Преобразователь для частотного пуска и синхронизации с сетью синхронных машин

СОКИ СОВЕТСНИХ.СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК ЕТЕНИ ЕТЕЛЬСТ СНОМ АВ л3 1(21) 3326700/24-0анавхо л. М 26А.В, Наталкин,И.Н. Самойлов88.8)свидетельство СС2 М 5/297.видетельство СССР2 М 5/297. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ОПИСАНИЕ(54)(56) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ЧАСТОТНОГО ПУСКА И СИНХРОНИЗАЦИИ С СЕТЬЮСИНХРОННЫХ МАШИН, содержащий последовательно связанные между собойуправляемый выпрямитель, реактивныйнакопитель и инвертор, выходы которого образуют выход преобразователяа такыре основной блок управления,первый и второй входы которогоподключены соответственно к выходурегулятора тока в силовой цепипреобразователя и к выходу задающеггенератора, и вспомогательный блокуправления, включающий в себя фазо-.вый дискриминатор входного и выходного напряжений преобразователя,формирователь импульсов с логической обработкой входных сигналов,фазочастотный дискриминатор в видераспределителя импульсов с первым;каналом управления и двух коммутаторов, причем входы первого коммутатора связаны с входными выводами преобразователя для подключенияих к питающей сети, его выход соединен с одним входом этого первого Н.ЯЦ 10 9 5 3(51) Н 02 Р .13 18 Н 2 М 5/27.к ла управления, а другой егод подключен к выходу фазового дискриминатора, входы второго коммутатора связаны с выходом преобразователя, его выход подключен к входу задающего генератора, а управляющие входы ключей коммутаторов подсоединены к соответствующим выходам распределителя, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью упрощения, повышения надежности и технологичности, он снабжен датчиком выходного напряжения преобразователя и дополнительными вторым и третьим каналами управления распределителем одни входы которых соединены с выходом второго коммутатора, другие подключены к выходу датчика напряжения, выходы всех каналов управления соединены с соответствующими входами формирователя импульсов, выходом подключенного к входу распределителя импульсов, причем этот формирователь .выполнен, например, в виде последовательно соединенных логического элемента 2 ИИЛИ-НЕ и одновибратораа каждый из трех каналов управления распреде делителем импульсов .выполнен, например, в виде последовательно соединенных интегратора сшунтирукщим ключом и нуль-органа, при этом вход интегратора и выход нуль-органа связаны соответственно с входом и выходом этого канала, а управляющий вход шунтирующего ключа подключен к выходу формирователя импульсов.Изобретение относится к преобразовательной технике н может быть использовано, в частности, в устройствах для частотного пуска и синхронизации с сетью мощных и сверхмощных синхронных машинСи ), например двигатель-генераторов гидроаккумулирующих станций и синхронных приводов компрессоров, с последующим переключением указанных СИ в сеть переменного тока, обычно в сеть, питающую преобразователь.Известны устройства для частотного пуска и синхронизации с сетью . мощных синхронных машин, которые содержат преобразователь частоты, состоящий из управляемого выпрямителя, питаемого от сети переменноготока, выход которого через сглаживающий реактор подключен к входнымшинам инвертора тока, систему управления выпрямителем, систему управления инвертором, датчик тока .всиловой цепи преобразователя, первыйсумматор, выход которого соединен с входом системы управления вцпрямителем, источник опорной частоты, второй сумматор, Фазовый и фазочастотный дискриминаторы, 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 с входом инвертора, выход второго сумматорасоединен с входом системы управленияинвертором, один вход первого сумматора подключен к входу датчика тока, а на другой вход первого сумматора подключен выход задатчика тока в силовой цепи преобразователя, один вход Фазового дискриминатора подключен к выходу преобразователя, другой - к сети переменного тока, а выход соединен с управляющим входом источника опорной частоты,1 .В таких преобразователях биение сигнала .на выходе ФЧД приводит к :.изменению мощности, подводимой к синхронной машине при этом изменяется с частотой биений .угол управления инвертором ), и затягиванию процесса синхронизаций. Сокращение времени на синхронизацию может быть получено за счет увеличенияугла управления инвертором при одновременном увеличении тока в силовой цепи преобразователя, чтоприводит к увеличению мощности преобразователя.Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению является преобразователь для частотного пуска и синхронизации с сетью синхронных машин, содержащий управляемай выпрямительт входом подключенный к входным выводам преобразователя для подключения сети переменного тока, выходом соединенный через реактивный накопитель.с входом инвертора, выходом подключенного к выходным выводам преобразователя, 5 систему управления преобразователем;первый вход которой соединен с выходом регулятора тока в силовой цепи преобразователя, второй вход подключен к выходу задающего генератора частоты выходного напряжения преобразователя, фазовый дискриминатор напряжения сети и напряжения на выходе преобразователя, формирователь импульсов с логической обработкой входных сигналов, фазочас.- тотный дискриминатор, состоящий,из распределителя импульсов, первого канала управления распределителем,первого и второго коммутаторов, входы первого коммутатора подключены к сети переменного тока, выход соединен с одним входом первого каналауправления, другой вход которого подключен к выходу Фазового дискриминатора, входы второго коммутатора подключены к выходу преобразователя, выход соединен с входом задающего генератора частоты, управляющиевходы коммутаторов подключены к сортветствующим выходам распределителя 2 ).Недостатками данного преобраэова"теля являются сложность и низкая технологичность., так как ограничение выходного. сигнала ФЧД обеспечи 35 вается специальным узлом, состоящимиэ большого числа разнотипных элементов, работа которых не связана свыходным сигналом ФЧД, что ограничивает функциональные возможности40 ФЧД максимальный диапазон выходного найряжения, его динамические,характеристики при посадках и искажениях напряжения на СИ ).Целью изобретения - упрощение,45 повьааение надежности и технологичности,Поставленная цель достигаетсятем, что преобразователь для частотного. пуска и синхронизации с сетьюсинхронных машин, содержащий последовательно связанные между собой, управляемый выпрямитель, реактивный накопитель и инвертор, выходыкоторого образуют выход преобразователя, а также основной блок управления, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу регулятора тока в силовой.цепи преобразователя и к выходу задающего генератора, и вспомогатель ный блок управления, включающий всебя Фазовый дискриминатор входногои,выходного напряжений преобразователя,формирователь импульсов с логической обработкой входных сигналов,65 Фазочувствительный дискриминаторнапряжения преобразователя. Вспомогательный блок управления .включает в себя фазовый дискриминатор 12 напряжения сети и напряжения на выходе преобразователя, формирователь 65 в виде распределителя импульсов ,с первым каналом управления и двух коммутаторов, причем входы первого коммутатора связаны с входными выводами преобразователя для подключения их к питающей. сети, его выход соединен с одним входом этогопервого канала управления, а другой его вход подключен к выходу фазового дискриминатора, входы второго коммутатора связаны с выходом преобразователя, 10 .его выход подключен к входу задающего генератора, а управляющие входы ключей коммутаторов подсоединены к соответствующим выходам распределителя, снабжен датчиком выходного 15 напряжения преобразователя и дополнительными вторым и третьим каналами управления распределителем, одни входы которых соединены с выходом второго коммутатора, другие подключены к выходу датчика напряжения, выходы всех каналов управления соединены ссоответствующими входами Формирователя импульсов, выходом подключенного к входу распре . делителя импульсов, причем этот фор-. мирователь выполнен, например в виде последовательно соединенных логического элемента 2 ИИЛИ-НЕ и одновибратора, а каждый иэ трех каналов управления распределителем импульсов выполнен, например, в виде последовательно соединенных интегратора с шунтирующим ключом и нуль- органа, при этом вход интегратора и выход нуль-органа связаны соответ-. З 5 ственно с входом и выходом этого канала, а управляющий вход шунтирую.-. щего ключа подключен к выходу Форми-. рователя импульсов.На фиг. 1 представлена принципи альная электрическая блок-схема преобразователя, на Фиг. 2 - диаграмма работы устройства.Преобразователь для частотного ,пуска и синхронизации с.сетью син хронных машин содержит управляемый выпрямитель 1, входом подключенный к входным выводам 2 преобразователя, предназначенным для подключения сети переменного тока 3 Выход у выпрямителя через реактивный накопи- тель 4 соединен с входом инвертора 5, выходом подключенного к выходным выводам 6 преобразователя.