Электропривод с регулированием активной и реактивной энергии от сети ограниченной мощности Советский патент 1979 года по МПК H02P7/62 H02P5/34 

(54) ЭЛЕКТРОПРИВОД С РЕГУЛИРОВАНИЕМ АКТИВНОЙ

И РЕАКТИВНОЙ ЭНЕРГИИ ОТ СЕТИ ОГРАНИЧЕННОЙ МОЩНОСТИ 6 же сети, качество электроэнергии являет ся невысоким. Целью изобретения является улучшение качества электрической энергии на зажимах электроприемников при измене- НИИ режима их работы за счет компенса ции колебаний фазы и модуля напряжения питающей сети. Для этого в известный электропривод введены датчики фазных токов общего фидера машины и электроприемников, фор мирователь сигнала активного суммарного тока, формирователь сигнала активного тока электроприемников, фильтр, сумматор, а также датчик и интегральный регулятор модуля напряжения питающей сети. Задающий вход -этого регулятора подключен к источнику напряжения постоянной величины, вход обратной связи через датчик модуля напряжения питающей сети - к угтомянутым датчикам фазных напряжений статора, а выход - к входу задания регулятора реактивного то ка статора. При этом датчики фазных токов общего фидера через формирователи сигналов активного суммарного тока и активного тока электроприемников подключены к входам фильтра и сумматора, выход филь ра к дополнительному входу сумматора выход сумматора-к вхрду .хэбратной связи регулятора скорости, а выход второго из блоков преобразования переменных с сигналом активной составляющей тока статора - к дополнительному входу формирователя активного тока электроприемников. На чертеже представлен электропривод с асинхронной машиной с фазным ротором, функциональная схема. Электропривод содержит асинхронную машину 1 с фазным ротором, статические (например, тиристорные) реверсивные регулируемые источники 2 питания фаз ротора, управляемые сигналами сга- датчик 3 углового пол№кения ротора относительно синхронно вращающейся системы кординат оС.-} , т. е. системы кординат, жестко связанной с вектором напряжения питающей сети и , датчик 4 скорости (тахогенератор); блок 5 преобразования переменных от фазовых токов статора igc ьч с токам в синхронно вращающейся системе координат: i . - активная, 1 п, - реактивная составляющие тока статора; блок преобразования переменных от фазовых токов ротора 1 CSV- tif ct- токам в 44 синхронно вращающейся системе координат: 1 ,., - ток ротора по оси oL 1 (j,f- - ток ротора по оси jb ; блок 7 преобразования переменных от управляющих напряжений роторш ( , пг0 вычисленных в системе координат аС-|Ъ к фазовым управляющим сигналам , ., сгсг источников питания фаз ротора , измери-тель 8 скольжения ротора ( (jtg -Ч)); измеритель 9 потокосцегшений ротора по оси оС; измеритель 10 потокосцеплений ротора по оси л ; регулятор 11 тока статора по оси сХ. (регулятор активного тока); регулятор 12 тока статора по оси (Ъ (регулятор реактивного тока); фильтры 13с постоянной времени i аппроксимирующие инерционность фильтров измерителей в контурах регулирования токов Vs |5S множительные элементы 14; динамические звенья 15 в контурах компенсации ЭДС скольжения ротора, имеющие передаточную функцию, обратную передаточной функции регуляторов тока по осям ot и |Ъ ; регулятор 16 скорости; дополнительные согласующие фильтрьг 17 с постоянной времени Т Т - 2Т Tyj, позволяющие согласованно разобщить по быстродействию контур регулирования скорости и подчиненный ему контур регулирования активного тока; интегральный регулятор 18 модуля напряжения питающей сети, выход которого соединен со входом задания регулятора реактивного тока i«g , а входы соответственно соединены с источником задания AUg 0 и с датчиком 19 колебаний модуля напряжен|1я питающей сети (линия обратной связи); датчик 2О IQJ, активной составляющей суммарного тока общего фидера машины и параллельно присоединенных электроприемников; датчик 21 IQIPI активной составляющей тока электро- приемников, соединенных параллельно с машиной; суммирующий элемент 22; инерционный элемент 23 (фильтр); элемент 24 ограничения; триггерный элемент 25; компенсирующий фильтр 26; пропорционально-интегральный элемент 27,. Передаточные функции указанных выше регуляторов имеют следующий вид: для регуляторов тока VV (ру.