Устройство для автоматического регулирования режимов реактивной мощности узла с резкопеременной нагрузкой синхронного двигателя Советский патент 1992 года по МПК H02J3/12 

Изобретенче относятся к обпэстм элек- трогехчики и может быть использовано и услах нагрузки, к которым кроме актавно- иьдуктивнэй нагрузки подключен синхронны1 - двигатель с резкопере ениой кагрузкой на валу, причем регулирование гока возбуждения синхронного двигателя мохччет быть как ручным, так и азтоматаче- ским, а закон регулирования любой, предус- но,-репный возможностями возбудителя,

Известно устройство для поддержания режима реактивной мощности узла нагрузки с помощью использования результата

математических операций с сигналами, пропорциональными ЭДС трансформаторе связи, предназначенных для получения им- форадации о парамефах работы узла нагрузки и синхронного двигателя, подключенного к узлу HprpySKw, из основании котороП формируется чакон управления регулятором тока аозбухдеьмя.

Недостатками ото го устройства ядляюч- ся:

1. Ограниченные функциональные возможности , заключающиеся в тоад, что регулировочные возможности устЧв#

ЯЗй-С

&

роима предусматривай ог1ти- пьн ;а рз- бчту СД только в рехммр м ит-имальных па- f оуэок.

2 Отсутствует средство гочн чи опре.чл леммл периода времени ДРЙООНЯ минимальной нагрузки на вал СД

3. Отсутствует средство принудительно го изменения функций регулирующего ноз действия на ре улятор тока возбуждения

сд.

Известно устройство автоматического регулирования режимов реактивной мощ ности узла нагрузки, котоиое в зависимости от режимов напряжен1,- п реактивных мощностей узла нагрузи i и СД обеспечивает автоматическое регу /фоизн - е токз возбуждения СД по эадэннь-м функции,i psry- лиоующего воздействия

Недостатками устройства являются

. Отсутствует средство точного определения периода времени, в течение которого возможна устойчивая работа СД с пониже) ным током возбуждения

2. Устройство не предусматриваетрчбо ту в узле нагрузки с экскаваторном хасэкте- ристикой.

Наиболее близким по технической суш, ности и достигаемому результату . -; устройство,для автоматическою регулирования режимов реактивной мощности с резкопеременной нагрузкой синхронного двигателя, вал которого ЖРСГКО связан as- now генератора постоянного тока механизма подъема, содеожащее датчики токя, и напряжения, выходи которых через порого вые элементы с заданными параметрам сока и напряжения соединены соогветгг- т- нно с входами двухвхсдового погмческого .-«мента И, выход которого соединен с управляющим входом регулятора тока возбуждения синхронного двигателе, задат Ч к уставок токз возбуждения синхронногодои- гзтеля.

Недостатками известного устройства являются:

1 Отсутствие средства индикации технологической оперзцЕЧи, осуществляемой экскаватором

2.Отсутствует средство управлением током возбуждения прм изменении гагруз- ки на валу синхронного двигателя.

3,Отсутствует возможность рацион-ль- ного использования оноргии, запасенной нагрузкой,

Цель изобретения - уменьшение энергопотребления и поддержание рационального режима реактивной мощности нагрузки.

Поставленная цель достигается тем, что устройство дополнительно снабжено G п

ком индикации технологической операции выполненным с возможностью определении времени существования периодов минимальной нагрузки из валу синхронного

двигателя, блоком принудительной комму то ими, выполненным с возможностью изменения уставок peiулирочания тока возбуждения в зависимости or времени су- 1ДГ С.Т| 10Г ния максимачьной и минимальной

0 нагрузок синхронного двигателя, блоком формирования управляющих сигнг юв, вы- -иным в виде последовательно соеди- неннмх диода, стабилитрона и логического элемента И, к аноду диопя подключен блок

5 инд /; зци:/1 технологической операции, к иход логического г.лэмеит А подк рсчен выход дяухвходорого логического элемента И ПЫУОД логического элемента И соединен с ахоцом б/ifi a принудительной ком ута0 цш , «ыходы 1,г энечия уставок которого через задаток уг.гавок ток возбуждения соединены соответст. с входами регулятор тока возбуждения.

