Устройство для ресинхронизации синхронного электродвигателя Советский патент 1976 года по МПК H02P7/00 H02P9/10 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛ 1 СИНХРОНЫОГО. ;, Предлагаемое устройство относяпгся к обпастк регулируемого электроприводаЛ I Синхронный элект юпривод обладает рядом известных технико-вкономических прен;муществ по сравнению с асинзфонным я ши4 роко применяется для привода ответственWx мощных механизмов, не требующих ре| гулироваш1я скорости.i 1 Эффективность применения асинхронного .электропривода во многом зависит от воз; можности обеспечения ресинхронизазщи син;хронного двигателя, выпавшего из синхронизма под действием кратковременного воз- мущения перерыва питания, глубокого сш ЕСИНХРОНИЗАЦИИ КТРОДВИГАТЕЛ СД с благоприятной асишфошюй характерис-ткой. Однако в большинстве случаев 9i||фективной является только частичная ИШ1 полная разгрузка СД, осуществляемая путем воздействия на приводимый механизм. При этом уменьшается тормозящий момент на валу СД и тем самым обеспечиваются условия для втягавания СД в синхронизм. Однако необходимость воздействия на приВОДИМЫЙ механизм требует значительных . затрат времени и связана с нарутлением Hef прерывности технологического цикла, что ведет к значителиному экон .-мическому уш бу. Воздействие на АГП илн г иводимый умножения подключены соответственно к основному и штерторному выходам датчика угла, вторые входы первого и четвертого, второго и третьего блоков логического умножения подключены соответствегшо к 1 основному и шшерторному выходам формирователя, вход которогр через фазорегуля-j тор соединен с выходом датчика напряже | кия, выходы первых двух блоков логического умножения подключены к первому блоку логического сложения, выход которого, соеди ненный с первым входом импульсного прео разовагеля, подключается к включающему j входу АГП, а выходы третьего и четвертого блоков логического умножения подключены j ко второму блоку логического сложения, вь1ход которого, соединенный со вторым вхо- i дом импульсного преобразователя, подключается к отключающему входу АГП, при sTObji выход импульсного преобразователя соеди- няется с форсирующим входом системы управления возбудителем.j На фиг. 1 приведена блок-схема устрой-f. ства; на фиг. 2 - блок-схема АГП; на фиг. 3выполнение датчика угла; на фиг. 4 - один из вариантов выполнения импульсного пре- образоватепя. ; Устройство для ресинхронизации CHHxpoiiного электродвигателя содержит синхронный двигатель (СД) 1, приводимый механизм 2 питающую систему 3, обмотку возбуждения СД 4, автомат 5 гашения поля, возбудитель 6, систему 7 управления возбудителя, датч1 к 8 напряжения, датчик 9 тока, датчик ЮуНла, фазорегулятор 11, формирователь 12 ик пульсов, блоки 13, 14, 15, 16 - логического умножения; блоки 17 и 18 - логичес-i. кого сложения, импульсный преобразователи |19.I I Блок 5 (АГП) представляет собой napartлелыюе соединение тирис торного ключа 2 О ;и гасительного сопротивления 21 (фиг. 2). Блок 5 осуществляет подачу напряжения возбудителя на обмотку возбуждения СД при наличии сигнала на включающем входе и введение в цепь между обмоткой возбуждения и возбудителем гасительного сопротивления при наличии сигнала на откл1 чающем входе h .; , Тиристорный ключ 2О обеспечивает без4 .инерционное выполнение перечисленнь}Х операций.( Блок 10 осуществляет в течение одного электрического оборота ротора СД формированмя двух прямоугольных импульсов за-i оаннпй плительности на основном (осн) и инверторном (инв) своих выходах, фаза коа горых определяется угловым положением р тора СД в пространстве, сдвинутых один 1Огносительно другого на 18О электричес- ких градусов. Устройство блока l.O показано нафиг. 3J где 22 - вал СД, I, П,П1...4: магнитIные метки; 23,24 - неподвижные индукто- ры, 25, 26 - формирователи прямоугольный импульсов заданной длительности.