Устройство для контроля асинхронного хода синхронного электродвигателя Советский патент 1989 года по МПК H02P1/50 H02H7/08 

1

изобретение относится к электротехнике, а именно к системам контроля режимов синхронных электродвигателей.

Цель изобретения - повышение точности и чувствительности.

На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 - принципиальная схема блока приращений активной мощ- ности; на фиг. 3 - диаграммы, поясняющие работу устройства.

Устройство для контроля асинхронного хода синхронного электродвигателя содержит тиристорный возбудител 1 (фиг. Неподключенный к обмотке 2 возбуждения синхронного электродвигателя 3. Параллельно обмотке 2 возбуждения электродвигателя своими входами подключен датчик 4 напряжения ротора, первьй выход которого через первый формирователь 5 импульсов подключен к первому входу первого логического элемента И 6. Второй выход датчика 4 напряжения ротора через второй формирователь 7 импульсов подключен к второму входу второго логического элемента И 8. Выход блока 9 измерения активной мощности под

0

5

ключей к входу блока 10 измерения приращений активной мощности, первый выход которого подключен к второму входу первого логического элемента И 6 и через первьй логический элемент НЕ 11 к одному входу логического элемента ИЛИ 12, выходом подключенного к третьему входу второго логического элемента И 8.

Второй выход блока 10 измерений приращений активной мощности через второй логический элемент НЕ 13 соединен с вторым входом логического элемента ИЛИ 12.

Выход первого логического элемента И 6 подключен к R-входу RS-триггера 14 и к входу Сброс счетчика 15 импульсов. Счетный вход счетчика 15.третий вход первого логического элемента И 6 и первьй вход второго логического элемента И 8 подключены к выходу третьего формирователя 16 импульсов. Выход счетчика импульсов 15 подключен к четвертому входу второго логического элемента И 8, а его выход соединен с входом 5 триггера 14. Неинвертирующий выход триггера 14 подключен к входу исполнительного реле 17 асинхронного хода,а инвертирующий выход триггера 14 под- ключей к входу исполнительного реле ,- синхронного режима 18.

Блок 10 измерения приращений активной мощности содержит дифференцирующую цепь 19 (фиг. 2), подключенную к входу масштабного усилите- JQ ля 20, образующему вход блока 10. Выход усилителя через первый диод 21 подключен к входу первого формирователя 22 импульсов.

Выход масштабного усилителя 2015

через второй диод 23 подключен к входу инвертирующего усилителя 24, выход которого через третий диод 25 подключен к входу второго формирова- теля 26 импульсов. Выходы формирова- 20 телей импульсов 22 и 26 образуют соответственно первый и второй выходы блока 10.

Устройство работает следующим об- 25 разом.

В режиме асинхронного пуска,(диаграммы фиг. За-и) обмотка 2 возбуждения синхронного электродвигателя 3, замкнута на пусковой резистор (рас- jg положен в тиристорном возбудителе 1 и на фиг. 1 не приведено) и активная мощность Р на зажимах электродвигателя, измеренная блоком 9, кот леблется с двойной частотой скольжения (фиг. За). Напряжение Uu. на зажимах обмотки 2 возбуждения изменяется с частотой скольжения (фиг, Зб) и после прохождения датчика напряжения ротора 4, первого 5 и второго 7 4Q формирователей импульсов преобразуется в импульсную последовательность (фиг. Зг, е).

Положительные полуволны напряжения ротора формирует второй формиро- ватель 7 импульсов, а отрицательные - первый формирователь 5 импульсов. Блок 10 измерения приращений активной мощности формирует на своем первом выходе импульсную последователь- ность (фиг. Зв), соответствующую положительным приращениям активной мощности +&Р. На втором выходе блока 10 формируется импульсная последовательность, соответствующая отрицательным приращениям активной мощное-i ти -&Р.

Информационным признаком для выявления асинхронного хода является

35

-

Q

5

0

5

g Q

5

наличие положительного приращения активной мощности +ДР на зажимах статора электродвигателя 3, наличие отрицательного напряжения на зажимах обмотки возбуждения (относительно полярности напряжения возбуждения при установившемся синхронном режиме) и их временное совпадение. Этот алгоритм выявления асинхронного хода реализуется на первом логическом элементе И 6, выходной сигнал (фиг. Зд) которого, поступая на R-вход триггера 14, вызывает срабатывание исполнительного реле 17 асинхронного хода (фиг. Зз). Исполнительное реле 17 асинхронного хода с выдержкой времени (обычно выдержка времени составт ляет 10-20 с) выдает сигнал на отключение электродвигателя от сети.

