Способ квазичастотного мягкого пуска синхронного двигателя и устройство для его осуществления

Изобретение может быть использовано в любых отраслях народного хозяйства, в которых используются синхронные электрические машины большой мощности, в частности в газовой промышленности для пуска электропривода газоперекачивающих агрегатов. Техническим результатом является снижение тепловых и механических нагрузок при пуске, сокращение времени между пусками, увеличение количества пусков и продолжительности срока эксплуатации. В способе квазичастотного мягкого пуска синхронного двигателя и устройстве для его осуществления осуществляют подключение блока возбуждения к обмотке возбуждения, определение перед пуском начального положения ротора относительно обмоток статора, измерение напряжения на обмотках статора, тока в обмотках статора, напряжения питающей сети и величины тока в обмотке возбуждения, определение скорости вращения двигателя по величине ЭДС, наводимой в обмотках статора и определяемой по напряжению на обмотках статора и току в обмотках статора двигателя, подачу в обмотки статора импульсов тока с помощью тиристорного регулятора напряжения путем выдачи управляющих сигналов на управляющие выводы тиристоров тиристорного регулятора напряжения, регулирование параметров импульсов тока, подаваемых в обмотки статора, и тока возбуждения таким образом, чтобы средний вращающий момент машины был больше момента сопротивления двигателя. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к электротехнике, а именно к способам пуска синхронных машин, и может быть использовано для пуска, в частности, электроприводов большой мощности центробежных нагнетателей газоперекачивающих агрегатов.

Известен способ пуска синхронной машины с многофазной обмоткой якоря, подключенной к преобразователю частоты, и однофазной обмоткой индуктора [1], при котором подают опросные импульсы на одну из обмоток синхронной машины, определяют угловое положение индуктора по ЭДС, наведенной в другой обмотке синхронной машины, гальванически не связанной с первой, определяют группу вентилей преобразователя частоты, которую необходимо включить первой, и включают ее, при этом опросные импульсы подают на две фазы обмотки якоря путем включения соответствующей группы вентилей преобразователя частоты, измеряют ЭДС, наведенную в обмотке индуктора, и запоминают ее, выключают вентили преобразователя и через заданный временной интервал включают другие фазы обмотки якоря, измеряют ЭДС, наводимую в обмотке индуктора, и по измеренным величинам ЭДС определяют угловое положение индуктора.

Данный способ пуска синхронной машины так же, как и заявляемый способ квазичастотного мягкого пуска синхронного двигателя, включает определение углового положения ротора относительно обмоток статора. Однако отсутствие измерения напряжения на обмотках статора, тока в обмотках статора, напряжения питающей сети и величины тока в обмотке возбуждения, определения скорости вращения двигателя, установки величины пускового тока и подачи указанным путем импульсов тока в обмотки статора ведет к снижению технико-экономических показателей известного способа, в частности у него большие затраты технического ресурса на выполнение пуска синхронного двигателя, что приводит к снижению количества возможных пусков.

Известен способ пуска синхронной машины [2] с обмоткой возбуждения на роторе и многофазной обмоткой статора, при котором многофазную обмотку статора в течение всего периода пуска подключают к первичной электросети соответствующей частоты, а обмотку возбуждения ротора - к гасящему устройству и при достижении ротором синхронной машины подсинхронной частоты вращения обмотку возбуждения отключают от гасящего устройства и подключают к устройству возбуждения, при этом в течение периода пуска до момента достижения ротором синхронной машины подсинхронной частоты вращения контролируют значения частоты и фазы напряжения первичной электросети, величину индуктированной в обмотке возбуждения ротора ЭДС, значения частоты и фазы тока обмотки возбуждения и регулируют по фазе, величине и знаку упомянутый ток и связанный с ним магнитный поток в роторе один раз за каждый полупериод относительной частоты индуктированной в обмотке возбуждения ротора ЭДС в соответствии с законом

где: I_R - ток ротора;

θ - угол нагрузки синхронной машины;

I_Rn - номинальный ток ротора;

ω_t - текущая частота вращения ротора;

ω_C - циклическая частота питающей электросети,

в течение времени, при котором оси магнитного потока статора и магнитного потока ротора находятся в относительно синхронном, квазисинхронном взаиморасположении в пределах угла нагрузки синхронной машины, определяемом моментом совпадения контролируемых параметров.

