Устройство для частотного пуска и синхронизации с сетью синхронной машины

(59 4 Н 02 Р 1/50 ГОСУД АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЕЛЬСТВ К ДВТОРС(2 (2 ий надежности и упроще" р-ва. Устр-во содерснловые выключатели ую машину (СМ) 3, рямитель 5, систему 7 инвертором и СУ мичности аладки уст нвертар 1,синхронн ляемый вып ления (СУ) авляемым в нгероярин жит 2 и.П ин,Ниги упраупра8 уптор ыпрямителем, регулятчик тока 9, блокиловыми вьнапочателякриминатор 12, ча 7, 1975СССР1980. тока 1 О, двления 11фазовый ди АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР М ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ 1) 3702654/24-072) 08.12.83(71) Уральский ордена ТрудоКрасного Знамени политехничинститут им. С.М,Кирова(56) Патент СЮА У 4012679,кл. Н 02 Р /50, кл. 318.16Авторское свидетельствоУ 788319, кл. Н 02 Р 1/50,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЧАСТОТНОГО ПУИ СИНХРОНИЗАЦИИ С СЕТЬЮ СИНХРОННОЙМАШИНЫ1252890стотный дискриминатор 13, датчик 14 в зоне малых сигналов с ограниченинебаланса напряжений и регулятор ем на заданном уровне вне этой зовозбуждения 15. В устр-.во введены ны, бесконтактные ключи 23 и 24, За задатчик интенсивности 16, снабжен- счет действия контуров регулированый релейным элементом 17 и интегратором 18, регуляторы 19 и 20 положения и частоты СМ 3, нелинейныйэлемент 21 с характеристикой типанасыщения, нелинейный элемент 22,реализующий пропорциональную связь ния положения, частоты и напряженияСМ 3 осуществляется режим точнойсинхронизации напряжений сети и СМ3 независимо от колебаний частотысети, момента нагрузки на валу СМ 3.1 зи. Ф-лы, 3 ил. Изобретение относится к электротехнике в частности к устройствамдля частотного пуска и синхронизациис сетью мощных синхронных машингидроаккумулирующих электростанций, 5компрессоров, насосов, воздуходувок,мельниц и т.д. в ряде отраслей промышленности (энергетике, нефтяной,газовой, горнорудной, металлургической и др.), и может быть использовано для пуска, синхронизации ивпереключения укаэанных машин в сетьпеременного тока, в частности в, сеть,питающую устройство,15Целью изобретения является повышение экономичности и надежности засчет устранения колебаний при синхронизации сети и синхронной машиныи упрощение наладки устройства. 20На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая блок-схема устройства для частотного пуска и сижронизации с сетью синхронной машины; на фиг. 2 - диаграмма его работыф на фиг. 3 - статические характеристики нелинейных элементов устройства.Устройство для частотного пускаи синхронизации с сетью синхронной З 0машины содержит инвертор 1, выходкоторого предназначен дпя подключения через первый силовой выключатель2 к фазным обмоткам синхронной машины 3, имеющей обмотку возбуждения, а35вход инвертора через сглаживающийреактор 4 подсоединен к выходу управ-,ляемого выпрямителя 5, вход которогопредназначен для подключения к сети переменного тока, второй силовойвыключатель 6, предназначенный для подключения Фазных обмоток синхронной машины к сети переменного тока, системы управления инвертором 7 и управляемым выпрямителем 8, датчик 9 тока силовой цепи, подключенный выходом через регулятор 10 тока,имеющий задающий вход, к входу системы управления выпрямителем, блок 1 управления силовыми выключателями, двумя выходами соединенной с двумя силовыми выключателями, Фазовый дискри- - минатор 12, частотный дискриминатор 13 н датчик 14 небаланса напряжений, одни входы которых предназначены для соединения с сетью, а вторые - с выходными зажимами инвертора, регулятор 5 возбуждения, вход которого соединен с выходом датчика небаланса напряжений, а выход предназначен для подключения к обмотке возбуждения синхронной машины, выходы фазового и частотного дискриминаторов, датчика небаланса напряжений связаны с входом блока управления силовыми выключателями.