Устройство для возбуждения синхронного двигателя Советский патент 1992 года по МПК H02P9/14 

(Л

С

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в промышленных электроустановках с синхронными двигателями.

Целью изобретения является улучшение энергетических показателей путем уменьшения потерь энергии.

На фиг. 1 приведена функциональная схема устройства для возбуждения синхронного двигателя; на фиг. 2 - характеристика нелинейности типа зона нечувствительности ; на фиг. 3 - характеристика нелинейности типа на фиг. 4 - характеристика нелинейности типа ограничение.

Устройство для возбуждения синхронного двигателя содержит задатчик 1 напряжения, первый элемент 2 сравнения, нелинейный элемент 3 с характеристикой типа зона нечувствительности, блок 4 перемножения, интегратор 5 с характеристикой типа упор, регулятор 6 реактивного тока, задатчик 7 максимального тока ста- торной цепи синхронного электродвигателя, дифференцирующий блок 8, нелинейный элемент 9 с характеристикой типа ограничение, второй элемент 10 сравнения, преобразователь 11 напряжения, преобразователь 12 полного тока, регулятор 13 тока возбуждения, преобразователь 14 активного тока, преобразователь 15 реактивного тока, задатчик 16 тока возбуждения, тиристорный возбудитель 17, датчик 18 тока возбуждения, датчик 19 напряжения статорной цепи синхронного электродвигателя, датчик 20 тока статорной цепи синхронного электродвигателя 21. При этом задатчик 1 напряжения подключен к суммирующему входу первого элемента 2 сравнения, вычитающий вход которого через преобразователь 11 напряжения подключен к датчику 19 напряжения статорной цепи синхронного электродвигателя 21, а выход через нелинейный элемент 3 с характеристикой типа зона нечувствительности соединен с первым входом блока 4 перемножения, второй вход которого через интегратор 5 с характеристикой типа упор подключен к выходу второго элемента 10 сравнения, а выход - к второму суммирующему входу регулятора 6 реактивного тока, первый суммирующий вход которого через дифференцирующий блок 8 подключен к выходу преобразователя 14 активного тока, вычитающий вход соединен с выходом преобразователя 15 реактивного тока, а выход через нелинейный элемент 9 с характеристикой типа ограничение подключен к второму суммирующему входу регулятора 13 тока возбуждения, первый суммирующий

вход которого подключен к задатчику 16 тока возбуждения, вычитающий - к датчику 18 тока возбуждения, включенного на выходе тиристорного возбудителя 17, вход которого

подключен к выходу регулятора 13 тока возбуждения, а выход подключен к обмотке возбуждения синхронного электродвигателя 21, выход датчика 19 напряжения статорной цепи синхронного электродвигателя 21

0 подключен к управляющим входам преобразователей активного 14 и реактивного 15 токов, информационные входы которых объьединены с входом преобразователя 12 полного тока и подключены к выходу датчи5 ка 20 тока статорной цепи синхронного электродвигателя 21, выход преобразователя 12 полного тока подключен к вычитающему входу второго элемента 10 сравнения, суммирующий вход которого подключен к

0 выходу задатчика 7 максимального тока статорной цепи синхронного электродвигателя 21.

Устройство для возбуждения синхронного двигателя работает следующим обра5 зом.

Управление режимом работы синхронного электродвигателя 21 осуществляется путем изменения тока в обмотке возбуждения, которая подключена к выходу тири0 сторного возбудителя 17. Измерение тока возбуждения производится датчиком 18 тока возбуждения, включенного на выходе ти.- ристорного возбудителя 17. Регулирование тока возбуждения осуществляется с по5 мощью регулятора 13 тока возбуждения, первый суммирующий вход которого подключен к выходу задатчика 16 тока возбуждения, а вычитающий вход соединен с выходом датчика 18 тока возбуждения. На

0 второй суммирующий вход регулятора 13 тока возбуждения подается выходной сигнал нелинейного элемента 9 с характеристикой типа ограничение, задающий значение тока возбуждения синхронного

5 электродвигателя 21, необходимое для обеспечения заданного режима работы (режима регулирования реактивного тока или стабилизации напряжения).

Измерение параметров режима работы

0 синхронного электродвигателя 21 производится с помощью преобразователей полного 12, активного 14 и реактивного 15 токов, на информационные входы которых подается сигнал с выхода датчика тока статорной

5 цепи синхронного электродвигателя, и преобразователя 11 напряжения, вход которого объединен с управляющими входами преобразователей активного 14 и реактивного 15 токов и подключен к выходу датчика 19 напряжения статорной цепи синхронного

электродвигателя 21. На выходах преобразователей активного 14, реактивного 15 и полного 16 токов формируются сигналы соответственно U14 Kl4la; L)15 Kislp,1 U16 К1б1,где Ki4 - Kie - коэффициенты пропор- циональности; la, Ip, I - активный, реактивный и полный токи статора синхронного электродвигателя.

