Автономная система электропитания и управления пуском электродвигателей переменного тока

(51)4 Н 02 Р 1 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ Ьй;(:Л,А 4(21) 3832222/ (22) 30,12,84 (46) 23.08.86 (7 1) Криворож Красного Знам тут(72) А.И. Ел Бюл.31кий ордена Трудовогони горно-рудный инсти ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИ ВТОРСНОМ,Ф СВИДЕТЕПЬСТ ин, Д.И. Родькин, Ю.В.Цу ка, С.М, Соловьев и В,Д, Гуров (53) 621.313.333,07(088,8)(56) Авторское свидетельство СССР1059646, кл. Н 02 Р 1/02, 982,Авторское свидетельство СССР1085018, кл. Н 02 Р 1/54, 1983, (54) АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ПУСКОМ ЭЛЕКТРОДВИГА ТЕЛЕИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА.,(57) Изобретение относится к области электротехники и может быть испольэо вано для питания группы электродвигателей (ЭД) от автономного источник ограниченной мощности (ИОМ). Цель изобретения - повышение надежности спуска группы мощных ЭД и ИОМ, Устройство содержит синхронный генератор (СГ) 1 с приводным ЭД 2,обмоткой возбуждения 3 и автоматическим регулятором 4 оборотов приводного двигателя и несколько запускаемых двигателей, из которых хотя бы один является синхронным двигателем (СГ) 7, а остальные - асинхронные, Устр-во снабжено блоком 13 определения последователь-. ности пуска, блоком выделения производной, логическими блоками 14 и 15 и управляемыми коммутаторами 19, 20 и 21, через которые подключены занускаемь 1 е ЭД к выходу СГ 7. Введение указанных элементов позволяет запускать поочередно асинхронные и синхронные ЭД, регулируя частоту и напряжение СГ таким образом, что при миним. времени запуска ЭД его активная мощность не уменьшается до мичим, допустимой величины. 2 ил.Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам электроснабжения с двигательной нагрузкойпри питании от автономного источникаограниченной мощности. 5Целью изобретения является повышение надежности пуска группы мощныхэлектродвигателей от источника ограниченной мощности.На фиг. 1 изображена автономная 10система электропитания и управленияпуском электродвигателей переменноготока; на фиг. 2 - выходной сигналблока выделения производной,Автономная система состоит из син- .15хронного генератора 1 с его приводным двигателем 2 и обмоткой возбуждения 3 с первым регулируемым источником 4 постоянного тока, сумматораограничителя 5, выключателя 6, синхронного двигателя 7 с его обмоткой 8возбуждения со вторым регулируемымисточником 9 постоянного тока, выключателя 10, асинхронного двигателя 11,выключателя 12, блока 13 определения 25последовательности пуска электродвигателей, первого 14 и второго 15 логических элементов И, блока 16 выделения производной, диодного коммутатора 17, блока 18 запаздывания, пер- Зоного 19, второго 20 и третьего 2 1управляемых ключей, датчика 22 активной мощности, дифференциатора 23,первого 24, второго 25, третьего 26нелинейных блоков, первого сумматора27, второго сумматора 28, автоматического регулятора 29 оборотов двигателя. Управляющий вход регулируемого источника 4 постоянного тока соединен с выходом сумматора-ограничи 40 теля 5, с минимальной и максимальной устанками напряжения возбуждения синхронного генератора 1, последний связан с сетью через выключатель, а синхронный двигатель 7 - через выключа 45 тель 10, Первый выход блока 13 определения последовательности пускаэлектродвигателей связан через диодный коммутатор 17 с первым входом блока 16 выделения производной, входом первого управляемого ключа 19 и с первым входом блока 16 выделения производной, с входом первого управляемого ключа 19 и с первым входом первого логического элемента И 14,55 выход блока 16 ныделения производной соединен соответственно со вторым входом второго сумматора 28, с управляющими входами первого 19 и второго 20 управляемых ключей, а выходы этих ключей связаны соответственно со вторыми входами первого 14 и второго 15 логических элементов И, второй выход блока 13 определения последовательности пуска электродвигателей связан через диодный коммутатор 17 с вторым входом блока 16 выделения производной, с входом второго управляемого ключа 20, с первым входом второго логического элемента И 15 и через блок 18 запаздывания - с управляющим входом второго регулируемого источника 9 постоянного тока обмотки возбуждения 8 синхронного двигателя 7, первый 14 и второй 15 логические элементы И соединены соответственно с управляющими входами второго 12 и первого 10 управляемых выключателей, контакты которых связаны с первыми входами и выходами первого 14 и второго 15 логических элементов И соответственно, причем асинхронный двигатель 11 связан с сетью через выключатель 12,синхронный генератор 1 связан с сетью через датчик актинной мощности, выход которого связан с первым входом первого сумматора 27 через последовательно соединенные дифференциатор 23 и первый нелинейный блок 24, с вторым входом первого сумматора 27 через второй нелинейный блок 25, а с управляющим входом третьего управляемого ключа 21 через третий нелинейный блок 26, выход первого сумматора 27 соединен с первым входом сумматора-ограничителя 5, а также с автоматическим регулятором 29 оборотов приводного двигателя, связанным с приводным двигателем 2 через последовательно соединенные второй сумматор 28 и третий управляемый ключ 21.