Преобразователь для частотного пуска и синхронизации с сетью синхронных машин

 

СОКИ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ф А» л

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

1{ 21) 3326700/24-07 (22) 10.08.81 (46) 15.07.83. Бюл. М 26. (72) Ю.Г. Толстов, А.В. Наталкин, A.Ì. Колоколкин и И.Н. Самойлов

{53) 621.314.27(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 699625, кл. Н 02 N 5/297.

2. Авторское свидетельство СССР

М 788319, кл. Н 02 М 5/297. (54)(56) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДЛЯ ЧАСТОТ-.

НОГО ПУСКА И СИНХРОНИЗАЦИИ С СЕТЬЮ

СИНХРОННЫХ МАШИН, содержащий последовательно связанные между собой управляемый выпрямитель, реактивный накопитель и инвертор, выходы которого 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 вспомогательный блок управления, включающий в себя фазо-. вый дискриминатор входного и выход ного напряжений преобразователя, формирователь импульсов с логической обработкой входных сигналов, фазочастотный дискриминатор 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 этого первого

„„SU„„10 9 5

3(51) Н 02 P .13 18 Н 2 М 5/27.канала управления, а другой его вход 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 юm и и с я тем, что, с целью упрощения, повышения надежности и техЧ нологичности, он снабжен датчиком выходного напряжения преобразователя и дополнительными вторым и третьим каналами управления распределителем„ одни входы которых соединены с выходом второго коммута- ж

Ф тора, другие подключены к выходу датчика напряжения, выходы всех каналов управления соединены с соответствующими входами формирователя С„ импульсов, выходом подключенного к входу распределителя импульсов, причем этот формирователь .выполнен, например, в виде последовательно соединенных логического элемента {,„ )

2И-2ИЛИ-НЕ и одновибратора,,а каждый из трех каналов управления распреде делителем импульсов . выполнен, на- 1 ф пример, в виде последовательно соединенных интегратора с шунтирунщим ключом и нуль-органа, при этом вход Я) интегратора и выход нуль-органа свя- (р заны соответственно с входом и выходом этого канала, а управляющий вход шунтирующего ключа подключен к выходу формирователя импульсов.

1029385

Изобретение относится к преобразовательной технике н может быть использовано, в частности, в устройствах для частотного пуска и синхронизации с сетью мощных и сверхмощных синхронных машин (СИ ), 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 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 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 сумматора соединен с входом системы управления инвертором, один вход nepsoro суиматора 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 3.

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 ji H затягиванию процесса синхронизаций. Сокращение . времени на синхронизацию может быть получено за счет увеличения угла управления инвертором при одновременном увеличении тока в силовой цепи преобразователя, что приводит к увеличению мощности преоб раз ов ателя.

Наиболее близким к предлагаемому по техническому решению является преобразователь для частотного пуска и синхронизации с сетью синхронных машин, содержащий управляемый выпрямитель 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 гене)р ратора частоты выходного напряжения преобразователя, фазовый дискриминатор напряжения сети и напряжения на выходе преобразователя, формирователь импульсов с логической обработкой входных сигналов, фазочастотный дискриминатор, состоящий .из распределителя импульсов, первого канала управления распределителем, первого- и второго коммутаторов, входы первого коммутатора подключены к сети переменного тока, выход соединеи с одним входом первого канала управления, другой вход которого подключен к выходу фазового дискриминатора, входы второго коммутатора подключены к выходу преобразователя, выход соединен с входом задающего генератора частоты, управляющие входы коммутаторов подключены к сортветствукицим выходам распределителя (2 ).

Недостатками данного преобраэова" теля являются сложность и низкая технологичность., так как ограничение выходного сигнала ФЧД обеспечиÇ5 вается специальным узлом, состоящим иэ большого числа разнотипных элементов, работа которых не связана с выходным сигналом ФЧД, что ограничивает функциональные возможности

40 ФЧД f,ìàêñèìàëüíûé диапазон выходного найряжения, его динамические ,характеристики при посадках и искажениях напряжения на СИ ).

