Устройство для пуска электродвигателя от сети соизмеримой мощности Советский патент 1993 года по МПК H02P3/22 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для оптимизации режимов системы электроснабжения при пусках мощных электродви-- гателей в сетях соизмеримой мощности.

Известно техническое решение, в котором для исключения провалов напряжения на шинах подключения двигателя и регулирования электромагнитного момента при его пуске конденсаторная батарея (КБ) включается последовательно в цепь двигателя на время пуска, а по его завершении шунтируется выключателем. Недостатком такого решения является неиспользование КБ в номинальных рабочих режимах, что существенно ухудшаеттехническиё и экономические характеристики системы электроснабжения (СЭ). ,.

Известно также техническое решение для улучшения пусковых режимов двигателя, в котором используется пёреключаёмая шунтовая КБ, состоящая из двух групп - форсироврчной и не отключаемой в нормальном режиме. При пусках двигателя здесь обеспечивается требуемое качество напряжения, однако наиболее мощная фор- сировочная часть КБ не используется в нормальных режимах работы СЭ.

Известен также способ пуска электродвигателя, в котором на время пуска двигателя шунтовая КБ переключается в установку продольной компенсации, а после завершения пуска вновь переключается в шунтовую КБ, при этом для преодоления момента трогания используется энергия заряда конденсаторов. Такое техническое решение позволяет исключить напряжения при пуске двигателя и осуществить регулирование пусковой мощности. Существенным недостатком его является наличие

ы

О

N0

Јь

возмущений в сети, вызванных переключением заряженных в процессе пуска двигателя конденсаторов из батареи продольной компенсации в батарею поперечной компенсации. ,...

Цёл(о °изобр.ет1|ния является увеличение срока служ§ы конденсаторов, уменьшение коммутацйон Шх перенапряжений в сети и повышение быстродействия за .счет мягкого, с мТШймальными токами переключения заряженных в процессе разгона двигателя конденсаторов в батарею поперечной компенсации.

Поставленная цель достигается тем, что после разгона двигателя отключают конденсаторную батарею продольной компенсаций в момент достижения напряжения на

конденсаторе первой фазы амплитудного положительного значения, измеряют напряжение на конденсаторе второй (отстающей) фазы и включают кондесаторы в батарею поперечной компенсации в момент равенства напряжений на указанном конденсаторе vi сети второй фазы при.положи- тёльном знаке производной напряжения

этой фазы. ..,„,:.. . Поставленная цель достигается .также тем. что в устройство для пуска электродвигателя от сети соизмеримой мощности, содержащее по конденсаторной батарее и по три выключателя в .каждой фазе, дополнительно введены три датчика напряжения, два датчикатока, блок дифференцирования, три компаратора напряжения, два компаратора нулевого уровня, элемент сравнения, три преобразователя уровня, одновибра- тор, три элемента VI, датчик.окончания разгона, причем вход первого, датчика напряжения соединен с зажимом для подключения ко второй фазе питающей сети, входы второго и третьего датчиков нэпряже- . НйЯ соединены с зажимами кондесаторов соответственно второй и первой фаз, выход первого датчика напряжения соединен непосредственно с первым входом элемента сравнения; через последовательно соединенные блок дифференцирования и первый компаратор напряжения -с первым входом первого элемента И и через второй компаратор напряжения - со вторым входом первого, элемента И, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с управляющими цепями третьих выключателей, выход второго датчика напряжения соединен со вторым входом элемента сравнения, выход которого через одновибратор соединен, со вторым входом второго элемента И, выход третьего датчика напряжения через третий компаратор напряжения и первый преобразователь

уровня соединен с первым входом третьего элемента И, выход которого соединен с управляющими цепями вторых выключателей, выход первого датчика тока, включенного

последовательно с конденсатором первой фазы, соединен через первый компаратор нулевого уровня и второй преобразователь уровня со вторым входом третьего элемента И, третий вход которого через третий преобразователь уровня и второй компаратор нулевого уровня подключен выходу второго датчика тока, включенного последовательно е конденсатором второй фазы, четвертый вход третьего элемента И соединен с выходом датчика окончания разгона-.