Данный способ пуска синхронной машины так же, как и заявляемый способ квазичастотного мягкого пуска синхронного двигателя, включает определение частоты вращения ротора синхронной машины, напряжения питающей сети и тока в обмотке возбуждения, подключение обмотки возбуждения к гасящему сопротивлению. Однако отсутствие измерения напряжения и тока в обмотках статора, установки величины пускового тока и подачи указанным путем импульсов тока в обмотки статора резко снижает технико-экономические показатели известного способа, в частности ограничивает число возможных пусков синхронного двигателя, так как описанные в известном способе действия до момента достижения подсинхронной частоты представляют собой широко известный ресурсозатратный асинхронный способ пуска синхронных машин.

Наиболее близким по технической сущности является способ импульсного пуска синхронных машин [3], включающий определение положения ротора относительно обмоток статора, подключение обмотки возбуждения к возбудителю, подачу на обмотки статора импульсов тока синхронно с положением ротора путем подачи импульсов на управляющие выводы тиристоров тиристорного регулятора напряжения, параметры импульсов тока, подаваемых на обмотки статора, и тока возбуждения устанавливают таким образом, чтобы средний вращающий момент машины был больше момента сопротивления машины, при этом пуск машины плавно регулируют изменением параметров импульсов и пауз между ними.

Данный способ импульсного пуска синхронных машин так же, как и заявляемый способ квазичастотного мягкого пуска синхронного двигателя, включает подключение возбудителя к обмотке возбуждения, подачу на обмотки статора импульсов тока путем подачи импульсов на управляющие выводы тиристоров тиристорного регулятора напряжения, регулирование параметров импульсов, подаваемых в обмотки статора, и тока возбуждения таким образом, чтобы средний вращающий момент двигателя был больше момента сопротивления двигателя. Однако отсутствие измерения напряжения на обмотках статора, тока в обмотках статора, напряжения питающей сети и величины тока в обмотке возбуждения, определения скорости вращения двигателя по частоте сигналов ЭДС, наводимых в обмотках статора, предварительного определения перед пуском двигателя одновременно с определением углового положения ротора относительно обмоток статора, пары тиристоров тиристорного регулятора напряжения, которые необходимо включить первыми, установки величины пускового тока и подачи импульсов на управляющие выводы соответствующих тиристоров тиристорного регулятора напряжения в порядке и с параметрами, определяемыми парой тиристоров, на которую нужно подать импульсы первыми, и заданным параметрически темпом увеличенияскорости вращения двигателя при условии, что пусковой ток равен заданному значению, а после достижения двигателем скорости вращения, равной 0,05·n_с, где n_с - номинальная скорость вращения синхронного двигателя, определения пары тиристоров, которые нужно включать, и момента их включения по реальному положению вектора напряжения питающей сети и вектора потока статора, и при достижении двигателем скорости вращения, равной (0,8-0,90)·n_с, подключения к обмотке возбуждения гасящего сопротивления и отключения блока возбуждения, а также подачи на тиристорный регулятор напряжения управляющих сигналов последовательно с частотой 50 Гц таким образом, чтобы пусковой ток был равен заданному значению, ухудшает технико-экономические показатели известного способа пуска, в частности имеет большое время пуска и вследствие нагрева двигателя из-за этого увеличивается длительность интервала времени между пусками и ограничивается количество возможных пусков двигателя.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству является устройство импульсного пуска синхронной машины с трехфазной обмоткой статора и однофазной обмоткой ротора [3], содержащее тиристорный регулятор напряжения, состоящий из трех пар включенных встречно тиристоров, соответствующие выходы тиристорного регулятора напряжения подключены к трехфазной обмотке статора синхронной машины, возбудитель, который соединен с обмоткой ротора синхронной машины, трехфазный датчик мгновенного тока обмоток статора, который включен в цепь соответствующих обмоток статора, трехфазный датчик среднего тока обмоток статора, который также включен в цепь соответствующих обмоток статора, датчик положения ротора, который соединен с ротором синхронной машины, задатчик пускового тока, блок управления, ко входам которого подключены выходы датчика мгновенного тока обмоток статора, датчика среднего тока обмоток статора, датчика положения ротора и выход задатчика тока, клеммы питающей сети, которые соединены с соответствующими парами тиристоров тиристорного регулятора напряжения, к управляющим выводам которых подключены соответствующие выходы блока управления, который состоит из первого элемента НЕ, к входу которого подключен выход датчика мгновенного значения тока, блока сравнения токов, один вход которого соединен с выходом датчика тока, а второй - с выходом задатчика пускового тока, преобразователя тока в единичный сигнал, ко входу которого подключен выход блока сравнения токов, второго элемента НЕ, вход которого соединен с выходом преобразователя тока в единичный сигнал, первого элемента И, ко входам которого подключены выходы первого и второго элементов НЕ, второго и третьего элементов И, первые входы которых соединены между собой и с выходом первого элемента И, ко второму входу второго элемента И подключен первый выход датчика положения ротора, второй выход которого соединен со вторым входом третьего элемента И, выходы второго и третьего элементов И являются выходами блока управления.

