Устройство для автоматического регулирования возбуждения синхронного двигателя преобразовательного агрегата Советский патент 1989 года по МПК H02P7/36 

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в электроприводе производственных :Механизмов с резкопеременной нагрузкой, руководимых э движение двигателями постоянного тока, питаемыми от преобразовательных агрегатов с синхронными двигателями с регулируемым возбуждениемо К числу таких электрот приводов относятся главные электроприводы прокатных станов.

Целью изобретения является повьше ние надежности работы синхронного двигателя путем улучшения демпфирования колебаний ротора при приложении нагрузки.

На фиг. 1 представлена принципиал ная электрическая схема устройства дпя автоматического регулирования во буждения синхронного двигателя преобразовательного агрегата; на фиг.2 графики изменения полного тока синхронного двигателя ICA f i(t) и активной составляющей тока статора сй -г) от времени; на фиг. 3 - график отклонения полного тока статора синхронного двигателя от его активной составляющей Iec 1сд f-гМо

Устройство дпя автоматического регулирования возбуждения синхронного двигателя преобразовательного аг0

5

0

5

0

регата содержит нагрузочньй механизм 1 (фиг, 1), привод которого осуществляется двигателем 2 постоянного тока, который подключен к генератору 3 постоянного тока, соединенному с синхронным двигателем 4. Система автоматического регулирования возбуждением выполнена по принципу подчиненного регулирования с использованием унифин ированной блочной системы регуляторов (УБСР) аналогового действия и включает три контура регулирования.

Во внутренний контур регулирования тока возбуждения синхронного двигателя входит возбудитель 5, включающий тиристорньй преобразователь 6, предназначенный для питания обмотки 7 возбуждения синхронного двигателя, и систему 8 фазового управления ти- рнсторным преобразователем (СИФУ), пи-регулятор 9 тока возбуждения и измеритель тока возбуждения, роль которого выполняет шунт 10, вкпючен- ньй последовательно с обмоткой 7 возбуждения.

пи-регулятор 9 тока возбуждения обеспечивает компенсацию переходной постоянной времени обмотки 7 возбуждения синхронного двигателя. Вход пи-регулятора 9 тока- возбуждения предназначен для подачи сигнала задания

по току возбуткдения от П-регулято- ра 11 задания тока возбуждения и сигнала обратной связи по току возбуждения от измерителя 10 тока возбуждения.

Второй контур регулирования реактивного тока включает ПИ-регулятор 12 реактивного тока, П-регулятор 11 задания тока возбуждения и измеритель 13 реактивного тоГа, который имеет два входа: на один подается напряжение, пропорциональное полному току синхронного двигателя с измерителя 14 полного тока статора, а на другой - напряжение сравнения от трансформатора 15 напряжения сети. На вход ПИ-ре гулятора 12 реактивного тока воздействуют: сигнал задания от П-регулято ра 16 напряжения и сигнал обратной связи по реактивному току от измерителя 13 реактивного тока. На вход П-регулятора 11 задания тока возбуждения подаются: сигнал задания от пи-регулятора 12 реактивного тока и дпя демпфирования колебаний ротора - сигнал обратной связи по производной активного тока синхронного двигателя с выхода множительно-дели- тельного блока 17, который имеет три входа: один подключен к измерителю 18 производной тока нагрузки, включающему компенсационную обмотку 19 и датчик 20 напряжения, другой - к выходу измерителя 21 напряжения нагрузки, содержащего делитель 22 напряжения и датчик 23 напряжения нагрузки, а третий вход соединен с выходом измерителя 24 напряжения

5

нагрузки, другой - с выходом измерителя 24 напряжения в узле нагрузки, а третий - с выходом измерителя тока нагрузки, роль которого выполняет шунт 27,

Внешний (третий) контур регулирования напряжения включает П-регулятор 16 напряжения и измеритель 24 напряжения в узле нагрузки с На вход .Ц-регулятора 16 напряжения подаются сигналы задания на напряжение в узле нагрузки Uj. и сигнал oбpafнoй связи по напряжению в узле нагрузки, который поступает с измерителя 24 напряжения в узле нагрузки.

Устройство работает следующим образом.

Нагрузочный механизм 1 приводится во вращение двигателем 2 постоянного тока, который питается по системе Г-Д от генератора 3 постоянного тока, привод которого осуществляется синхронным двигателем 4. Обмотка 7 возбуждения синхронного двигателя питается от возбудителя 5, представляющего тиристорный преобразователь 6 с управлением от СИФУ 8.

В установившемся режиме при рабо- 0 те с постоянной нагрузкой полный ток синхронного двигателя 4 практически равен его активной составляющей, так как реактивная составляющая тока двигателя 4 1рсд не превышает обычно 10-20% и для стабилизации напряжения на двигателем поддерживается постоянной, т.е.

