Автономная система электропитания и управления пуском электродвигателей переменного тока

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1252892 А 1 (д1) 4 Н 02 P 1/54

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

М, ...,:1 °;, 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ 1 13

ЬЕЬЛ!, ", К Д BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3832222/24-07 (22) 30.12.84 (46) 23.08.86. Вюл. № 3 1 (7 1) Криворожский ордена Трудового

Красного Знамени горно-рудный институт (72) А.И. Елин, Д.И. Родькин, 10.В.Н ука, С.М, Соловьев и В.Д. Гуров (53) 621.313.333.07(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1059646, кл. Н 02 Р 1/02, !982, Авторское свидетельство СССР

¹ 1085018, кл. Н 02 Р 1/54, 1983. (54) АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ПУСКОМ ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

;(57) Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для питания группы электродвигателей (ЭД) от автономного источника ограниченной мощности (ИОМ). Цель

- изобретения — повышение нагежности с пуска группы мощных ЭД и ИОМ. Устройство содержит синхронный генератор (СГ) 1 с приводным ЭД 2,обмоткой возбуждения 3 и автоматическим регулятором 4 оборотов приводного двигателя и несколько запускаемых двигателей, из которых хотя бы один является синхронным двигателем (СГ) 7, а остальные — асинхронные. устр-во снабжено блоком 13 определения последователь-. ности пуска, блоком выделения производной, логическими блоками 14 и 15 и управляемыми коммутаторами 19, 20 и 21, через которые подключены запускаемые ЭД к выходу СГ 7. Введение указанных элементов позволяет запускать поочередно асинхронные и синхронные ЭД, регулируя частоту и напряжение СГ таким образом, что при миним. времени запуска ЭД его активная мощность не уменьшается до мичим, допустимой величины. 2 ил.

1252892

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам электроснабжения с двигательной нагрузкой при питании от автономного источника ограниченной мощности. 5

Целью изобретения является повышение надежности пуска группы мощных электродвигателей от источника ограниченной мощности.

На фиг. 1 изображена автономная 10 система электропитания и управления пуском электродвигателей переменного тока; на фиг. 2 — выходной сигнал блока выделения производной.

Автономная система состоит из син- .15 хронного генератора 1 с его приводным двигателем 2 и обмоткой возбуждения 3 с первым регулируемым источником 4 постоянного тока, сумматораограничителя 5, выключателя 6, син- 2О хронного двигателя 7 с его обмоткой 8 возбуждения со вторым регулируемым источником 9 постоянного тока, выключателя 10, асинхронного двигателя 11, выключателя 12, блока 13 определения 25 последовательности пуска электродвигателей, первого 14 и второго 15 логических элементов И, блока 16 выделения производной, диодного коммутатора 17, блока 18 запаздывания, пер- gg вого 19, второго 20 и третьего 2 1 управляемых ключей, датчика 22 активной мощности, дифференциатора 23, первого 24, второго 25, третьего 26 нелинейных блоков, первого сумматора

27, второго сумматора 28, автоматического регулятора 29 оборотов двигателя. Управляющий вход регулируемого источника 4 постоянного тока соединен с выходом сумматора-ограничи40 теля 5, с минимальной и максимальной уставками напряжения возбуждения синхронного генератора 1, последний связан с сетью через выключатель, а синхронный двигатель 7 — через выключа45 тель 10. Первый выход блока 13 определения последовательности пуска электродвигателей связан через диодный коммутатор 17 с первым входом блока 1б выделения производной, входом первого управляемого ключа 19 и с первым входом блока 16 выделения производной, с входом первого управляемого ключа 19 и с первым входом первого логическогь элемента И 14, 55 выход блока 16 выделения производной соединен соответственно со вторым входом второго сумматора 28, с управляющими входами первого 19 и второго

20 управляемых ключей, а выходы этих ключей связаны соответственно со вторыми входами первого 14 и второго 15 логических элементов И, второй выход блока 13 определения последовательности пуска электродвигателей связан через диодный коммутатор 17 с вторым входом блока 16 выделения производной, с входом второго управляемого ключа 20, с первым входом второго логического элемента И 15 и через блок

18 запаздывания — с управляющим входом второго регулируемого источника

9 постоянного тока обмотки возбуждения 8 синхронного двигателя 7, первый 14 и второй 15 логические элементы И соединены соответственно с управляющими входами второго 12 и первого 10 управляемых выключателей, контакты которых связаны с первыми входами и выходами первого 14 и второго 15 логических элементов И соответственно, причем асинхронный двигатель 11 связан с сетью через выключатель 12 синхронный генератор 1 связан с сетью через датчик активной мощности, выход которого связан с первым входом первого сумматора 27 через последовательно соединенные дифференциатор 23 и первый нелинейный блок 24, с вторым входом первого сумматора 27 через второй нелинейный блок 25, а с управляющим входом третьего управляемого ключа 21 через третий нелинейный блок 26, выход первого сумматора 27 соединен с первым входом сумматора-ограничителя 5, а также с автоматическим регулятором

29 оборотов приводного двигателя, связанным с приводным двигателем 2 через последовательно соединенные второй сумматор 28 и третий управляемый ключ 21.