Данное устройство импульсного пуска синхронной машины с трехфазной обмоткой статора и однофазной обмоткой ротора так же, как и заявляемое устройство квазичастотного мягкого пуска синхронного двигателя с трехфазной обмоткой статора и однофазной обмоткой ротора, содержит тиристорный регулятор напряжения, состоящий из трех пар включенных встречно тиристоров, соответствующие выходы тиристорного регулятора напряжения подключены к трехфазной обмотке статора синхронного двигателя, блок возбуждения (возбудитель), который соединен с обмоткой ротора синхронного двигателя, трехфазный датчик тока (мгновенного тока) обмоток статора, который включен в цепь соответствующих обмоток статора, задатчик пускового тока, блок управления, ко входам которого подключены выходы датчика тока обмоток статора и выход задатчика пускового тока, клеммы питающей сети, к управляющим выводам тиристорного регулятора напряжения подключены соответствующие выходы блока управления. Однако отсутствие трехфазного переключателя, трехфазного датчика напряжения на обмотках статора, трехфазного датчика напряжения питающей сети и связей новых элементов между собой и с известными элементами ухудшает технико-экономические показатели пуска, в частности устройство имеет большое время пуска и вследствие нагрева двигателя из-за этого увеличивается длительность интервала времени между пусками и ограничивается количество возможных пусков двигателя.

