Устройство для автоматического регулирования возбуждения синхронного электродвигателя Советский патент 1978 года по МПК H02P7/36 H02H7/08 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к области электротехники, а именно к регулированию режимов работы синхронных электродвигателей, питающихся от промышленной сети переменного тока.

Предлагаемое устройство может применяться преимущественно в установках с двигателями средней и большой мощности, а также в установках с синхронными компенсаторами.

Применение предлагаемого устройства целесообразно, в частности, в прокатных цехах металлургических заводов, где синхронные двигатели (СД) используются для привода как производственных механизмов, так и преобразовательных агрегатов, и работают с изменяющейся по времени нагрузкой на валу, причем изменения нагрузки происходят часто и в значительных пределах.

В процессе эксплуатации, вследствие неблагоприятного сочетания величины и продолжительности нагрузки на валу с величиной и продолжительностью реактивного тока, может произойти нагрев СД до опасной температуры. При этом возникает необходимость ограничивать нагрев СД, сохранив при этом условия для выполнения двигателем его основной задачи - вращения приводимого механизма.

Известно устройство автоматического ограничения перегрева путем регулирования тока возбуждения при возникновении перегрузки двигателя по току статора 1|. Недостаток утого устройства состоит в том, что одновременно с таким регулированием уменьщается перегрузочная способность СД. Известно также устройство для автоматического регулирования возбуждения СД, выполненное по системе подчиненного регулирования и содержащее возбудитель, регулятор тока возбуждения (РТВ), датчик тока возбуждения (ДТВ), регулятор реактивного тока (РРТ), датчик реактивного тока (ДРТ), регулятор напряжения (РН) и датчик напряжения (ДН) 2.

С помощью указанных регуляторов, включенных последовательно, осуществляется подчиненное регулирование соответствующих параметров: тока возбуждения, реактивного тока и напряжения сети. Сигналы отрицательных обратных связей подаются соответственно от ДТВ, ДРТ и ДН.

Для ограничения перегрева СД в этом устройстве предусмотрено ограничение максимума тока возбуждения, введенное в РРТ через регулятор ограничения тока возбуждения (ОТВ). Вход OlfB зависит от величин среднеквадратичных токов статора и ротора, получаемых с выхода интегратора (И). На входе И сравнивается напряжение задания

с действительными величинам полного тока статора и ротора. При превыизении последними заданной установки, И начинает интегрировать, переходя через нуль из «насыщенного состояния, и воздействует н,а ОТВ, который ограничивает ток возбуждения.

При набросе нагрузки на, вал СД предусмотрена форсировка возбуждения в функции квадрата активной составляющей тока, а демпфирование колебаний ротора выполнено введением сигнал.а по производной от активного тока.

Активная составляющая тока снимается с датчика активного тока (ДАТ) и вводится через квадратичный преобразователь и усилитель форсировки на вход РРТ. На этот же регулятор подается производная активного тока через дифференциальный регулятор (ДР).

РН выполнен с нелинейной характеристикой, что обеспечивает весьма низкий его коэффициент усиления при изменении напряжения сети в пределах до ±10/о и резкое увеличение коэффициента усиления при изменении напряжения сети более ± 10%. Благодаря этому, при нормальном режиме питающей сети (по напряжению) РН практически в работе не участвует и РРТ обеспечивает работу неперегретого СД с реактивным током, величина которого соответствует величине сигнала 1рз на задающем входе РРТ.

Недостаток заключается в том, что при срабатывании И и ограничении выходного сигнала РРТ, а следовательно, .и тока возбуждения, могут произойти следующие нежелательные явления, снижающие надежность работы:

-при приложении значительной нагрузки со стороны вала СД может перейти в режим потребления реактивного тока из сети («индуктивный режим), что приведет к повыщению потерь в статоре и еще больщему нагреву СД, а при переменной нагрузке на валу - к колебаниям и отклонениям напряжения питающей сети;

-стабилизирующее действие сигналов, пропорциональных первой производной и квадрату активного тока, существенно уменьшается или даже полностью исключается, что приводит к увеличению качаний ротора;

- устойчивость СД к нагрузкам со стороны вала уменьщается и при больших нагрузках СД может выпасть из синхронизма, что приведет к недопустимому перегреву пусковой беличьей клетки или даже выходу ее из строя, а также к срабатыванию защит и отключению СД.

