Статический преобразователь частоты для синхронной машины Советский патент 1979 года по МПК H02M5/297 

дискриминатора подключен к выходу пре образователя, другой - к выходу источни опорной частоты, выход соединен с одни из входов второго сумматора, другой вход которого соединен со входом инвертора, выход второго сумматора соединен со входом системы управления инвертором, одни вход первого сумматора подключен к выходу датчика тока, на другой вход первого сумматора подключен выход задатчика тока в силовой цепи преобразователя 2. Недостатком известного преобразователя является то, что он не обеспечивае синхронизации частоты и фазы выходног напряжения преобразователя, а следовательно, не может быть использован для синхронизации синхронной машины,с сетью переменного тока. Целью изобретения являются синхронизация частоты и фазы выходного напряжения преобразователя с частотой и фазой сети переменного тока, Для этого в статический преобразователь частоты для синхронной машины, содержащий управляемый вьшрямитель, питаемый от сети переменного тока, выход которого через сглаживающий реакто подключен к входным шинам инвертора тока, систему управления вьшрямителем, систему управления инвертором, датчик тока в силовой дали преобразователя, первый сумматор, выход которого соединен со входом системы управления выпрямителем, исгочннк опорной частоты, второй сумматор и фазочастотаый дискриминатор, причем один вход фааочастотаого дискриминатора подключен к выходу преобразователя, другой - к выходу источника опорной частоты, выход соединен с одним из входов второго сумматора, другой вход которого соединен со входом инвертора, выход второго сумматора соединен со входом системы управлен инвертором, один вход первого сумматора подключен к выходу датчика тока, но другой вход первого сумматора подключен выход задатчика тока в силовой цеп преобразователя, в прсобрааоват пь дополнительно введен фа:зовый дискриминатор, один вход которого подключен к вы ходу преобразователя, другой - к сети переменного тока, а вькод соединен с одним управляющим входом источника опорной частоты, другой управляющий вход которого подключен к сети переме ного тока. 13 данном преобразователе при изменении частоты и фазы выходного напряжения преобразователя сигнал с выходаа зо частотно го дискриминатора корректирует угол управления инвертором, при этом охраняется коммутационная устойчивость инвертора. Для выравнивания напряжений на выходе преобразователя и на шинах сети переменного тока преобразователь дополнительно снабжен датчиком небаланса указанных напряжений, один вход которого подключен к выходу преобразователя, другой - к сети переменного тока, а выход соединен со входом регулятора выходного напряжения преобразователя. После выравнивания, частоты,фазы и a fflлитyды напряжений на выходе и входе преобразователя он щунтируется выключателем, что позволяет переключить синхронную машину в сеть переменного тока безтолчковым образом. На чертеже представлена принципиальная электрическая блок-схема преобразователя, вьтолненная согласно данному изобретению. Преобразователь содержит управляемый вьшрямитель 1, питаемьй от сети .2 переменного тока. На входе преобразователя включен датчик 3 тока в силовой цепи преобразователя, Шз1ходной сигнал которого поступает на один из входов первого сумматора 4, на другие входы ко- 7-орого подаются сигнал положительной обратной связи по напряжению на входных щинах инвертора 5 тока, снимаемый с делителя 6, и сигнал 7 задания по току (задатчик тока) в силовой цепи преобразователя. Вьшрямитель 1 соединен с инвертором 5 тока через сглаживающий реактор 8. Регулирование выходного напряжения выпрямителя осуществляется cиcтeIvfoй 9 управления вьшрямителем. На вход системы 10 управления инвертором поступает сигнал с выхода второго сумматора 11, которьШ определяет частоту вькодного напряжения преобразователя, нагрузкой которогч является, например, синхронная машина 12. На входы сумматора 11 поступают сигналы положительной обратной связи по напряжению на входных шинах инвертора 5 тока и сигнал с выхода фазочастотного дискриминатора 13, один из входов которого пояклю ен к выходу

ИСТОЧНШШ 1.4 опорной Чсчстоты, синхронизированного сетью 2 переменного тока.

Источник 14 опорной частоты включает в себя задающий генератор 15, кольцевой респределитепь 16 и коммутатор 17, на вход которого подается напряжение сети 2 переменного тока.

Управление работой коммутатора осушествляется кольцевым распределителем 16.

