Устройство для частотного пуска синхронной машины

.11.7 Н 02 Р Н 02 Р соединением заявки даретееемй кемитетСССРвлае азебретенийк еткрытнй(23) Приоритет Опубликовано 15.08.81. Бюллетень Эй ЗОДата опубликования описания 15.08.81(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЧАСТОТНОГО 11 УСК СИНХРОННОЙ МАШИНЫство для частотного пуска синхроннон машины содержащее преобразователь частоты, снабженный выводами для подключения к сети переменного тока, выход преобразователя подключен к зажимам синхронной машины, систему управления преобразователем, первый вход которой подключен к выходу задатчика тока в силовой цепи преобразователя, второй вход соединен с выходом генератора пусковой часто ты, датчик тока в силовой цепи преобразователя, задатчик тока возбуждения синхронной ма. шины и блок запуска, первый выход которого соединен с входом эадатчнка тока возбуждения, второй выход подключен к задатчнку то. ка в силовой цепи преобразователя, третий выход соединен с третьим входом системы управления преобразователем, первый вход блока запуска подключен к выходу датчика в силовой цепи преобразователя. В данном устройстве запуск синхронной машины осуществляет.сся от преобразователя, который работает в ре. жиметокоограничения с частотой выходного ыключателя,дачи возбужчинает работва яв токоется о ог только цим генератосинхронную Изобретение относится к электротехнике и ожет быть использовано в статических преобразователях частоты, осуществляющих частотный пуск синхронной машины,Известно устройство для частотного пускасинхронной машины, содержащее статическийпреобразователь частоты, систему управленияпреобразователем, один вход которой подключен к выходным выводам преобразователя, причем между входом и выходом преобразователя включен шунтирующий выключатель. В уст фройстве запуск синхронной машины до оборотов, составляющих 10 - 15% от номинальных,осуществляется от сети переменного. тока за счет включения шунтирующего впосле отключения которого и подения на синхронную машину натать преобразователь 1).Недостатком данного устройсзначительная величина пусковыхраничивает область его примененияя маломощных синхронных ма иболее близким техническим решениемдлагаемому изобретению является устрой А, М, Колоколкнн 1 ф"Оф фАн и Е, ф. ЗвипевИАТЕНЧ 90.ТЕУНИфЖКАЯ5 ИЬЛИ 0 ТЕИА. апряжения, определяемои задам, без подачи возбуждения3 855908 а машину, т,е. за счет асинхронного момента, После разворота синхронной машины в нужномнаправлении до максимально возможных обо.ротов подается возбуждение и осуществляетсявтягивание синхронной машины в синхронизмс частотой выходного напряжения преобразова.теля 21. Недостатком данного устройства является то, что оно не обеспечивает с достаточной надежностью неизменность направлениявращения синхронной машины в процессе за.пуска, так как после подачи возбуждения частота переключения тока в якорных обмоткахсинхронной машины больше синхронной чтоможет привести к остановке ротора и его колебаниям, т.е. изменению направления враще.ния, что для многих видов привода недопустимо,5 10 15 20 30 40 50 55 Цель изобретения - обеспечение устойчивости запуска синхронной машины.Поставленная цель достигается тем, что вустройство для частотного пуска синхронной машины, содержащее преобразователь частоты, снабженный выводами для подключения к сети переменного тока, выход преобразователя подключен к зажимам синхронной машины, систему управления преобразователем, первый вход которой подключен к выходу эадатчика тока в силовой цепи преобразователя, второй вход соединен с выходом генератора пусковой частоты, датчик тока в силовой цепи преобразователя, эадатчик тока возбуждения синхрон. ной машины и блок запуска, первый выход которого соединен с входом эадатчика тока возбуждения, второй выход подключен к входу эадатчика тока в силовой цепи преобразователя, третий выход соединен с третьим входом системы управления преобразователем, первый вход блока запуска подключен к выходу датчика тока в силовой цепи преобразователя, введен трансформатор, а блок запуска снабжен вторым входом и четвертым выходом, система управления преобразователя снабжена четвертым входом и дополнительным выходом, при этом второй вход блока запуска соединен с дополнительным выходом системы управле. ния преобразователем, а четвертый выход бло. ка запуска соединен со входом генератора пусковой частоты, четвертый вход системы управления преобразователем через упомянутый трансформатор соединен с выходом преобразовате.