Управление преобразователемосуществляет основной блок управления 7, первый вход 8 которого соединен с выходом регулятора тока 9 в силовой цепи преобразователя, а второй вход 10 подключен к выходу задаю. - щего генератора 11 частоты выходного 60 импульсов 13, фазочастотный дискриминатор 14, состоящий иэ распределителя импульсов 15, первого каналауправления 16 распределителем 15,первого 17 и второго 18 коммутатоВходы первого коммутатора 17 подключены к сети переменного тока 3 через фазозадающий трансформатор 19, выход соединен с одним входом 20 первого канала управления, другой вход 21 которого подключен к выходу фазового дискриминатора 12, входы 22 второго коммутатора 18 подключены к выходу преобразователячерез Фазозадающий трансформатор 23, выход 24 соединен с входом 25 задающего генератора частоты, управляющие входы 26 коммутаторов 17 и 18 подключены к соответствующим выходам 27. распределителя 15. У дополнительно введенных второго 28и третьего 29 каналов управленияраспределителем 15 одни входы 30соединены с выходом 24 второго коммутатора 18, другие входы 31 подклю" чены к выходу датчика напряжения 32, выходы 33 каналов управления 16, 28 и 29 соединены с соответству- ющими логическими входами формирователя импульсов 13, выход которого подключен к входу распределителя импульсов.Вход 2 преобразователя подключается к сети переменного тока 3 через выключатель 34, выход 35 преобразователя подключается к выходным выводам 6 через выключатель 36. Выключатель 37 служит для переключения синхронной машины 38 на питание от сети. Выходом ФЧД является выход 24 второго коммутатора, кото- рый является управляемым ключом переменного тока.Каналы управления могут состоять из последовательно соединенных интегратора 39 с шунтирующим .ключом 40 и ыуль-органа 41, Вход интегратора через резисторы 42 и 43 подключен к входам канала управления, выход нуль-органа через ограничительную цепочку на резисторе 44 и диоде 45 соединен с выходом 33 канаЛа управления, а управляющий вход 46 шунтирующего ключа 40 подключен к выходу формирователя импульсов.На входы 47 каналов управления подается напряжение Оо, определяющее.порог переключения нуль-органа, Регулирование возбуждения СМ 38 осуществляется регулятором возбуждения 48, один из входов которого подключен к дополнительному выходу 49 системы управления 7. Синхронизация системы управления 7, а также фазового и Фазочастотного дискриминаторов осуществляется напряже 1029385ниями, получаемыми на выходе фазозадающих трансформаторов 19 и 23.Формирователь импульсов 13 состоит из логических элементов 50 и одновибратора 51.Устройство работает следующимобразом.На выходе регулятора тока 9 формируется сигнал, обеспечивающийтакой режим работы преобразователя( например за счет изменения углауправления выпрямителем ), при котором поддерживается постоянным значение тока н статорных обмотках СМ,т,е, тока на выходе преобразователя,При этом частота выходного напряжения преобразователя задается системой управления 7 любым из известных способов, причем величина углаиннертиронания ( угол между первымигармониками выходного тока и напряжения преобразователя ) зависитот величины и знака напряжения навыходе ФЧД, поскольку этот сигналявляется управляющим для инввртора.Так для инвертора тока частота выходного напряжения преобразователяможет формироваться от напряженияпротиво-ЗДС-инвертора, причем диапазон изменения угла инвертированияограничен системой управления 7за счет ее синхронизации с напряжением СМ. Обычно угол инвертированияизменяется в диапазоне 30-150 эл.градпричем углам больше 90 эл.град. соответствует режим рекуператинноготорможения СМ,Как в процессе частотного пуска,так и при синхронизации СМ с сетьюпеременного тока, распределительимпульсов 15, поочередно, с частотой,определяемой формирователем импульсон 13, вырабатывает управляющиеимпульсы коммутаторами 17 и 18.При этом на выход коммутатора 17подключаются соответствующие участки фазозадающих напряжений сети,а на выход коммутатора 18 подключа-.ются соответствующие участки фазозадающих напряжений, формируемыхна выходе трансформатора 23, подключенного к выходу преобразователя.