На вход задающего генератора 15 поступает сигнал с выхода коммутатора 17, сигнал с выхода фазового дискриминатора 18, а также сигнал с задатчика 19 начальной фазы выходных импульсов источника опорной частоты, причем один вход фазового дискриминатора подключен к сети переменного тока через трансформатор 20, а другой вход через трансформатор 21 подключен к выходу преобразователя.

Фазочастотньй дискриминатор 13 выполнен на управляемых ключах 22, выход которых подключен к одному из входов сумматора 11. На входы ключей 22 через трансформатор 21 подается напряжение с выхода преобразователя, а управление ключами осуществляется кольцевым распределителем 16 источника 14 опорной частоты.

Выравнивание напряжений на выходе преобразователя и на шинах сети переменного тока осуществляется датчиком 23 небаланса напряжений, выход которого соединен со входом регулято- ра 24 выходного напряжения преобразователя.

Сигналы с выхода датчика 23 небаланса и фазового дискриминатора 18 поступают на схему 25 совпадений, выходной сигнал которой управляет шунтируюшим выключателем 26, подключающим нагрузку к сети переменного тока.

С нормально открытых контактов 27 выключателя 26 подается сигнал в систему 9 управления выпрямителем и систему 10 управления инвертором, которы осуществляет б/гокирование рабочих импульсов вьшрямителя и инвертора.

Преобразователь подключен к сети переменного тока через выключатель 28 а к нагрузке - через выключатель 29.

Преобразователь работает следующим образом.

На выходе суммааюра 4 формируется сигнал, обеспечивающий работу вьтрямителя I в режиме токоограничеиия, т.е. в режиме стпбилизапии щ-лходцого тока

Е1Ь прямителя, а следов-чтольно, и пхол- ного тока инвертора 5 тока. При отсутствии сигнала с выхода фазочпстот юго дискриминатора 13 частота выходного

напряжения преобразователя определяется коэффициентом обратной связи по напряжению на входных шинах инвертора, который выбирается таким образом, что в заданном диапазоне изменения на

грузки (момента сопротивления на валу синхронной машины) угол инвертирования f (угол между первыми гармониками выходного тока к напря7 ения преобразователя) всегда больше некоторого

минимального допустимого угла инвертирования, что обеспечивает коммутационную устойчивость инвертора.

При этом фаза вькодного напряжения преобразователя не определена и может изменяться при колебаниях, например, момента на валу синхронной машины.

На выходе фазочастотного дискриминатора 13 формируется сигнал, пропорциональный интегралу от разности частоты напряжения на выходе преобразователя и частоты напряжения сети переменного тока.

При отклонении частоты выходного напряжения преобразователя от частоты напряжения сети переменного тока сигнал с выхода фазочастотного дискриминатора 13 изменяет угол инвертирования Ч таким образом, что, например, при уменьшении частоты вькодного напряжения преобразователя, угол инвертирования Ч также уменьшается, при этом подводимая, например, к синхронной машине мощность jjU собЧувеличивается, что приводит к увеличению электромагнитного момента на валу синхронной машины и ее скорости, т.е. к увеличению частоты выходного напряжения преобразователя.

