Статический преобразователь частоты для синхронной машины

(23) ПриоритетОпубликовано 25,11,79, Бюллетень %43Дата опубликования описания 28. 1 1,79 Н 02 М 5/297 Гасудэрстееииый комитет ао делам изобретений и открытий(54) СТАТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ ДЛЯ СИНХРОННОЙ МАШИНЫИзобретение относится к электротехнике и электротехнической промышленности и может быть использовано для частотного пуска и синхронизации мощных и сверхмощных синхронных машин с сетью переменного тока, например, двигатель-генераторов гидроаккумулируюших станций и синхронных приводов компрессоров, с последующим переключением указанных двигателей в сети переменного тока, в частности, в сеть, питающую преобразователь.Известен преобразователь частоты, содержащий упоавляемый выпрямитель, питаемый от сети переменного тока, выход которого через сглаживающий реактор и инвертор тока с отсекаюшими диодами подключен к, синхронной машине 11.Частота и фаза выходного напряжения преобразователя определяется частотой и фазой импульсов управления инвертором, которые в стационарных режимах могут задаваться независимо, так как коммутационная устойчивость инвертора обеспечивается включением в его силовую схему специальных коммутирующихконденсаторов.Мощность этих конденсаторов значительна и может составлять до 30% мощности двигателя, что увеличивает габариты, вес и стоимость преобразователя,усложняет его силовую схему, Перечисленные недостатки ограничивают область 10применения подобных преобразователей,Известен также статический преобразователь частоты для синхронной машины содержащий управляемый выпрямитель,питаемый от сети переменного тока, вы 5. ход которого через сглаживающий реакторподключен к входным шинам инверторатока, систему управления выпрямителем,систему управления инвертором, датчиктока в силовой пепи преобразователя,первый сумматор, выход которого соединен со входом системы управления выпрямителем, источник опорной частоты, второй сумматор и фазочастотный дискриминатор, причем один вход фазочастотного6996дискриминатора 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 вьмоду датчика тока, на другой вход первого сумматора подключен выход задатчика тока в силовой цепи преобразователя 2.Недос татком известного преобразователя является то, что он не обеспечивает синхронизации частоты и фазы выходного напряжения преобразователя, а следовательно, не может быть использован для синхронизации синхронной машины с сетью переменного тока.20Целью изобретения являются синхронизация частоты и фазы выходного напряжения преобразователя с частотой и фазой сети переменного тока.Для этою в статический преобразователь частоты для синхронной машины, содержаший управляемый выпрямитель, питаемый от сети переменного тока, выход которого через сглаживаюший реактор подключен к входным шинам инвер".Ора тока, систему управления выпрямителем, систему управления инвертором, датчиктока в силовой цепи преобразователя, первый сумматор, вьмод которого соединен со входом системы управления выпрямителем, источник опорной частоты, второй сумматор и фаэочастотный дискриминатор, причем один вход фазочастотного дискриминатора подключен к вы40 ходу 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 управления45 инвертором, один вход первого сумматора подключен к вьиоду датчика тока, на другой вход первого сумматоро подюиочен вьмод задатчика тока в силовой цепи50 преобразователя, и преобразователь дополнительно введен фазовый дискриминатор, один вход которого подключен к выходу преобразователя, другой - к сети переменного тока, а вьмод соединен с55 одним управляюшим входом источника опорной частоты, другой управляюший вход которого подключен к сети переменного тока. 264В данном преобразователе при изменении частоты и фазы выходного напряжения преобразователя сигнал с выхода фазочастотного дискриминатора корректирует угол управления инвертором, при этом сохраняется 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 амплитуды напряжений на выходе и входе преобразователя он шунтируется выключателем, что позволяет переключить синхронную машину в сеть переменного тока безтолчковым образом.На чертеже представлена принципиальная электрическая блок-схема преобразователя, выполненная согласно данному изобретению.Преобразователь содержит управляемый выпрямитель 1, питаемый от сети,2 переменного тока. На входе преобразователя включен датчик 3 тока в силовой цепи преобразователя, выходной сигнал которого поступает на один из входов первого сумматора 4, на другие входы которого подаются сигнал положительной обратной связи по напряжению на входных шинах инвертора 5 тока, снимаемый с делителя 6, и сигнал 7 задания по току (задатчик тока) в силовой цепи преобразователя.