Кроме того, система управления инвертором составлена из основного и двух вспомогатель. ных каналов, каждый иэ которых включает в себя последовательно соединеиттые интегратор с шунтирующим ключом и пороговый элемент, регисторов, потенциометров, распределителя импульсов, первого и второго коммутаторов, дат. чика напряжения логического узла, входы кото. рого подключены к выходу соответствующегопорогового элемента, выход соединен с управ.ляющими входами шунтирующих ключей интеграторов, первым выходом системы управленияпреобразователем и первым входом распределителя импульсов, первые выходы которогоподключены к выходу системы управления ин.вертором, вторые выходы соединены с управляющими входами первого и второго коммута.торов, а второй вход подключен к третьемувходу системы управления преобразователем,входы коммутаторов и вход датчика напряжения подключены к четвертому входу системыуправления преобразователем, вход основногоканала через первый потенциометр соединен свыходом коммутаторов, а через первый реэис.тор с входом системы управления инвертором,входы вспомогательных каналов через вторыерезисторы подключены к выходу коммутато.ров, а через второй и третий потенциометры квыходу датчика напряжения, причем вход одного вспомогательного канала через третийрезистор соединен с вторым входом системыуправления преобразователем.При этом блок запуска составлен иэ кольцевого счетчика, емкость которого на единицуотличается от числа, кратного фазности преобразователя, двух триггеров, датчика нуль. тока,узла задержки, причем первый выход счетчикаобразует первый выход блока запуска, второйвыход образует четвертый выход блока запус.ка и соединен с первым входом счетчика исчетным входом первого триггера, вход 8 ко.торого соединен с вторым входом счетчика,вторым входом блока запуска и входом Ввторого триггера, вход 8 которого подключенк выходу датчика нуль-тока, вход которогои вход узла задержки соединены с первымвходом блока запуска, выход узла задержкиподключен к В входу обнуления счетчика, вы.ходы первого и второго триггеров объединеныи подключены к второму и третьему выходублока запуска.На фиг, 1 представлена принципиальнаяэлектрическая блок. схема устройства; на фиг,2 - принципиальная схема системы управленияинвертором; на фиг, 3 - электрическая схемаблока запуска; на фиг. 4 - диаграмма работыустройства,Устройство для частотного пуска синхронноймашины содержит преобразователь частоты 1(фиг, 1), вход 2 которого подключен к сетипеременного тока, а выходные выводы 3 преобразователя подключены к зажимам синхронной машины 4, с возбудителем 5. Первыйвход" 6 системы 7 управления преобразователемподключен к выходу задатчика 8 тока в силовой цепи преобразователя, второй вход 9системы 7 управления соединен с выходом ге.55908 6 510 15 20 25 ЗО 35 40 45 50 55 5 8 нератора 10 пусковой частоты, а четвертый вход 11 подключен к выходным выводам 3 преобразователя через трансформатор 12, Первый выход 13 блока 14 запуска соединен с входом задатчика 15 тока возбуждения синхронной машины 4, второй выход 16 блока 14 запуска подключен к задатчику 8 тока в силовой цепи преобразователя, а четвертый выход 17 подключен к входу генератора 10 пусковой частотыВторой вход 18 блока запуска 14 соединен с дополнительным выходом 19 системы 7 управления преобразователем, а первый вход 20 блока 14 запуска подключен к выходу датчика 21 тока, Третий выход 22 блока 14 запуска соединен с третьим входом 23 системы 7 уп.равления преобразователем. Преобразователь 1 частоты состоит из управляемого выпрямителя 24 и инвертора 25. Выход выпрямителя соеди.