Способ автоматического включения резервного питания потребителей, содержащих синхронные двигатели

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК02 3 9 06 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ТЕЛЬСТ Н АВТОРСКОМ ому подль, прика его еуставсновном на синки, Измеряют напр источнике, равное хронном двигателе жение ннапряже Едвнике 1.1 пряжение еделяна резервном источют результирующиймежду двигателем.иником ЬЕ, приведенточника, и угол 8дГ и 11 с по фо10 с ( - ЕАвсо апряжения ым источвектор резервн ный к ча стоте искторами= агссо межпу врмуле 8э 0- 2 ф 1 Ед 1 саз 9 л включения тиристоровределяют у тиристорно =Х - 8, гд рующего ве выключателя как-фазный угол р зультимый по тора дЕ, определ ной характеристи е тирис- нической регулиров торного р левого зн яжен улятора ения пе й напрявыключ вои гарм ения ЬЕ. Включают значении составляюще тиристорный угла о =К ветствии с зменяю в сооо,-ДЪ) ате исимость. ных фазов чивающих где дХ =Хо - Хн нт, равный рази х углов вектор нулевое и номинпостояннь едель- беспе- значе- ставти ьЕьно кои соемениется и ние его первои гармонич ляющей; Т - постояннаяменения угла Ы. , опредеметрами двигателя. Вклю араион и Выдер ля производят савной ЗТ-Снное время вклюключателя, 2 ил ного выключаткой времени,собствсекционного в ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(71) Ленинградское проектно-экспериментальное отделение Всесоюзного государственного научно-исследовательского и проектного института нВНИИпроектэлектромонтаж(56) Авторское свидетельство СССРР 708463, кл. Н 02 Д 9/06, 1980,Старостин В,И, Схема быстродействующего автоматического включениярезервного питания. - Изв. вузовСССР "Энергетика", Р 2, 1974,с. 17-22.Авторское свидетельство СССРУ 705602, кл. Н 02 Л 9/06, Н 02 Р1/46, 1979,Чиликин М,Г Козлитин Л.С, Исследование асинхронного электропривода с тиристорным регулятором напряжения. Труды МЭИ, вып. 66 "Электромеханика", ч. Т, 1966.Горев А.А, Переходные процессысинхронной машины. Л.: Наука, 1985.Авторское свидетельство СССРР 847432, кл. Н 02 3 3/00 1981.(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВКЛЮЧЕНИЯРЕЗЕРВНОГО ПИТАНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ, СОДЕРЖАЦИХ СИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ(57) Изобретение относится к способуавтоматического включения резервногопитания синхронных двигателей. 11 ель -повышение надежности автоматическоговключения резервного питания синхронного двигателя при сохранении его динамической устойчивости за счетуменьшения тока самозапуска. В сети,состоящей из основного и резервногоисточников питания, секционного выключателя, параллельно котор ключен тиристорный выключате повреждении основного источн отключают при превышении углом между напряжениями основного и зервного источников заданнойИзобретение относится к областиавтоматического включения резервногопитания синхронных двигателей,Целью изобретения является повышение надежности автоматическоговключения резервного питания синхронного двигателя при сохранении егодинамической устойчивости за счетуменьшения тока самозапуска. 10Фаэовое управление тиристорнымсекционным выключателем осуществляется в функции времени по экспоненциальному закону, обеспечивающему такое формирование напряжения на днигателе при включении, при котором частично или полностью подавляютсясверхпереходная гармоническая и апериодическая составляющие тока статорадвигателя, а переходная гармоническая составляющая тока сохраняется,что способствует сохренению динамической устойчивости и уменьшениютока статора двигателя при включении.На фиг.1 дана функциональнаяблок-схема автоматического включениярезервного питания синхронного двигателя в системе электроснабженияс тиристорным секционным выключателем, на фиг.2 - диаграмма положений, 30изображающих векторы напряжения резервного источника П ЭДС двигателяпри холостом ходе Е , приведенной кчастоте резервного источника, и ихрезультирующего вектора ЬЕ относительно фаэных обмоток резервногоисточника, а, Ъ, с при включении ре"зервного питания,Функциональная блок-схема (фиг. 1)содержит вводы 1 и 2 с вводными выключателями 3 и 4, основную и резервную секции шин 5 и 6 с подключеннымик ним синхронными двигателями 7 и 8и трансформаторами 9 и 10 напряжений,Секции шин 5 и 6 соединены междусобой, тиристориым секционным выклИчателем 11, состоящим из масляного выключателя 12 с параллельно подключенным к нему тиристорным блоком13, Управление углом включения тиристоров блока 13 осуществляется от системы 14 импульсно-джазового управления (СИФУ), сигнал управления которойформируется от блока 15 преобразования и блока 16 вычислений. Блок-кон.,такторы 17 и 18 осуществляют включение в работу блока 16 вычислений ипривода масляного ныключател я 12 через реле 19 нремени, датчик 20 изме ряет угол между ЭДС двигателя н напряжением резервного источника 9, датчик 21 измеряет скорость изменения частоты основного источника, решающий блок 22 выдает сигнал на отключение вводных выключателей 3 или 4. В нормальном режиме работы схемы тиристорный секционный выключатель 11 отключен и секции шин 5 и 6 работают раздельно.