Устройство для управления асинхронизированной синхронной машиной Советский патент 1981 года по МПК H02P5/34 H02P7/42 

. ,I ..

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано дли управления асинхронизироваНными синхронными машинами, первичная обмотка которых подключена к сети переменного тока, а вторичная получает питание от регулируемого преобразователя частоты, в частности в электроэнергетике Для управления турбо- и гидрогенераторами продольнопоперечного возбуждения, а также в других отраслях промышленности, где используются подобные электрические машины.

Известно устройство управления асиихронизированной синхронной машиной с двухканальным регулированнем .частоты вращения и реактнвцрй мощности 1.

Недостатком известного устройства является невозможность регулирования распределения токов по фазам вторичной обмотки при работе на: синхронной частоте вращения.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство для . управления асинхроиизированной синхронной электрической машиной, которое содержит датчик углового положения ротора, формирователь гармонических функций частоты .скольжения, задатчик частоты вращения, датчик частоты вращения, регулятор частоты вращения, задатчик реактирнрй мощности, датчик реактивной мощности, регулятор реактивной мощности, преобразователь коррдинат и управляемый преобразователь частоты, включенный во вторичную цепьасннхронизированной синхронной машины, подключенной первичной цепью к сети переменного тока 2.

(О В известном устройстве управления асинхронкзированной синхронной мащиной канал регулирования частоты вращения состоит из задатчика частоты вращения, выход которого соединен с первым входом регулятора частоты вращения, второй вход которо5 го соединен с датчиком частоты вращения. Канал регулирования реактивной мощности состоит из задатчика реактивной мощности, выход которого соединен с первым входом регулятора реактивной мощности, второй вход которого соединен с вь1ходом датчика

реактивной мощности. Выходы регуляторов частоты вращения и реактивной мощности соединены с входами преобразователя координат, другие входы которого соединены с выходами блока формирования гармонических функций частоты скольжения. Выходы преобразователя координат соединены с управляющими входами преобразователя частоты.

При использовании известного устройства значение частоты вращения по окончании переходного процесса при изменении, например, нагрузки на валу зависит от величины возмущающего воздействия. Корректор частоты вращения, наличие которого возможно в регуляторе частоты вращення, не обеспечивает при этом достаточно быстрой и точной отработки заданной частоты вращения в тех случаях, когда недопустимо длительное отклонение частоты вращения от заданной (например, в синхронных генераторах продольно-поперечного возбуждения).

Кроме того, в режиме, когда сигнал задатчика частоты вращения соответствует синхронной частоте (нулевому скольжению), распределение постоянных токов в фазах вторичной обмотки зависит от установившегося режима по активной и реактивной мощности и, в общем случае, не соответст вует соотиощению расчетных мощностей фаз вторичной обмотки. Соотнощение расчетных мощностей фаз вторичной обмотки зависит от ее конструкции и эти расчетные мощности могут быть, например, одинаковыми при одинаковых фазных обмотках. В случае применения конструкции со «слабой поперечной обмоткой, которая рассчитана на работу только в переходном режиме, расчетная мощность поперечной обмотки для установивщегося режима равняется нулю. Несоответствие распределения токов в фазах вторичной обмотки соотнощению расчетных мощностей фаз приводит к перегрузке одной из фаз обмотки и соответствующего блока силовой части преобразователя частоты, что снижает надежность работы устройства.

Цель изобретения - повыщение точности поддержания синхронной частоты вращения и надежности регулирования.