нен со входом инвертора через сглаживающий реактор 26. Система 7 управления преобразователем состоит иэ системы 27 управления и регулирования выпрямителем и системы 28 управления инвертором. Система 28 управления инвертором (фиг, 2) состоит из основного 29 и двух 30 и 31 вспомогательных каналов, каждый из которых включает в себя интегратор 32 с шунтируюшим ключом 33 и пороговый элемент 34. Выходы пороговых элементов соединены с входами 35 - 37 логического блока 38, Выход 39 логического блока соединен с управляющим входом 40 шунтирующих ключей, дополнительным выходом 19 системы 7 управ.ления преобразователем и первым входом 41 распределителя 42 импульсов, первые выхо 11 ы 43 которого подключены к выходу 44 системы 28 управления инвертором, а вторые выходы 45 распределителя 42 импульсов соединены с управляющими входами 46 первого 47 и второго 48 коммутаторов. Второй вход 49 распределителя 42 импульсов (блокирование импульсов управления) подключен к третьему входу 23 системы 7 управления преобразователем.Входы 50 коммутаторов 47 и 48 и вход 51 датчика напряжения 52 подключены к четвер.тому входу 11 системы 7 управления преобра.зователем. Вход 53 основного канала 29 через первый потенциометр 54 соединен с выходами 55 и 56 коммутаторов, а через первый реэис. тор 57 с входом 58 системы 28 управления инвертором. Входы 59 и 60 вспомогательных каналов 30 и 31 через вторые резисторы 61 и 62 подключены к выходам 55 и 56 коммутаторов, а через второй 63 и третий 64 потенцио. метры - к выходу 65 датчика напряжения.При этом вход 60 вспомогательного канала 31 через третий резистор 66 соединен с вторым входом 9 системы 7 управления преобразователем. Кроме этого, между входом и выходом интегратора каждого канала включен нелинейный элемент 67. Блок запуска (фиг. 3) состо.ит иэ кольцевого счетчика 68, первый выход 69которого образует первый выход 13 блока запуска, второй выход 70 образует четвертый выход 17 блока запуска и соединен с первымвходом 71 счетчика 68 и счетным С входом72 первого триггера 73. Я вход 74 установкив единицу триггера 73 соединен со вторым вхо.дом 75 счетчика 68, вторым входом 18 блоказапуска и й входом 76 установки в ноль второго триггера 77, 5 вход 78 установки в единицу которого подключен к выходу датчика79 нуля-тока. Вход 80 датчика 79 нуля. токаи вход 81 узла 82 задержки соединены с пер.вым входом 20 блока запуска. Выход 83 уэ.ла 82 задержки подключен к В входу 84 обнуления счетчика, а выход 85 первого 73 и выход 86 второго 77 триггеров объединены н подключены ко второму 16 и третьему 22 выхо.дам блока запуска. Устройство для частотного пуска синхронной машины работает следующим образом.После подачи напряжений питания и силового напряжения на вход преобразователя блок запуска устанавливается в начальное состояние, при котором генератор 10 пусковой частоты формирует последовательность 87 импульсоо (фиг. 4), осуществляющих переключение тока по обмоткам синхронной машины, а ток возбуждения блокирован (диаграмма 88). Лля преобразователя, выполненного по схеме: управляемый выпрямитель - ведомый инвертор, коммутация тока в вентилях инвертора осуществляется эа счет кратковременного перевода выпрямителя в инверторный режим (выход 16 блока запуска, диаграмма 89) и блокирования импульсов управления инвертором (выход 22 блока запуска, диаграмма 89), до обнуления тока в силовой цепи преобразователя (вход 20 блока запуска, диаграмма 90). При этом осуществляется разворот синхронной машины до заданных оборотов за счет асинхронного момента, а ограничение пускового тока синхронной машины на заданном уровне (1,0 - 1,5 от номинального) обеспечивается системой управления и регулирования выпрямителя, После асинхронного запуска синхронной машины от преобразователя частоты блок запуска блокирует импульсы генератора пусковой частоты (диаграмма 91), обнуляет ток в силовой цепи преобразователя (диаграмма 90), блокирует км. пульсы управления инвертором (диаграмма 89) и подает сигнал на задатчик тока возбуждения (диаграмма 92). При включении возбуждения на выходе преобразователя появляется напряжение, величина которого и частота соответст. вуют достигнутым оборотам синхронной машины. Это напряжение через трансформатор 12 подается на вход 11 системы 7 управления пре35 7 855908 образователем и осуществляет синхронизацию системы 28 управления инвертором с частотой выходного направления преобразователя, При этом на входе 53 основного канала 29 форми.