Сигнал Ui4 через дифференцирующий блок 8 поступает на первый суммирующий вход регулятора 6 реактивного тока, на вычитающий вход которого поступает выходное напряжение Uis измерительного преобразователя 15 реактивного тока. На второй суммирующий вход регулятора 6 реактивного тока поступает выходное напряжение блока 4 перемножения, определяющее установку реактивного тока в зависимости от изменений напряжения.

Преобразователь 11 напряжения фор- мирует сигнал постоянного тока Un, пропорциональный напряжению, подводимому к синхронному двигателю 21. Этот сигнал поступает на вычитающий вход первого элемента 2 сравнения, на суммирующий вход которого подается с выхода задатчика 1 напряжения сигнал, пропорциональный заданному значению напряжения на зажимах синхронного двигателя 21.

Напряжение 1)2 с выхода первого элемента 2 сравнения, пропорциональное ошибке регулирования напряжения, поступает на вход нелинейного элемента 3 с характеристикой типа зона нечувствительности /О при IU2 I AUM

U3 F3(U2) K3(U2 + A UM) при 1)2 - AUM;

( Кз(У2 - AUM) при U2 A UM; где A(JM - порог чувствительности первого нелинейного элемента.

Сигнал из с выхода нелинейного элемента Зс характеристикой типа зона нечувствительности поступает на первый вход блока 4 перемножения, на второй вход которого поступает выходное напряжение ин- тегратора 5, пропорциональное интегралу от разности заданного максимального тока статора 10, и полного тока статора I. Указанная разность формируется на выходе второго элемента 10 сравнения, на суммирующий вход которого подается сигнал с выхода задатчика 7 максимального тока статорной цепи синхронного электродвигателя 21, а на вычитающий вход поступает напряжение с выхода преобразователя 12 полного тока.

Интегратор 5 имеет нелинейную характеристику типа упор и действует следующим образом. Сигнал DIG, поступающий на вход интегратора 5, интегрируется до тех

пор, пока выходное напряжение интегратора 5 не достигнет значения Us 0 или Us USM. Если сигнал достигает одного из указанных значений, интегрирование прекращается и на выходе интегратора 5 действует сигнал Us 0 или Us USM. Как только входной сигнал интегратора 5 Uio изменит знак, вновь начинается процесс его интегрирования.

Таким образом, устройство для возбуждения синхронного двигателя 21 представляет собой трехконтурную автоматическую систему регулирования, реализованную по принципу подчиненного регулирования координат,

Первый подчиненный контур регулирования тока возбуждения синхронного электродвигателя 21 включает регулятор 13 тока возбуждения, тиристорный возбудитель 17 и датчик 18 тока. Нелинейный элемент 9, включенный на входе регулятора 13, обеспечивает ограничение тока возбуждения синхронного двигателя 21.

Второй подчиненный контур регулирования реактивного тока синхронного двигателя 21 включает преобразователь 15 реактивного тока и регулятор 6 реактивного тока. В контуре также использована положительная обратная связь по производной от активного тока статора, реализованная с помощью измерительного преобразователя активного тока 14 и дифференцирующего блока 8. Контур обеспечивает поддержание реактивного тока статорной цепи на уровне, задаваемом выходным сигналом блока 4 перемножения. Гибкая обратная связь по активному току предназначена для улучшения динамических характеристик системы,

Третий главный контур регулирования напряжения включает преобразователь 11 напряжения, первый элемент 2 сравнения, нелинейный элемент 3 с характеристикой типа зона нечувствительности и блок 4 перемножения.

Измерительный преобразователь 12 полного тока, второй элемент 10 сравнения, задатчик 7 максимального тока статорной цепи и интегратор 5 с характеристикой типа упор составляют схему ограничения тока статорной цепи.

Внутренний подчиненный контур регулирования тока возбуждения синхронного двигателя обеспечивает поддержание тока возбуждения на уровне, задаваемом задат- чиком 16 тока возбуждения и выходным сигналом нелинейного элемента 9. Если выходной сигнал нелинейного элемента 9 равен 0, то ток возбуждения стабилизируется на уровне, равном номинальному значению IB.H. При изменении выходного напряжения нелинейного элемента 9 происходит увеличение или уменьшение тока возбуждения синхронного двигателя, приводящее к изменению режима его работы.

Второй подчиненный контур регулирования реактивного тока формирует сигнал задания для контура регулирования тока возбуждения в зависимости от реактивного тока статорной цепи и выходного сигнала блока 4 перемножения, Если выходной сигнал блока 4 перемножения равен 0, то второй подчиненный контур регулирования реактивного тока обеспечивает поддержание реактивного тока на нулевом уровне. Такой режим обеспечивает минимальную чувствительность изменений напряжения на синхронном двигателе к изменениям нагрузки и минимальные потери энергии в питающей электрической сети.

Главный контур регулирования напряжения обеспечивает стабилизацию напряжения в узле нагрузки путем изменения реактивного тока в питающей электрической сети. Этот контур имеет нелинейную характеристику типа зона нечувствительности и регулируемое ограничение в зависимости от полного тока статора.

