Способ демпфирования колебаний синхронного двигателя преобразовательного агрегата Советский патент 1991 года по МПК H02P9/14 

Изобретение относится к электротехнике и может бить использовано в электроприводах производственных механизмов, работающих с характерным ударным изменением нагрузки, выполненных по системе генератор - двигатель постоянного тока с вращением генератора от синхронного двигателя с регулируемым возбуждением, и явля- ется дополнительным к авт. св. № 1487145.

Целью изобретения является повышение надежности работы синхронного двигателя.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для демпфирования колебаний синхронного двигателя преобразовательного агрегата для реализации способа; на фиг. 2 - характеристика оптоэлектронной пары - зависимость выходного сопротивления Квьцг фоторезистора от входного тока 1&)( светового излучателя. Характеристика построена в относительных единицах.

Устройство для демпфирования колебаний содержит синхронный двигатель 1 (фиг. 1), вал которого механически соединен с валом генератора 2, якорная цепь которого соединена с якорной цепью двигателя 3 постоянного тока. Устройство содержит также тиристорный возбудитель 4, соединенный с цепью ротора синхронного двигателя 1. К входу тиристорного возбудителя 4 под- ключей регулятор 5 тока возбуждения, вход которого соединен с выходом элемента 6 сравнения. Первый вход эле элемента 6 сравнения соединен с выходом суммирующего элемента 7, инвер- тирующий вход которого соединен с выходом первого множительного блока 8, входы которого соединены соответственно с выходами датчика 9 напряжения и датчика 10 тока, включенных в цепь статора синхронного двигателя 1. Пря мой вход суммирующего элемента 7 соединен с выходом второго множительного блока 11, входы которого подключены соответственно к выходам датчика 12 напряжения и датчика 13 тока якорной цепи двигателя 3. Второй вход элемента 6 сравнения соединен с входом квадратичного преобразователя 14 и с выходом датчика 15 тока возбуждения, включенного в цепь ротора синхронного двигателя 1. Третий вход элемента 6 сравнения соединен с выходом блока 16 задания тока возбуждения.

Выход квадратичного преобразователя 14 соединен с входом фильтра 17 низкой частоты, выход которого соединен со световым излучателем 18, входящим в состав оптоэлектронной пары 19. Фоторезистор 20, также входящий в состав оптоэлектронной пары 19, включен в цепь обратной связи суммирующего элемента 7.

Устройство (фиг.1), реализующее способ демпфирования колебаний, работает следующим образом.

С выхода первого множительного блока 8 на инвертирующий вход суммирующего элемента. 7 поступает сигнал электромагнитной мощности синхронного двигателя (СД), пропорциональный электромагнитному моменту Мt. инхронно- го двигателя 1. С выхода второго множительного блока 11 на второй вход элемента 7 поступает сигнал РСГ, пропорциональный моменту Мст статической нагрузки на валу синхронного двигателя 1. В режиме вращения двигателя 1 на холостом ходу РсдЈРот 0. Поэтому управляющий сигнал Ь ицр на входе суммирующего элемента 7 равен нулю. На входах элемента 6 сравнения осуществляется сравнение заданного 1&хи фактического Ig токов возбуждения.

В момент ударного приложения нагрузки на валу двигателя 3 на выходе множительного устройства 11 появляется сигнал РЈТ, пропорциональный моменту Мст статистической нагрузки. Вследствие инерционности якорных цепей двигателя 3 и генератора 2 и инерционности маховых масс их якорей в начальный период переходного процесса электромагнитный момент Глсд и соответственно мощность РСТ измениться не могут. Поэтому на вход элемента 6 сравнения с выхода суммирующего элемента 7 подается сигнал на усилие тока возбуждения, пропорциональный . Это обеспечивает требуемое быстродействие при демпфировании амплитуды крутящего момента синхронного двигателя 1. Далее при изменении сигнала PC 5 поступающего с выхода множительного блока 8, на вход элемента 6 сравнения подается сигнал Uunp , пропорциональный разности (Р сд (). Б результате этого при на регулятор 5 тока возбуждения подается сигнал на увеличение ток возбуждения и соответственно на увеличенйе крутящего момента М

чПри

РЈ. Р6т , напротив, ток возбуждения снижается. Таким образом, в течение всего переходного процесса осуществляется контроль и регулирование крутя щего момента синхронного двигателя 1. Это обеспечивает демпфирование колебаний его ротора при ударном приложении нагрузки.

Сигнал, пропорциональный току возбуждения 1В двигателя 1, поступает на вход квадратичного преобразователя 14. На выходе квадратичного преобразователя 14 формируется сигнал t

i, пропорциональный квадрату тока возбуждения.

Известно, что величина среднеквадратичного тока возбуждения 1 вср связана с его текущим значением is выражением

В ср. к&

- И 1 i2

1Т J В

dL,

где Т - интервал интегрирования;

t - время.

Соответствешю квадрат среднеквадратичного тока

т

т2 ( -2л 1B.tpk& т J 1B

Включение на выход квадратичного преобразователя 14 фильтра 17 низкой

частоты позволяет заменить операцию

.2

интегрирования сигнала его изменением по апериодическому закону. Такая замена при больших интервалах интегрирования вполне допустима, так как с увеличением постоянной времени апериодическая зависимость выходного сигнала апериодического фильтра 17 низкой частоты приближается к линейной. При отношении времени интегрирования к постоянной времени фильтра 17, большем 0,5, погрешность замены интегрирования сигнала его изменением по апериодическому закону не превышает 1%.