Целью изобретения - упрощение, ф5 повыаение надежности и технологичности

Поставленная цель достигается .тем, что преобразователь для частотного. пуска и синхронизации с сетью синхронных машин, содержащий последовательно связанные между собой, управляемый выпрямитель, реактивный накопитель и инвертор, выходы которого образуют выход преобразова теля, а также основной блок управления, первый и второй входы которого подключены соответственно к выходу регулятора тока в силовойцепи преобразователя и к выходу задающего генератора, и вспомогательный блок управления, включающий в себя фазовый дискриминатор входного и,выходного напряжений преобразователя,формирователь импульсов с логической обработкой входных сигналов, 65 фазочувствительный дискриминатор

1029385 напряжения 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 этого первого 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 распреде-. лителя, снабжен датчиком выходного f5 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 c ñîîòâåòñòâóþùèìè входами формирователя импульсов, выходом подключенного к входу распре- 25 . делителя импульсов, причем этот фор-. мирователь выполнен, например в виде последовательно соединенных логического элемента 2И-2ИЛИ-НЕ и одновибратора, а каждый иэ трех каналов управления распределителем импульсов выполнен, например, в виде последовательно соединенных интегратора с шунтирующим ключом и нульоргана, при этом вход интегратора и выход нуль-органа связаны соответ-. ственно с входом и выходом этого канала, а управляющий вход шунтирую.-. щего ключа подключен к выходу форми-рователя импульсов.

На фиг. 1 представлена принципи- 40 альная электрическая блок-схема преобразователя, на фиг. 2 — диаграмма работы устройства.

Преобразователь для частотного ,пуска и синхронизации с.сетью син- 45 хронных машин содержит управляемый выпрямитель 1, входом подключенный к входным выводам 2 преобразователя, предназначенным для подключения сети переменного тока 3. Выход выпрямителя через реактивный накопи- тель 4 соединен с входом инвертора

5, выходом подключенного к выходным выводам 6 преобразователя.

Управление преобразователем осуществляет 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 канала управления 16 распределителем 15, первого 17 и второго 18 коммутаторов.

Входы 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 преобразователя через 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 28 и третьего 29 каналов управления распределителем 15 одни входы 30 соединены с выходом 24 второго коммутатора 18, другие входы 31 подключены к выходу датчика напряжения

32, выходы 33 каналов управления

16, 28 и 29 соединены с соответствующими 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 00, 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 напряже1029385 ниями, получаемыми на выходе фазозадающих трансформаторов 19 и 23.

Формирователь импульсов 13 состоит из логических элементов 50 и одновибратора 51.

Устройство работает следующим образом.

На выходе регулятора тока 9 формируется сигнал, обеспечивающий такой режим работы преобразователя (например за счет изменения угла управления выпрямителем ), при котором поддерживается постоянным значение тока в 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 угла инвертирования (угол между первыми гармониками выходного тока и напряжения преобразователя ) зависит от величины и знака напряжения на выходе ФЧД, поскольку этот сигнал является управляющим для инввртора.

Так для инвертора тока частота выходного напряжения преобразователя может формироваться от напряжения противо-ЗДС-инвертора, причем диапазон изменения угла инвертирования ограничен системой управления 7 за счет ее синхронизации с напряжением СМ. Обычно угол инвертирования изменяется в диапазоне 30-150 эл.град причем углам больше 90 эл.град. соответствует режим рекуперативного торможения СМ.

Как в процессе частотного пуска, так и при синхронизации СМ с сетью переменного тока, распределитель импульсов 15, поочередно, с частотой, определяемой формирователем импульсов 13, вырабатывает управляющие импульсы коммутаторами 17 и 18.

При этом на выход коммутатора 17 подключаются соответствующие участки фазозадающих напряжений сети, а на выход коммутатора 18 поцключаются соответствующие участки фазозадающих напряжений, формируемых на выходе трансформатора 23, подключенного к выходу преобразователя.