На фиг.1 представлен процесс отключения трехфазной конденсаторной батареи после разгона двигателя, Напряжение на конденсаторе в каждой фазе КБ отстает от

протекающего по нему тока на угол 90 эл. град., поэтому в момент прохождения тока через нуль напряжение на конденсаторе этой фазы имеет максимальной значение, Отключение КБ продольной компенсации

происходит путем одновременного снятия

управляющих импульсов (момент времени

to по фиг.1) в результате естественной коммутации тиристоров выключателя/3 по

фиг.2, причем в разных фазах момент естественной коммутации (прохождение тока через нуль) неодинаков: для фазы А это время ti (фиг.1), для других фаз В и С - это t2. После погасания вентиля в первой фазе А отключение продолжается в двухфазном режиме, при этом ток в фазе С является зеркальным отражением тока в фазе В, отключение тока в тирйсторах фаз В и С происходит одновременно в момент времени t,. В момент погасания вентиля в первой

фазе мгновенное значение напряжения

на конденсаторах фаз В и С состоит - 0,5

ЦкФтах. В интервале времени ti г г

на линейное напряжение UBC наряду с

другими элементами будет подключена

цепочка из двух последовательно соединенных конденсаторов фаз В и С-в результате ток на этом временном интервале будет определяться.

iKB- flcos l

1кс UjjCymax cos cut,

/ Лк

а напряжение на конденсаторах

1 „ t2(Я) икв-т Г 1кв.аЧ + ик

(1)

CKJM

П(Ъ) |

Ucdt-f-UKc. J

7j-Jt1 IKCUIT-UKC . J(2)

В момент прохождения тока IKB и IKC

через нуль (t2) напряжение составит

UKBO- Tax L cosu tdt-0,5UK SPmax

2 o Uwimax - U к ФтахV3 - 1

U -к Фтах -

: 0,366 U к Ф max ,

UKCoиклтах

& J cos ft) t dt -

U к Ф max

и

клтах + U к Фтах

vT+i

U к Фтах (3)

22

- 1,366 Цк Фтах ,.

Продолжительность второго интервала составит At2 ta - ti 90 эл. градусов, а всего процесса отключения At A ti. + A t2 t2-toHe более (60-90) 150эл. град.

В результате на конденсаторах будет остаточное напряжение в трех фазах, разное по величине. В таблице приведены значения остаточных напряжений на конденсаторах отдельных фаз при различных уровнях напряжения на конденсаторе первой фазы..

В таблице также представлены величины наприяжений рассогласования в отдельных фазах ( A DI Ui - UKIO) при включеннии конденсаторной батареи поперечной компенсации. Мгновенное значение напряжения в отдельных фазах в момент включения КБ поперечной компенсации будет определяться следующим образом (фиг.З).

UA sin(6fe + 120p)-, I ..- ....

UB sin Gb; Г

Uc -sin( Gb + 60c),J(4)

На рис.4 представле ны зависимости максимального напряжения рассогласования от величины остаточного наприяжения на конденсаторах ( AUmax f(UKo)}npM различных моментах включения.КБ поперечной компенсации: 1 - 6ь 0°; 2 - 0b . 30°; 3 - &в Т5°; 4 - ©в arcsin(UKBo) (при таком включении напряжение рассогласования в фазе В равно нулю). Наиболее неблагоприятная фаза включения - Эь

2Ю°-: ;-

По данным таблицы и графиков на фиг.2 можно предложить способ включения КБ поперечной компенсации, при котором напряжение рассогласования, а значит,и возмущения в системе при включении КБ, будут наименьшими.

Включение КБ поперечной компенса ции осуществляется в момент равенства на- пряжения на конденсаторе фазы В и сетевого напряжения этой фазы при положительном знаке производной сетевого напряжения (кривая 4, фиг,4).

На фиг.5 представлено устройство, реализующее данный способ. Устройство содержит трехфазную конденсаторную батарею 1, 2,3, три датчика напряжения 4, 5,15, два датчика тока 13, 14, блок дифференци-; рования б, три компаратора напряжения 7, 5 9, 16, два компаратора нулевого уровня 17, 18, элемент сравнения 11, три преобразователя уровня сигналов 19,20,21, одновибра- тор 12, три элемента И 8, 10, 22, датчик окончания процесса разгона двигателя 23,

10 Устройство работает следующим образом. . v ...:..,. .. ;.

По окончании процесса разгона электродвигателя с датчика 23 (например, датчик скорости - тахогенератор и компаратор) по15 ступает сигнал на элемент И 22, который на основании совпадения трех импульсов Сигналов во времени (одного напряжения и двух тока) формирует импульсный сигнал на отключение выключателя 3 по фиг.2. После

0 снятия импульсов управления с вйключатё- ля 3 в моменты времени прохождения тока в каждой фазе через нуль на конденсаторах 1, 2, 3 остается напряжение в соответствии с фиг.1..