В основу предлагаемого изобретения поставлена задача усовершенствования способа квазичастотного мягкого пуска синхронного двигателя и устройства квазичастотного мягкого пуска синхронного двигателя для его осуществления путем введения новых операций в способ и новых элементов в устройство, что позволяет повысить эффективность использования синхронного двигателя за счет снижения тепловых и механических нагрузок при пуске, сокращения интервала времени между пусками, увеличения количества возможных пусков и продолжительности срока его эксплуатации.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе квазичастотного мягкого пуска синхронного двигателя с трехфазной обмоткой статора, подключенной к тиристорному регулятору напряжения, к которому подключена питающая сеть, и обмоткой возбуждения на роторе, включающем подключение блока возбуждения к обмотке возбуждения, определение начального положения ротора относительно обмоток статора, подачу в обмотки статора импульсов тока с помощью тиристорного регулятора напряжения путем выдачи управляющих сигналов на управляющие выводы тиристоров тиристорного регулятора напряжения, регулирование параметров импульсов тока, подаваемых в обмотки статора, и тока возбуждения таким образом, чтобы средний вращающий момент двигателя был больше момента сопротивления двигателя, согласно изобретению дополнительно измеряют напряжение на обмотках статора, ток в обмотках статора, напряжение питающей сети и величину тока в обмотке возбуждения, определяют скорость вращения двигателя по частоте сигналов ЭДС, наводимых в обмотках статора, сигналы ЭДС определяются по напряжению на обмотках статора и току в обмотках статора двигателя, перед пуском двигателя одновременно с определением углового положения ротора относительно обмоток статора определяют пару тиристоров тиристорного регулятора напряжения, которые необходимо включить первыми, устанавливают величину пускового тока, после чего включают блок возбуждения и по истечении установленного времени начинают периодически подавать импульсы на управляющие выводы тиристоров тиристорного регулятора напряжения, при этом в начале пуска конкретные тиристоры, на которые подают управляющие импульсы, определяются парой тиристоров, на которую нужно подать импульсы первыми при соответствующем положении вектора напряжения сети, затем последовательно подают импульсы еще на одну - две пары тиристоров, дальнейшая подача импульсов прекращается, а новый цикл подачи управляющих импульсов на тиристоры тиристорного регулятора напряжения определяется положением вектора напряжения питающей сети и заданным параметрически темпом увеличения скорости вращения двигателя при условии, что пусковой ток равен заданному значению, при достижении двигателем скорости вращения, равной 0,05·n_с, где n_с - номинальная скорость вращения синхронного двигателя, начинают определять реальную взаимную пространственную ориентацию в плоскости поперечного сечения двигателя вектора напряжения питающей сети и вектора потока двигателя, по которой определяют пары тиристоров, которые нужно включать, моменты их включения с учетом того, что пусковой ток равен заданному значению, и момент снятия импульсов, при достижении двигателем скорости вращения, равной (0,8÷0,90)·n_с, от обмотки возбуждения отключают блок возбуждения и подключают к ней гасящее сопротивление, а на тиристорный регулятор напряжения подают управляющие сигналы последовательно с частотой 50 Гц таким образом, чтобы пусковой ток также был равен заданному значению, при достижении двигателем подсинхронной скорости вращения, равной (0,95÷0,98)·n_с, шунтируют тиристорный регулятор напряжения, а также тем, что в устройство квазичастотного мягкого пуска синхронного двигателя с трехфазной обмоткой статора и однофазной обмоткой ротора, содержащее тиристорный регулятор напряжения, состоящий из трех пар включенных встречно тиристоров, соответствующие выходные выводы тиристорного регулятора напряжения подключены к трехфазной обмотке статора синхронного двигателя, блок возбуждения, первый и второй выходы которого соединены с выводами обмотки возбуждения ротора синхронного двигателя, трехфазный датчик тока обмоток статора, фазы которого включены в цепи подключения соответствующих обмоток статора к соответствующим выходным выводам тиристорного регулятора напряжения, задатчик пускового тока, блок управления, к пятым входам которого подключены выходы датчика тока обмоток статора, а ко вторым входам подключены выходы задатчика тока, к управляющим выводам тиристоров тиристорного регулятора напряжения подключены соответствующие первые выходы блока управления, клеммы питающей сети, которые соединены с соответствующими входными выводами тиристорного регулятора напряжения, согласно изобретению введены трехфазный датчик напряжения обмоток статора, трехфазный датчик напряжения питающей сети и трехфазный переключатель, соответствующие первые выводы которого соединены с соответствующими клеммами питающей сети и с соответствующими входами датчика напряжения питающей сети, соответствующие выходы которого подключены к соответствующим первым входам блока управления, вторые выходы которого соединены с управляющими входами блока возбуждения, первый и второй выходы которого подключены к третьим входам блока управления, четвертые входы которого подключены к выходам трехфазного датчика напряжения обмоток статора, входы которого соединены с соответствующими обмотками статора и с соответствующими вторыми выводами трехфазного переключателя.