Блок определения последовательности пуска электродвигателей 13 вырабатывает сигналы положительной полярности в последовательности,соответствующей порядку запуска мощных электродвигателей от источника питания ограниченной мощности.Первый 24 и второй 25 нелинейные блоки представляют собой нелинейности типа Насыщение с ограничителем и зоной нечувствительности, причем ширина зоны нечувствительности первого нелинейного блока 24 пропорциональна величине максимально допустимого уровня производной активной мощности, а ширина зоны нечувствительности второго нелинейного блока 25 пропорциональна величине максимально допустимой мощности. Третийнелинейный блок 26 реализует от нуля до заданного входного сигнала неизменный выходной сигнал и нуль при превьшении заданного входного сигнала. Если на входе блока 26 появляется сигнал с датчика 22 активной мощности, который свидетельствует о том, что величина активной мощности больше минимально допустимого значения активной мощности, то на выходе блока 26 сигнал будет отсутствовать. Если же активная мощ 10 ность примет значения меньше или равные минимально допустимой велцчи не активной мощности, то на выходе блока 26 появляется сигнал, который, воздействуя на управляющий вход третьего управляемого ключа 21, препятствует прохождению сигнала с выхода 20 второго сумматора 28 на выход автоматического регулятора 29 оборотовдвигателя,Работу системы рассмотрим на примере пуска от источника ограниченной 25 мощности двух мощных потребителей:асинхронного и синхронного двигателей. Пуск производится в следующейпоследовательности: сначала запуска -ется асинхронный двигатель, затемсинхронный,На первом выходе блока 13 определения последовательцости пуска элект родвигателей появляется сигнал положительной лрнси - коканда ца включение асинхронного цвигате.пя 11. Этот сигнал через диодный коммутатор 17 поступает на вход блока 16 Выделения производной, который выделяет производную данного сигнала. Обозна 0 чим через 1, время достюкения первого максимума производной, выделяемой блоком 16, величину первого максикума - через Б,. Преобразованный сигнал через сумматор-ограничитель 5 поступает на управляюший вхоц регулируемого источника 4 питания, который в течение времени 1 снижает напряжение на обмотке 3 возбуждения синхронного генератора 1 тем самым сни 50 жая выходное напряжение синхронного генератора 1, Одновременно этот же преобразованный сигнал с выхода блока 16 через второй сую 1 атор 28 и третий управляемый ключ 2 Поступает на55 автоматический ре гулятор оборотов дви. гателя 29, который в течение времениснижает обороты приводного цвигателя 2, снижая тем самым частоту вь: -ходного напряжения синхроннос генератора 1. Кроме того, эточ же преобразованньп сигнал с выхода блока 16 поступает на управляющие входы первого 19 и второго 20 управляемых ключей, которые открываются, когда напряжение на управляющем входе управляемого ключа Б , Б, . Параметры блока 16 выбраны таким образом, что максимальное значение выходного сигнала равно пороговому значению управляющего напряжения, которое поступает на управляющие входы управляемых ключей 19 и 20, Таким образом, после истечения времени 1 первый 19 и второй 20 управляемые кгючи открываются на время, когда Н,П , а потом опять закрываются так как У - Б, . На перц ос гвом входе первого логического элемента И 14 присутствует положительный сигнал с первого Выхода блока 13 Определения последовательности пуска электродвигателей с момента его появления на первсм выходе этого блока, а этот же сигнал на втором входе первого логического элемента И 14 появится тогда, когда первый управляемый ключ откроется, т,е. по истечении времени, В этот момент на первом и втором входах первого логического элемента И 14 будут присутствовать одинаковые сигналы положительной полярности. На выходе этого элемента также пояВится сцгцач положительной пблярности, который, возцействуя на управляющий вход гыключателя 12, приводит к включенгпо этого выключателя,Такик образом, происходит подключение асинхронного двигателя 11 к источнику питания при сниженном напряжении питания и пониженной частотенапряжения питания,Второй Выключатель 12, включившись,другой парой своих контактов, включенных параллельно первом 5 логическому элементу И 14, шунтирует его,тек самым исключая исчезновение управляющего сигнала на выходе первого логического элемента И 14, которьпсбы исчез после истечения временичфввиду Отсутствия положительного сигнала на втором входе этого блока изза размыкания первого управляемогоключа 119. Одноврекенно первым управляемым ключом 19 по истечении времени 1: открывается второй управляемыйключ 20, но так как на втором выходеблока 13 сигнал отсутствует, то он5 12528будет отсутствовать и на выходе вто-рого логического элемента И 15, ивыключатель 10 не включится.