Устройство для частотного пуска синхронной машины Советский патент 1981 года по МПК H02P1/50 H02P7/42 

t

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в статических преобразователях частоты, осуществляющих частотный пуск синхронной машины.

Известно устройство для частотного пуска синхронной машины, содержащее статический преобразователь частоты, систему управления преобразователем, один вход которой подключен к выходным выводам преобразователя, причем между входом и выходом преобразователя включен шунтирующий выключатель. В устройстве запуск синхронной машины до оборотов, составляющих 10-15% от номинальных, осуществляется от сети переменного- тока за счет включения шунтирующего выключателя, после отключения которого и подачи возбуждения на синхронную машину начинает работать преобразователь 1 .

Недостатком данного устройства является значительная величина пусковых токов, что ограничивает область его применения (только для маломощных синхронных машин).

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство для частотного пуска синхронной машины, содержащее преобразователь частоты, снабженный выводами для подключения к сети переменного тока, выход преобразователя подключен к зажимам синхронной маши1гы, систему управления преобразователем, первый вход которой подключен к выходу задатчика тока в силовой цепи преобразователя, второй вход соединен с выходом генератора пусковой частоты, датчик тока в силовой цепи преобразователя, задатчик тока возбуждения синхронной машины и блок запуска, первый выход которого соединен с входом задатчика тока возбуждения, второй выход подключен к задатчику тока в силовой цепи преобразователя, третий выход соединен с третьим входом системы управления преобразователем, первый вход блока запуска подключен к выходу датчика в силовой цепи преобразователя. В данном устройстве .запуск синхрюнной машины осуществляется от преобразователя, который работает в режиме токоотраничения с частотой выходного напряжения, определяемой задающим генератором, без подачи возбуждения на синхронную

машину, т.е. за счет асинхронного момента. После разворота синхронной машины в нужном направлении до максимально возможных оборотов подается возбуждение и осуществляется втягивание синхронной машины в синхронизм с частотой выходного напряжения преобразователя 2. Недостатком данного устройства является то, что оно не обеспешваёт с достаточной Надежностью неизменность направления вращения синхронной машины в процессе запуска, так как после подачи возбуждения частота переключения тока в якорных обмотках синхронной машины больше синхронной,, что может привести к остановке ротора и его колебаниям, т.е. измене1шю направления вращения, что для многих видов привода недопустимо.

Цель изобретения - обеспечение устойчивости запуска синхронной машины.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для частотного пуска синхронной машины, содержащее преобразователь частоты, снабженный выводами для подключения к сети переменного тока, выход преобразователя подключен к зажимам си11хронной машины, систему управления преобразователем, первый вход которой подключён к выходу задатчика тока в силовой цепи преобразователя, второй вход соединен с выходом генератора пусковой частоты, датчик тока в силовой цепи преобразователя, задатчик тока возбуждения синхронной машины и блок запуска, первый выход которого соединен с входом задатчика тока возбуждения, второй выход подключен к входу задатчика тока в силовой цепи преобразователя, третий выход соединен с третьим входом системы управления преобразователем, первый вход блока запуска подключен к выходу датчика тока в силовой цепи преобразователя, введен трансформатор, а блок запуска снабжен вторым входом и четвертым выходом, система управления преобразователя снабжена четвертым входом и дополнительным выходом, при этом второй вход блока запуска соединен с дополнительным выходом системы управления преобразователем, а четвертый выход блока запуска соединен со входом генератора пусковой частоты, четвертый вход системы управления преобразователем через упомянутый трансформатор соединен с выходом преобразователя.

Кроме того, система управления инвертором составлена из основного и двух вспомогательных каналов, каждый из которых включает в себя последовательно соедкнен 1ые интегратор с шунтирующим ключом и пороговый элемент, регисторов, потенциометров, распределителя импульсов, первого и второго коммутаторов, датчика напряжения логического узла, входы котороге подключены к выходу соответствующего порогового элемента, выход соединен с упразляющими входами шунтирующих ключей интеграторе, первым выходом системы управления преобразователем и первым входом распределителя импульсов, первые выхода 1 которого подключены к выходу системы управления инвертором, вторые выходы соединены с управляющими входами первого и второго коммутаторов, а второй вход подключен к третьему входу системы управления преобразователем, входы коммутаторов и вход датчика напряжения подключены к четвертому входу системы управления преобразователем, вход основного канала через первый потенциометр соединен с выходом коммутаторов, а через первый резистор с входом системы управления инвертором, ВХОД1) вспомогательных каналов через вторые резисторы подключены к выходу коммутаторов, а через второй и третий потенциометры к выходу датчика напряжения, причем вход одного вспомогательного канала через третий резистор соединен с вторым входом системы управления преобразователем.