| Особенность датчика 10 угла состоит том, что для повышения быстродействия фиксации углового положения ротора СД на дуге концентрической с валом СД окруж- Г нос-ти установлены два неподвижных индукhnpa 23 и 24, сдви гутые один относите; ьно другого на одно полюсное деление Т , в то же время магнитные метки I, П,1П,... ... N расположены на валу СД с интерва- лом в два полюсных 2Т .i Функция фазорегулятора 11 состоит в создании фазового сдвига входного напряжения этого блока на заданный угол 8ф,j Назначение блока 12 состоит в формтфоваиии на основном и инверторном выходах } прямоугольных импульсов заданной длитель ности ( to ) при прохождении уровня вход|ного сигнала через нуль в сторону соответ- ственно положительных и отрицательных зн чений. Блоки 13 - 16 осуществляют формирова1ше сигнала в моме1гты совпадения по, времени сигналов на входах этих блоков, блоки 17 и 18 - формирование сигнала при наличтш сигнала хотя бы на одном из вхо дов этих блоков, а блок 19 - формирова1Ш€ сигнала заданной длительности при подаче импульсного сигнала на один из его входов. Один из вариантов исполне гая блока 19 приведен на фиг. 4, где 27 - триггер, 28,29 - схемы задержки, 30 - блок логического сложега я. Схемы задержки 28, 29 осуществляют формирование сигнала заданной длительноеhHttjj при подаче сигнала на вход и снятие | этого сигнала при исчезновении сигнала на входе, а блок - ЗО - формирование сигнала при наличии сигнала хотя бы на одном из его входов. ; Блоки 12-18, 25-30 могут быть Bbmojjнены на типовьтх логических элементах. { Устройство работает следующим образом. При работе СД в синхронном или асийзфонном режиме сдвиг по фазе между импульсныш сигналами на основных выходах блоков 1О к 12, также как и между импульсными сигналами ла инверторньгх Bbixof 1дах этих блоков, составляет электри|Ческих градусов,-причем S бф + бп ( 1 ) электрический угол между продоль ной осью ротора и синхронной осью статора Оф- установка фазорегулятора; где iXj - угол между осью меткиК Ц, 111,...N ) и ближайшей :магнитной осью ротора СД; 2 угол между неподвижным индуктором 23 и ближайшей осью фазной обмотки статора СД. Сдвиг по фазе между импултлными сиг;иалами на основном выходе блока Ю и 1шверторном выходе блока 12, также как и между сигналами на инверторном выходе блока 1О и основном выходе блока 12. соб Sit + ISO электрических градусов., так как основной и инверторный сигналы каждого из блоков сдвищты на 18О°. При нахождении СД в синхронизме из уело рия обеспечения нормального режима блок 5 включен.. Уставка t ф фазорегулятора 11 И длительйость. t сигналов на выходах блоков 1О и 12 задаются такими, чтобы при углах , 90° , соответствующих cifflxpoHHOMy релшму СД, не имело бы моста совпадение по времени сигналов на вхо-. дах блоков 13-16, При этом также отсут ствуют сигналы на выходе блоков 17, 18, 19 и, следовательно, на обмотку возбуждешш подано нагфянсение возбуш1теля 6, опре деляемое то71ько С1сгналом уставки Utj на входе а блока 7 и сигналами обратной рвязи по напряжеш-1ю и току СД на входах «б и с блока 7, что обеспечивает нормаль|й 1й режтлм СД. При выпадешш СД из ст-шхрокизма всле JDTBHe нарушения нормального питаьшя (час тичная иди полная посадка напряжения на шинах питающей системы) или набросов «агрузки со сторошз приводимого механиЗ ;ма ротор СД тормозится, так как нагрузоч ный момент на валу СД становится больше электрического момента. При этом угол О и соответственно угол О периодически изменяется от О до 360 электрических гра;дусов, При прохождетш углом О аон I-AS, Д , 180° -дб, 180° +&& 1где ДО - шпфина сигналов на выходе .блоков Ю и 12 в градусах, равная Шцt0 (здесь tUo - синхрош ая злвктрическая угловая скорость & гоаа/.