При повреждении на одном иэ вводов 1 или .2 в блоке 22 формируется сигнал на отключение выключателя поврежденного ввода 3 или 4. Выходной сигнал блока 22 формируется входными сигналами, поступающими от датчика 22 Фазового угла О , представляющего собой фазочувствительный блок напряжений измерительных трансформаторов 9 и 10, и датчика 21 скорости изменения частоты основного источника. Управление тиристорным секционным выключателем 11 осуществляется за счет фазового управления углом включения тиристоров е 6 блока 13 с последующим шунтированием этого блока масляным выключателем 12. Импульсы управления на включение тиристоров блока 13 с фаэовым углом е 6 поступают от СИФУ 14, Сигнал управления, пропорциональный фазоному углу о, поступает на вход СИФУ от преобразователя 15, который реализует экспоненциальный за-. кон изменения угла е в функции времени по формуле е = (Ые-ЬХ) +ЬХ е (1)Блок 15 преобразования является блоком нелинейности указанной функции и реализуется на операционном усилителе с нелинейным элементом н обратной связи усилителя. Входной сигнал. блока 15, пропорциональный значению угла Ы , формируется н блоке 16 вычислений. Последний преобразует измерительные координаты мгновенных зна" чений фаэных напряжений резервного источника Ц , П , 13 , ЭЛС двигателей Е Е е Е , поступающих от Ае.а ф ь,ь ф де,с фтрансформаторов 9 и 10, и измеренный угол рассогласования фаэ ЭДС двигателя и напряжения резервного источника О , поступающий ат датчика 20, н координату управления к, при размыкании контактов блок-контакторон 17 или 18 и ввличии сигнала Пуск. Включение привода секпион 1422303+ Х Едв двига- частота резервного исто где и- част ника- част ка- уголго источни та осн 55ного выключателя 12 также происходит по сигналу "Пуск" блок-контакторов 17 или 18, но с выдержкой времени ьр, вводимой реле 19 времени.5 Выдержка времени на включение выключателя 12 определяется какФ 1 О где Т - постоянная времени, определяемая параметрами двигателя,г.- собственное время включения выключателя 12, 15 и ввдтя тльо при 1 в ЗТ, при этом шины основного источника оказываются включенными на номинальное напряжение резервного источника только по истечении времени, равного 20 утроенному: значению постоянной времени Т, т.е. ЗТ (это основное свойство экспоненциальных Функций), Следовательно, если по истечении этого времени (ЗТ) масляный секционный вы ключатель фактически включен, то он не влияет на процесс управления тиристорными группами, т.е, шунтирует их в течение времени ЗТ. Поэтому сигнал на включение масляного сек- ЗО ционного выключателя с учетом собственного времени задержки включениядолжне быть подан с задержкой времени относительно сигнала отключения выключателя поврежденного вво 38 да, равной ЗТ - С к.Отключение тиристорного блока 13 происходит по сигналу управления, поступающему на второй вход СИФУ 14, при замыкании контактов масляного выключателя 12 путем снятия импульсов управления с тиристоров блока 13. На диаграмме (фиг.2) положения векторов обозначены углами: оС - фазовый угол включения тиристоров; В - угол между векторами ЭДС двигателей Едв и напряжения резервнбго источника Ос )( - фазовый угол вектора ЬЕ;о угол между векторами ЬЕ и 0Из диаграммы (фиг.2) видно, что угол ас определяется как вс = Х -3 Угол 8 определяется из тригонометри-ческих соотношений треугольников ОАЕдь и АЦСЕдь через модули изображающих.векторов Е , 0 и угол 8 10 с( - Ев/ сов 0, - ,в Угол Х определяет мгновеннос значение фазного напряжения результирующего вектора ЬЕ.При наличии в цепи синхронньп двигатель - резервный источник тиристорного регулятора (фиг.1) угол Х определяет угол включения тиристоров при регулировании напряжения на двигателе от эквивалентного источника ЬЕ, Зависимость первой гармонической напряжения на эквивалентной двигателю активно-индуктивной нагрузке от гармонического источника при изменении фазного угла включения тиристоров аналитически не выражается, так как для различных диапазонов регулирования напряжения она оказывается различной.