Блок определения последовательности пуска электродвигателей 13 вырабатывает сигналы положительной полярности в последовательности,соответствующей порядку запуска мощных электродвигателей от источника питания ограниченной мощности.

Первый 24 и второй 25 нелинейные блоки представляют собой нелинейности типа нНасыщение с ограничителем и зоной нечувствительности, причем ширина зоны нечувствительности первого нелинейного блока 24 пропорциональна величине максимально допустимого уровня производной активной мощности, а ширина зоны нечувствительности второго нелинейного блока

25 пропорциональна величине макси12 7289 мально допустимой мощности. Третий нелинейный блок 26 реализует ат нуля до заданного входного сигнала неизменный выходной сигнал и нуль при превьш ении заданного входного сигнала. Если на входе блока 26 появляется сигнал с датчика 22 активной мощности, который свидетельствует о том, что величина активной мощности больше минимально допустимого значения активной мощности, то на выходе блока 26 сигнал будет отсутствовать. Если же активная мощ10 ность примет значения меньше или равные минимальна допустимой величи- 15 не активной мощности, то на выходе блока 26 появляется сигнал, который, воздействуя на управляющий вход третьего управляемого ключа 21, препятствует прохождению сигнала с выходя 20 второго сумматора 28 на Вьгход автоматического регулятора 29 оборотов двигателя.

Работу системы рассмотрим на примере пуска от источника ограниченной 25 мощности двух мощных потребителей: асинхронного и синхронного двигателей. Пуск производится н следующей последовательности: сначала запуска— ется асинхронный двигатель, затем синхронный.

На первом выходе блока 13 апределения последовательности пуска элект-родвигателей появляется сигнал положительной полярности — команда IB включение асинхронного цнигателя 11.

Этот сигнал через диодный коммутатор

17 поступает на вход блока 16 выделения производной, который выцеляег производную данного сигнала. Обазна0 чим через t, время достюкения первого максимума производной, выделяемой блоком 16, величину первого максимума — через Б„,„ . Преобразованный сигнал через сумматор-ограничитель 5 поступает на управляющий вхац регулируемого источника 4 питания, который в течение времени t„ снижает напряжение на обмотке 3 возбуждения синхронного генератара 1 тем салым с III 0 жая выходное напряжение синхраннога генератора 1. Одновременно этот же преобразованный сигнал с выхода блока 16 через второй сум.1ятор 28 и третий управляемый ключ 2i поступает на

55 автоматический ре гулятор оборотов дви гателя 29, который н течение времени снижает обороты приноднага цвигателя 2, снижая тем самым частоту вь .— хаднога напряжения синхронно1 с генератора 1. Кроме того, эточ же преобразованньп сигнал с выхода блока 16 па— ступает на управляющие Входы первого

19 и второго 20 управляемых ключей, которые открываются, когда напряжение на управляющем входе управляемогo ключа U„ U,„ Параметры блока 16 выбраны таким образом, что максималь— ное значение Вьгходного сигнала равно пороговому значению управляющего напряжения, которое поступает ня управляющие входы управляемых ключей 19 и

20, Таким образом, после истечения нремеыи 1„ первый 19 н Второй 20 управляемые кгючи открываются на время, когда П, ? U„,, „ а потам опять закрына1отся так как U - U, . На пер1 о Гсг

Вом входе первого логического элемента И 14 присутстнует положительный сигнал с первого выходя блока 13 определения последовательности пуска электродвигателей с момента его появления на первом выходе этого блока, а этот же сигнал на втором входе первого логическага элемента И 14 появится тогда, когда первый управляемый ключ откроется, т,е. по истечении времени t . В этот момент на первом и втором входах первого логического элемента И 14 будут присутствовать одинаковые сигналы положительной полярности. На выходе этого элемента также появится сигнал палажительнОЙ полярности, который, возцействуя па управляющий вход гыключателя 12, приводит к включенгпо этого выключателя, Таким образам, происходит подключение асинхронного двигателя 11 к источнику питания при сниженном напряжении питания и пониженной частоте напряжения питания.

