Устройство для пуска синхронного двигателя Советский патент 1979 года по МПК H02P1/50 H02K29/00 

1

Изобретение касается автоматического управления пуском синхронны.х двигателей.

Известно устройство для пуска син.хронного двигателя, при помощи которого изменяют возбуждение двигателя в процессе пуска по периодическому закону.

Недостаток этого устройства обусловлен большой инерционностью обмотки возбуждения и заключается в невозможности достижения больших моментов вращения в зоне больших скольжений.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является устройство, позволяющее осуществлять пуск и синхронизацию двигателя, и.меющего слабую пусковую клетку, которая обеспечивает разгон двигателя до скоростей, на 20-30% меньщих, чем синхронная скорость вращения двигателя.

Такое устройство содержит блок силовых вентилей, каждый из которых соединяет фазу двигателя с одной из фаз питающей сети, и блок управления, содержащий датчик положения вектора ЭДС двигателя относительно вектора напряжения сети и каналы управления, каждый из которых содержит схемы запуска и гашения, выходы которых

соединены с управляющими цепями вентилей.

Однако это устройство предназначено только для непрерывной работы в цепи пиTfiHHH двигателя и не содержит автоматических схем, осуществляющих перевод двигателя на питание непосредственно от сети и отключение (шунтирование) устройства после окончания процесса синхронизации или самозапуска двигателя.

В ряде технических устройств электронная аппаратура работает в охлаждаемых отсеках и интенсивное тепловыделение от элементов устройства требует значительного увеличения размеров и веса охлаждающих радиаторов таких отсеков.

Целью изобретения является обеспечение улучшения условий синхронизации и уменьшение тепловыделения.