В устройство для частотного пуска и синхронизации с сетью синхронной машины введены задатчик 16 интенсивности, снабженный релейным элементом 7 и интегратором 18, охваченными отрицательной обратной связью, регуляторы положения 9 и частоты 20 синхронной машины, первый нелинейный элемент 21 с характеристикой типа на" сыщения, второй нелинейный элемент 22, реализующий пропорциональную связь в зоне малых сигналов с ограничением на заданном уровне вне этой эоны, первый 23 и второй 24 бесконтактные ключи, а блок управления си(фиг, 2 ), определяющий уровень токасиловой цепи, равен нулю. 5 1020 25 Выходной сигнал задатчика 16 ин-,тенсивности с заданным темпом спадает до нуля (сигнала задания разностичастот сети и синхронной машины, 311 соответствующего синхронной скоростимашины); Регулятор 20 частоты поддерживает скорость синхронной машины(разность частот сети и синхронноймашины) равной заданной независимо 35 от изменения нагрузки или моментаинерции разгоняемого агрегата, чтодостигается изменением выходного сигнала регулятора 20 частоты, определяющего величину сигнала задания регулятора 10 тока, а следовательно, действительного тока фазных обмотоксинхронной машины. Система 7 управления инвертором при этом осуществля"ет автоматическое управление угломопережения открывания вентилей инвертора 1, формируя импульсы управления вентилями инвертора частотнойсинхронной машины и заданным угломопережения любым известным способомс помощью напряжений на выходных зажимах инвертора нэ условий обеспечения надежной работы инвертора, уменьшения пульсаций момента синхронноймашины, максимального повышенияэнергетических показателей и экономичности устройства для частотного пус.ка и синхронизации с сетью синхронноймашины. В исходном положении устройства 4 О отключены первый и второй силовые выключатели 2 и 6, второй бесконтактный ключ 24, регулятор возбуждения 15. Первый бесконтактный ключ 23 замкнут, Скорость (фиг. 2 д) и 45 ток возбуждения (фиг, 2 Ь) синхронной машины равны нулю. Выходные сигналы датчика 14 небаланса напряжений (фиг, 2 ), частотного дискриминатора 13 (фиг, 2 м 3 соответствуют напряжению и частоте сети и имеют максимальное положительное значение. Выходной сигнал задатчика 16 интенсивности (фиг. 2 е) при замкнутом первом бесконтактном ключе 23 авто матически устанавливается на уровне, соответствующем частоте сети. Выходной сигнал регулятора 20 частоты 3 1 ловыми ключами снабжен двумя дополнительныии выходами. 11 ри этом задающий вход, регулятора частоты 20 подключен к выходу эадатчика интенсивности 16, вход обратной связи регулятора частоты через первый нелинейный элемент 21 соединен с выходом частотного дискриминатора 13, а выход регулятора частоты 20 подключен к задающему входу регулятора тока 1 О и через первый бесконтактный ключ 23 - к входу интегратора 18 задатчика интенсивности 16, вход регулятора положения 19 подключен к вы= ходу фазового дискриминатора 12, а выход через второй нелинейный элемент 22 и второй бесконтактный ключ 24 соединен с входом задатчика интенсивности 16, управляющие входы первого 23 и второго 24 бесконтактных ключей соединены с дополнительными выходами блока 11 управления силовыми выключателями,Второй нелинейный элемент может реализовать пропорциональную связь в зоне малых сигналов с ограничением на уровне одной полярности вне этой зоны.Устройство для частотного пуска и синхронизации с сетью синхронной машины, регулирующая часть системы автоматического управления которого выполнена по принципу систем подчинечного регулирования и содержит контур регулирования положения с подчиненными контурами регулирования. частоты, напряжения и тока синхронной машины, работает следующим образом. При подаче команды на пуск синхронной машины в момент времени осуществляется включение первого силового выключателя и регулятора возбуждения 15. Происходит интенсивное нарастание тока возбуждения до заданного максимального значения за время, определяемое постоянной времени обмотки возбуждения и кратностью . форсировки напряжения регулятора возбуждения. На основании анализа ЭДС, трансформируемых в фазных обмотках синхронной машины при нарастании токавозбуждения, в системе управленияинвертором осуществляется подготовка к включению необходимых групп тиристоров инвертора, Спустя выдержкувремени, необходимую для установления тока возбуждения, в момент времени 1 осуществляется размыканиепервого бесконтактного ключа 23.ный коэффициент передачи в зоне больны на начальной стадии пуска, пульса 40 45 50 55 Первый нелинейный элемент 21 с характеристикой типа насыщения в цепи обратной связи регулятора 20 частоты, характеристика которого представлена на фиг, Зо, имеет пониженшой разности частот сети и синхронной машины (малой скорости синхронной машины). Уменьшение в этой зоне контурного коэффициента усиления и быетродействия контура регулирования частоты исключает возможность возникновения в схеме устройства для частотного пуска и синхронизации с сетью синхронной машины автоколебаний, вызванных пульсациямимомента и скорости синхронной машициями выходного сигнала частотного дискриминатора 13.