Выпрямитель 1 соединен с инвертором 5 тока через сглаживающий реактор 8.Регулирование выходного напряжения выпрямителя осушествляется системой 9 упр,:;вления выпрямителем. На вход системы 10 управления инвертором поступает сигнал с выхода второго сумматора 11, который определяет частоту выходного нал ряжения преобразователя, нагрузкой которого 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 подключен к выходу5источника 14 опорной частоты, синхронизированного сетью 2 переменного тока,Источник 14 опорной частоты включает в себя задаюший генератор 15,кольцевой респределителт, 16 и коммутатор 17, на вход которого подаетсянапряжение сети 2 переменного тока,Управление работой коммутатораосушествляется кольцевым распределителем 16,На вход задаюшего генератора 15поступает сигнал с выхода коммутатора 17, сигнал с выхода фазового дискриминатора 18, а также сигнал с задатчика 19 начальной фазы выходныхимпульсов источника опорной частоты,причем один вход фазового дискриминатора подключен к сети переменного токачерез трансформатор 20, а другой входчерез трансформатор 21 подключен к выходу преобразователя,Фазочастотный дискриминатор 13 выполнен на управляемых ключах 22, выход которых подключен к одному из входов сумматора 11, На входы ключей 22через трансформатор 21 подается напряжение с выхода преобразователя, ауправление ключами осушествляется кольцевым распределителем 16 источника 14опорной частоты,Выравнивание напряжений на выходепреобразователя и на шинах сети переменного тока осушествляется датчиком 23 небаланса напряжений, выходкоторого соединен со входом регулято-ра 24 выходного напряжения преобразоСигналы с выхода датчика 23 небаланса и фазового дискриминатора 18поступают на схему 25 совпадений, выходной сигнал которой управляет шунтируюшим выключателем 26, подключаюшим нагрузку к сети переменного тока.С нормально открытых контактов 27выключателя 26 подается сигнал в систему 9 управления выпрямителем и систему 10 управления инвертором, которыйосушествляет блокирование рабочих импульсов выпрямителя и инвертора.Преобразователь подключен к сетипеременного тока черед выключатель 28,а к нагрузке - через выключатель 29.Г 1 реобразователь работает следуюшимобразом,На выходе сумматора 4 формируетсясигнал, обеспечивающий работу выпрямителя 1 в режиме токоограничения, т,е,в режиме стабилизации вьхо 1 ного тока4 о увеличению электромагнитного моментана валу синхронной машины и ее скорости,т,е, к увеличению частоты выходного напряжения преобразователя.При отклонении фазы выходного напряжения преобразователя от фазы напряжения сети переменного тока (в трехфазной системе сравниваются все трифазы) сигнал с выхода фазового дискриминатора 1 8 воздействует на вход зада 50 55 так как сигнал с выхода фазочзстотного дискриминатора 13 должен оставатьсянеизменным(так как частота выходногонапряжения не изменяется н остаетсяпостоянной и равной гходной),5 о 5 го 25 зо 35 выпрямителя, а следовательно, и вход -ного тока инвертора 5 тока, Гри отсутствии сигнала с выхода фазочастотночдискриминатора 13 частота выходногонапряжения преобразователя определяется коэффициентом обратной связи чонапряжению на входных шинах инвертора, который выбирается таким образом,что в заданном диапазоне изменения нагрузки (момента сопротивления не валусинхронной машины) угол инвертирования(угол между первыми гармониками выходного тока и напряжения преобразователя) всегда больше некоторогоминимального допустимого угла инвертирования, что обеспечивает коммутационную устойчивость инвертора,При этом фаза выходного напряженичпреобразователя не определена и можетизменяться при колебаниях, напрнмер, 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 выходногонапряжения преобразователя от частотынапряжения сети переменного тока сигналс выхода фазочастотного дискриминатора 13 изменяет угол инвертирования Цтаким образом, что, например, при уменьшении частоты выходного напряженияпреобразователя, угол инвертирования чтакже уменьшается, при этом подводимая,например, к синхронной машине мощность 1,1 О совЧувеличивается, что приводит к юшего генератора 15 источника опорнойчастоты, что приводит к изменению фазывыходных импульсов источника опорнойчастоты 14, а следовательно, и фазывыходного напряжения преобразователя,20 25 30 35 40 45 50 55 1 асто те пульсаций выходного напряжения фазочастотного и фазового дискриминаторов равна (ипи кратна) частоте пульсаций напряжения на входных шинах инвертора (в данном случае частота пульсаций равна шестикратной частоте выходного напряжения преобразомтеля),Зто обеспечивает максимальное быстродействие системы регулирования и, следовательно, минимальное отклонение частоты и фазы выходного напряжения преобразомтеля от частоты и фазы сети переменного тока. При этом в контуре стабилизации частоты и фазы нет элементов с большимкоэффициентом усиления, что позволяет получить высокую динамическую стабильность привода.