Это достигается тем, что предложенное устройство снабжено трехфазным управляемым выключателем, который подключен параллельно блоку силовых вентилей, а его цепь управления соединена с выходом одного из каналов блока управления, каждый канал блока управления снабжен схемой контроля синхронизма и схемой задержки. а канал, выход которого соединен с цепью управления выключателя, - дополнительной схемой задержки, причем в каждом канале управления выход датчика положения вектора ЭДС двигателя подключен к схеме гашения непосредственно, а через схему задержки - к схеме запуска, выход которой через схему контроля синхронизма соединен в одном канале управления управляющей цепью трехфазного выключателя и через дополнительую схему задержки - со схемой гашения, а в остальных каналах - со схемой гашения непосредственно. Схема контроля синхронизма может быть выполнена в виде схемы совпадения, один вход которой соединен с датчиком биений тока двигателя, а другой вход - с выходом схемы запуска двигателя. На фиг. 1 - структурная схема предложенного устройства; на фиг. 2 - принципиальная схема устройства управления вентилями по одному каналу управления; на фиг. 3 - диаграмма напряжений в узловых точках схемы управления. Устройство содержит датчик положения вектора ЭДС двигателя относительно вектора напряжения сети, который состоит из датчика Ч положения ротора синхронного двигателя и схемы контроля совпадения фаз 2-4 двух переменных напряжений, ключей 5-7, схемы гашения вентилей 8-10, схем задержки 11 -14, схем запуска вентилей 1517, схем контроля синхронизма 18-20 двигателя, силовых вентилей 21-29 и трехфазного автоматического выключателя 30. Каждая фаза двигателя соединена с тремя фазами сети через вентили 21-23, 24-26 или 27-29. Один вход контроля совпадения фаз- двух переменных напряжений (схемы 2, 3 или 4) соединен с датчиком 1 положения ротора двигателя, обш,им для всех каналов, другой вход - с одной из трех фаз питающей сети, а выход указанной схемы через ключ 2, 3 или 4 подключен к схеме гашения вентилей 8, 9 или 10 и через схему задержки И -12 или 13 - к схеме их запуска 15, 16 или 17, выход которой через схему контроля синхронизма 18, 19 или 20 подключен в двух каналах управления к схеме гашения вентилей (к схеме 8 и 10 во втором и третьем канале), а в одном (в первом канале) - к управляющим цепям выключателя 30 и через схему задержки 14 - к схеме гашения 8 вентилей. В схемах совпадения фаз двух переменных напряжений синусоидальное напряжение фаз питающей сети и датчика 1 положения ротора превращается в последовательность импульсов, образующихся при совпадении фазных углов указанных напряжений. Импульсы подаются на схему гашения 8-10 вентилей, а через схему задержки II -14 - на схемы запуска-15-17 вентилей 21-29. Пуск и синхронизация двигателя при таком управлении заканчивамтся в любом из трех сочетаний фаз. По отношению к исходному сочетанию фаз это углы 00, в о + 120° или ©о -f 240°. Если выключатель 30 шунтирует устройство только в произвольном сочетании фаз, могут возникнуть большие всплески тока и броски момента на валу двигателя. Поэтому дальнейшее управление устройством с целью автоматизации перевода двигателя на непосредственное питание от напряжения сети осуществляют три схемы контроля синхронизма 18- 20 двигателя. На один вход этой схемы подается напряжение, пропорциональное изменению статорного или роторного тока двигателя при синхронизации. Второй вход схемы контроля синхронизма подключен к схеме запуска вентилей по одному из каналов управления. На него подается напряжение только тогда, когда работают силовые вентили этого канала управления. В процессе синхронизации амплитуда напряжения, пропорциональная току двигателя, снижается и при полной синхронизации становится меньше установленной величины. В этот момент на выходе схемы контроля синхронизма одного из каналов управления (канала с работающими вентилями) появляется напряжение. Если этой схемой будет схема 19 во втором канале управления, напряжение с ее выхода поступает в схему гашения 9 вентилей 24-26. Вентили закрываются, и угол в (t) между вектором ЭДС возбуждения двигателя и вектором напряжения сети увеличивается (по отношению к исходному сочетанию фаз) от значения во + 120° до 240°. Как только он увеличится до 240°, срабатывает третий канал управления устройством и открываются вентили 27-29. Они находятся в открытом состоянии до тех пор, пока амплитуда биений входного напряжения схемы 20 контроля синхронизма не станет меньше установленной. Тогда напряжение с выхода схемы 20 поступает в схему 10 гашения вентилей 27-29. Вентили закрываются, и угол 0 (t) начинает расти от 240°-f 6 о до 360°. Но как только он увеличивается до 360°, срабатывает первый канал управления и открываются вентили 2123. По окончании синхронизации напряжение со схемы 18 поступает на обмотку реле управления выключателя 30, который щунтирует устройство, а через схему задержки 15 напряжение со схемы 18 поступает в схему гашения 8 вентилей 21-23. Принципиальная схема управления устройством по первому каналу управления показана на фиг. 2. В нее входит схема контроля совпадения фаз (суммирующий трансформатор 31, выпрямитель на диодах 32, 33, фильтр 34 и формирователь импульсов на транзисторах 35, 36, схема гашения и схема запуска вентилей (блокинг-генераторы на транзисторах 37.. 