Flpea.naraewoe устройство регулирова5 режииои реахтивной мощности узла с рез/опеременной нагрузкой синхронного лвигате я & отлитии от аналогоп ч прото и- па шопяет;

1Рга изоззть операцию точного опре- 0 делен р начала и окончания операции технологического процесса с минимальным момгчтом на долу синхронного двигатепч.

2Реализовать операцию автоматического переключении тока возбуждения сич5 хронного доигятеля на меньшее значение в периоду его разгрузки, обусловленные гех- нолог ччесгим процессом а после их окон- зп чг аьтопатцческое вогстановление тока возб/-лдения до уровня. соопзетствующего

0 з очонкю токз возбуждения при наличии максимальной нагрузки :-а валу снчхронно- io двига геля.

3Наличие вышеуказанных реализаций позволяет выполнять посгавлепн/ю цепь 5 уменьшение знергопотреблонир и поддержание рационального реж/мя реактивной мощности узла при осу 1десгРпении операций технопоп.ческого процесса, при которых энергопотребление может быть

0 минимизировано за счет использования энергии, запасенной в подвижных частях и в мзгнигныч полях синхронного двигателя, путем автоматического уменьшения его тока возбуждения в периоды минимальной на5 грузки с автоматическим восстановлением в периоды максимальной нагрузки HJ валу синхронного дьига еля

Действительно, при работе экскавато- га, с указанной системой приво/ts в лсм1 (.т.сом про .ессе существует операция

on/ ) ORV В про afr эго ОПера- ЦИИ R03MCv n рРУИР -.РПьНО 1 ГПОЛ ЗОЧЯТЬ

корт дл t , MP ibtjipj-i/ifl энепп и пот реб- лчег ои rpri/i 4H- poKr}L M лркгзтелрм умрнкшлть потео/ т, гп.ии C «CICNЈ роснабч-.еги за сь т ГР: я тска статора сич роьного дзи|атеяя что цостмга сч пучм „шее1 гго воэбу чЛ°ЧИЯ

В прототипе и знало такая возможность orcyfCidyeT т,т как пои POI-ИХРН юм то/е кспб жденмя существует чость по 8р - уСТСИ1- ШОСТИ СИ )OHHbifv ДРИГ трлеМ

яри максимальной i ai рузке IJP его валу т е прч осуществлении ,И1/ грхнологмче- ского процесса - копзкие ппч подъем гру- хечого козша cvu eci оующие систеглч рз улирояэния то ко ноз5у/ ден я синхронною дзи1атег настраиваются ча такую чрличиму тока возбуж/ , пр ко- .орои во-первых гаран-цо ется /стойчй- вость синхронного двигателя при макс мчпькой нагрузке ч во-оторых при этом поддеркиваегся зэдгняый режим на- пряхения и реэктиеной мощности узла ча- грузки Таким образом пот рхание ежимоз напряхения и реа,--тивногч мощности узла осуществляется лишь для режимов максимальной мафузки а при м/ ммаль- | ой нагрузке их сгроюе лодлеожание не- РОЗМОХНО из за имеющихся уставе тока возб доения в о гугягор тога созбужде- аия синхронного ЦВИГЛТРЛ Пьгледнсе при- вояит ч неоправданным потерям снергии v% в самом синхронном двигателе так в с гтеме его возбуждения и системе злект- ооснабхениг Поскольку например, при экскавации, периоды /ичмпаль ных нагрузок огут превышать 30% времени реализации тРХНОлогического процесса, то экономическая эффектижюс о от применения устройстве), исключающего указанные недостатки может быть значительной

В предлагаемом устройстве блоком ин- технологической операции а именно полярностью постоянного напряжения на выходетахогвператора устанавливается время существования псоиодов ми- цимэльной нагрузки на залу синхронного двигателя блоком формирования управляющих си.-налоб формируется сигнал управления блоком принудительной коммутации, который меняет уставку тока возбуждения с расчетного максимального значения ча расчетное минимальное значение, а по окончании периода минимальной нагрузки все указанное происходит в обратном порядке. Уменьшение тока возбуждения синхронного двигателя при минимальной нагрузке на его валу