При отклонении фазы выходного напря- жения преобразователя от фазы напряжения сети переменного тока (в трехфазной системе сравниваются три фазы) сигнал с вьгхода фазоЕюго дискриминатора 18 воздействует на зада- юшего генератора 15 источника опорной частоты, что приводит к изменению фазы выходных импульсов источника «торной частоты. 14, а следовательно, и фазы выходного напрягжения преобразователя, так как сигнал с выхода фазочастотного дискриминатора 13 должен оставатт.я неизменным(так как частота выходного напряжения не изменяется и остается постоянной и равной входной), Частота пульсаций иыходкого напряжения фаоочастотногх) и фазового дискр минаторов равна кратна) частюте Пульсаций напряжения на входных: шинах инвертора (в данном случае частота пу саций равна шестикратной частоте выхо НО1Ч) напряжения преобразователя). Это обеспечивает максимальное быс родействие системы регулирования и, с довательно, минимальное отклонение ча тоты и фазы выходного напряжения пре образователя от частоты и фазы сети п ременного тока. При этом в контуре стабилизации частоты и фазы нет элеме тов с большим коэффициентом усиления, что позволяет получить высокую динам ческую стабильность привода. Диапазоны изменения выходных сигналов фазочастотного и фазового дискри минаторов выбираются таким образом, чтобы диапазон изменения угла инверти рования Ч находился в пределах, обеспечивающих коммутационную устойчивость инвертора. Датчик 23 небаланса напряжений на шинах сети переменного тока и на выходе преобразователя, воздействуя на регулятор 24 выходного напряжения преобразоЕштеля, осуществляет выравни вание указанных напр$гжений, изменяя, например, ток вог буждения синхронной машины. Если Llg,пpeoбpaзoвaтeля больше напряжения на шинах сети переменного тока, то ток возбуждения умен шается, ес-ли меньше - увеличивается. При равенстве частоты, фазы и амплитуды напряжения на вькоде преобразо вателя и на шинах сети переменного.то ка можно шунтировать преобразователь и тем самым переключить синхронную маишну в сеть переменного тока без- толчковым образом. Сигнал на включение шунтируюшего выключателя 26 подается схемой 25 совладений, которая фиксирует совпадение фаз и амплитуд напряжений на вход и выходе преобразователя. При включении шунтируюшего выключателя 26 замыкаются нормально открытые контакты 2 ив системы управления вьшря- мителем и инвертором подается сигнал на блокировку рабочих иктульсов управления тиристорами выпрямителя и инвертора. Таким образом, синхронная л«зшинв перекл очается на питание от сети пере- тока. При этом как в режиме разгона, так и при пержлючении ее в сеть, питаюшукл преобразоватч пь, статора синхронной маишны не превышает тока, сэтределяемого сигна/юм 7 задания по току в силовой цепи преобразователя. Разгон синхронной машины до подсинхронной скорости обеспечивается за счет сигнала положительной обратной связи по напряжению на входных шинах инвертора тока, который подается на один из входов сумматора 11. Применение данного преобразователя позволяет ограничить пусковые токи мощных и сверхмощных синхронных машин на уровне не более номинальных, что значительно увеличивает их срок службы и снижает требования к мошности оборудования питающих сетей. Формула изобретения 1. Статический преобразователь частоты для синхронной машины, содержа- ший управляемый вьшрямитель, питаемьй от сети переменного тока, выход которого через сглаживающий реактор подключен к входным шинам инвертора тока, систему управления вьшрямитепем, систему управления инвертором, датчик тока в силовой цепи преобразователя, первый сумматор, выход которого соединен со входом системы управления выпрямителем, источник опорной частоты, второй сумма тор и фа30частотный дискриминатор, причем один вход фазочастотного дискриминатора подключен к выходу преобразователя, другой - к выходу источника опорной частоты, выход соединен с одним из входов второго сумматора, другой вход которого соединен со входом инвертора, выход второго сумматора соединен со входом системы управления инвертором, один вход первого сумматора подключен к выходу датчика тока на другой вход первого сумматора подключен выход задатчика тока в силовой цепи преобразователя, отличающийся тем, что, с целью синхронизации частоты и фазы выходного напряжения преобразователя с частотой и фазой сети переменного тока, в преобразователь дополнительно введен фазовый дискриминатор, один вход которого подключен к выходу преобразователя, другой - к сети переменного тока, а выход соединен с одним управляющим входом источника опорной частоты, другой упровляюши вход которого подключен к сети перемсннотх) тока. 2.Преобразователь по п. 1, о т л и- чающийся тем, что, с цепью выравнивания напряжений на входе и выходе преобразователя, он снабжен датчиком небаланса входногч) и выходного напряжений, один вход KOTOpotx) подключен к выходу преобразователя, другой - к сети переменного тока, а выход соединен со входом регулятора выходного напряжения преобразователя ; 3.Преобразователь по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что, с целью плавного переключения синхронной машины в питающую сеть переменного тока, он дополнительно снабжен схемой совпадения, шунтирующим выключателем, управляющий вход которого подключен к 6 6 выходу схемы совпадения, входы которой соединены соответственно с выходом фазового дискриминатора и датчиком небаланса напряжеьтй, причем нормально открытые контакты шунтирующего выключателя блокируют выходы системы управления вьтрямителем и инвертором. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Экспресс-информация Автоматизированный электропривод, электротехнопогия и электроснабжение промышленных предприятий, М., ВИНИТИ, 1974, Ng 25, с. 14-19. 2. Заявка N9 2502081/24-07, 01.07.77, по которой получено положительное решение о вьщаче авт, свид.