По истечении времени С уровеньвыходного сигнала блока 16 начинаетпонижаться (фиг, 2), что приводит квозрастанию напряжения на обмоткевозбуждения 3 до номинального, а сле-довательно, и выходного напряжениясинхронного генератора 1 до номинального, и к увеличению оборотов приводного двигателя 2 до номинальных,т.е, повьппается частота выходногонапряжения синхронного генератора дономинальной. Асинхронный двигатель11 работает в номинальном режиме.Кроме того, выключатель 12 своими контактами производит переключение вблоке 16 выделения производной, меняя его установку времени с 1 на 20причем йсПуск синхронного двигателя 7 доподсинхронной скорости производитсяаналогично, только управляющим сигналом будет положительный сигнал 25на втором выходе блока 13. Крометого, управляющий сигнал со второговыхода блока 13 через блок 18 запаздывания, уставка времени котороговыбрана таким образом, чтобы синхрон- З 0ный двигатель 7 успел разогнатьсядо посинхронной скорости, поступаетна управляющий вход второго регулируемого источника 9 постоянного така.При этом появляется напряжение наобмотке возбуждения 8 и синхронныйдвигатель 7 втягивается в синхронизм.Если производится пуск прйводовв обратной последовательности, тосначала появляется положительный сиг 40нал на втором выходе блока 13, а уставка времени блока 16. Остальное происходит аналогично.Для отключения какого-либо из при"водов от сети достаточно отсутствия 45сигнала на соответствующем выходеблока 13, Тогда исчезает сигнал науправляющем входе соответствующеговыключателя и он размыкается, размыкает одновременно свои шунтирующиеконтакты и контакты в блоке 16,Уставка времени блока 16 й увеличивается.Дифференциатор 23 и первый нелинейный блок 24, на который поступаетсигнал с датчика 22 активной мощности, включенного между выключателем5 и синхронным генератором 1, служатдля предотвращения превьппения производ 92 Ьной активной мощности эаданой величины,В случае превышения этой величины(уставки блока 24) на выходе блокаконтроля величины производной активноймощности появляется сигнал, которыйчерез первый сумматор 27, второй сумматор 28, третий управляемый ключ 21воздействует на автоматический регулятор 29 оборотов двигателя, которыйснижает скорость вращения приводногодвигателя 2, а также сигнал с выходапервого сумматора 23 через сумматорограничитель 5 воздействует на управляющий вход первого управляемого источника 4 постоянного тока, который изменяет напряжение на обмотке возбуж,". дения 3 синхронного генератора 1,тем самым снижая выходное напряжение генератора 1. Эти же процессы происходят и в случае появления сигнала на выходе второго нелинейного блока 25, который появляется в случае превышения величины активной мощности, из" меряемой датчиком 22 активной мощности, допустимой по условиям эксплуатации. Процессы снижения напряжения и частоты продолжаются до тех пор,пока не исчезнут режимы превышения активной мощности допустимой величины или превышения ее производной допустимой величины.Однако при снижении оборотов приводного двигателя 2 может возникнутьопасность, что активная мощность уменьшится ниже допустимой величины минимальной мощности, Для предотвращения этого служит третий нелинейный блок 26, который в случае уменьшения активной мощности ниже допустимой выдает сигнал на управляющий вход третьего управляемого ключа, тем самым запирая его. Это предотвращает дальнейшее снижение частоты вращения приводного двигателя 2.Первый нелинейный блок 24 выполняет функцию защиты устройства запуска мощных приводов от превьппения производной активной мощности предельно допустимой величины дР/йг. Этот параметр нужно контролировать по сле-, дующим причинам: активная мощность Р согласно проведенным расчетам достигает своего максимума за два периода питающего напряжения, а инерционность на внезапное возрастание активной мощности может привести к ударам и поломкам вала синхронного генератора 1; активная мощность и момент на валу синхронного генератора имеют колеба 1252892тельный характер. Для того, чтобы не,возникало знакопеременных механическихбиений, нужно контролировать и ограничивать величину производной активной 5 1 О 15 20 25 30 35 40 45 50 ческого управления технологическимпроцессом. Формула и з обретения Автономная система электропитания и управления пуском электродвигателей переменного тока, содержащая мощности.