Если за время выдержки исполнительного реле асинхронного хода двигатель вошел в синхронизм (подача возбуждения в момент tb), то опрокидывание триггера 14 происходит следующим образом. Отсутствие приращений активной мощности (соответствует установившемуся значению активной мощности Р,., фиг. За, к) вызывает формирование сигнала нулевого уровня на обоих выходах блока 10 и после прохождения логических элементов НЕ 11, 13 и ИЛИ 12 логическая единица появляется на третьем входе второго логического элемента И 8.

Одновременно с исчезновением импульса на выходе элемента, что соответствует отсутствию положительного приращения активной мощности +&Р, запускается счетчик 15 импульсов. Счетные импульсы поступают от третьего формирователя 16 импульсов на счетный вход счетчика 15, первый вход элемента И 8 и третий вход элемента И 6. Третий формирователь 16 импульсов вырабатывает прямоугольные импульсы из напряжения питающей сети, которые следуют с частотой 50 Гц. Импульс на выходе (соответствующий требуемой выдержке времени) счетчика 15 появляется с выдержкой времени to и подается на четвертый вход логического элемента И 8. При наличии положительного импульса на втором входе элемента И 8 на его выходе появляется сигнал (фиг. Зж), который опрокидывает триггер 14 и исполнительное реле 18 синхронного режима

51

срабатывает (фиг. Зи), сигнализируя о нормальном режиме электродвигателя (загорается соответствующая лампа на щите управления или на мнемосхеме).

Информационным признаком при выявлении синхронного режима является отсутствие колебаний активной мощности, наличие положительного постоянного напряжения на обмотке возбуждения, временное соответствие указанных параметров за период времени t0.

Блок 9 измерения активной мощности должен быть безынерционным. В качестве измерительного органа этого блока может быть выбран орган на основе датчика Холла.

Блок 10 измерения приращений активной мощности работает следующим образом. Сигнал (фиг. За) с выхода блока 9 измерения активной мощности содержит составляющую с двойной частотой скольжения, которая проходит через дифференцирующую цепь 19 и усиливается масштабным усилителем 20. На выходе масштабного усилителя 20 постоянная составляющая сигнала (фиг. За) отсутствует. Положительная полуволна сигнала на выходе масштабного усилителя 20, соответствующая положительному приращению активной мощности +ЛР, через диод 21 поступает на четвертый формирователь 22 импульсов, на выходе которого выделяется последовательность прямоугольных импульсов (фиг. Зв) с длительностью, равной длительности полупериода колебаний активной мощности. Длительность полупериода колебаний активной мощности увеличивается по мере увеличения скорости вращения ротора синхронного электродвигателя 3 (при асинхронном пуске) и достигает максимально постоянной величины на подсинхронных оборотах (установившийся асинхронный режим без возбуждения).

Отрицательная полуволна сигнала на выходе масштабного усилителя 20, соответствующая отрицательному приращению активной мощности -ЛР, через диод 23 поступает на инвертирующий усилитель 24. Положительный сигнал с выхода инвертирующего усилителя 24 через диод 25 поступает на пятый формирователь 26 импульсов, на выхо748196

де которого выделяется последовательность положительных прямоугольных импульсов, соответствующих отрица- I тельным приращениям активной мощности -ЬР.

Калибровка масштабного усилителя 20 производится при отсутствии входного сигнала (выставляется нулевой

Ю сигнал на выходe)i и подаче синусоидального сигнала с частотой 0,5- 10 Гц.

При устойчивом асинхронном режиме с возбуждением (выпадение синхронно15 го двигателя из синхронизма по причине снижения уровня питающего напряжения, увеличение момента сопротивления механизма, кратковременное исчезновение напряжения возбуждения

2о в результате срабатывания АВР в цепи возбуждения и др. фиг. Зк-о) длительности положительной (t, ) и отрицательной (tj) полуволн напряжения на обмотке возбуждения резко отличаются

25 (фиг. Зн). Работа схем (фиг. 1 и 2) в этом режиме не отличается от описанной. При этом длительность t0 t

Чувствительность выявления асинхронного режима с помощью устройства .

30 обеспечивается за счет использования комплексного информационного признака асинхронного хода (временное соответствие положительного приращения активной мощности и отрицательного напряжения на обмотке возбуждения) и комплексного информационного признака синхронного режима (отсутствие приращений активной мощности, наличие положительного напряжения на

40 обмотке возбуждения за определенный промежуток времени t0). Эти информационные признаки взаимосвязаны и учитывают тот факт, что каждому изменению полярности напряжения на

45 обмотке возбуждения соответствует появление положительного приращения активной мощности +ДР. Однако не каждому положительному приращению активной мощности +йР соответствует

gQ изменение полярности напряжения на обмотке возбуждения (Это предусмотрено в алгоритме функционирования устройства). Наилучшие результаты дает использование данного устройства

,-5 для привода механизмов со спокойной нагрузкой на валу (вентиляторы, воздуходувки, центробежные насосы, центробежные компрессоры и др.).Работа устройства при циклической нагрузке

35

1 К

на валу (например, поршневые компрессоры и др.), когда в синхронном режиме имеются всплески активной мощности, возможна. Но при этом ве- личина выдержки t0 должна быть выбрана с учетом длительности цикла изменения нагрузки на валу синхронного электродвигателя.