-р . V для регулятора скорости . (2) где Г , Т определяются параметрами Ь6 машиирл, а Н - ее инерционная постоянна зависимая от махового момента ротора. Статор асинхронной машины 1 вместе с параллельно подключенными электропри емниками питается от шин ограниченной мощности с напряжением и„ и частотой UJ(, , которые, в свою очередь, через сопротивления Х. , Г, соединены с шинами неограниченной мощности с напряжением U COnstH частотой UJ. соhst Напряжение Ug и частота цу не остаются постоянными за счет изменения режима работы параллельно приключенных электроприемников. При этом колебания модуля и фазы (частоты) напряжения питающей сети приближенно могут быть вычислены по формулам S-V c - ctSs- рп c-- 5 c--|t ла. где РбЗ тивный ток машины; ipj - реактивный ток параллельно приключенных электроприемников; i i - активный ток машины; - активный ток параллельно приключенных элект- роприемников. Из формулы (3) видно, что за счет регулирования реактивного тока 1 рд могут быть скомпенсированы колебания U.U возникающие при изменении реактивного тока 1 р параллельно присоединенных электроприемников. Кроме того, путем регулирования активного тока возможно воздействие на колебания ДсС и, в частности, возможно уменьшение скорости изменения фазы напряжения питающей сети, что приводит к компенсации колебаний частоты uJg этого напряжения, возникающих при изменении активно го тока 1(-ц0 параллельно присоединенных электроприемников. Отмеченные принципиальные возможности компенсации лУ, ЛсА. и с реализуются с помощью изоб ретения. Устройство работает следующим образом. Из теории известно, что для асинхрон ной машины с фазным ротором, для кото рой в системе ее регулирования преду- смотрена компе)1сация перекрестных связей по -)ДС сжольжения ротора, упрощен 4 ая связь между напряжением ротора и аг fio оси и колебаниями модуля апряжения питающей сети Al-c; имеет ид: 5-l S S--p,Sp rf.OtpTp i rИз формулы (4) видно, что для воздействия на величину U у необходимо выполнить двухконтурную систему регулирования напряжения Uar. с внутренним контуром регулирования тока log и с внешним контуром регулирования ЛУд как это предложено в изобретении (регулятор 18). Оптимизация внешнего контура регулирования позволяет определить передаточную функцию регулятора 18; P S P -T; - (5) Несколько сложнее решается вопрос с компенсацией колебаний фазы (частоты) , поскольку это связано с воздействием на активный ток машины и, следовательно, с воздействием на ее cKOpocTi вращения в. режиме холостого хода, когда момент сопротивления на валу близок к нулю. При наличии компенсации перекрестных связей по ЭДС скольжения упрошенная связь между напряжением ротора UjjLV по оси cL и ::олебаниями фазы W скорости врашения СО машины имеет вид; V и. . рн о; dis Vs i- CHpTp dirИз формулы (6) следует, что в условиях работы машины (холостой ход по моменту сопротивления на валу) возбуждение активного тока в цепи -его статора возможно лишь кратковременно в результате изменения задания u.JU-. на входе регулятора скорости 16 и, как следствие этого, изменения скорости вращения ротора При этом со стороны машины в питающую сеть (в общий с нагрузкой фидер) поступает импульс активного тока, форма которого опреде- ляется процессом изменетшя задания AUUcL- и процессом выхода машины на новый уровень задания установившей- ся скорости (a,+ tJUci.). Из формулы (3) видно, что преследуя цель снижения скорости изменения Aot напряжения- питающей сети при колебаниях то- an необходимо задание ЛСОо. сделать пропорциональным току ig , но противоположного знака. Кроме того, цецелесообразно добавить к нему составляю щую с изменяемым запаздыванием. С уче том (2) получается: А- - УЛО)Изменение коэффициентов к. , к и постоянной времени фильтра Тф позволяет в определенных пределах изменять форму импульса активного тока машины при заданной кривой-Idn т. е. активного тока электроприемников, присоединенных параллельно машине. Сумму коэффициентов к. и к 2 следует выбирать с учетом допустимого диапазона регулирования машины и максимального значения тока потребителя Л, о1п max; -так с гп1и от max Зависимость (7) может быть реализована г% «п п I Н, элементах 22 и 23, формирующих задание AUJn, . Введение добавки ЛШлВ соответствии с формулой (7) дает возможность снизить скорость изменения колебаний фазы AoL при изменениях и тем самым уменьлчJ щить (т. е. скомпенсировать) колебания частоты напряжения питающей сети. При этом существенным оказывается разобщение по быстродействию контура регулирования скорости машины и контура регулирования его активного тока. Это достигается путем использования в указанный: контурах фильтров с постоянньгми времени Tfj - в контуре регулирования тока и Т.,.: - в контуре регулирования скорое ти, значительно отличающихся по величине. В