а) не умет ШЗРТ устойчивое ти инхрон чого дчигяг пя

5) сохроняе 1 р°«чмы напоя 1 РНИЯ и ре

ЗК.-ЧЧРКО МРЩЧОС Ч ЗЛГ на ЗГДЗННОМ Г 0 3

на

ч) ен1 каст потери энергии в синхрон чг°м даигэтелр, сисгоме возбуждения и сети г) уг/рньшаат энергопотребление ит гэ- ти на осущсстялеипе операции опускания

0 хсзша, за счет не 1ОЛ1 зования энергии запасен «си Р Т SiliP

Дс стч т°льно поскольку уменьшился момент ij рапу синхронного дзигателя то уменьшить ток возбуждения ронно э доигатечя не чярушид при этом устойчивость. Уменьшение нагрузки связз- чо с умеиьшенго4-1 активной составляющей токи статора синхронного двигателя и увеличением реактивной составляющей что

0 прирост ,( перексмпечсации узла нзгруки, поэтому умемь:)|рние тока возбуждения в этот период приведет к уменьшению тока статора ч целом и реактивной его составля ющей в частности Это исключит переком5 пеиорцию л сохранит качество напряжения утла У еньше1-ие тока возбуждения в пределах работы синхронного двигателя в правой части U-образной характеристики 1ривсдэ1 с«ижечию потери в системе во v

0 буждения, снижению тока статорз что приведет к снижению потерь в обмотке статора и питающей пинии Уменьшение тока воз- бух рени приведет к возможности проявления демпфирующих свойств пусковой

5 обмотки а это и свою очередь, к рациональному использованию энергии запасенной ковшом зкс звгпора

На фу 1 представлена блок-схема устройства на фиг 2 - осциллогрзлчмы динами0 ки изменения параметров при работе

механизма подъема экскаватора ЭШ10/7

Устройство для автоматического регулиросания режимов реактивной мощности

узля с резкоперсменной нагрузкой (фиг.1)

5 с охренного двигателя 1, вал которого 1 жестко связан с валом генератора 3 постоянного токя механизма 4 подъема содержит датчик 5 напряжения, подключенный к выходу б силового трансформатора 7 и датчик

0 В тока, чзрез силовые зажимы 9 и 10 которого в/од 11 статорной обмотки синхроннг о двигателя 1 подсоединен к выходу б силового трэчсформатора 7, выходы 12 ч 13 датчиков 5 напряжения и тока 8 через по5 роговые элементы 14 и 15, с заданными параметрами напряжения и тока спедине- ны с входам 16 и 17 двухехо.пового логического элемента И 18, выход 19 которого соединен с управляющим входом 20 регулятора 21 ток возбуждения с входом 22 питаимя, выходами 23 и 24, к когорым пс;д- чел;оКЫ ЗЗЖММЫ 25 И 26 О6МОТКИ 27 В03бу. -л

синхронного двигателя 1, также к IM::,/-лдм 28, 29 регулятора 21 тока возбужден и ;. подключены неподвижные захимы 30 и 3 1 лн- датчика .32 устзвок регулировенич го-.;-; возбуждения, блок 33 принудительной коммутации с узлом 3 изменения уставок регулирования тока возбуждения, бло;-: 35 формирования упрзвляющмх сигналов ;.,У пояненного н виде последовательно сседи- ненных диода 36, стабилитрона 37 л яходо Б логического элемент И 39, ;(аноду днокз -.16 подключен выход 40 6;ю;сз индикации т ...;.- нологической операции /i l, вход 42 которого соединен с выходом 43 мехзниз; :; ч подъема, з к второму входу 4-1 логкчес -ого элемента И 39 подключен выход 19 двухходового логического элемента И 18, выход 45 логического элемента И 39 соединен г. пхо- дом 46 блока принудительной коммут.фп-; 33, выходы 47 и 48 изменения уставок . ото- рого через зэдатчик 32 уставок тока возоуж- декия и узел 34 измене;- и я у ста «о к соединен соответственно с выходами 0 и 29 регулятора тока возбуждений, при шм

. подвижный контакт 49 узла изменения угга- SQ.K 34 соединен с его .з жимом 31,

Под механизмом подъема А помим. ---тся двигатели 50 постоянного тока, вклгочзннко последовательно в якорную цепь гене-;зго рэ 3 постоянного тока 3 и механическая часть 51 (редуктор, барабан, канат, ко-..и;/;,

t жестко1 связанная с двигателям 50 пп Д о-- янного тока.