Диаграммы напряжений, формируемыхна выходе коммутаторов (фиг. 2Они являются сдвинутыми на некоторыйугол аналогами напряжений на выходевыпрямителя и входе инвертора присинхронных с сетью переменного тока оборотах СМДо,оборотов СМ меньше синхронныхчастота импульсов на выходе формирователя 13 определяется работойдополнительного канала управления28, который синхронизирован напря-жением на выходе коммутатора 18 ипостоянным напряжением, пропорциональным напряжению на выходе преобразователя. Выходной сигнал нульоргана 41 канала 28 совместно с выходным сигналом нуль-органа основного канала 16 поступают на входлогического элемента И - ИЛИ формирователя. При наличии на выходе 5 нуль-органов каналов 1 б и 28 единичных потенциалон, на выходе логического элемента формирователя 13 образуется сигнал, запускающий однонибратор формирователя, выходной 10 импульс которого осуществляет нереключение распределителя импульсов15 и устанавливает интеграторы 39всех трех. каналов н исходное состояние.15 При этом, за счет сигнала на выходе фазового дискриминатора 12( разность фаз напряжения сети и напряжения на СМ велика ), основнойканал 1 б, синхронизированный с сетьюпеременного тОка через коммутатор17, формирует выходной сигнал,соответствующий логической единицераньше дополнительного канала 28( фиг, 2, напряжение на выходе нульоргана 41 канала 1 б ). Таким образом,до оборотов, меньше синхронных,синхронизация формирователя импульсов 13 фазочастотного дискриминатора14 осуществляется по дополнительному каналу 28, который работает счастотой, кратной частоте выходногонапряжения преобразователя (величинакратности определяется силовой схемой преобразователя и для трехфазной мостовой схемы равна шести.). З 5 При этом интегратор 39 канала 28работает таким образом, что стабилизирует вольт-секундную площадь разности напряжений, поступающих наего входы 31 и 30 с датчика напря жения 32 на СМ 38 и напряжения навыходе 24 коммутатора 18 (выход ФЧД ).Уровень указанных напряжений выбирается таким образом, что напряжение на выходе 24 ФЧД 14 отрицатель но, поэтому СИФУ 7 работает в режиме минимально допустимого угла иннертирования Ч (30 эл,град. ), чтоувеличивает мощность, поднодимую кСМ, которая пропорциональна величине-тока в силовой цепи преобразователя и значению соз Ч . При синхронных с сетью оборотах СМ устанавливается определенный фазоый сдвигмежду напряжением сети и напряжениемна СМ, величина которого определяетуровень сигнала на выходе ФД 12 и,как следствие, фазу импульсов, вырабатываемых на выходе основного канала 1 б. При этом синхронизацияформирователя импульсов 13 начинает 60 осуществляться основным каналом 1 б,поскольку сигнал на выходе ФД 12уменьшается, стремясь свести разность фаз между напряжением сети инапряжением на СМ к нулю, а напряжение на выхоДе ФЧД 14 из отрицатель1 О ного становится положительным( фиг, 2 Ь Это приводит к увеличениюугла инвертирования и уменьшению мощности, подводимой к СМ от преобразователя частоты.В стационарном режиме устанавливается такое значение угла управления 9, при котором мощность,подводимая к СМ, равна мощности нагрузки, а сигнал на выходе ФД 12равен нулю,В переходном режиме обороты СМмогут быть больше синхронных, приэтом переключение ФормирователяФимпульсов 13 осуществляется дополнительным каналом 29, который контролирует уровень напряжения на выходе ФЧД фиг. 2 ), поэтому выходнойсигнал ФЧД остается положительными, примерно, постоянным по среднемузначению, угол инвертирования увеличивается на 90 эл.град. и СМ тормозится.Таким образом, дополнительныеканалы управления позволяют ограничить на заданном уровне минимальноеи максимальное значение выходногосигнала ФЧД, при этом указанное,ограничение осуществляется за счет непосредственного контроля уровня выходного сигнала ФЧД с учетом напряжения на выходе преобразователя, что не только упрощает устройство, но и значительно повышает надежность его работы при сбоях.Использование,в каналах управления интеграторов, синхронизированных выходными импульсами Формирователя, обеспечивает повышенную помехоусто 9 чивость всего ФЧД, поскольку среднее значение напряжения на выходе интегратора от сигнала помехи приблизительно равно нулю.По сравнению с базовым объектом ( преобразователь типа СПЧР/бданный преобразователь позволяет значительно сократить число используемых электрорадиоэлементов, что упрощает СИФУ преобразователя и пэвышает технологичность за счет использования однотипных узлов. Повышение надежности достигается как эа счет уменьшения числа элементов, так и за счет изменения принципа работы ФЧД в граничных точках - при частоте выходного напряжения преоб,разователя меньше и больше частоты сети.1029385Составитель Г,Мыцык едактор М.Митейко ТехредО,Неце . Корректор А;Ильин каз 4999/57 Тираж 687 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП фПатентф, г. Ужгород,. Ул. Проектная, 4