Введение в способ квазичастотного мягкого пуска синхронного двигателя с трехфазной обмоткой статора и однофазной обмоткой возбуждения на роторе, дополнительного измерения напряжения на обмотках статора, тока в обмотках статора, напряжения питающей сети и величины тока в обмотке возбуждения, определения скорости вращения двигателя по напряжению на обмотках статора и току в обмотках статора, определения перед пуском двигателя углового положения ротора двигателя относительно статора и пары тиристоров тиристорного регулятора напряжения, которые необходимо включить первыми, установки величины пускового тока, включения после этого блока возбуждения и по истечении установленного времени подачи импульсов на управляющие выводы соответствующих тиристоров тиристорного регулятора напряжения с необходимыми параметрами и в порядке, определяемом парой тиристоров, на которую нужно подать импульсы первыми, и заданным параметрически темпом увеличения скорости вращения двигателя при условии, что пусковой ток равен заданному значению, а при достижении двигателем скорости вращения, равной 0,05·n_с, определения реального положения вектора напряжения питающей сети и вектора потока статора, по которым определяют тиристоры, которые нужно включать, и моменты их включения также при условии, что пусковой ток равен заданному значению, а при достижении двигателем скорости вращения, равной (0,8÷0,90)·n_с, подключения к обмотке возбуждения гасящего сопротивление и отключения блока возбуждения и подачи на тиристорный регулятор напряжения управляющих сигналов последовательно с частотой 50 Гц также при условии, что пусковой ток равен заданному значению, и шунтирования при достижении двигателем подсинхронной скорости (0,95÷0,98)·n_с тиристорного регулятора напряжения позволяет повысить эффективность использования синхронного двигателя за счет сокращения интервала времени между пусками и увеличить ресурс пусков и продолжительность срока его эксплуатации за счет снижения тепловых и механических нагрузок при пуске.

Введение в устройство квазичастотного мягкого пуска синхронного двигателя с трехфазной обмоткой статора и однофазной обмоткой ротора трехфазного датчика напряжения обмоток статора, трехфазного датчика напряжения питающей сети, трехфазного переключателя и новых связей позволяет реализовать предложенный способ и при его использовании повысить эффективность использования синхронного двигателя за счет сокращения интервала времени между пусками и увеличить ресурс пусков и продолжительность срока его эксплуатации за счет снижения тепловых и механических нагрузок при пуске.

На чертежах приведены:

фиг.1 - схема предлагаемого устройства квазичастотного мягкого пуска синхронного двигателя;

фиг.2 - векторное представление электромагнитных величин на плоскости поперечного сечения двигателя для пояснения предлагаемого способа пуска синхронного двигателя.

Устройство квазичастотного мягкого пуска синхронного двигателя 1 (фиг.1) с трехфазной обмоткой статора 2 и однофазной обмоткой возбуждения на роторе 3 содержит трехфазный переключатель 4, трехфазный датчик напряжения питающей сети 5, задатчик пускового тока 6, тиристорный регулятор напряжения 7, который представляет собой трехфазный комплект встречно включенных пар тиристоров (+А-А, +В-В, +С-С), блок управления 8, первые выходы которого соединены с соответствующими управляющими выводами тиристоров тиристорного регулятора напряжения 7, трехфазный датчик тока в обмотках статора 9, трехфазный датчик напряжения на обмотках статора 10, входы которого подключены к соответствующим вторым выводам трехфазного переключателя 4, к соответствующим выходным выводам тиристорного регулятора напряжения 7 и к соответствующим обмоткам статора 2, при этом в цепь, соединяющую соответствующую обмотку статора 2 с соответствующим выходным выводом тиристорного регулятора напряжения 7, включена соответствующая фаза датчика тока 9, выходы которого подключены к пятым входам блока управления 8, четвертые входы которого соединены с выходами трехфазного датчика напряжения 10, блок возбуждения 11, клеммы питающей сети 12, которые соединены с соответствующими первыми выводами трехфазного переключателя 4, с соответствующими входными выводами тиристорного регулятора напряжения 7 и с соответствующими входами трехфазного датчика напряжения 5, выходы которого соединены с первыми входами блока управления 8, третьи входы которого подключены соответственно к первому и второму выводам обмотки возбуждения 3 и к первому и второму выходам блока возбуждения 11, управляющие входы которого соединены со вторыми выходами блока управления 8, ко вторым входам которого подключены выходы задатчика пускового тока 6. Блок возбуждения 11, пример выполнения, содержит возбудитель 13, однополюсный переключатель 14, гасящий резистор 75, первый вывод которого подключен ко второму выводу однополюсного переключателя 14, первый вывод которого соединен с первым выходом возбудителя 13 и с первым выходом блока возбуждения 11, ко второму выходу которого подключены второй выход возбудителя 13 и второй вывод гасящего резистора 15, элемент управления 16, который управляет однополюсным переключателем 14 и входы которого соединены с управляющими входами возбудителя 13 и с управляющими входами блока возбуждения 11.