С целью повышения надежности работы синхронного двигателя при /ударных нагрузках и ограничения его нагрева в предлагаемом устройстве для автоматического регулирования возбуждения синхронного электродвигателя дополнительно к задающему входу регулятора реактивного тока подключен ограничитель сигнала задания, соединенный с выходом блока определения нагрева обмоток двигателя.

Ла чертеже изображено предложенное устройство для автоматического регулирования

возбуждения СД. Оно содержит возбудитель (В), регулятор тока возбуждения (РТВ),

датчик тока возбуждения (ДТВ), регулятор реактивного тока (РРТ), датчик реактивного тока (ДРТ).

JКроме этих элементов, в предлагаемом устройстве для достижения поставленной цели к задающему входу РРТ подключен регулируемый ограничитель (О) сигнала задания реактивного тока. Ограничитель О представляет собой звено с характеристикой типа «регули0 руемое насыщение. К входу ограничителя О, управляющему уровнем ограничения (уставкой ограничения), подключен выход блока определения нагрева (БОН) обмоток СД.

Устройство работает следующим образом.

5 Если нагрев СД не достиг опасного (или заранее выбранного) значения, то уровень ограничения сигнала задания реактивного тока, создаваемый ограничителем О, достаточно велик и СД, обеспечивая выполнение своей основной задачи (вращение приводимого механизма), может работать с опережающим реактивным током, выполняя при этом по отношению к питающей электросети (ЭС) роль источника опережающей реактивной мощности. Желаемая величина реактивного тока СД при этом соответствует сигналу ГрзНа задающем входе РРТ и автоматически поддерживается этим регулятором независимо от изменений нагрузки на валу.

Если в процессе эксплуатации, в результате неблагоприятного сочетания величины и продолжительности нагрузки на валу с величиной и продолжительностью реактивного тока, произойдет нагрев СД до опасной или заранее выбранной (или заданной) температуры, то на выходе БОН появится соответствующий сигнал, который уменьшит уставку (уровень ограничения) ограничителя О, что приведет к ограничению сигнала на задающем входе РРТ и соответствующему уменьшению реактивной составляющей тока СД, а следовательно, к уменьшению потерь в СД и .снижению его нагрева. Ограничитель О может быть выполнен как со ступенчатым, так и с плавным регулированием уставки. Он может быть реализован с помощью стабилитронов, или диодов, подключаемых поодиночке или группами параллельно задающему входу РРТ по одной из известных

5 схем, либо с помощью операционного усилителя, включенного также по одной из известных схем с регулируемым насыщением.

БОН также может быть выполнен как со ступенчатым, так и с плавно изменяющимся выходным сигналом. Он может быть реализован с помощью электроконтактного термометра, либо термометра или термопары в комбинации с электронным мостом, либо с помощью любых других известных средств.

Благодаря предложенной схеме подключения ограничителя О, повыщйется использование перегрузочной способности, и, следовательно, устойчивость работы СД при ударной нагрузке со стороны вала, так как даже при полном ограничении (до нуля) сигнала на задающем входе РРТ, выходной сигнал этого регулятора, являющийся задающим для РТВ и определяющим собой величину тока возбуждения, может и будет автоматически увеличиваться под действием обратной связи, осуществленной с помощью ДРТ. При этом не только повыщается надежность работы СД за счет повышения его устойчивости против выпадения из синхронизма, но также исключается возможность дополнительного нагрева за счет предотвращения перехода в «индуктивный режим при больщих нагрузках на валу. Поскольку в предложенном устройстве изменения нагрузки на валу СД не вызывают изменений его реактивного тока, то вредное влияние СД на питающую сеть уменьшается и качество электроэнергии улучшается за счет уменьшения колебаний и отклонений напряжения питающей сети. Это обстоятельство повышает надежность работы также и остальных потребителей электроэнергии. Формула изобретения Устройство для автоматического регулирования возбуждения синхронного электродвигаРР7

чХи -42)

теля, выполненное по системе подчиненного регулирования и содержащее возбудитель, регулятор тока возбуждения, датчик тока возбуждения, регулятор реактивного тока и датчик реактивного тока, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности работы при ударных нагрузках и ограничения нагрева электродвигателя, к задающему входу регулятора реактивного тока дополните 7ьно подключен ограничитель сигнала задания, соединенный с выходом блока определения нагрева обмоток двигателя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1.Авторское свидетельство СССР № 396785, кл. Н 02 h 7/08, 1971. 2.При.менение синхронных электродвигателей в металлургическом электроприводе. Сб. «Электропривод, N° 5, jVi;, «Информэлектро, 1970 г., с. 85, рис. 3.

SSH