0

5

Гт2

Ч-Ь сд

- .-1

сд

Vl 2-(0,1-0,2)2

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в главных приводах прокатных станов. Цель изобретения состоит в повышении надежности работы синхронного двигателя путем улучшения демпфирования колебаний ротора синхронного двигате

в узле нагрузки, вход которого соеди-40 1

ней с выходом трансформатора 15, На третий вход П-регулятора 11 задания тока возбуждения дпя улучшения демпфирования колебаний ротора при наСигнал обратной связи по отклонению полного тока статора синхронного двигателя 4 от его активной составляющей, поступающий с выхода усилителя

бросах и сбросах нагрузки через уси- 45 равный разности сигналов с выхо- литель 25 подается сигнал обратной да измерителя 1.4 полного тока ста- связи по откпонению полного тока ста- тора и множительно-делительного усттора синхронного двигателя от его активной составляющей, пропорционал ньй разности сигналов с выходов измерителя 14 полного тока статора и множительно-делительного блока 26, реализующего зависимость

т iLai

ОСА и

Множительно-делительный блок 26 имеет три входа: один вход соединен с выходом измерителя 21 напряжения

1

Сигнал обратной связи по отклонению полного тока статора синхронного двигателя 4 от его активной составляющей, поступающий с выхода усилителя

45 равный разности сигналов с выхо- да измерителя 1.4 полного тока ста- тора и множительно-делительного устройства 26, на первый вход которого поступает сигнал с выхода датчика 23

gQ напряжения нагрузки, пропорциональный напряжению на двигателе 2 постоянного тока и снимаемый с делителя 22 напряжения, на второй - сигнал с выхода измерителя 24 напряжения в узле наgg грузки, снимаемый с трансформатора 15

напряжения сети и пропорциональный

напряжению цепи статора синхронного

двигателя 4, а на третшЧ - сигнал

. с выхода измерителя 27 тока нагрузки, пропорциональный току двш ателя 2 постоянного тока, практически равен нулю. Сигнал с выхода множитель- но-делительного блока 17 также равен нулю, так как ток двигателя постоянного тока не изменяется и напряжение на компенсационной обмотке U ко

14518286

фиг. 2, 3), формируется сигнал, способствующий уменьшению тока возбуждения, а значит, и момента, развиваемого синхронным двигателем А, и,.

напротив, на участках где I . меньше

СА 1асй (участки to- t,, tj и т.д.фиг. 2, 3), формируется сигнал, увеличивающий ток возбуждения и электромагнитный момент синхронного двигателя 4о Таким образом, задание на ток возбуждения изменяется пропорционально отклонению полного тока статора синхронного двигателя 4 от его активной составляющей и изменения тока возбуждения приводят к появлению дополнительных вращаюпщх моментов, демпфирующих колебания ротора синхронного двигателя-4.

- Ь.

т.е. через датчик 20

напряжения измерителя 18 производной тока нагрузки на один из входов мно- жительно-делительного устройства 17 подается нуль, что обеспечивает нулевой выход множительно-делительного блока 17, несмотря на неравенство ,нулю двух других входов, на один из которых поступает сигнал с выхода датчика 23 напряжения нагрузки, на другой - сигнал с выхода измерителя 24 напряжения в узле нагрузки. Задание на ток возбуждения синхронного двигателя 4 определяется только заданием На напряжение в узле нагрузки и напряжением в узле нагрузки (сигнал поступает с измерителя 24 напряжения в узле нагрузю), так как реактивный ток синхронного двигателя, для выделения которого на вход измерителя 13 реактивного тока подаются сигналы с измерителя 14.-полного тока статора и трансформатора 15 напряжения сети, равен нулю.

При изменении режима работы нагрузочного механизма 1 изменяется нагрузка на двигатель 2 постоянного тока и его ток Т., При увеличении ,, выход множительно-делительного устройства 26, реализующего зависимость (1), увеличивается пропорционально активной составляющей тока статора IOCA синхронного двигателя.4. Возни- кающие при изменении нагрузки колебания ротора синхронного двигателя 4 приводят к колебаниям момента и со- ответствзтащим колебаниям полного тока ICA синхронного двигателя 4 (фиг. 2) Сигнал обратной связи по отклонению полного тока статора синхронного двигателя 4 от его активной составляющей, равньй разности сигналов с выхода измерителя 14 полного тока статора и множительно-делительного устройства 26, поступающий через усилитель 25 на вход П-регулятора 11 задания тока возбуждения, носит колебательный характер (фиг. 3). При этом на участках, где I t, больше IiocA (участки t.- t.-ji, ti|- t и Т.Д.напротив, на участках где I . меньше

СА 1асй (участки to- t,, tj и т.д.

5

0

5

0

5

0

0

5

фиг. 2, 3), формируется сигнал, увеличивающий ток возбуждения и электромагнитный момент синхронного двигателя 4о Таким образом, задание на ток возбуждения изменяется пропорционально отклонению полного тока статора синхронного двигателя 4 от его активной составляющей и изменения тока возбуждения приводят к появлению дополнительных вращаюпщх моментов, демпфирующих колебания ротора синхронного двигателя-4.