Напряжение на выходных зажимах инвертора (фиг, 28) в первом приближении пропорционально скорости синхронной машины и меньше напряжения сети (фиг. 2 а) до скорости, близкой к синхронной,в связи с чем ток возбуждения синхронной машины остается на уровне ограничения во все время разгона синхронной машины. Выходной сигнал Фазового дискриминатора 12 (фиг. 2 ц), реализуемого как трехфазный фазочувствительный выпрямитель, при скоростях синхронной машины, меньших синхронной скорости, незначителен, и нри разомкну" том втором бескоитактном ключе 24 не влияет на закон изменения во времени сигнала задатчика 16 интенсивности, а следовательно, и на работу других узлов устройства для частотного пуска и синхронизации с сетью синхронной машины.При скорости разгоняемого агрегата, близкой к синхронной, за счет работы контура регулирования напряжения обеспечивается равенство средиих значений напряжений сети и синхронной машины, выходной сигнал регулятора 15 возбуждения и ток возбуждения синхронной машины уменьшаются.В момент времени с замыкается второй бесконтактный ключ 24 и регулятор 19 положения синхронной машины вводится в работу, Если разность фаэ напряжений сети и сиихрон ной машины отлична от нуля, регуля" таю положения изменяет уставку5 10 15 20 25 30 35 регулятора частоты, а следовательно, и скорости синхронной машины,обеспечивая отработку ошибки по фазе, Второй нелинейный элемент 22между выходом регулятора 19 положения и входом задатчика 16 интенсивности (фиг, 38), обеспечивает ограничение предельных уровней сигналакоррекции частоты.Принцип работы, методы расчета,реализация регулятора положения устройства для частотного пуска и синхронизации с сетью синхронной машинывесьма близки к регуляторам электроприводов, регулируемых по положениюи нашедших широкое распространениев промышленности (например, электроприводов летучих ножниц прокатныхстанов, работающих в режиме непрерывного вращения с корректировкой положения ножей относительно переднегоконца проката и т.п.) .За счет действия контуров регулирования положения, частоты и напряжения синхронной машины осуществляется режим точной синхронизации напряжений сети и синхронной машины,Переходные процессы при синхронизации являются типовыми для системподчиненного регулирования и имеютнезначительное перерегулирование поположению. Время синхронизации определяется выбранным быстродействиемсистемы автоматического регулирования устройства,Включение второго силового выключателя 6 осуществляется в произвольный момент времени 1Разброс во времени срабатывания второго силового выключателя, колебания нагрузки на валу агрегата, изменения напряжения и частоты питающей сети не приводят к аварийным процессам в силовой цепи, что повышает надежность устройства для частотного пуска и синхронизации с сетью синхронной машины.В произвольный момент времени й йз осуществляется отключение первого силового выключателя 2, размыкание второго бесконтактного ключа 24, замыкание первого бесконтактного ключа 23. Иожно не производить отключение устройства для частотного пуска и синхронизации с сетью синхронной машины, а оставить его в режиме горячего резерва для экстренного торможения синхронной машины, 1252890 8В случае недопустимости по технологии работы (или соображениям надежности механооборудования) агрегата, раэгоняемого синхронной машиной, лишних ударов, в механизме можно режим синхронизации сети и синхронной машины при больших рассогласованиях по Аазе производить эа счет повьппения скорости синхронной машины. С целью снижения вероятности появления режима синхронизации путем снижения скорости синхронной машины, сопровождающегося ударами в механизме, второй нелинейный элемент 24 может иметь ограничение на уровне одной полярности, соответствующей повьпнению скорости синхронной машины (фиг. ЗЬ).