Под блоками 33 принудительной коммутации с 34 изменения устзвок регул;-)- роаания тока возбуждения ,.-, например, поляризованное реле с нез. симь питанием и с транзистором в цепи катушки реле, з управление транзистором осуществляется сигналом, формируемся г,- выходе 45 логического элемента 39,

Под блоком индикации техкологиче- ежой операции 41 понимается, например, тахогенератор 52, полярность напряже-илн на выходе 40 которого харекторйзует как операцию (подъем однз полярность, опускание - другая), так и Бремя существования опзрации.

Осциллограмма фиг.2а иллюстрирует динамику изменения: тока статора Ц на; ;пз жения двигателя подъема Un, токз я1 :; ; двигателя подьемз п, тока возбуждения синхронного двигателя 1В, напряжения на статоре синхронного двигателя Ц,, актиг ой энергии, потребляемой синхронным двигателем wha, реактивной энергии, генерируемой синхрон ым двигателем vvhp - -тр fB const.

а фиг.26 преде ; JBMei-in -изменения тех же велич HI. но при . Следует отметить, что заг-ис.;., пропсхо ла при одяизкооы х условиях, i.e. .;л; г. мз/юя и опускался один i/: : мы одно и то Кб г;зсстоя ;ме.

сгройстпо. pstiryroo следук1 1;иг обранредпп г гаетси, что предлагаемое устP-;U:. i::D 6уДЭ1 Г,у;,:,ЙСТг:. per у/1 К рОВоНИв ТОК иОЗЬуЖДЙНИЙ iiiji yCJ:OBHVi СОХрННвН1ЛЯ

зй,- ::-ых уроаной i;а; 1ряже1-н- Я f/t овактив- lion : чинноеTi i уз-е ; йгруэч«. Информация

ОГ; форг-итруетСЯ Ни ОЫХОДйХ ДЭТЧМКОЦ

i-ii-чм -«виня 5 и тоня 6 to соответственно :v;vuv--.ni7poi- 08 14 и Ц:, i--a lajTcpLfx уровни

узла Xi и про;порЦ1-|Г«на. Ь1-;Ь х току стаюрз :.. Пг:шго дзигптел; Хг, &рй Л1 иваздгс.л с

зал - ыми. Ьсл- i пп жония и ро- BK- i ii 1 ой fvii.-;.:iHocTi i узлэ jiuia OT з.пдан- Hbie.. о на i-хсдак )6 .; ТУ элемента И 18 &V Av сигнйлы 1, что формирует на его выходе 19 с: 1гнал ys:--1. При отклонении одпени .чз (тарйметров в CTOpoiry уменьшения ей и, нз 19 vr;iO. ойразом, I ivpij.i npertPCpk; гельнзя оивряция з кпюча- отсм ;: устйнов«еи;- и й даинь;;-: урозио й сто- Oii. основ :4 и 15.

оюдуат из осциллограммы фиг.26

пг,:п ;. ул:лрованг/;1-; ТОКР возбу ; денмя из-зз

i13i - iViiO -U in УГ)а 0 СИНХРОИКОГО ДВЙГДТЭЛЯ В

;.:Пр;- хекии др.иг5тэл;; 19 подъем; меют

МОСТЧ; )ЛйОЗИИй; НОВТООЯгиЩИС 3 Г;/ 1 J-iSMOHSни ( i ciGi г-д-ж). Поэтому гзторой обязательной предззрительной оперяцией : ляг:-;-,;я onp-cziy/iCHvic; максимальной , vvyr:v,; 8СЗМОЖНЫХ ОЛеОЭНИЙ. КОТОрЗЯ бу- Д Ч1; Г; В Л Я bCf riGpGiOSbSM НаПрРЖЙНИеМ

гронз 37 блока 35 Формировэпи.ч упр г f 5;,;; , О Ц У j X С i- i Г Н 3 Л О ГЗ.