руется направление 93, аналогичное направлению5 противо - ЗДС инвертора 25, т.е. напряжению на входе инвертора. Напряжение на выходе 55 коммутатора 47 (диаграмма 94) и напряжение на выходе 56 коммутатора 48 (диаграмма 95) сдвинуты относительно указанной противо - ЭДС на + 60 эл,град, В том случае, если асинхронного момента оказалось недостаточно для начального разворота синхронной машины донужных оборотов, то после включения возбуждения и блокирования импульсов генератора пусковой частоты синхроимпульс на выходе 19 системы 7 управления преобразователем может не появиться, В этом случае узел 82 задержки блока 14 запуска через время Т (диаграмма 96), достаточное для синхронизации системы управления преобразователем, устанавливает счетчик 68 в начальное состояние и процесс запуска повторяется, так как емкость счетчика 68 на единицу больше или меньше величины, кратной фазности п преобразователя, то после окончания нового цикла асинхронного запуска, включения возбуждения и блокирования импульсов генератора пусковой частоты, система 28 управления инвертором находится в состоянии, сдвинутом на один такт работы относительно ее состояния после предыдущего цикла асинхронного запуска. При этом наводимое в статорных обмотках синхронной машины напряжение (при включении тока возбуждения) подводится ко входам каналов 29 - 31 системы управления инвертором через другую пару ключей коммутаторов 47 и 48. Если положение ротора синхронной машины относительно статорных обмоток согласуется с состоянием распредели.теля импульсов 42 системы 28 управления ин О вертором, то на выходе основного 29 или вспомогательного 31 каналов появляется рабочий импульс, а на выходе 39 логического блока 38 - синхроимпульс (диаграмма 97). После появле.ния синхроимпульса на выходе 19 системы 7 45 управления преобразователем 1 блок запуска 14 снимает блокировки с задатчика 8 тока в силовой цепи преобразователя и импульсов управления инвертором, При этом в обмотки синхронной машины снова подается силовой ток преобразователя, но так как генератор пуско.вой частоты блокирован, возбуждение подано, а система 7 управления преобразователем синхронизирована с частотой напряжения на выходе преобразователя (т.е. напряжением на синхронной машине), то дальнейший разворот синхронной машины осуществляется за счет синхронного момента, а частота переключения тока в обмотках синхронной машины задается 8системой управления преобразователем. Как и дри асинхронном запуске от преобразователя, коммутация тока в вентилях инвертора обеспе. чивается соответствующим управлением работой выпрямителя и инвертора от блока запуска, После того, как обороты синхронной машины достигают величины порядка 0,05 - О,1 от номинальных и напряжение на ней становится доста. точным для осуществления естественной коммутации вентилей инвертора, автоматика преобразователя блокирует работу блока запуска.Таким образом, данное устройство обеспечивает надежный запуск синхронной машины в нужном направлении, т.е. беэ изменения направления вращения в процессе запуска. При этом, если асинхронного момента достаточно для разворота синхронной машины от преобразователя (что практически всегда можно обеспечить, уменьшая пусковую частоту и увеличивая ток в силовой цепи преобразователя), то запуск синхронной машины осуществляется за один цикл работы блока запуска.