При этом блок запуска составлен из кольцевого счетчика, емкость которого на единицу отличается от числа, кратного фазности преобразователя, двух триггеров, датчика нуль-тока, узла задержки, причем первый выход счетчика образует первый выход блока запуска, второй выход образует четвертый выход блока запуска и соединен с первым входом счетчика и счетным входом первого триггера, вход S которого соединен с вторым входом счетчика, вторым входом блока запуска и входом R второго триггера, вход S которого подключен к выходу датчика нуль-тока, вход которого и вход узла задержки соединены с первым входом блока запуска, выход узла задержки подключен к R входу обнуления счетчика, выходы первого и второго триггеров объединены и подключены к второму и третьему выходу блока запуска.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая блок-схема устройства; на фиг. 2 - принципиальная схема системы управления инвертором; на фиг. 3 - электрическая схема блока запуска; на фиг. 4 - диаграмма работы устройства.

Устройство для частотного пуска синхронной машины содержит преобразователь частоты 1 (фиг. 1), вход 2 которого подключен к сети переменного тока, а выходные выводы 3 преобразователя подключены к зажимам синхронной машины 4, с возбудителем 5. Первый вход-6 системы 7 управления преобразователем подключен к выходу задатчика 8 тока в силовой цепи преобразователя, второй вход 9 системы 7 управления соединен с выходом генератора 10 пусковой частоты, а четвертый вхо 11 подключен к выходным выводам 3 преобразователя через трансформатор 12, Первый выход 13 блока 14 запуска соединен с входом задатчика 15 тока возбуждения синхронной машины 4, второй выход 16 блока 14 запуска подключен к задатччку 8 тока в силовой цепи преобразователя, а четвертый выход 17 подключен к входу генератора 10 пусковой частоты. .Второй вход 18 блока запуска 14 соединен с дополнительным выходом 19 системы 7 управления преобразователем, а первый вход 20 блока 14 запуска подключен к выходу датчика 21 тока. Третий выход 22 блока 14 запуска соединен с третьим входом 23 системы 7 управления преобразователем. Преобразователь I частоты состоит из управляемого выпрямителя 24 и инвертора 25. Выход выпрямителя соединен со входом инвертора юрез сглаживающий реактор 26. Система 7 управления преобразователем состоит из системы 27 управления и регулирования выпрямителем и системы 28 управления инвертором. Система 28 управления инвертором (фиг. 2) состоит из основного 29 и двух 30 и 31 вспомогательных каналов, каждый из которых включает в себя интегратор 32 с шунтирующим ключом 33 и пороговый элемент 34. Выходы пороговых элементов соединены с входами 35-37 логического блока 38. Выход 39 логического блока соединен с управляющим входом 40 шунтирующих ключей, дополнительным выходом 19 системы 7 управления преобразователем и первым входом 41 распределителя 42 импульсов, первые выходы 43 которого подключены к выходу 44 системы 28 управления инвертором, а вторые выходы 4 распределителя 42 импульсов соединены с управляющими входами 46 первого 47 и второго 48 коммутаторов. Второй вход 49 распределителя 42 илшульсов (блокирование импульсов управления) подключен к третьему входу 23 системы 7 управления преобразователем. Входы 50 коммутаторов 47 и 48 и вход 51 датчика напряжения 52 подключены к четвертому входу 11 системы 7 управления преобразователем. Вход 53 основного канала 29 через парный потенциометр 54 соединен с выходами 55 и 56 коммутаторов, а через первый резистор 57 с входом 58 системы 28 управления инвертором. Входы 59 и 60 вспомогательных каналов 30 и 31 те рез вторые резисторы 61 и 62 подключены к выходам 55 и 56 коммутато ров, а через второй 63 и третий 64 потенциометры - к выходу 65 датчика напряжения. При этом вход 60 вспомогательного канала 31 через третий резистор 66 соединен с вторым входом 9 систем1 1 7 управле1шя преобразователем. Кроме этого, между входом и выходом интегратора каждого канала включен нелинейный элемент 67. Блок запуска (фиг. 3) состоит из кольцевого счетчика 68, первый выход 69 которого образует первый выход 13 блока запуска, второй выход 70 образует четвертый выход 17 блока запуска и соединен с первым входом 71 счетчика 68 и счетным С входом 72 первого триггера 73. S вход 74 установки в единицу триггера 73 соединен со вторым входом 75 счетчика 68, вторым входом 18 блока

запуска и R входом 76 установки в ноль второго триггера 77, S вход 78 установки в единицу которого подю1ючен к выходу датчика 79 нуля-тока. Вход 80 датчика 79 ггуля-тока и вход 81 узла 82 задержки соединены с первым входом 20 блока запуска. Выход 83 узла 82 задержки подключен к R входу 84 обнуления счетчика, а- выход 85 первого 73 и выход 86 второго 77 триггеров объединены и подключены ко второму 16 и третьему 22 выходам блока запуска.