Проведены исследования работы тиристорного регулятора напряжения (ТРН) на активно-индуктивную нагрузку и асинхронный двигатель и состав" лены графические зависимости относйтельного значения первой гармонической напряжения на нагрузке от угла управления тиристорами о при различных значениях угла нагрузки (. При использовании таких графиков, зная эквивалентный угол нагрузки синхронного двигателя при включении, можно определить углы включения тиристоровдля любого значения первой гармони" ческой напряжений на двигателе от источника ЬЕ.Модуль гармонической составляющей тока самозапуска двигателя при подключении к резервному источнику определяется по Формуле напряжение резервного источника,сверхпереходная ЭДСтеля, приведенная кте резервного источника между векторами ЕАвпри включении,тивное сопротивлени1422303 40 ГЮ св 4 нач с э Допустимый ток несинхронноговключения при самоэапуске днигателяв относительных единицах(4) Так как целью изобретения являет.ся уменьшение токов несинхронного Включения двигателя с сохранением динамической устойчивости, из выражения (2) для модуля гармонической составляющей тока самоэапуска двигателя необходимо приблизительно определить значение этого .тока при данНых условиях включения двигателя,ют.е. при данных Е и 8При быстродействующем автоматическом включении резервного питанияф синхронного двигателя величина 1 Е/ может быть близка к величине б,/ а динамическая устойчивость двигателя определяется предельным углом 68 м .который может достигать значений 90-140 . При таких неблагоприятных,условиях включения двигателя токи по выражению (11 могут превышать предельные значения тока по условиям самозапуска двигателей, т,е.1Г 17 р-, а бросок тока несинхрон 4ного включения может значительно превышать эту величину за счет апериодической составляющей тока статора двигателя при включении. Поэтому закон Формирования напряжения на двигателе должен исключить апериодическое значение вектора потокосцепления статора двигателя при включении его на резервный источник, т.е. вектор свободного потокосцепления статорапри включении двигателя должен быть равен нулю. Вектор , определяется, как где увектор начального потокосцепления статора двигателя, который в относительных единицах ранен вектоИЕ- вектор установившегося потокосцепления статора, который в относительных едиГницах ранен У .Из формулы (4) следует, что нуле" вое значение векторапри включении двигателя имеем при ьЕ-"Е -0=0. С учетом этого по регулиронбчной характеристике ТРИ выбираем такой уголвключения тиристорон Х = Х которыйпри данных параметрах двигателя привключении дает нулевое значениепервой гармонической напряжения ЬЕна двигателе.Решение математической модели син О хронной машины при экспоненциальномизменении результирующего вектора.напряжения ЛЕ позволяет определитьтемп изменения приложенного напряжения 0 и начальный угол е вклю чения тиристоров. Темп измененияприложенного напряжения Б или постоянная времени изменения угла включения тиристоров Т выбирается иэ условия сохранения динамической устой чиности двигателя при включении и,определяется параметрами двигателя.При этом степень подавления вектораапериодической составляющей токастатора и вектора сверхпереходной 25 гармонической составляющей зависитот соотношения постоянных времениГ,двигателя Т 1, Т 1, Т и постояннойвремени изменения угла включения ти 1 1 ЭОристорон Т; При Т(- -- ) Т и7. 10 и нТО 1 = Тс Т почти полностью подавляется снерхпереходная гармоническаясоставляющая тока статора при включении, а относительное значение моду 35 ля вектора апериодической составляющей тока статора определяется выраже- нием где в - коэФфициент затухания апериодической составляющей токастатора где Т - постоянная времени статорной4цепи двигателя, с,1Я - синхронная скорость Таким образом, напряжение йЕ, приложенное к двигателю при включении) должно изменяться от нуля до номинального значения по законуЬЕ = ЛЕ(1 - е ), (6)ткуда Анал гично определяетс 9) Ед,/ к частотесуществляется Приведение моду ервного источни дующим образом; оЕде/ ы(10 Сигналыи Ычастотыатели час 5 постоянный вычислений-оХ 11 ЭХ и Хн определ ным характерис де ео = Х значени т по 55ТРН. регулирово Последо кам о бходимых оизводитс где б Е - номинальное значение напряжения ЬЕ.