Г лЛИЗйЦнЯ ПуНКГЙ , jCV .UGC ;Ч5лЯй С8

удно; рем8Н ;0 с выбором уставск 33 -А 37 0 | Ы:а,о етрического задающего устроис т г..:; величина которых определяется конкреткым-м услог ийг-ли раоогы ;-, конкрет -;Ы Л:/, ЗЙДаПНЫМ У урСЗНЯМИ рвЖИМСЙ , р.ч ж-I rs-i и л и реактивной мощиос Гг--; у а л а наг ;jy:-K-/s,

груженого .

В этой случае нагрузка ЯБЯЯЙУСЛ мз.чси- ма;;ы ой соедин лтмь х с ней мехйиг-ме- ипсти 5 м через ьл) даигателл 50, который иелпетс нагрузкой для генератора

3, который через вял 2 с: езда от «зксималь- Hyio нагрузку синхронному двигателю 1.. MS сход П которого с выхода б питающего i-рйисф-ормзтора -;еоез детч к 8 гокй подз- 8тпсл ок . необходимей для pea/ii h - чераи,:/ подьвгла. При -.о- & -гхода

) p-ruiii/ ичррп еьмР на gxofi е с1бипит- juiia i/ noi .ry I3CT CHI нал Xi, пропорцио- мэльний | пряже. п1п узла ча рузки Если Htii pc -4t i.v:r: уз id грор-м пег уровень, за- даьнчй ст билитро,у 14, го на выходе после/и его -1ГНЗГ, Xi 0 Одновременно с выхода 13 /TcWU s 3 тока на ихсд етйбмлит- pOHd 6 с/гпзл Хз величина которого про,-.орц 01-йльчя тпку ciaropa и при м&,с1 мялънсй нагруэке чыше уровня ного с бич трону 15, те м сималь- нлй из1 рузкз . С выходов сгаб ллчтронса И и 15 гигналы Xi, X поступаю на 16 и 17 злемс -па И 18, на зькеде ко орого 19 формируется сигнзп Y$ , пропорциональный стандартной функции регулирующего воздействия, зна вниз ко- орпл в зависимости о г рржииа напряжения у з л з, м о / е 1 о ь, т ь 0 и л ч 1. Сформированный стандартный сигнал YI поступаетнз вход 20 уп аЕтвнмг рп улятора 1 токэ возбуждения синхрп л ого двигателя 1 и вход АЛ элрмшта И 39 блока 35 формирования управляющих сигналов, В ЗЗЕЛ1СИМПСШ от челшины Yi, роегулятором 21 тока возбуждения, осушсстгзляются процессы р гул /фояс) ия тока возбуждения синхронного дригэтсмр 1, обусловленные nonoxei-f Chi no/ui /XHO1 о контакта 9 уэла 34 крсппсн устаеок регул ровамия. При Yi-0 никаких переключении в блоке 33 принудительной «:ом/iy зции не будет, так , сигнал нд выходе 45 логического эле- -ленга И 39 Z-0 и подвижный контакт49 узла 34 змрнечия усгааог регулирования будет замыкать неподрижный контакт 47, соед л- мвчиый с первым по/ виж чым контактом за- датчика устозок 32, когирыи обеспечивает максимальное знзиы- 5е тока возбуждения синхронно о двигагепч 1 как при подъеме г-тк ii при опускании коз ja. При Yi-1 сигнал будет в том случае, когда происходит подъем ковша В этом случае полярность напряжения на выходе 40 блока индикации технологической операции 41 такова, что через диод 36 на стабили рон 37 сигнал не поступает, т е

Опускание ковша

При опускании ковша осуществляют ре- персироезние двигателя постоянного тока 50, гак как бло с инди,ч ци -1 технологической операции 52 жестко соединен своим выходом 42 с выходом 43 механизма подъема, то на его выходах Л0, полярность изменяется и cm нал Хз i через диод 36 подается на вход стабилитрона 37 При превышении уровня, заданного для срабатывания стабилитрона 37, сигнал подается на вход 38 элемента И 39 При этом на вход 44 элемента И

39 с выхода 19 двухоходового элемента И 18 поступает сигнал .