Указанная цель достигается тем, что ц устройстве управления асинхронизированной синхронной мащиной, содержащем управляемый преобразователл частоты, подключенный ко вторичной цепи асинхроиизированной синхронной электрической мащины, датчики тока и напряжения первичной цепи электрической машины, датчик частоты напряжения сети, датчик токоЬ вторичной цепи электрической машины, датчики углового положения и частоты вращения ротора электрической машины, формирователь гармонических функций частоты скольжения, первый вход которого соединен с датчиком частоты напряжения сети, второй вход - сдатчиком углового положения ротора, а выход - с первым входом преобразователя кoopдйнat, выход которого подключен ко входу преобразователя частоты, регулятор частоты вращения, первый вход которого соединен с датчиком частоты вращения, регулятор реактивной мощности, первый вход которого соединен с задатчиком 5 реактивной мощности, второй вход - с выходом датчика реактивной мощности, а выход подключен к третьему входу преобразователя координат, входы датчика реактивной мощности подключены к датчикам тока и напряжения первичной цепи электрической О машины, дополнительно введены блок формирования сигнала рассогласования по углу, блок регулирования токов вторичной цепи и сумматор, причем вход блока формиров ания сигнала рассогласования по углу соединен с выходом формирователя гармонических функций частоты скольжения, а выход указанного блока соединен со вторым входом регулятора частоты вращения, выход которого подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока регулирования токов вторичной цепи, вход которого соединен с датчиком токов вторичной цепи, а выход сумматора подключен к второму входу преобразователя координат.

На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство управления асинхроннзированной синхронной машиной 1, подключенной первичной цепью к сети 2 переменного тока, содержит датчики тока 3 и напряжения 4 первичной цепи, датчик 5 частоты напряжения сети, датчик 6 углового положения и датчик 7 частоты вращения ротора машины 1, формирователь 8 гармонических функций частоты скольжения, первый вход которого соединен с датчиком 5 частоты напряжения сети, второй вход - с датчиком 6 углового положения ротора, а выход - с первым входом преобразователя 9 координат. Первый вход регуляторй 10 частоты вращения соединен с датчиком 7 частоты вращения, второй вход - с выходом блока 11 формирования сигнала рассогласования по углу, вход которого связан с формирователем 8 гармонических функций частоты скольжения. Выход регулятора 10 частоты вращения соединен с первым входом сумматора 12, второй вход которого соединен с выходом регулятора 13 токов вторичной цепи, вход которого соединен с датчиком 14 токов вторичной цепи электрической машины. Первый вход регулятора 15 реактивной мощности, соединен с задатчиком 16 реактивной мощности, второй вход - с датчиком 17 реактивной мощности, входы которого соединены с датчиком 3 тока и датчиком 4 напряжения первичной цепи электрической машины. Выходы сумматора 12 и регулятора 15 реактивной мощности подключены соответственно ко второму и третьему входам преобразователя 9 координат, выход которого соединен с управляющим входом преобразовате,ля 18 частоты, включенного во вторичную цепь асинхронизированной синхронной машины I.

Устройство работает следующим образом.

Сигнал регулирования реактивной мощности формируется в регуляторе 15 на постоянном токе путем сравнения сигнала задатчика 16 реактивной мощиости и сигнала обратной связи по реактивной мощности, поступающего с датчика 17. Выходной сигнал регулятора .10 частоты вращения фор мируется в виде суммы сигналов, пропорциональных сигналу рассогласования по углу, поступающему с блока И и сигналу скольжения, который равен разности сигнала датчика 7 частоты вращения и постоянного сигнала, соответствующего синхронной частоте -вращения. Сигнал рассогласования йо углу формируется в блоке 11 путем нелинейного преобразования гармонических функций углового положения ротора относительно синхронной системы координат. Последний сигнал образуется в формирователе 8 гармонических функцнй частоты скольжения при совместной обработке сигналов датчиков 6 и 5 углового положения ротора и частоты напряжения сети соответственно. Сигнал регулятора 10 частоты вращен.ия после сложения в сумматоре 12 с сигналом регулятора 13 токов вторичной цепи поступает совместно с сигналом регулятора 15 реактивной мощности в преобразователь 9 координат. Последний производит преобразование входных сигналов, сформированных на постоянном токе в синхронной системе координат, в роторную систему коорДннат с использованием сигналов гармонических функций угла между указанными системами координат, поступающих с формирователя 8. Выходной сигнал преобразователя 9 координат поступает на управляющие входы преобразователя 18 частоты.Регулятор 13 токов вторичной цепи формиpyet сигнал, соответствующий интегралу рассогласования величин; пропорциональных фазным токам, который складывается в сумматоре 12 с сигналом регулятора 10 частоты вращения. Изменение выходного сигнала регулятора 13 и суммарного сигнала канала регулироваиия частоты вращения продолжается до момента установления заданного соотношения фазных токов вторичной цепи машины.