ойк-) что происходит поочередно через каждые, яолгфово рота ротора относительно поля статора, имеет место совпадегаш по времени сигнаов либо на входах блоков 13, 14 (при рохождетш зоны -дб) лд) , ;. на входах блоков 15, 16 ( при прохожденИ зоны 18О° -дб , 18ОО + Л SJ) . На выходе блока 17 формируются сигналы в моментг 1 совпадения сигналов на входах ёлоков 13, 14, а на выходе блока 18 В моменты совпадения сГЕГкалов на входах , Блоков 15, 16.I i Сигналы, образующиеся на выходе бло- jcoB 17 и 18 при вхождешп угла (5 в , вышеуказанную зону, осушествляют поочередные переключения ключа 2О ( сигнал с : выхода блока 17 включает ключ 2О, а с ггнал I с выхода блока 18 отключает ключ) и перебросы триггера 27, Б то же время последующие сигналы, образующиеся на выходе блоков 17 и 18 при дальнейиюм прохождении зоны, не изменяют состоятш блоfcoB 20 и 27.I При включении ключа 20 осуществляе х;й безынерционная подача напряжения воэбудителя на обмотку возбуждения СД, а при отключеюги ключа 20 - безыиершюнное введешш в цепь между обмоткой возбуждеи,кя СД и возбудителя 6 гасительио го сопрстшлешш 21 и тем сак1ы,м гашегше поля С Д. 1 При перебросах триггерной ячейки исходит поочеред &1й запуск блоков 28 и 29, в резульлгате чего па выходе этих блоков и соответственно на выходе блока 30 формтфуются с1-срналы заданной длителы-iocти t ф . Уставка icp выб фаетсй большей, чем максимальное для дан1гых условий работы СД при установившемся скольже1пш время ПОЛОВШШ1 проворота ротора СД от- носительно поля статора. При этом в асинхронном режиме интервал можду соседними перебросами триггера 27 оказывается всегда меныяе, чем время t и, следовательно, имеет место хгерекрытие сигналов, образующихся на выходе блоков 28 н 29 и, ( соответственно, непрерывпь Й сигнал на выходе блока 30. Этот, с1Егнал, поданный на j форсяровочиый 1зхх)Д блока 7, осуществляет фсронровку напряжения возбудителя 6, так,, что ярк включентш ключа 20 на обмотку возбуждетшя СД подается форс фовангное напряжение.; Во время асинхронного хода имеют месч то многократные подача форс1фованного j напряжения возбушгтеля на обмотку возбуж дения СД и гашение поля СД введе-J нйя в цепь между обмоткой возбуждения СД и возбуди гелем гасительного сопротивления, осуществляемые поочередно при вхождешш V.1,4j it В ЗОНЫ u8,A J J , t ffiO -л б, 1йП(Л(Т, (здобяое циклическое воадействие на г,:,(.збужде1гае СД ггоэволяет создать на велу СД дополнительный ускоряющий моменТр спос:обстВ5Ю1ЦИй ресинхронизашш СД, этот момент оказывается максималь 1ь м. еспк подачу форс.ировашюго возбуждеш-ш осуществлять при углах 0 СЗООу530 эл. градусов, а гашение поля при углах на 18О эяектричесжих градусов т.е. при углах о€ 12О-ISO j электрических: градусов. При этом удается осуществить ресинхрониааш-оо СД гфк зосстанов; |леню питающего напряжешгя,. есхт so йремя выбега максимальное; скопьже ше не превышает 1О. %, В соответствии с этим уставка Оф бяф ка 11 выбирается так, чтобы обе-спеч,кть вхождение угла и в зетаг , Su. О 1 , 18О° && , 18О° + Д при мальных углах О , пежаюлх в угшаагшы:д зонах. Посколысу вешгатга 0 , входавхая в выражение (1) тружго опредедш а,, то выбор уставки Йф осуществляется згшпе.- уяментапьнЬ в режг-хме холсютохо гаэяа С Д. inpH отсоединенных связях блока 2€) с бяс kaMM 17, 18 к блока 30 с блоком 7, С Ьомошью блока 11 напряжение зймерениое iipa СД ( на выходе .блока В} СДБ по фазе на угол 8ф , rips котором осуществляет -я i переброс Tpisrrepia 27 зто ;зходу 6s что соотВв-тствует вкождемню утjia О в aoJiy - Д б, л 5 , После зто.1х требуемая уставка lfф блока 11 озг эе/деляет с я по формуле : (5вкл дй-збО-К , (2) где ЙБКЛ ЗОО - ЗЗО | К О,1, 1 При выполнении условия (2), G.acmiрфонном режиме СД вхождение угла и в указанные зоны будет, происходи-ть прн |углах и , лежаашх в зонах оптимальш к VrnoB, ( ) вк-шочегшя возбуждения |k оптимальных углов {12О-15О-) гаш.ен1ш ПОЛЯ СД, iij;).H которык- удае гся получать .максимальный эффект, I Поскопысу определешш моментов совпаде |гия С№налов на входах блоков прой родится с интервалом з иопиержада напра- жения на выходе блока 11., то для .искдюче шш потери информавдш о хфокйжденлет уг tioM О вышеуказанных зон ширина зош |2 Д О должна быть болыт-Шб чем ШЕсималь но воэмолшое для даняык ycnosiat рабо-ты РД нзменет-ше угла и в 5:«чешш вышеуказан |ioro интервала, то есть 2д5 4:360°Ймйкс, максимальное скопьжешда. орого 17{)еллолаг«е1г;я icyHiei,.Tfin.vtTi ринкИ:pofi J3amiK) t./-L С дру1- ой стороны, величина 2 Л И выбирается менее иначе будет иметь лесто перекрытие зон D Аи, Д У L8O° +AU и KaL следствие - йёпрааияьшя работа блоков 13-18, приводящая к ложным.