Устройство для частотного пуска синхронной машины работает следующим образом.

После подачи напряжений питания и силового напряжения па вход преобразователя блок

запуска устанавливается в начальное cocTOHiffle, при котором генератор 10 пусковой частоты формирует последовательность 87 и тульсои (фиг. 4), осуществляющих переключение тока по обмоткам синхронной машины, а ток возбужде шя блокирован (диаграмма 88). Для преобразователя, выполненного по схеме: управляемый выпрямитель - ведомый инвертор, коммутация тока в вентилях инвертора осуществляется за счет кратковременного перево выпрямителя в инверторный режим (выход 16 блока запуска, диаграмма 89) и блокирова ния импульсов управления инвертором (выход 22 блока запуска, диаграмма 89), до обтгуления тока в силовой цепи преобразователя (вход 20 блока запуска, диаграмма 90). При этом осуществляется разворот синхронной мащины до заданных оборотов за счет асинхронного момента, а ограничение пускового тока синхронной мащины на заданном уровне (1,0-1,5 от номинального) обеспечивается системой управления и регулировавшя выпрямителя. После асинхронного запуска синхронной мащины от преобразователя частоты блок запуска блокирует и fflyльcы генератора пусковой частоты (дааграмма 91), обнуляет ток в силовой цепи преобразователя (диаграмма 90), блокирует импульсы управления инвертором (диаграмма 89) и подает сигнал на задатчик тока возбуждения (диаграмма 92). При включении возбуждения на выходе преобразователя появляется напряжение, величина которого и частота соответствуют достигнутым оборотам синхронной мащины. Это напряжение через трансформатор 12 Подается на вход 11 системы 7 управления пре785образователем и осуществляет синхронизацию системы 28 управления инвертором с частотой выходного направления преобразователя. При этом на входе 53 основного канала 29 форлгаруется Направление 93, аналогичное направлению Противо ЭДС и 1вертора 25, т.е. напряжению на входе инвертора. Напряжение на выходе 55 ;коммутатора 47 (диаграмма 94) и напряжение на выходе 56 коммутатора 48 (диаграмма 95) сдвинуты относительно указанной противо-ЭДС на ± 60 эл.град. В том случае, если асинхронного момента оказалось недостаточно для начального разворота синхронной машины до нужных оборотов, то после включения возбуждения и блокирования импульсов генератора пусковой частоты . синхроимпульс на выходе 19 системы 7 управления преобразователем может не появиться. В этом случае узел 82 задержки блока 14 запуска через время Т (диаграмма 96 достаточное для синхронизации системы управления преобразователем, устанавливает счетчик 68 в начальное состояние и процесс запуска повторяется, так как емкость счетчика 68 на единицу больше или меньше величины, кратной фазности m преобразователя, то после окончаПИЯ нового цикла асинхронного запуска, включения возбуждения и блокирования импульсов генератора пусковой частоты, система 28 управления инвертором находится в состоянии, сдвинутом на один такт работы относительно ее состояния после предыдущего цикла асинхронного запуска. При этом наводимое в статорных обмотках синхронной машины напряже ше (при включении тока возбуждения) подводится ко входам каналов 29-31 системы управления инвертором через другую пару ключей коммутаторов 47 и 48. Если положение ротора синхронной машины относительно статорных обмоток согласуется с состоянием распределителя импульсов 42 системы 28 управления инвертором, то на выходе основного 29 или вспо могательного 31 каналов появляется рабочий импульс, а на выходе 39 логического блока 38 синхроимпульс (диаграмма 97). После появле1ШЯ синхроимпульса на выходе 19 системы 7 управления преобразователем 1 блок запуска 14 снимает блокировки с задатчика 8 тока в силовой цепи преобразователя и импульсов управления инвертором. При этом в обмотки син хронной мащины снова подается силовой ток ареобразователя, но так как генератор пусковой частоты блокирован, возбуждение подано, а система 7 управления преобразователем синхронизирована с частотой напряжения на выходе преобразователя (т.е. напряжением на синхронной мащине), то дальнейший разворот син хронной мащины осуществляется за счет синхронного момента, а частота переключения тока в обмотках синхронной машины задается истемой управления преобразователем. Как и ри асинхронном запуске от преобразователя, коммутация тока в вентилях инвертора обеспечивается соответствукицим управлением работой выпрямителя и инвертора от блока запуска. После того, как обороты синхронной машины достигают величины порядка 0,05-0,1 от номинальных и напряжение на ней становится достаточным для осуществления естественной коммутации вентилей инвертора, автоматика преобразователя блокирует работу блока запуска. Таким образом, данное устройство обеспешвает надежный запуск синхронной машины в нужном направлении, т.