При этом на выходе 45 элемента И 39 формируется сигнал , который подается

на вход 40 блока 33 принудительной коммутации. Это приводит к тому, что подвижный контакт 49 узла изменения уставок регути- рорзния 34 размыкает нормальной закрытый кортам 47 и замыкает нормальной

открытый контакт 48, который соединен с вторым подвихнь м контактом задатчика уставок регулирования 32, что приводит к уменьшению напряжения на зажимах 25 и 26 обмотки 27 возбуждения синхронного

двигатсля 1 я уменьшению тока позбужде- нмя. Пониженный ток возбуждения будет иметь место до момента ti , указанного на фиг,26 После завершения операции опускания ковша переключатель 49 возвращается

в исходное состояние, так как изменяется сигнал Хз с I на О,

На осциллограмме фиг,2а представлена динамика изменения вышеуказанных величин при .низменном значении тока возбуждения синхронного двигателя, а на осциллограмме 26 то же самое, но при изменении тока возбуждения на меш шее значе- пиэ, Нз фиг,26 видно, что ток статора прм ковша уменьшается, те потер

в синхронном двигателе и линии передачи уменьшатся, уменьшатся потерн и в регуляторе тока возбуждения, а также потери на генерацию реактивной энергии.

Формула изобретения

Устройство для автоматического регулирования режимов реактивной мощности узла с резкопеременной нагрузкой синхронного двигателя, выключающей геператор постоянного тока механизма подъема, содержащее датчики тока и напряжения, выходы которых через порО(овые элементы с заданными параметрами тока и напряжения соединены соответственно с входами

дзухзходового логического элемента И, выход которого соединен с управляющим входом регулятора тока возбуждения синхронного двигателя, отличающееся тем, ч го, с целью уменьшения энергопотребления и поддержания рационального режима реактивной мощности узла на уз- K i, оно снабжено блоком индикации технологической операции, выполненным с возможностью определения времени суще

ствования периодов минимальной нагрузки на валу синхронного двигателя, блоком принудительной коммутации, выполненным с возможностью изменения уставок регули розаыия тока возбуждения в зависимости от времени существования максимальной и

минимальной нагрузок синхронного двигателя, блоком формирования управляющих сигналов, выполненным в виде nccrf гдовз- тельно соединенных диода, стабилитрона м логического элементе И, к аноду диода подключен блок индикации технологической операции, к входу логического элементе И

подключен выход двухаходового логического элемента и выход логического элемента И соединен с входом блока принудительной коммутации, выходы изменения уставок которого через зздатчик уставок токв возбуждение соединены соответстве -;г;о с входами регуп п орз тока возбуждения.

Использовзнке в узлах Мсзгрузки, к ко- торым кроме индуктивных приемников подключены синхронные двигатели с резкоп9рзнсг нJH нагрузкой. Сущность изобпс- гения блок лндмкации технологическом операч и поя ргостью постоянного напря- ж ч -лг, из выходе ауогенератора устанавливает ьремя существования периодов минимальной нагрузки на валу синхронного дчигателя, анализатор формирует упрявлен я блоком принудительной коммутации, меняет уставку токи возПуж- дешдр с расчетного максимального зьсчег.мг из расчетное минимальное значение, а по окоччанми периода мин1«мальнт, нагрузки все происходит в обратном порядке Уменьшение нагрузки связано с уменьшением активной составляющей токе статора синхронного двигатеп и увеличением реактивной составляющей, что приводит к перекомпеисгщии узла нагрузки. Поэтому уменьшение тока возбуждения в этот период вызывает уменьшение тскз статор в целом и реактивной его составляющей в частности. Это исключает перскомпен- сзцию и сохраняет качество напряжения узла.2 ил яг

- -5 - j - -зrrJ -.