Если ток статора синхронного электродвигателя 21 не превышает допустимого значения lo, то на выходе второго элемента 10 сравнения действует положительное напряжение, поступающее на вход интегратора 5. При этом выходное напряжение интегратора 5 достигает напряжения ограничения, равного DSM. Следовательно, на второй вход блока 4 перемножения поступает сигнал Us USM const. Следовательно, блок перемножения 4 эквивалентен пропорциональному звену.

Напряжение на синхронном двигателе 21 сравнивается с напряжением задания Ui с помощью первого элемента 2 сравнения. Выходной сигнал этого элемента поступает на нелинейный элемент 3, который имеет статическую характеристику типа зона нечувствительности. Величина зоны нечувствительности ±AUM выбирается равной ±5% от номинального напряжения сети, т.е. равной диапазону допустимых изменений напряжения.

Если изменения напряжения не превышают ± A UM, то выходной сигнал нелинейного элемента 3 равен 0 и, следовательно, устройство работает в режиме компенсации реактивного тока. Если изменения напряжения превысят I ± Л UM I, то сигнал из соответствующей полярности будет действовать на первом входе блока 4 перемножения, на втором входе которого действует сигнал Us Обм. В результате на входе регулятора реактивного тока будет действовать сигнал, пропорциональный ошибке регулирования напряжения, Таким образом в системе будет осуществляться регулирование реактивного тока с установкой, определяемой выходным сигналом контура регулирования напряжения. Изменения реактивного тока при этом будут обеспечивать стабилизацию напряжения в узле нагрузки. Если увеличение реактивного тока приведет к увеличению полного тока синхронного двигателя 21 выше допустимого lo, то

выходной сигнал второго элемента 10 сравнения изменит знак, в результате чего напряжение на выходе интегратора 5 будет уменьшаться. Это приведет к уменьшению выходного напряжения блока 4 перемножения и, следовательно, уменьшению его выходного сигнала. В результате реактивный ток синхронного электродвигателя будет уменьшаться до допустимого значения lo. Блок 4 перемножения при этом выполняет

роль усилителя с переменным коэффициентом передачи в пропорциональном регуляторе напряжения. При уменьшении сигнала на втором входе блока 4 перемножения коэффициент передачи этого пропорционального регулятора напряжения уменьшается. Процесс регулирования напряжения при этом продолжается, но ошибка регулирования возрастает. Величина этой ошибки зависит от степени перегрузки двигателя и

всегда поддерживается минимальной для обеспечения допустимого значения тока статора синхронного двигателя.

Таким образом, предлагаемое устройство для управления возбуждением синхронного двигателя обеспечивает минимальные потери энергии в двигателе и питающей сети при допустимых по ГОСТ 13109-87 изменениях напряжения и ограничение тока статорной цепи синхронного электродвигателя.

Формула изобретения Устройство для возбуждения синхронного двигателя, содержащее тиристорный возбудитель для подключения к обмотке

возбуждения синхронного двигателя, датчик тока возбуждения, включенный на выходе тиристорного возбудителя, вход которого соединен с выходом регулятора тока возбуждения, вычитающий вход которого подключей к выходу датчика тока возбуждения, а первый суммирующий вход - к выходу задатчика тока возбуждения, датчик напряжения статорной цепи синхронного двигателя, выход которого через преобразователь напряжения связан с первым входом первого элемента сравнения, вторым входом подключенного к выходу задатчика напряжения, а выходом - к входу нелинейного элемента с характеристикой типа зона не- чувствительности, датчик тока статорной цепи синхронного двигателя, выход которого соединен с информационными входами преобразователей реактивного и полного токов, управляющие входы преобразовате- лей активного и реактивного токов подклю- чены к выходу датчика напряжения статорной цепи синхронного электродвигателя, выход преобразователя активного тока через дифференцирующий блок подключен к первому суммирующему входу регулятора реактивного тока, снабженного вторым суммирующим входом, выход преобразователя реактивного тока соединен с вычитающим входом регулятора реактивно- го тока, выход преобразователя полного тока - с первым входом второго элемента сравнения, второй вход которого подключен к выходу задатчика максимального тока статорной цепи синхронного электродвигателя, выход регулятора реактивного тока через нелинейный элементе характеристикой типа ограничение связан с вторым суммирующим входом регулятора тока возбуждения, отличающееся тем, что, с целью улучшения энергетических показателей путем уменьшения потерь энергии, введены двухвходовый блок перемножения и интегратор с характеристикой типа упор, вход которого соединен с выходом второго элемента сравнения, а выход - с первым входом блока умножения, вторым входом соединенного с выходом нелинейного элемента с характеристикой типа, зона нечув- ствительности, а выход - с вторым суммирующим входом регулятора реактивного тока.

Использование: в промышленных электроустановках. Сущность изобретения: три контура регулирования построены по принципу подчиненного регулирования: 13-17- 18; 15-6; 11-2-3-4. При увеличении полного тока статора синхронного двигателя 21 выше допустимого значения уменьшается коэффициент передачи пропорционального регулятора напряжения. Реактивный ток статора уменьшается, потери снижаются. 4 ил.

Цм

ОSu,0dt

Фиг.З

fg (US)

U9n

&и„ и2

Фиг. 2