Второй ныключатель 12,включившись, другой парой своих контактов, включенных параллельно первоьр логическому элементу И 14, шунтирует его, тем самым исключая исчезновение управляющего сигнала на выходе первого логического элемента И 14, которьпс бь. исчез после истечения времени ч вниду отсутствия положительного сигнала на втором входе этога блока изза размыкания пернога управляемого ключа 19. Одновременно первым управляемым ключом 19 по истечении времени t открывается второй управляемый копоч 20, но так как ня втором выходе блока 13 сигнал атсутстнует та ан

5 12528 будет отсутствовать и на выходе вто- рого логического элемента И 15, и выключатель 10 не включится.

По истечении времени С уровень выходного сигнала блока 16 начинает понижаться (фиг. 2), что приводит к возрастанию напряжения на обмотке возбуждения 3 до номинального, а сле- довательно, и выходного напряжения синхронного генератора 1 до номиналь- 10 ного, и к увеличению оборотов приводного двигателя 2 до номинальных, т.е. повышается частота выходного напряжения синхронного генератора до номинальной. Асинхронный двигатель

11 работает в номинальном режиме.Кроме того, выключатель 12 своими контактами производит переключение в блоке 16 выделения производной, меняя его установку времени с t„ íà 20

Ег причем t t

Пуск синхронного двигателя 7 до подсинхронной скорости производится аналогично, только управляющим сигналом будет положительный сигнал 25 на втором выходе блока 13. Кроме того, управляющий сигнал со второго выхода блока 13 через блок 18 запаздывания, уставка времени которого выбрана таким образом, чтобы синхрон- З0 ный двигатель 7 успел разогнаться до посинхронной скорости, поступает на управляющий вход второго регулируемого источника 9 постоянного така.

При этом появляется напряжение на обмотке возбуждения 8 и синхронный двигатель 7 втягивается в синхронизм.

Если производится пуск прйводов в обратной последовательности, то сначала появляется положительный сиг40 нал на втором выходе блока 13, а уставка времени блока 16 . Остальное происходит аналогично.

Для отключения какого-либо из приводов от сети достаточно отсутствия 4> сигнала на соответствующем выходе блока 13, Тогда исчезает сигнал на управляющем входе соответствующего выключателя и он размыкается, размыкает одновременно свои шунтирующие контакты и контакты в блоке 16.

Уставка времени блока 16 t увеличивается.

Дифференциатор 23 и первый нелинейный блок 24, на который поступает сигнал с датчика 22 активной мощности, включенного между выключателем

5 и синхронным генератором 1, служат

1 для предотвращения превышения производ92 Ь ной активной мощности задавай величины.

В случае превышения этой величины (уставки блока 24) на выходе блока контроля величины производной активной мощности появляется сигнал, который через первый сумматор 27, второй сумматор 28, третий управляемый ключ 21 воздействует на автоматический регулятор 29 оборотов двигателя, который снижает скорость вращения приводного двигателя 2, а также сигнал с выхода первого сумматора 23 через сумматорограничитель 5 воздействует на управляющий вход первого управляемого источника 4 постоянного тока, который изменяет напряжение Hc? обмотке возбуж.". дения 3 синхронного генератора 1,тем самым снижая выходное напряжение генератора 1. Эти же процессы происходят и в случае появления сигнала на выходе второго нелинейного блока 25, который появляется в случае превышения величины активной мощности, измеряемой датчиком 22 активной мощности, допустимой по условиям эксплуатации. Процессы снижения напряжения и частоты продолжаются до тех пор,пока не исчезнут режимы превышения активной мощности допустимой величины или превышения ее производной допустимой величины.

Однако при снижении оборотов npuf водного двигателя 2 может возникнуть опасность, что активная мощность уменьшится ниже допустимой величины минимальной мощности. Для предотвращения этого служит третий нелинейный блок

26, который в случае уменьшения активной мощности ниже допустимой выдает сигнал на управляющий вход третьего управляемого ключа, тем самым запирая его. Это предотвращает дальнейшее снижение частоты вращения приводного двигателя 2.

Первый нелинейный блок 24 выполняет функцию защиты устройства запуска

MoIUHbIx приводов от превьппения производной активной мощности предельно допустимой величины dP/dt „. Этот параметр нужно контролировать по сле-, дующим причинам: активная мощность Р согласно проведенным расчетам достигает своего максимума за два периода питающего напряжения, а инерционность на внезапное возрастание активной мощности может привести к ударам и поломкам вала синхронного генератора

1; активная мощность и момент на валу синхронцого генератора имеют колеба1252892

20

30

55 тельный характер. Для того, чтобы не, возникало знакопеременных механических биений, нужно контролировать и ограничивать величину производной активной мощности.