стационарных режимах работы питаю щей сети, когда ijy, consi,lpn -const T: е, при неизменных токах потребителя, присоединенного параллельно машине, ком пенсатор также находится в стационарном состоянии со следующими параметрами режима: При нулевом моменте сопротивления (rti-.sO) регуляторы тока и скорости машины поддерживают на заданных уровнях активную составляющую тока стато- as-Vs--Vsc t и скорость вращения компенсатора .i;rSn с учетом формулы (8) UJ оказывается не ниже минимально допустимог-о значения . За счет работы интегрального регулятора напряжения при UgQ. О напряжение Ос питающей сети оказьгеается равным напряжению (Jc шинах неограниченной мощности: .cons-b, при этом за счет работы пропорционально-интегрального регулятора тока lag в статоре машины протекает реактивный ток ps -ipn const. . Придание машине необходимых динамических свойств при.колебаниях токов параллельно присоединенных электроприемников обеспечивается соответствующим выбором передаточных функций регуляторов активного и реактивного токов, а также регуляторов скорости и модуля напряжения питающей сети. В частности, выбор этих функций (1), (2), (5), с . - / / f / г у (j) обеспечивает в динамике максимально быструю, в рамках указанного быстрол ействия, т. е. в зависимости от величин постоянных времени Т и 6U1 О - 2Т компенсацию, т. е. с.гла ... ..- и о. живание колебаний модуля ли с и фазы ,„ ЛсС напряжения питающей сети, а после прекращения изменений токов нагрузки ipn обеспечивается максимально быстрый выход величин uUg и uoL на уровень установившихся значений: , Ad, 5)ст с апзст Переходный процесс при этом носит сильно демпфированный характер, что весьма благоприятно сказывается на качестве напряжения и частоты питающей сети, . е. на качестве электрической энергии на зажимах электроприемников. Таким образом, введение двух новых связей в электропривод с асинхронной машиной с фазным ротором по колебаниям Л и 9 модуля напряжения питающей сети и по активному току 1 электроприемников обеспечивает сильно демпфированный характер переходтшгх процессов при изменениях нагрузки. При этом по сравнению с известными решениями качество напряжения и частоты питающей сети на зажимах электроприемииков оказывается выше. Формула изобретения Электропривод с р гулк ;оп1;и)иом ;IKцвной и реактиВ-нЬЙ ;м( or сети ог .пиикчшой монпгосги, иоаключеиной к 1Л кт|} приемиик.ам непопрелственно, а к СЛИ неогргзничонной мощности через фндор, сопоржащий асннхропиую машичу с фазным ротором, подключенную стато- ром к указанпой сети ограннчениой мош- нск;ти непосреастве)о, а ротором - через преобразователь частоты, управляющие входы которого через один из блоков преобразования переменных связаны с выходами регулято юв активного и реактивного токов статора, датчики фазных напряжений и токов статора, подклю ченные к другому из блоков преобраоова }1ия переменных, выходы которого с сиг налами -активной и реактивной составляю щих тока статора подютючены к входам об)атной связи упомянутых югуляторов токов, pei-улятор скорости, подключенны выходом к входу задания ре-улягора ак тивного тока статора, источник напряже ния постоянной величины, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью улучиге ния качества электрической энергии на зажимах электроприемников при изменении режима их работы, в него введены датчики фазных токов общего фидера ма шины и электроприемников, формирова. тель сит-нала активного суммарного тока формирователь ели нала :1ктивно1о тока электроприемников, фильтр, сумматор, п также датчик и интегральн 1й регулятор модуля напряжения Штающей сети, :У1ДД- ющий вход которого подк;почен к источнику напряжения постоянной величины, вход обратной связи через датчик модуля напряжения питаю1.цей сети - к yпo янyты датчикам фазных напряжений статора, а выход - к входу задания регулятора реактивного тока статора, при этом датчики фазных токов общего фидера через фо})- мирователи сигналов активного сумма.)- ного тока и активного тока электропри- емгпшов подключены к входам фильтра и сумматора, выход фильтра - к дополнительному входу сумматора, выход сумматора - к входу обратной связи регулятора скорости, а выход второгю из блоков преобразования переменных с сигналом активной состг штяющей тока ствто)а - к дополнительном входу формирователя активного тока электроприемников. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство CCCF № 517128, кл. Н 02 Р 7/62, 1073. 2.Авторское свидетельство CCCF № 4У0247, кл. П 02 Р 5/34, 1972.

. f