е. без изменения направления вращения в процессе запуска. При этом, если асинхронного момента достаточно для разворота синхронной машины от преобразователя (что практически всегда можно обеспешть, уменьшая пусковую частоту и увеличивая ток в силовой цепи преобразователя), то запуск синхронной мащины осуществляется за один цикл работы блока запуска. Формула изобретения 1. Устройство для частотного пуска синхронной машины, содержащее преобразователь частоты, снабженный выводами для подключения к сети переменного тока, выход преобразователя частоты подключен к зажимам синхронной машины, систему управления преобразователем, первый вход которой подключен к выходу задатчика тока в силовой цепи преобразователя, второй вход соединен с выходом генератора пусковой частоты, датчик тока в силовой цепи преобразователя, 5адатчик тока возбуждения синхронной машины и блок запуска, первый выход которого соединен с входом задатчика тока возбуждения, второй выход подключен к входу задатчика тока в силовой цепи преобразователя, третий выход соединен с третьим входом системы управления преобразователем, первый вход блока запуска подключен к выходу датчика тока в силовой цепи преобразователя, отличающееся тем, что, с целью обеспечения устойчивости запуска синхронной мащины, введен трансформатор, а блок запуска снабжен вторым входом и четвертым выходом, система управления преобразователем снабжена четвертым входом, и дополнительным выходом, при зтом второй вход блока запуска соединен с дополнительным выходом системы управлеиия преобразователем, а четвертый выход соединен с входом генератора пусковой частоты, четвертый вход системы управления преобразователем «рез упомянутый трансформатор соеданен с выходными выводами преобразователя. 2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что система управления инверторо составлена из основного и двух вспомогательных каналов, каждый из которых включает в себя последовательно соединенные интегратор с шунтирующим ключом и пороговый элемент резисторов и потенциометров, распределителя импульсов, двух коммутаторов, датчика напряжения логического узла, входы которого подключены к выходу соответствующего порогово го элемента, а выход соединен с управляющим входами шунтирующих ключей интеграторов, дополнительным выходом системы управления преобразователем и первым входом распредели теля импульсов, первые выходы которого подключены к выходу системы управления инвертором, вторые выходы соединены с управляющими входами первого и второго коммутаторов, а второй вход подключен к третьему входу системы управления преобразователем, входы коммутаторов и вход датчика напряжения подключены к четвертому входу системы управления преобразователем, вход основного канала через первый потенциометр соединен с выходом коммутаторов, а через первый резистор с входом системы управления инвертором, входы вспомогательных каналов через вторые резисторы подключены к выходу коммутаторов, а через второй и третий потенциометры к выходу датчика напряжения, причем вход одного вспомогательного канала через третий ре зистор соединен со вторым входом системы управления преобразователем. 3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ-ее с я тем, что блок запуска составлен из кольцевого счетчика, емкость которого на единицу отличается от числа, кратного фазности преобразователя, двух триггеров, датчика нуль-тока, узла задержки, приэдм первый выход счетчика образует первый выход блока запуска, второй выход образует четвертый выход блока запуска и соеданен с первым входом кольцевого счетчика и счетным входом первого триггера, вход S которого соединен со вторым входом кольцевого счетчика, вторым входом блока запуска и входом R второго триггера, вход S которого подключен к выходу датчика нультока, вход которого и вход узла задержки соединены с первым входом блока запуска, выход узла задержки подключен к R входу обнуления счетчика, выходы первого и второго триггеров объединены и подключены ко второму и третьему выходу блока запуска. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Аракелян А. К., Афанасьев А. А., Чилиин М. Г.. Вентильный электропривод с синронным двигателем и зависимым инвертором. ., Энергия, 1977, с. 23-26, рис. 1-8. 2.Рабинович 3. Я., Толстов Ю. Г., Ната;|ин А. В., Колоколкин А. М. О применении астотно-регулируемого электропривода на маистральном транспорте газа. - Реферативный борник Транспорт и хранение газа, М., 1978, ып. 8, с. 15-21.