Зона, в пределах которой синхронизация осуществляется снижением скорости синхронной машины, устанавливается минимальной по условиям сохранения работоспособности устройства в случае роста перерегулирования в контуре регулирования положения синхронной машины,Таким образом, введение в устройство для частотного пуска и синхронизации с сетью синхронной машины задатчика интенсивности, регуляторов положения и частоты синхронной машины, первого ивторого нелинейных элементов, первого и второго бес контактных ключей, двух дополнительных выходов блока управления силовыми ключами позволяет осуществить Формирование требуемого момента скорости и положения синхронной машины, воздействует на ток фазных обмоток синхронной машины путем изменения углов отпирания вентилей управляемого выпрямителя, обеспечивая автоматическое управление углом опережения открывания вентилей инвертора из условия максимального повышения энергетических показателей и использования синхронной машины; обеспечить режим точной синхронизации напряжений сети и синхронной машины независимо от колебаний частоты и напряжения сети, момента нагрузки на валу синхронной машины; реализовать типовые, известные еще до стадии проектирования свойства систем подчиненного регулирования (заданное быстродействие, стандартный характер переходных процессов с незначительным пере 15 20 25 30 35 40 45 50 55 регулированием), автоматическое формирование задания разности частот сети и синхронной машины в процессе работы, что повьппает экономичность и надежность, упрощает наладку устройства для частотного пуска и синхронизации с сетью синхронной машины в сравнении с известным устройством,формула1,устройство для частотного пуска и синхронизации с сетью синхронной машины, содержащее инвертор, выхоц которого предназначен для подключения через первый силовой выключатель к разным обмоткам сикхронной машины, имеющей обмотку возбуждения, а вход инвертора через сглаживающий реактдр подсоединен к выходу управляемого выпрямителя, вход которого предназначен для подключения к сети переменного тока,второй силовой выключатель, предназначенный для подключения фазных обмоток синхронной машины к сети переменного тока, системы управления инвертором и управляемым выпрямителем, датчик тока силовой цени, подключенный выходом через регулятор тока, имеющий задающий вход, к входу системы управления выпрямителем,блок управления силовыми выключателями, двумя выходами, соединенный сдвумя силовыми выключателями, фазовый дискриминатор, частотный дискриминатор и датчик небаланса напряжений, одни входы которых предназначены для соединения с сетью, а другиес выходными зажимами инвертора, регулятор возбуждения, вход которого соединен с выходом датчика небаланса напряжений, а выход предназначен для подключения к обмотке возбуждения синхронной машины, выходы фазового и частотного дискриминаторов, датчика небаланса напряжений связаны с входом блока управления силовыми выключателями, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения экономичности и надежности за счет устранения колебаний при синхронизации сети и синхронной машины и упрощения наладки, в него введены задатчик интенсивности, снабженный релейным элементом и интегратором, охваченными отрицательной обратной связью, регуляторы положения и ча 1252890стоты синхронной машины, первый нелинейный элемент с характеристикойтипа насыщения, второй нелинейныйэлемент, реализующий пропорциональную связь в эдне малых сигналов сограничением на заданном уровне внеэтой зоны, первый и второй бесконтактнйй ключи, а блок управления силовыми ключами снабжен двумя дополнительными выходами, при этом задающий вход регулятора частоты синхронной машины подключен к выходу эадатчика интенсивности, вход обратнойсвязи регулятора частоты через первый нелинейный элемент соединен свыходом частотного дискриминатора.,а выход регулятора частоты синхроняюй машины подключен к задающему входу регулятора тока и через первыйбесконтактный ключ - к входу интегратора эадатчика интенсивности, входрегулятора положения синхронной ма шины подключен к выходу Фазовогодискриминатора, а выход через второй нелинейный элемент н второй бесконтактный ключ соединен с входом эадатчика интенсивности, управляющие 30 входы первого и второго бесконтакт"ных ключей соединены .с дополнительными выходами блока управления силоВыми выключателями. 1 э 2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что второй нелинейный элемент имеет ограничениена уровне одной полярности.