Второй нелинейный блок 25 контролирует и предотвращает превышение активной мощности синхронного генератора вьше максимально допустимой величины активной мощности РТретий нелинейный бло: 26 предотвращает снижение ниже минимально допустимой величины Р . активной мощ"пности синхронного генератора. Этот параметр нужно контролировать для того, чтобы обеспечить постоянство знака активной мощности синхронного генератора 1, т.е., чтобы он не перешел в двигательный режим.Уставка У сумматора-ограничите 1ля 5 определяет начальный ток возбуждения синхронного генератора У, - максимальный ток возбуждения синхронного генератора 1. Значение этих коэффициентов устанавливается экспериментально при первом пуске мощных потребителей от автономйого источника ограниченной мощности. Таким образом, на выходе сумматора- ограничителя 5 будет ограничиваемый уставками У, и У сигнал, воздействующий на управляющий вход первого регулируемого источника 4 постоянного тока.Предлагаемая система запуска мощных электродвигателей от автономного источника ограниченной мощности по сравнению с известной обеспечивает большую надежность пуска мощных потребителей, а также увеличивает срок службы электрооборудования за счет эффективного ограничения пусковых токов приводов и крутящих моментов, воздействующих на механическую часть источника резервного питания. Кроме того, данная система позволяет производить включение и отключение мощных электроприводов согласно требованиям технологического процесса и может быть элементом системы автоматиэлектромашинный агрегат, состоящий из приводного двигателя с автоматическим регулятором оборотов, синхронного генератора, соединенного с валом приводного двигателя, обмотки статора синхронного генератора через выключатель связаны с шинами питания, обмотка возбуждения синхронного генератора соединена с первым регулируемым источником постоянного тока, управляющий вход которого соединен с выходом сумматора-ограничителя с максимальной и мииимальной уставками напряжения возбуждения, группа двигателей переменного тока, состоящая как минимумиз одного синхронного двигателя, имеющего обмотку возбуждения с вторым регулируемым источником постоянного тока, статорные обмотки двигателей переменного тока через выключатели соединены с шинами питания, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повьппения надежности пуска группы электродвигателей, в нее введены пер. вый и второй логические элементы И, блок определения последовательности пуска электродвигателей, блок выделения производной, первый, второй и третий управляемые ключи, диодный коммутатор, блок запаздывания, датчик активной мощности, дифференциатор, первый и второй нелинейные блоки, реализующие функцию типа "насьпцение с зоной нечувствительности в области малых входных сигналов, третий нелинейный блок, реализующий в диапазоне от нуля до заданного входного сигнала неизменный выходной сигнал и нуль при превьппении заданного входного сигнала, первый и второй сумматоры, причем первый выход блока определения последовательности пуска электродвигателей связан через диодный коммутатор с первым входом блока выделения производной, с входом первого управляемого ключа и с первым входом первого логического элемента И, выход блока выделения производной соединен соответственно с вторым входом сумматора-ограничителя, с вторым входом второго сумматора, с управляющими входами первого и второго управляемых ключей, а выходы этих ключей связаны соответственно с вторыми входами первого и второго логических элементов И, второй выход блока определения последовательности пуска электродвигателей связан черезСоставитель В, ТарасовТехред В.Кадар Корректор д, На Редактор П. Коссе Заказ ч 629/55 Тираж 631 ВНИИПИ Государственного комитета ССС 6 о делам изобретений и открытий 3035, Москва, Ж, Раушская наб.,д.писн Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород,оектн 9, 12 диодный коммутатор с вторым входом блока выделения производной, с входом второго управляемого ключа, с первым входом второгологического элемента И и через блок запаздывания - с управляющим входом второго регулируемого источника постоянного тока обмотки возбуждения синхронного двигателя, выходы первого и второго логических элементов И соединены соответственно с управляющими входами выключателей электродвигателей, контакты которых связаны с первыми входами и выходами первого и второго логических элементов И соответственно, датчик активной мощности включен меж 52892 1 Оду выключателем и синхронным генератором, .а своим выходом связан с первым входом первого сумматора черезпоследовательно соединенные дифференциатор и первый нелинейный блок, свторым входом первого сумматора черезвторой нелинейный блок, а с управляющим входом третьего управляемогоключа через третий нелинейный блок,1 О выход первого сумматора соединен спервым входом сумматора-ограничителя, а также с автоматическим регулятором оборотов приводного двигателячерез последовательно соединенные5 второй сумматор и третий управляемыйключ,1