Второй нелинейный блок 25 контролирует и предотвращает превышение активной мощности синхронного генератора вьш е максимально допустимой величины активной мощности P

Третий нелинейный бло: 26 предотвращает снижение ниже минимально допустимой величины P . активной мощ"1 И ности синхронного генератора. Этот параметр нужно контролировать для того, чтобы обеспечить постоянство знака активной мощности синхронного генератора 1, т.е., чтобы он не перешел в двигательный режим.

Уставка У сумматора-ограничите1 ля 5 определяет начальный ток возбуждения синхронного генератора

У, — максимальный ток возбуждения синхронного генератора 1. Значение этих коэффициентов устанавливается экспериментально при первом пуске мощных потребителей от автономйого источника ограниченной мощности. Таким образом, на выходе сумматораограничителя 5 будет ограничиваемый уставками У, и У сигнал, воздействующий на управляющий вход первого регулируемого источника 4 постоянного тока.

Предлагаемая система запуска мощ ных электродвигателей от автономного источника ограниченной мощности по сравнению с известной обеспечивает большую надежность пуска мощных потребителей, а также увеличивает срок службы электрооборудования за счет эффективного ограничения пусковых токов приводов и крутящих моментов, воздействующих на механическую часть источника резервного питания. Кроме того, данная система позволяет производить включение и отключение мощных электроприводов согласно требованиям технологического процесса и может быть элементом системы автоматического управления технологическим процессом.

Формула и з о б р е т е н и я

Автономная система электропитания и управления пуском электродвигателей переменного тока, содержащая электромашинный агрегат, состоящий из приводного двигателя с автоматическим регулятором оборотов, синхронного генератора, соединенного с валом приводного двигателя, обмотки статора синхронного генератора через выключатель связаны с шинами питания, обмотка возбуждения синхронного генератора соединена с первым регулируемым источником постоянного тока, управляющий вход которого соединен с выходом сумматора-ограничителя с максимальной и мииимальной уставками напряжения возбуждения, группа двигателей переменного тока, состоящая как минимум из одного синхронного двигателя, имеющего обмотку возбуждения с вторым регулируемым источником постоянного тока, статорные обмотки двигателей переменного тока через выключатели соединены с шинами питания, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью повьппения надежности пуска группы электродвигателей, в нее введены первый и второй логические элементы И, блок определения последовательности пуска электродвигателей, блок выделения производной, первый, второй и третий управляемые ключи, диодный коммутатор, блок запаздывания, датчик активной мощности, дифференциатор, первый и второй нелинейные блоки, реализующие функцию типа "насьпцение с зоной нечувствительности в области малых входных сигналов, третий нелинейный блок, реализующий в диапазоне от нуля до заданного входного сигнала неизменный выходной сигнал и нуль при превьппении заданного входного сигнала, первый и второй сумматоры, причем первый выход блока определения последовательности пуска электродвигателей связан через диодный коммутатор с первым входом блока выделения производной, с входом первого управляемого ключа и с первым входом первого логического элемента

И, выход блока выделения производной соединен соответственно с вторым входом сумматора-ограничителя, с вторым входом второго сумматора, с управляющими входами первого и второго управляемых ключей, а выходы этих ключей связаны соответственно с вторыми входами первого и второго логических элементов И, второй выход блока определения последовательности пуска электродвигателей связан через

Составитель В. Тарасов

Техред В.Кадар Корректор Л, Натай

Редактор П. Коссей

Заказ 4629/55

Тираж 631 Подписное

ВНИИДИ Государственного комитета СССР

Ьо делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

9 12 диодный коммутатор с вторым входом блока выделения производной, с входом второго управляемого ключа, с первым входом второго логического элемента И и через блок запаздывания— с управляющим входом второго регулируемого источника постоянного тока обмотки возбуждения синхронного двигателя, выходы первого и второго логических элементов И соединены соответственно с управляющими входами выключателей электродвигателей, кон» такты которых связаны с первыми входами и выходами первого и второго логических элементов И соответственно, датчик активной мощности включен меж52892 10 ду выключателем и синхронным генератором, .а своим выходом связан с первым входом первого сумматора через последовательно соединенные дифференциатор и первый нелинейный блок, с вторым входом первого сумматора через второй нелинейный блок, а с управляющим входом третьего управляемого ключа через третий нелинейный блок, выход первого сумматора соединен с первым входом сумматора-ограничителя, а также с автоматическим регулятором оборотов приводного двигателя через последовательно соединенные !

5 второй сумматор и третий управляемый ключ.