вюиочешшм и от шюче1шям ключа 20, Практически 2Ли выбирается на 5% бопъте, 5ем 180° макс. . : Поскольку при выпадешги СД из синхро- тшма в сторону торможения угол сйачала рроходит зону углов , 150о|, то сразу же после выпадегош СД из син)фо- нйзма ггроисхрдит гашеюте поля СД и, бла одаря надич.ию связи выхода блока 18 со триггера. 27s переброс этого триг гера н форсировка напряжения возбудите I: ряб.I Таким o6pa30Ms к моменту подачи напряг-, ркекия возбудителя на обмотку возбуждения щзя нервом после выпадения СД из С.ИН хрош1зма вхожде щи угла и в зону ЗОО 330 I это напря сеш1е оказывается фор- с фованщлм тем больше, чем меньше nocTofявная BpeMeiffl возбудителя 6. Осуществляемая таким образом предварительная форси- ровка налряжегшя возбудителя позволяет по4 bbfCJiTb 944 € КТИВНОСТЬ ДвЙСТВИЯ уСТрОЙСТВв Ьрк йалич.ни Электр омашдниого возбудителя, значительно- облех тая рес.инхронизацшо СД Е рервом же провороте СД при быст)ом кс.№ановешш возмущения. I При двнжешш ротора С Д со скоростью, |болылей СИН5ФОШГОЙ (при работе СД в гене{ратсрком режиме), направление изменения | |угла MeKjfeTCH на обратное, В этом случае | зона углов Ц 5 в которой на СД подано ( Ьоабулсденнва смещается на 180° и, следо-; вательнОа момент, создаваемый циклическим возбуждением, меняет- знак н становится д ормозаагам, что способствует ресинхрбня|зации СД.. I Опнсашаде устройство может найти рокое гфименение в приводе мощных меха™ -1 ittiBMOB ответствешгых потребителей. Пример цешзе данного устройства позволяет Зиачи4 Ггельно улучшить условия рес,Ш1хронивашш СД ;р.и полной нагрузке и автоматИчЗировать кроцесс ресвизфошюадии...-. . I Устройство позволяет В-.болынинсгве--сяу обгспечйТь успешную рес шхронизацию рД без СНЯ-Т1Ш части нагрузки в случае | фатковремеяных нарушений в ш таюшей fce ps, к тем самым избелсать значительного | - ркоиомического ущерба, связанного с нару«-, .|некием неирерывности технологического )6f;Hnoe э(}х|1йкт1.пиое ЩПмеиекне пред-ч раг.лрмого уст51С.Йсгва для зфшшда мощных , |гихпходи1 х мехактгзмой, поскольку применяемые доя этой цели СД нкюют узсудшенFHiie асш1хронные моментные характеристиKW, в силу чег-0 затрудагана их ресинхрони. зация njrreM отгключею1я АГП при выпадении ЗД иа синхронизма с последующим вклю- . Жегшем АГП тгои подсиюфонной скорос-га. Применение устройства в мощном узле нагрузки позйоляет улучшить условия ресинхронизации других СД и самоаапуска acHHxpoifflbix двиг-атепей, подсоединенных к ранному узлу нагрузки. о р м у л а зобре тения Устройство для ресинхронизации синхро ного элек гродвигагеля, воздействующее на ав1 .гомат гашения поля и сие ret,-fy управления BoaJ .буждением, содержащее датчики угла и на4 рряжения, отличающееся тем j4TO, с целью повышения надежности,, о но : .снабжено формирователем импульсов, фааорегулятором, блоками логического умноже 6 2.16 1тя и сложения и иь-тульс ш преобрдзова |телем, причем первые еходеа первого и - lipeTbero, второго я четвертого блоков ло |гического уьдаойсения подключены соответicTBeirao к осноакрму и .шшерторному выходам датчика угла, вторые входы первого и четвертого, второго и третьего блоков ло гического умножения подключены соответственно к основному и инверторному выходам формирователя, вход которого через фазорегулятор соединен с выходом датчика напряжения, выходы первых двух блоков логич.еского умножения подключены к первому блоку логическогчэ сложения, выход которого, соединенный с первым входом импульсного преобразователя, предназначен для подключения к включающему входу автомата га- |шения поля, выходы -фетьего к четвертого (блоков логического yMHoHceuiss подключены |ко второму блоку лоршеского сложения, (выход которого, соед1ше1шый со вторым. 1входом импульсного преобразователя, предназначен для подключения к отключающему входу автомата гашения поля, при этом вьгход импульсного преобразователя служггг для соединения с форс.ируюадим входом сис темы управлегшя возбудителем.

Фиг. 1

Фиг. 2