Формула изобретения

1. Устройство для контроля асинхронного хода синхронного электродвигателя, содержащее блок измерения мощности, предназначенный для подключения входами к статорной обмотке контролируемого синхронного электродвигателя, тиристорньй возбудитель для подключения к обмотке рото- ра синхронного электродвигателя, датчик напряжения ротора, подключенный входами к выводам тиристорного возбудителя, первый выход датчика напряжения ротора через первый форми- рователь импульсов подключен к первому входу первого логического элемента И, второй выход датчика напряжения ротора через второй формирователь импульсов подключен к второму входу второго логического элемента И, выход которого подключен к S-входу RS-триг- гера, R-вход которого подключен к выходу первого логического элемента И, третий формирователь импульсов, о т- личающееся тем, что, с целью повышения точности и чувствительности, оно снабжено блоком измерения приращений активной мощности, первым и вторым логическими элемен- тами НЕ, логическим элементом ИЛИ, счетчиком импульсов, исполнительным реле асинхронного хода, исполнитель- ным реле синхронного хода, а второй логический элемент И снабжен четвер- тым входом, причем первьй выход блока измерения приращений активной мощности подключен к второму входу первого логического элемента И и через

8

первый логический элемент НЕ - к одному входу логического элемента ИЛИ, выход которого соединен с третьим входом второго логического элемента И, второй выход блока измерения приращений активной мощности через второй логический элемент НЕ соединен с вторым входом логического элемента ИЛИ, вход блока измерения приращений активной мощности подключен к выходу блока измерения мощности, третьи формирователь импульсов выходом подключен к третьему входу первого логического элемента И, счетному входу счетчика импульсов и первому входу второго логического элемента И, четвертьй вход которого соединен с выходом счетчика импульсов, установочный вход счетчика импульсов соединен с выходом первого логического элемента И, а неинвертирующий и инвертирующий выходы RS- триггера соединены с входами исполнительных реле асинхронного и синхронного хода соответственно.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что блок измерения приращений активной мощности содержит дифференцирующую цепь, масштабный усилитель, инвертирующий усилитель, два формирователя импульсов, диоды, причем дифференцирующая цепь подключена к входу масштабного усилителя, образующему вход блока измерения приращения активной мощности, выход масштабного усилителя через один диод подключен к входу одного из формирователей импульсов, вход инвертирующего усилителя через второй диод подключен к выходу масштабного усилителя, выход инвертирующего усилителя через третий диод подключен к входу второго формирователя импульсов, выходы которых образуют соответственно первьй и второй выходы блока измерения приращений активной мощности.

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повышение точности и чувствительности. С этой целью в устройство для контроля асинхронного хода синхронного электродвигателя введены блок 10 измерения приращения активной мощности, элементы НЕ 11 и 13, элемент ИЛИ 12, формирователь импульсов 16, счетчик 15 и реле 17 и 18 асинхронного и синхронного хода соответственно. Входы реле 17 и 18 соединены с прямым и инвертирующим выходами RS - ТРиггЕРА 14. Выход формирователя 16 подключен к счетному входу счетчика 15, к третьему и первому входам логических элементов И 6 и 8. Первый вход элемента И 6 и второй вход элемента И 8 через формирователи импульсов 5 и 7 соединены с соответствующими выходами датчика 4 напряжения обмотки возбуждения 2 синхронного двигателя 3, питаемой от тиристорного возбудителя 1. Четвертый и третий входы элемента И 8 соединенны соответственно с выходами счетчика 15 и элемента ИЛИ 12, входы которого через элементы НЕ 11 и 13 подключены к выходам блока 10, вход которого соединен с выходом блока 9 измерения активной мощности, включенного на зажимы обмотки синхронного двигателя 3. В режиме асинхронного хода осуществляется контроль за длительностью нахождения двигателя 3 в асинхронном режиме. Затянувшийся пуск в этом режиме отсчитывается от момента подачи напряжения на статор двигателя. При подачи возбуждения на обмотку 2 реле 17 не прекращает отсчет времени. Его срабатывание происходит лишь после появления устойчивого синхронного режима. Признаком указанного режима является отсутствие приращения активной мощности на выходах блока 10, наличие положительного напряжения на выходе тиристорного возбудителя 1 и соответствующая выдержка времени счетчика 15. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.