Требуемое соотношение токов фаз вторичной цепи учитывается тем, что сигналы фазных токов вторичной цепи сравниваются между собой с различными коэффициентам}/ пропорциональности, причем соотношение коэффициентов должно быть обратно пропорционально требуемому соотношению токов. Так, например, если требуется равномерное распределение токовпо фазам вторичной цепи, коэффициенты пропорциональностн для сигналов фазных токов должны

быть одинаковы. При использований «слабой поперечной обмотки коэффициент пропорциональности для основной обмотки должен быть равен нулю для того, чтобы канал регулирования токов отрабатывал нулевое

значение тока «слабой поперечной обмотки в установившемся режиме.

Блок 11 формирования сигнала рассогласования по углу предстЕГВляет собой нелинейный преобразователь, реализующий одну из обратных тригонометрических функций arcsin или arccos и позволяющий преобразовать сигналы гармонических функцнй угла в сигнал, пропорциональный величине угла..

Регулятор 13 токов вторичной цепи может быть выполнен на основе интегросумматора, на входы которого поступают сигналы фазных токов вторичной цепи от датчика 14, причем один из сигналов должен быть инвертирован. Коэффициенты пропорциональности по входам устанавливаются в соответствии с требуемым распределением вторичных токов, как указано выше. Bыxoд foй сигнал интегросумматора пропорционален временному интегралу рассогласования токов и является выходным сигналом регулятора 13.

В качестве датчика 7 частоты вращения может быть использован тахогенератор постояннои тока или функциональный преобразователь сигнала датчика 6 углового пог.ожения ротора в сигнал постоянного тока,

пропорциональный частоте вращения.

Таким образом, данное устройство управления асинхронизированной синхронной машиной обеспечивает повышение точности поддержания синхронной частоты вращения благодаря введению регулирования по углу, а такжезаданное распределение токов во вторичной обмотке, что выгодно отличает йредлагаеное устройство от известного, так как позволяет исключить перегрузку вторичных силовых цепей в установившемя режиме и повышает надежность регулирования и работы системы в целом.

Формула изобретения

Устройство для управления асинхронизированной синхронной машиной, содержащее управляемый преобразователь частоты, подключенный ко вторичной Цепи указанной электрической машины, датчики тока и напряжения первичной цепи асинхронизированной синхронной, электрической машины, датчик частоты напряжения сети, датчик токов вторичной цепи указанной электрической машины, датчики угл.ового положения и частоты вращения ротора электрической мац}инЫ, формирователь гармонических функ1№й частоты скольжения, первый вход которого соединен с датчиком частоты напряжения сети, второй вход -« с датчиком :углового положения ротора, а выход - с ;первым входом преобразователя координат выход которого подключен к входу преобразователя частоты, регулятор частоты вращения, первый вход которого соединен с датчи,ком частоты вращения, регулятор реактив-, ной мощности, первый вход которого соединен с задатчиком реактивной мощности, второй вход- с выходом датчика реактивной мощности, а выход подключен к третьему входу преобразователя координат, входы датчика реактивной мощности подключены к.датчикам тока и напряжения первичной цепи электрической маЩины, отличающееся тем, что,с целью повышения точности поддержания синхронной частоты вращения и надежности регулирования, дополнительно введены блок формирования сигнала рассогласования по углу, блок регулирования токов вторичной цепи и сумматор, причем вход блока формирования сигнала рассогласования по углу соединеи с выходом формирователя гар-. монических функций частоты скольжения, а выход указанного блока соединен со вторым входом регулятора частоты вращения, выход которого подключен к первому входу сумматора, второй вход которого соединен с выходом блока регулирования токов вторичной цепи, вход которого соединен с датчиком токов вторичной цепи электрической машины, а выход сумматорй подключен ко второму входу пpeciбpaзoвaтeля координат.

Источннкн информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 523501, кл. Н 02 Р 7/42, 1972. .

2.Авторское свидетельство СССР № 657558, кл. Н 02 Р 7/36, 1976.