При увеличении тока двигателя постоянного тока. 1ц на компенсацион- 1ной обмотке 19 появляется сигнал, пропорциональный скорости изменения нагрузки,, который через датчик 20 н аПряжения подается на вход множи- тельно-делительного блока 17, на два других входа которого подаются сигналы, пропорциональные линейному напряжению цепи статора синхронного двигателя (с измерителя 24 напряжения в узле нагрузки) и напряжению нагрузки (с выхода измерителя 21 напряже- ния нагрузки), Множительно-делитель- ный блок 17 формирует сигнал, пропорциональный скорости изменения активного тока синхронного двигателя 4, который поступает на вход П-регулятора 11 задания тока возбуждения. Задание на ток возбуждения увеличивается пропорционально скорости изменения активного тока синхронного двигателя 4. пи-регулятор 9 тока возбуждения обеспечивает компенсацию переходной постоянной времени обмотки 7 5 возбуждения синхронного двигателя, поэтому ток возбуждения синхронного двигателя 4 успевает изменяться синхронно с изменениями нагрузки.Увеличение тока возбуждения приводит, к увеличению электромагнитного момента, развиваемого синхронным двигателем 4, и динамическая устойчивость синхронного двигателя 4 повышается тем больше, чем быстрее будет изменяться ток возбуждения при изменении нагрузки.

Поскольку вырабатьшаемая синхронной машиной 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 синхронной машиной, а следовательно, и к колебаниям напряжения на шинах сети. Для поддержания напряжения на заданном уровне используются обратные связи по напряжению синхронного двигателя и реактивному току, которые заводятся на входы соответственно П-регуля- тора 16 напряжения и ПИ-регулятора

статора.синхронного двигателя и ко лебания напряжения в узле нагрузки по величине и частоте, т.е. повьппает- ся качество напряжения в узпе нагруз- ки; в-третьих, уменьшение колебаний тока статора синхронного двигателя снижает тепловые потери, что приводит к экономии электрической энергии.

10

Формула изобретения

Устройство для автоматического регулирования возбуждения синхронноТОра ID напряженил и 1 tii . . .

,2 реактивного тока „ Формирую. ,5 , Г

личение тока возбуждения. Отрицательная обратная связь по току возбуждения синхронного двигателя 4, осуществляемая путем подачи сигнала с измерителя 10 тока возбуждения на вход пи-регулятора 9 тока возбуждения, повышает быстродействие системы, так как это эквивалентно уменьшению постоянной времени обмотки возбуждения.

Введение в устройство для автома- тического регулирования возбуждения синхронного двигателя преобразовательного агрегата указанньк блоков позволит, во-первых, повысить надежность работы синхронного двигателя путем устранения возможности его выпадения из синхронизма за счет улучшения демпфирования колебаний ротор-а при приложении нагрузки, так как контролируется момент нагрузки на валу и момент, развиваемьй двигателем; во-вторых, демпфирование колебаний ротора уменьшает колебания тока

ясл

регата по авт.св. № 1339862, отли чающееся тем, что, с целью повьппения надежности работы синхронного двигателя путем улучшения демп20 фирования колебаний ротора при прило жении нагрузки, в устройство дополнительно введены множительно-дапител ный блок с тремя входами, двухвходо- вый усилитель и измеритель тока на25 грузки, включенньй в цепь нагрузки синхронного двигателя, выход которого соединен с первым входом дополнительно введенного множительно-дели- тельного блока, второй вход которого соединен с выходом измерителя напряжения нагрузки, а третий вход подклю чен к выходу измерителя напряжения в узле нагрузки, а выход соединен с одним из входов дополнительно введенного усилителя, второй вход которого соединен с выходом измерителя полного тока, а выход подключен к од ному из входов регулятора задания тока возбуждения о

30

35

Фи,г.г

статора.синхронного двигателя и ко лебания напряжения в узле нагрузки по величине и частоте, т.е. повьппает- ся качество напряжения в узпе нагруз- ки; в-третьих, уменьшение колебаний тока статора синхронного двигателя снижает тепловые потери, что приводит к экономии электрической энергии.

Формула изобретения

Устройство для автоматического регулирования возбуждения синхронно г . .

, Г

регата по авт.св. № 1339862, отличающееся тем, что, с целью повьппения надежности работы синхронного двигателя путем улучшения демпфирования колебаний ротора при приложении нагрузки, в устройство дополнительно введены множительно-дапитель- ный блок с тремя входами, двухвходо- вый усилитель и измеритель тока нагрузки, включенньй в цепь нагрузки синхронного двигателя, выход которого соединен с первым входом дополнительно введенного множительно-дели- тельного блока, второй вход которого соединен с выходом измерителя напряжения нагрузки, а третий вход подключен к выходу измерителя напряжения в узле нагрузки, а выход соединен с одним из входов дополнительно введенного усилителя, второй вход которого соединен с выходом измерителя полного тока, а выход подключен к од-, ному из входов регулятора задания тока возбуждения о

()

P(i8.5