5 Далее включение конденсаторов 1, 2, 3 в батарею поперечной компенсации осуществляется выключателем В1 одновременно во всех трех фазах, при этом момент времени выбирается в соответствии с кривой 4

0 фиг.4. Напряжение на конденсаторе фазы В снимается датчиком 5 и поступает на вход элемента сравнения 11, где оно сравнивается с сетевым напряжением фазы В, поступающим от датчика напряжения 4 на другой

5 вход элемента сравнения 11. При равенстве этих напряжений одновмбратор 12, осуществляющий уставку коррекции, выдает сигнал на второй вход элемента И 10. С двух других выходов датчика напряжения 4 сиг0 нал подается на компаратор напряжения 9, который выделяет положительную полуволну, а также на вход блока дифференцирования (dUs/dt) б, который дифференцирует сигнал, а компаратор напряжения 7 выделя5 ет положительную составляющую производной сигнала dUs/dt 0, и далее сигнал поступает на первый вход элемента И 8, на второй вход которого поступает сигнал с компаратора напряжения 9 - в результате

0 за счет суммирования двух сигналов по величине и по производной повышается быстродействие процесса переключения. С выхода элемента И 8 сигнал поступает на первый вход элемента И 10 и при совпаде5 нии во времени двух сигналов с выхода эл е- . мента И 10 подается команда на включение выключателя 1 по фиг.2, в результате конденсаторы 1, 2, 3 включаются в установку поперечной компенсации с минимальными

напряжениями рассогласования (кривая 4, фиг.4).

Устройство пуска электродвигателя выполняется на стандартных элементах, на- пример, на микросхемах К 521, К 561, К 564,

к555. .... ........... ;.;;.. ,..,..,„, о;.

Фор мула изобретения Устройство для пуска электродвигателя от сети соизмеримой мощности, содержащее по конденсаторной батарее и по три выключателя в каждой фазе, для которой первые зажимы конденсаторов батареи и первого выключателя объединены и соединены с зажимом для подключения питающей сети, второй зажим первого выключателя и первый зажим второго выключателя объединены и соединены с зажимом для подключения статорной обмотки электродвигателя, вторые зажимы второго выключателя и конденсаторной батареи объединены и через третий выключатель сог единены с нулевым зажимом питающей сети, от л ич а ю идее с я тем, что, с целью повышения быстродействия, увеличения срока службы конденсаторов и уменьшения коммутационных перенапряжений в сети, в него введены три датчика напряжения, два датчика тока, блок дифференцирования, три компаратора напряжения, два компаратора нулевого уровня, элемент сравнения, три преобразователяуровня, одновибратор, три элемента И, й датчикйкбнчанйя разгона, вход Ьервого датчикаi соединен с зажимом для подключения к второй фазе питающей сети, входы второго и треть-

его датчиков напряжения соединены с зажимами конденсаторов соответственно второй и первой фаз, выход первого датчика напряжения соединен непосредственно с первым входом элемента сравнения, через последовательно соединенные блок дифференцирования и первый компаратор напряжения - с первым входом первого элемента И и через второй компаратор напряжения - с вторым входом первого элемента И, выход которого соединен с первым входом второго элемента И, выход которого соединен с управляющими цепями третьих выключателей; Шхйд второго датчика напряжения сбеДйнён d вторым входом элемента сравнения, Щход которого через одновибратор соединён d вторымi входом второго элемента И, выход третьего датчика напрйяжения через третий компаратор напряжения и первый преобразователь уровня соединен с первым входом третьего элемента И/выход которого соединён с управляющими цепями вторых выключателей, выход первого датчика тока, включенного последовательно с конденсатором первой фазы, соединен рез первый компаратор нулевого уровня и второй преобразователь уровн с вторым входом Третьего элемента И, третий вход которого через третий преобразователь уровня и второй компаратор нулевого уровня подключён к выходу второго датчика тока, включённого последовательно с конденсатором второй фазы, четвертый вход третьего элемента И соединен с выходом Датчика окончания разгона.

Использование: системы электроснабжения мощных электродвигателей, питающихся от сети соизмеримой мощности. Сущность изобретения: за счет отключения конденсаторной батареи продольной компенсации после разгона двигателя в момент достижения напряжения на конденсаторе первой фазы амплитудного положительного значения и подключения конденсаторов в батарею поперечной компенсаций в момент равенства напряжений на данном конденсаторе и сети второй фазы при положительном знаке производной напряжения этой фазы достигается увеличение срока службы конденсаторов, уменьшение комму гацион: ных перенапряжений в сети и повышение быстродействия. Указанный эффект обеспечивается за счет введения в устройство трёх датчиков напряжений, двух датчиков тока, блока дифференцирования, трех компараторов напряжения, двух компараторов нулевого уровня, элемента сравнения, трех преобразователей уровня, трех элементов И и датчика окончания разгона. 1 табл.,5 ил. со с

Величины остаточных напряжений на конденсаторах и Напряжений рассогласования

Фиг.З

Заказ 159Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5