Диаграммы напряжений, формируемых на выходе коммутаторов (фиг. 2

Они являются сдвинутыми на некоторый угол аналогами напряжений на выходе выпрямителя и входе инвертора при синхронных с сетью переменного тока оборотах СМ

До,оборотов СМ меньше синхронных частота импульсов на выходе формирователя 13 определяется работой дополнительного канала управления

28, который синхронизирован налряжением на выходе коммутатора 18 и постоянным напряжением, пропорциоHBJlbHHM напряжению на выходе преобразователя. Выходной сигнал нульоргана 41 канала 28 совместно с выходным сигналом нуль-органа основного канала 16 поступают на вход логического элемента И вЂ” ИЛИ формирователя. При наличии на выходе нуль-органов каналов 1б и 28 единичных потенциалов, на выходе логического элемента формирователя 13 образуется сигнал, запускающий одновибратор формирователя, выходной

10 импульс которого осуществляет нереключение распределителя импульсов

15 и устанавливает интеграторы 39 всех трех. каналов в исходное состояние.

При этом, за счет сигнала на выходе фазового дискриминатора 12 (разность фаз напряжения сети и напряжения на СМ велика ), основной канал 1б, синхронизированный с сетью переменного тока через коммутатор

17, формирует выходной сигнал, соответствующий логической единице раньше дополнительного канала 28 (фиг, 2, напряжение на выходе нульоргана 41 канала 1б ). Таким образом, до оборотов, меньше синхронных, синхронизация формирователя импульсоВ 13 фазочастотного дискриминатора

14 осуществляется по дополнительному каналу 28, который работает с частотой, кратной частоте выходного напряжения преобразователя (величина кратности определяется силовой схемой преобразователя и для трехфазной мостовой схемы равна шести.).

При этом интегратор 39 канала 28 работает таким образом, что стабилизирует вольт-секундную площадь разности напряжений, поступающих на

его входы 31 и 30 с датчика напря40 жения 32 на СМ 38 и напряжения на выходе 24 коммутатора 18 (выход ФЧД ).

Уровень указанных напряжений выбирается таким образом, что напряжение на выходе 24 ФЧД 14 отрицатель-

45 но, поэтому СИФУ 7 работает в режиме минимально допустимого угла инвертирования 9 (30 эл.град. ), что увеличивает мощность, подводимую к

СМ, которая пропорциональна величине-тока в силовой цепи преобразователя и значению cos Ч . При синхронных с сетью оборотах СМ устанавливается определенный фазоый сдвиг между напряжением сети и напряжением на СМ, величина которого определяет уровень сигнала на выходе ФД 12 и, как следствие, фазу импульсов, вырабатываемых на выходе основного канала 1б. При этом синхронизация формирователя импульсов 13 начинает

60 осуществляться основным каналом 1б, поскольку сигнал на выходе ФД 12 уменьшается, стремясь свести разность фаз между напряжением сети и напряжением на СМ к нулю, а напряжение на выходе ФЧД 14 из отрицатель1029385

10 ного становится положительным (фиг. 2 А Это приводит к увеличению угла инвертирования и уменьшению мощности, подводимой к СМ от преобразователя частоты.

B стационарном режиме устанавли- 5 вается такое значение угла управления У, при котором мощность, подводимая к CN равна мощности нагрузки, а сигнал на выходе ФД 12 равен нулю.

В переходном режиме обороты СМ могут быть больше синхронных, при этом переключение формирователя фимпульсов 13 осуществляется дополнительным каналом 29, который контролирует уровень напряжения на выходе ФЧД (фиг. 2 ), поэтому выходной сигнал ФЧД остается положительным и, примерно, постоянным по среднему значению, угол инвертирования увеличивается на 90 эл.град. и CN тормозится.

Таким образом, дополнительные каналы управления позволяют ограничить на заданном уровне минимальное и максимальное значение выходного сигнала 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 помехоустойчивость всего ФЧД, поскольку среднее значение напряжения на выходе интегратора от сигнала помехи приблизительно равно нулю.

По сравнению с базовым объектом (преобразователь типа СПЧР-4500/б данный преобразователь позволяет значительно сократить число используемых электрорадиоэлементов, что упрощает СИФУ преобразователя и певышает технологичность за счет использования однотипных узлов. Повы- . шение 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.

1029385

1029385

4999/57 Тираж 687 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород,. Ул. Проектная, 4

Составитель Г.Мыцык

Редактор N.Ìèòåéêî Техред O.Неце . Корректор А; Иль ин