Непосредственное вычисление интеграла, т.е. включение на выход квадратичного преобразователя 14 интегрирующего звена потребовало бы уменьшения выходного сигнала этого звена до нулевого уровня по истечении каждого интервала интегрирования, т.е. по окончании каждого цикла работы под нагрузкой. Это вызывает дополнительное усложение устройства.

Следовательно, замена интегрирования сигнала i его изменением по апеЈэ

тя- 5 1. зе

д

10

15

20

25

риодическому закону является допустимой и целесообразной.

Среднее превышение температуры двигателя Ј

тью тью

ер

связано со средней мощнее- зависимо степловых потерь Д Рт

ср UJrTCp

ср. в

-ЬРТср /А,

где А - теплоотдача двигателя.

Поскольку в данном случае речь идет о повышении температуры двигателя за счет изменения тока в обмотке возбуждения, величина тепловых потерь в обмотке возбуждения iPT( определяется выражением

г

йртер,в 1эке.ь Ra где 1 эк6 эквивалентный ток цепи возбуждения за цикл работы;

Rg - сопротивление цепи возбуждения синхронного двигателя .

Эквивалентный ток возбудителя 9Kft ь за цикл работы двигателя равен среднеквадратичному току возбуждения;

Эхв,6 Ie op,

1П7

р, ке т Ч ) 6

dt.

г

02.

Следовательно, ДРтср6 1Экьб -2л„г

т- ... Л -т

i6 cy.ke q 6 -а ер KB

5

0

5

Таким образом, среднее превышение температуры двигателя 1)Ср 6 , связанное с изменением тока возбуждения, прямо пропорционально квадрату среднеквадратичного тока возбуждения Ij™

Характеристика 21 оптоэлектрон- ной пары 19 показывает, что выходное сопротивление R (фиг. 2) фоторезистора 20 на рабочем участке практически обратло пропорционально входному току lay светового излучателя 18 (зависимость P. ,f(I.y) близка к ги0

вых

6Х

перболическои). Поскольку фоторезистор 20 включен в цепь обратной связи суммирующего элемента 7, коэффициент усиления суммирующего элемента 7 изменяется обратно пропорционально входному току I вх светового излучателя 18, т.е. обратно пропорционально среднему превышению температуры двигателя ГСр,g , связанному с изменением тока возбуждения, В результате этого при повышении температуры двигателя 1, связанном с изменением тока возбуждения, уровень управляющего сигнала IT

ЧПР

снижается; при снижении температуры UN™ , напротив.повышается. Таким образом, в устройст

ве (фиг.1), реализующем данный способ, осуществляется автоматическая коррекция сигнала управления, пода- ваемого на вход регулятора тока возбуждения в зависимости от теплового состояния двигателя,

Б рассмотренном устройстве (фиг.1) с помощью датчика 15 тока возбуждения осуществляется измерение тока возбуждения синхронного двигателя 1, С помощью квадратичного преобразователя 14 и фильтра 17 низкой частоты выделяется сигналt пропорциональный квадрату среднеквадратичного тока возбуждения, т.е. сигнал, пропорциональный среднему превышению температуры двигателя, связанному с изменением тока возбуждения. С помощью OTI тоэлектронной пары 19 выходной фоторезистор 20, который включен в цепь обратной связи суммирующего элемента 7, осуществляется автоматическая коррекция сигнала управления, подавае мого на вход регулятора 5 тока возбуждения в зависимости от названного среднего превышения температуры, т.е. в зависимости от теплового состояния двигателя 1 .

Снижение длительно действующей температуры нагрева изоляции приво

Q 5 0

дит к увеличению срока службы изоляции и повышению надежности работы синхронного двигателя.

Таким образом, дополнительное измерение тока возбуждения синхронного двигателя, вычисление квадрата среднеквадратичного тока воЗбуждения и изменение обратно пропорциональна полученному результату величины контролируемой мощности, пропорционально которой осуществляют регулирование тока возбуждения, позволяет наряду с демпфированием колебаний ротора обеспечить непрерывный автоматический контроль теплового состояния синхронного двигателя и за счет этого повысить надежность его работы.

Формула изобретения

Способ демпфирования колебаний синхронного двигателя преобргзователь- ного агрегата по авт. св. № 1487145, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы, синхронного двигателя, дополнительно измеряют ток возбуждения синхронного двигателя, изменяют величину контролируемой мощности обратно пропорционально квадрату среднеквадратичного тока возбуждения.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в ( электроприводах производственных механизмов, работающих с ударной нагрузкой, выполненных по системе генератор - двигатель с вращением генератора от синхронного двигателя с регулируемым возбуждением. Цель - повышение надежности работы синхронного двигателя. Устройство содержит блок измерения электромагнитной мощности, выполненный на базе множительного блока 8, блок измерения статической нагрузки на баче множительного блока 11, выходы их подключены к суммирующему элементу 7, выход которого подключен к регулятору 5 тока возбуждения синхронного двиглтеля 1. Дополнительно контролируют ток возбуждения датчиком 15 и по его сигналу обратно пропорционально квадрату среднеквадратичного тока возбуждения изменяют величину контролируемой мощности, в функции которой осуществляют регулирование тока возбуждения. 2 ил. Ј рягА, О5 О1 оо