При таком экспоненциальном изменении напряжения на двигателе кратность модуля гармонической составляющей тока при включении примерно составля 1Хл 11 1 1ет - - при Т = Т. (с Т по сравнению сх добычным включением двигателя на резер 1 О вное питание. Кроме того, бросок тока несинхронного включения двигателя уменьшается за счет подавления вектора апериодической составляющей тока статора. 15Поскольку в практических расчетах динамической устойчивости синхронного двигателя по первому колебанию предельный угол вычисляется по ди-. намической характеристике электромаг нитной мощности (момента), определяемой переходными параметрами двигателя Х, Е, (5) то эффект от предлагаемого способа автоматического включения резервного питания с подав" 25 лением сверхпереходного значения вектора свободного потокосцепления статора при сохранении динамической устойчивости двигателя тем больше, чемН 11 значения постоянных Тс , Т , Та301меньше значения ТПредлагаемый экспоненциальный закон изменения напряжения АЕ, прило-, женного к двигателю при включении его на резервный источник Ц , соответствует изменению угла вкгочения тиристоровот Ъе до Ъ. и угла включения тиристоров Ы. от Ы., до есКак следует из регулировочных характеристик ТРН, при углах нагрузки постоянных и близких к 90 в диапазоне изменения напряжения на нагрузку от 0,1 до 1, зависимость напряжения на нагрузке от угла включения тиристоров оказывается почти линейной. Следовательно, можно считать, что изменение угла включенияо должно происходить в соответствии с зависимостью (1): ательность вычисленийдля определения угля в блоке 16 вычисле(фиг.1). Вначале измеренные координаты мгновенных значений фазных напряжений резервного источннка Уд, У, Б, и ЭДС двигателя Еде С 1Еде.еЕе,с переводятся в значения модулей ( Пс( н (Еде( через формулы преобразования координат следующим образом: пропорциональные частопоступают от измерите представляющих преобра тоты переменного тока в расположенные. в блокепомощью измерительно ычисляется угол о 1 из Затем вычисляется значение угла е Ъ вводится в блопостоянная величина.Таким образом, изменение угла М по формуле (1) обеспечивает включение синхронного двигателя с подавлением вектора свободного потокосцепления статора и сверхпереходного тока двигателя, что значительно уменьшает токи несинхронного включения по сравнению с обычным включением при сохранении динамической устойчивости двигателя.Формула изобретения Способ автоматического включения резервного питания потребителей, содержащих синхронные двигатели в сети состоящей из основного и резервного Источников питания, секционного выкФочателя, параллельно которому подключен тиристорный выключатель, в Котором отключают поврежденный основной источник, измеряют угол В между напряжениями основного и резервного источников и при преьышении им заданной уставки включают тиристор Иый выключатель, включением которого управляют путем регулирования фазового угла включения тиристоров, затем включают секционный выключатель, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности автоматиЧеского включения резервного питания синхронного двигателя при сохранении его динамической устойчивости за счет ,уменьшения тока самоэапуска, измеря ют напряжение на основном источни ке, равное напряжению на синхронном двигателе Е 6, и напряжение на резервном источнике Б , определяют результирующий вектор напряжения между Двигателем и резервным источникомЬК, приведенный к частоте источника, и уГол 3 между векторами ЬЕ и ц,.1/ -1 е 1 сов Вщ ссов -- - -- 4) ц Р+е-я)ц) (ф,.оВ Б производят включение тиристоров тиристорного выключателя при значении угла включения а, = Х. - 3, где Хо - фаэный угол результирующего вектора ЬЕ, определяемый по регулировочной характеристике тиристорного регулятора напряжения для нулевого значения первой гармонической составляющей напряжения й Е, после чего угол включения тиристоров Й изменяют в соответствии с зависимостьюФ- (К, - ЬХ) + Хегде АХ=К-Х" постоянный коэффициент, равный разностипредельных фазовых углов вектора ьЕ, обеспечивающих нулевое иноминальное значенияего первой гармонической составляющей надвигателе;Т - постоянная времени изменения угла К , определяемая параметрамидвигателя,1а включение секционного выключателя производят с выдержкой времени, равной ЗТ -, где- собственное время включения секционного выключателя.,Головач каз 4436/5 Тираж 6 дписно ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьггий 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5енно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Проектная, 4 роизво Составитель Техред Л. Ол