Формула изобретения1, Устройство для частотного пуска синхрон. ной машины, содержащее преобразователь час. готы, снабженный выводами для подключения к сети переменного тока, выход преобразователя частоты подключен к зажимам синхронной машины, систему управления преобразователем, первый вход которой подключен к выходу задатчика тока в силовой цепи преобразователя, второй вход соединен с выходом генератора пусковой частоты, датчик тока в силовой цепи преобразователя, задатчик тока возбуждения син. хронной машины и блок запуска, первый выход которого соединен с входом задатчика то. ка возбуждения, второй выход подключен к входу задатчика тока в силовой цепи преобразователя, третий выход соединен с третьим входом системы управления преобразователем, первый вход блока запуска подключен к выходу датчика тока в силовой цепи преобразователя, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью обеспечения устойчивости запуска синхронной машины, введен трансформатор, а блок запуска снабжен вторым входом и четвертым выходом, система управления преобразователем снабжена четвертым входом, и дополнительным выходом, при этом второй вход блока запуска соединен с дополнительным выходом системы уп. равления преобразователем, а четвертый выход- соединен с входом генератора пусковой частоты, четвертый вход системы управления преоб. разователем через упомянутый трансформатор соединен с выходными выводами преобразова. теля.855908 92. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что система управления инвертором, составлена из основного и двух вспоьогательных каналов, каждый из которых включает в себя последовательно соединенные интегратор5 с шунтирующим ключом и пороговый элемент, резисторов и потеициометров, распределителя импульсов, двух коммутаторов, датчика напряжения логического узла, входы которого подключены к выходу соответствующего порогово О го элемента, а выход соединен с управляющими входами шунтирующих ключей интеграторов, дополнительным выходом системы управления преобразователем и первым входом распределителя импульсов, первые выходы которого подключены к выходу системы управления инвертором, вторые выходы соединены с управляющими входами первого и второго коммутаторов, а второй вход подключен к третьему входу системы управления преобразователем, входы коммутаторов и вход датчика напряжения подключены к четвертому входу системы управления преобразователем, вход основного канала через первый потенциометр соединен с вы. ходомкоммутаторов, а через первый резистор с входом системы управления инвертором, входы вспомогательных каналов через вторые резисторы подключены к выходу коммутаторов, а через второй и третий потенциометры к выходу датчика напряжения, причем вход одного вспомогательного канала через третий резистор соединен со вторым входом системы управления преобразователем. 103. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что блок запуска составлен иэ кольцевого счетчика, емкость которого на единицуотличается от числа, кратного фазности преобра.эователя, двух триггеров, датчика нультока,узла задержки, причем первый выход счетчикаобразует первый выход блока запуска, второйвыход образует четвертый выход блока запуска и соединен с первым входом кольцевогосчетчика и счетным входом первого триггера,вход В которого соединен со вторым входомкольцевого счетчика, вторым входом блоказапуска и входом В второго триггера, вход 8которого подключен к выходу датчика нультока, вход которого и вход узла задержки соединены с первым входом блока запуска, выход узла задержки подключен к й входу обнуления счетчика, выходы первого и второго триггеров объединены и подключены ко второмуи третьему выходу блока запуска,Истощаки информации,принятые во внимание при экспертизе1. Аракелян А. КАфанасьев А. А Чили.кин М. Г. Вентильный электропривод с синхронным двигателем и зависимым инвертором.М., "Энергия", 1977, с, 23-26, рис. 1-8.2. Рабинович 3, Я Толстов Ю. Г Натан.кин А, В., Колоколкин А. М. 0 применениичастотно-регулируемого злектропривода на магистральном транспорте газа, - Реферативныйсборник "Транспорт и хранение газа", М., 1978,вып. 8, с, 15 - 21.855908 8 вира.ий 4 ФюИе Я коннУфеалмра Ю 8 клряа. на Ь Ю явФ Я кфинцфщффЮф фРн.ч Ф Ффффф Ж ЗаФсратки ФФ АыФЯФ сис т у ааак .у ЮмА ЬеФМ Рум вака 7 Составитель В. Тарасов Техред А. Бабннец. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная уу 3 июв 3 отравври. ввод у Ти ФофкАи Уи 4 хРьн, нйя3 юкаР Ю, ф МИФ,1 афИ Уу нН 3 3 омццгаМвуска У 1 АаоЯ 17 йока.1 алуска 1 Ф В АьтЫ ф РваММусса 14 Наррвх,нОЬЙХ 3 канаа У Тираж 730 ПодпиГосударственного комитета СССРи изобретений и открытийосква, Ж.35, Раушская наб., д