Блок управления 8 представляет микропроцессорное устройство управления, в память которого введены программы управления работой двигателя, в частности программа управления пуском двигателя.

В качестве однополюсного переключателя 14 может быть использован любой переключающий элемент, например контакт реле или тиристоры, в соответствии с тем, какой элемент использован в качестве переключателя 14, выбирается тип элемента управления 16.

Суть предлагаемого способа пуска синхронного двигателя состоит в том, что в обмотки статора подают ток, частота которого изменяется от 0 Гц до подсинхронной частоты по задаваемому в конкретные моменты времени закону, а далее пуск продолжается как широко известный асинхронный мягкий пуск на подсинхронных частотах.

Для пояснения предлагаемого способа пуска синхронного двигателя на фиг.2а и 2б показано векторное представление электромагнитных величин на плоскости поперечного сечения двигателя относительно осей обмоток машины +А,-С, +В,-А, +С,-В, вдоль которых направлены магнитодвижущие силы - м.д.с. (векторы токов) при протекании тока по соответствующей обмотке с учетом знака тока. Если токи протекают по нескольким обмоткам, то результирующая м.д.с. (результирующий вектор тока) определяется геометрическим суммированием фазных м.д.с.

На фиг.2а показан вектор потока двигателя - , вектор напряжения питающей сети - и вектор импульса тока при подаче управляющих импульсов на тиристоры -С+В при указанном положении вектора . В этом случае по соответствующим обмоткам начнут протекать токи, которые затем спадут до нуля и прекратятся из-за односторонней проводимости тиристоров. В результате протекания токов по обмоткам двигателя будет сформирован импульс тока, вектор которого показан на фиг.2а. Величина его будет равна

где - сверхпереходное индуктивное сопротивление двигателя по продольной оси;

- сверхпереходное индуктивное сопротивление двигателя по поперечной оси;

U - амплитуда вектора напряжения сети;

θ_u - угол между вектором напряжения сети и осью вектора импульса тока (см. фиг.2а). Из диаграммы видно, что изменяя θ_u, можно регулировать величину импульса тока.

Если, включив тиристоры -С+В, подать затем управляющие импульсы на тиристоры +В-А, то получим последовательно два вектора импульсов тока, которые можно заменить одним результирующим вектором, показанным на фиг.2б. Если углы θ_u при включении тиристоров -С+В и +В-А изменять, то и положение результирующего вектора тока будет меняться. Из рассмотренного следует, что в течение периода напряжения сети путем последовательного включения двух или трех пар тиристоров с углами управления соответственно θ_u1 и θ_u2 или θ_u1, θ_u2 и θ_u3 можно сформировать вектор импульса тока заданной величины и любого заданного положения на плоскости поперечного сечения двигателя. Если последовательно включать более двух пар тиристоров, то понятие результирующего вектора импульса тока целесообразно заменить на вектор тока, перемещающийся со скоростью 2πf электрических радиан в секунду в определенном секторе на плоскости поперечного сечения двигателя. Итак, измеряя напряжение сети на входе тиристорного регулятора напряжения, мы можем в течение периода напряжения сети сформулировать желаемый вектор тока (вектор импульса тока) путем включения соответствующих тиристоров тиристорного регулятора напряжения с соответствующими углами управления.