38-39, 40, трансформаторы 41-44, триггер на тиристорах 4546, источник питания постоянного тока 47), схема задержки (мультивибратор на транзисторах 48, 49), схема контроля синхронизма двигателя (датчик 50 биений тока, стабилитрон 51, конденсатор 52, реле на транзисторах 53, 54, схема совпадения на транзисторах 55, 56), обмотка 57 реле управления шунтирующего выключателя 30 и ждущий мультивибратор на транзисторах 58-59 Схема контроля совпадения фаз импульсами Ui через трансформаторы 41, 42, блокинггенератор на транзисторах 37, 38 и трансформаторы 43 вызывает гашение рабочих вентилей, а через трансформатор 41, ждущий мультивибратор на транзисторах 48-49. блокинг-генератор на транзисторах 39-40 и трансформатор 44 открывает тиристоры в цепях управления силовыми вентилями (на схеме изображен только тиристор 45), которые замыкают цепи питания постоянного тока и открывают вентили 21-23 в цепи переменного тока, соединяя фазы в последовательности а - а, , с - Сс (на схеме изображены только источник питания 49 и силовой вентиль 21). Гашение вентиля 21 (и других силовых вентилей)осуществляется через тиристор 46 при поступлении импульсов Ui, U2 или Uj от блокинг-генератора схем гашения во всех трех каналах управления. Тиристоры 45 и 46 включены по схеме триггера. Датчик 50 биений тока, состоящий из трансформатора, диодного выпрямителя и сглаживающего фильтра, выдает напряжение биений, пропорциональное изменению статорного тока машины. При больших колебаниях напряжений биений стабилитрон 51 и конденсатор 52 не позволяют переключиться реле на транзисторах 53-54. По окончании синхронизации напряжение на выходе датчика 50 уменьшается до установленной величины (соответствующей, примерно, номинальному току двигателя), стабилитрон 51 закрывается, транзисторное реле переключается, и на один из входов схемы совпадения на транзисторах 55-56 поступает напряжение. Если вентили 21-22-23 открыты, на второй вход схемы совпадения также подается напряжение, и она вырабатывает сигнал, который через обмотку 57 реле управления шунтирующего выключателя 30 вызывает включение последнего, а через мультивибратор на транзисторах 58- 59 и трансформатор 42 - гашение вентилей 21-23. Задержка сигнала схемы совпадения, поступающего на трансформатор 42, может быть организована также при помощи цепи схемы совпадения - контакты выключателя 30 - трансформатор 42. На суммирующем трансформаторе фазное напряжение Uj датчика положения ротора и фазное напряжение Ut. сети превращается в напряжение биений, которое затем подается на выпрямитель и фильтр. Выпрямленное и отфильтрованное напряжение биений U8i подается на формирователь импульсов, где оно преобразуется в последовательность остроконечных импульсов , которые через трансформаторы подаются на блокинггенераторы схемы гашения и на ждуший мультивибратор. Блокинг-генератор- схемы гашения вырабатывает импульсы Ui , которые подаются на управляющие электроды тиристоров (тиристор 46 на фиг. 2), стоящих в цепях управления силовыми вентилями. На ждущем мультивибраторе сигналы Ltpi задерживаются на время,примерно равное полупериоду проходящего через вентили переменного тока,и поступают на блокинггенераторы схемы запуска вентилей, с блокинг-генератора схе.мы запуска и.мпульсы и через трансформатор поступают на управляющие электроды тиристоров в цепях управления силовыми вентилями (тиристор 45 на фиг. 2). Напряжение U. с датчика биений тока в схеме для контроля синхронизма двигателя через стаби аитрон и конденсатор управляет транзисторным реле. Если колебания выпрямленного напряжения снижаются до заданного уровня, транзисторное реле срабатывает и на его выходе появляется сигнал Up. При включенной схеме запуска канала (при открытом тиристоре 45 на фиг. 2) напряжение питания Un, как и напряжение Up, поступает на один из входов схемы совпадения. При наличии сигналов Un и Up схема совпадения вырабатывает сигнал Ue, который поступает на обмотку управления выключателя и на ждущий мультивибратор. Выключатель шунтирует устройство, а ждущий мультивибратор задерживает сигнал Uc на вре.мя tj, примерно равное времени срабатывания выключателя, после чего вырабатывается Uo, который через трансформатор поступает в схему гашения силовых вентилей. В дальнейщем синхронный двигатель работает через выключатель от напряжения сети при зашунтированном устройстве. При выпадении двигателя из синхронизма, вследствие возмушений в сети или в нагрузке, устройство автоматически включается в работу и осуществляет са.мозапуск и синхронизацию двигателя. Следует отметить, что при большой величине амплитудного значения син.хронизируюшего момента (например в двигателях с увеличенным воздушны.м зазором) для пуска двигателя может быть применена упрощенная схе.ма устройства, когда в нем используется два или три канала управления и, соответственно, только одна или две группы (из трех) управляемых вентилей. Формула изобретения 1. Устройство для пуска синхронного двигателя, содержащее блок силовых вентилей, каждый из которых соединяет фазу двигателя с одной из фаз питающей сети, и блок управления, содержащий датчик положения вектора ЭДС двигателя относительно вектора напряжения сети и каналы управления, каждый из которых содержит схемы запуска и гашения, выходы которых соеди-. нены с управляющими цепями вентилей, отличающееся тем, что, с целью улучшения условий синхронизации и уменьшения тепловыделения, устройство снабжено трехфазным управляемым выключателем, который подключен параллельно блоку силовых вентилей, а его цепь управления соединена с выходом одного из каналов блока управления, каждый канал блока управления снабжен схемой контроля синхронизма и схемой задержки, а канал, выход которого соединен

С цепью управления выключателя, - дополнительной схемой задержки, причем в каждом канале управления выход датчика положения вектора ЭДС двигателя подключен к схеме гашения непосредственно, а через схему задержки - к схеме запуска, выход которой через схему контроля синхронизма соединен, в одном канале управления, с управляющей цепью трехфазного выключателя и через дополнительную схему задержки - со схемой гашения, а в остальных каналах - со схемой гашения непосредственно.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что схема контроля синхронизма выполнена в виде схемы совпадения, один вход которой соединен с датчиком биений тока двигателя, а другой вход - с выходом схемы запуска вентилей.

Ц, Иг I/J

50

Уд

У) и

/ /7.

5Z/ .

д г/«