Диапазоны изменения выходных сигналов фезочастотного и фазового дискриминаторов выбираются таким образом, чтобы диапазон изменения угла инвертиромния Ч находился в пределах, обеспечивающих коммутационную устойчивость инвертора.Датчик 23 небаланса напряжений на шинах сети переменного тока и на выходе преобразователя, воздействуя не регулятор 24 выходного напряжения преобразователя, осуществляет выравнивание указанных напряжений, изменяя, например, ток возбуждения синхронной машины, Если Опреобразователя больше напряжейия на цинах сети переменного тока, то ток возбуждения умень. шается, если меньше - увеличивается,П ри равенстве час то ты 1 фазы и амплитуды напряжения на выходе преобразователя и на шинах сети переменного тока можно шунтировать преобразователь и тем самым переключить синхронную мешину в сеть переменною тока безтолчковым образом.Сигнал на включение шунтируюшего выключателя 26 подается схемой 25 совпадений, которая фиксирует совпадение фаз и амплитуд напряжений на входе и выходе преобразователя. Гри включении шунтируюцего выключателя 26 замыкаются нормально открытые контакты 2 и в системы управления выпрямителем и инвертором подается сигнал на блокировку рабочих импульсов управления тиристорами выпрямителя и инее ртора.Таким образом, синхронная машина 12 переключается на питание от сети переменного тока. 11 ри этом как в режиме разгона, так и при переключении ее в сеть, питающую преобразователь, токстетора синхронной машины не превышает тока, определяемого сигналом 7задания по току в силовой цепи преобразователя,Разгон синхронной машины до подсинхронной скорости обеспечивается засчет сигнала положительной обратнойсвязи по напряжению на входных шинахинвертора тока, который подается наодин из входов сумматора 11,Применение данного преобразователяпозволяет огреничить пусковые токи мощных и сверхмощных синхронных машинна уровне не более номинальных, чтозначительно увеличивает их срок службыи снижает требования к мощности оборудования питающих сетей.формула изобретения1. Статический преобразователь частоты для синхронной машины, содержащий управляемый выпрямитель, питаемый от сети переменного тока, выход которого через сглаживающий реактор подключен к входным шинам инвертора тока, систему управления выпрямителем, систему управления инвертором, датчик тока в силовой цепи преобразователя, первый сумматор, выход которого соединен со входом системы управления выпрямителем, источник опорной частоты, второйсумматор и фазочастотный дискрйминетор, 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 цели преобразователя, о т л и ч а ю ш и й с я 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 источнике опорной частоты, другой управляющий вход которого подключен к сети перел 1 гнцого токе,%2, Преобразователь по н, 1, о т л ичаюшийся тем,что,сцельювыравнивания напряжений на входе и выходе преобразователя, он снабжен датчиком небаланса входного и выходного напря 5 жений, один вход которого подключен к выходу преобразователя, другой - к сети переменного тока, а выход соединен со входом регулятора выходного напряжения преобразователя . 1 О3. Преобразователь по пл. 1 и 2) отличающийся тем,что,с целью плавного переключения синхронной машины в питающую сеть переменного тока, он дополнительно снабжен схемой 15 совпадения, шунтируюшим выключателем, управляющий вход которого подключен к 2610выходу схемы совпадения, входы которойсоединены соответственно с выходомфазового дискриминатора и датчиком небаланса напряжений, причем нормальнооткрытые контакты шунтирующего выклкьчателя блокируют выходы системы управления выпрямителем и инвертором.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Экспресс-информация "Лвтоматизированный электропривод, электротехнология и электроснабжение промышленныхпредприятий, М ВИНИТИ, 1974,25,с, 14-19.2. Заявка2502081/24-07,01,07,77, по которой получено положительное решение о выдаче авт. свид,699626 ВБlх щ ГВых раЯлгнир Верлорон 2. Составитель Ю. Лндрееведактор Ю. Челюканов Техред Э, Чужик Коррек елехман Филиал ППП Патент"г. Ужгород, ул, Проектна Вых ВАФД УВ,ЗГ Вых Ф 7430/58 Тираж 857 ЦНИИПИ Государственного ком по делам изобретений и от 113035, Москва, Ж, Раушска