегося потокосцепления статора, который в относительных единицах равен Ue.

Из формулы (4) следует, что нулевое значение вектора при включе- нии двигателя имеем при uE«E j-Uc - 0,

т

при данных параметрах двигателя при включении дает нулевое з° 1ачение первой гармонической напряжения Е на двигателе.

Решение математической модели синхронной машины при экспоненциальном изменении результирующего вектора

напряжения й позволяет определить темп изменения приложенного напряжения и и начальный уголе включения тиристоров. Темп изменения прнпоженного напряжения и или постоянная времени изменения угла включения -тиристоров Т выбирается из условия сохранения динамической устойчивости двигателя при включении и определяется параметрами двигателя. При этом степень подавления вектора апериодической составляющей тока стзтора и. вектора сверхпереходной

гармонической составляющей зависит от соотношения постоянных времени двигателя Т , Т, tj и постоянной времени изменения угла включения тиристоров т; При Т (- - 7Q)Tj и

ПОЧТИ полностью подавляет- ся свёрхпереходная гармоническая составлякхцая тока статора при включении, а относительное значение моду- ля вектора апериодической составляющей тока статора определяется вьфаже- нием

40

|iJ Т - (1 - Тр)

где

р - коэффициент затухания апериодической составляющей тока стат;ора

. . Р Т:Ш где Т - постоянная времени статорной цепи двигателя, с,

О

синхронная скорость,

1

I

Таким образом, напряжет{ие ЛЕ, приложенное к двигателю при включении, должно изменяться от нуля до номинального значения по закону

-i uE ЛЕн.(1 - е ), (6)

где лЕц - номинальное значение напряжения ЛЕ.

При таком экспоненциальном изменении напряжения на двигателе кратность модуля гармонической составляющей тока при включении примерно составляет при Tj T X uTj по сравнению с

Обычным включением двигателя на резер вное питание. Кроме того, бросок тока несинхронного включения двигателя уменьшается за счет подавления вектора апериодической составляющей тока статора.

Поскольку в практических расчетах динамической устойчивости синхронного двигателя по первому колебанию предельный угол вычисляется по динамической характеристике электромаг- ниткой мощности (момента), определяемой переходными параметрами двигателя X

ё

(5) то эффект от пред

лагаемого способа автоматического включения резервного питания с подав лением сверхпереходного значения вектора свободного потокосцепления статора при сохранении динамической устойчивости двигателя тем больше, чем значения постоянньгх Т , Тл , Тд меньше значения Tj

Предлагаемый экспоненциальный закон изменения напряжения &Е, прило-j женного к двигателю при включении его на резервный источник U, , соответствует изменению угла вкл очения тиристоров % от TCj, до Х и угла включения тиристоров «Л от oLg до .

Как следует из регулировочных характеристик ТРИ, при углах нагруз- ки постоянных и близких к 90 в диапазоне изменения напряжения на нагрузку .от 0,1 до 1, зависимость напряжения на нагрузке от угла включения тиристоров оказьгеается почти линейной. Следовательно, можно считать, что изменение угла включенияot должно происходить в соответствии с зависимостью (1):

.t

oi. (оСо-Д-Х) H-iTCe ,

где cio - & ,

-Хи, а значения тс и Хц определяются по регулировочным характеристикам ТРИ.

Последовательность вычислений, необходт1мых для определения угла ei-o производится в блоке 16 вычислений

(фиг.1). Вначале нзмереиные координаты мгновенных значений фазных напряжений резервного источника Ug, Uj, и ЭДС двигателя Е „, .},, Е.с переводятся в значения модулей и /Едб/ через формулы преобразования координат следующим образом:

Ui

47)

lie

откуда

fUcf 1 U .

(8)

Аналогично определяется

/Еде HEL, + Е,р .

(9)

Ав I АВЫ.

Приведение модуля к частоте резервного источника осуществляется следующим образом:

|Ед..1 /Ё,,/-|Ч

(10)

Сигналы, пропорциональные частотам Wo и 4 поступают от измеритеей частоты, представляющих преобразователи частоты переменного тока в постоянньй, расположенные, в блоке 16 вычислений.

Дальше с помощью измерительной координаты вычисляется угол S из формулы (2)

S

arccos

IyiL I liiLL 2||,.-. . /и -b(E,,J -2|Uc/(.Jcos9

Затем вычисляется значение угла et.,

,

где Хв вводится в блок вычислений как постоянная величина.

Таким образом, изменение угла oi по формуле (1) обеспечивает включение синхронного двигателя с подавлением вектора свободного потокосцепления статора и сверхпереходного тока двигателя, что значительно уменьшает токи несинхронного включения по сравнению с обычным включением при сохранении динамической устойчивости дви- гателя.

.

аде

н9

нЮ

h

аде

ЛЕ

/ЛЕ

ai

9и,г.2