Момент в двигателе создается в результате взаимодействия вектора тока статора и вектора потока ротора и определяется по формуле

Если угол между векторами тока и потока в плоскости поперечного сечения находится в пределах 0÷π, то момент - двигательный (положительный). Если указанный угол меньше 0 или больше π, то момент - тормозной (отрицательный). Положение вектора потока или ЭДС (векторы потока и ЭДС сдвинуты на угол π/2) определяется путем расчета по результатам измерения напряжения на зажимах обмоток статора и тока в обмотках статора двигателя, при этом указанный метод определения положения реального вектора потока двигателя в плоскости поперечного сечения двигателя по сигналам напряжения (ЭДС) качественно более точный, чем определение положения вектора потока двигателя в плоскости поперечного сечения двигателя по сигналам датчика углового положения ротора, поскольку поток ротора определяется не только потоком возбуждения, но также током статора и токами в демпферных контурах на роторе.

Для разгона двигателя при пуске необходимо, чтобы средний момент двигателя был всегда положительным, но если при этом еще не будет возникать в какие-то моменты времени отрицательный момент, то уменьшаются потери, снижаются механические и тепловые нагрузки на двигатель, а это можно осуществить, постоянно контролируя положение вектора тока статора и вектора потока двигателя и устанавливая такой порядок подачи импульсов напряжения на обмотки статора включением тиристоров тиристорного регулятора напряжения, при котором вектор тока статора, образующийся в результате протекания тока через тиристоры тиристорного регулятора напряжения, будет опережать вектор потока на угол, больший нуля, но меньший π.

Как указывалось выше, по сигналам датчика напряжения сети можно определить в каждый момент времени, какое положение в плоскости поперечного сечения машины может занимать вектор тока статора. По сигналам датчика напряжения на обмотках статора и сигналам датчика тока в обмотках статора можно рассчитать в каждый момент времени, какое положение в плоскости поперечного сечения двигателя занимает вектор потока. Так как вектор напряжения сети вращается с синхронной скоростью - n_с, а вектор потока ротора вращается с текущей скоростью двигателя - n, то взаимное положение векторов и меняется на 360° (2π) с частотой скольжения, пропорциональной n_с-n. Таким образом, на основе изложенного выше можно определить те моменты времени, когда следует включать конкретные тиристоры тиристорного регулятора напряжения, чтобы угол между векторами и был положительным и по величине был близок к нулю. Если по мере вращения вектора включать последовательно тиристоры тиристорного регулятора напряжения, то угол между векторами и будет увеличиваться, когда этот угол станет близким к π, необходимо прекратить подачу управляющих импульсов на тиристоры тиристорного регулятора напряжения, и ток статора станет нулевым. Спустя время, эквивалентное в электрических радианах величине , когда векторы и вновь совместятся, начнется новый цикл формирования тока статора, выполняемый аналогично описанному выше. В результате получаем временный участок длительностью , когда момент двигателя положительный, и такой же участок, когда момент нулевой. Средний момент всегда положительный.

Для реализации данного способа предварительно определяют пространственное расположение обмотки возбуждения ротора относительно обмоток статора, производят намагничивание двигателя и выполняется его пуск в три этапа - первый производят при скорости вращения двигателя в области частот от 0 до 0,05·n_с (2,5 Гц,) второй - при скорости вращения двигателя в области частот от равной 0,05·n_с до (0,8÷0,90)·n_с (от 2,5 Гц до 40-45 Гц), третий - при скорости вращения двигателя в области частот от (0,8-0,90)·n_с до n_с (от 40-45 до 50 Гц). На первых двух этапах двигатель возбужден, а управляющие импульсы подаются только на те тиристоры тиристорного регулятора напряжения, которые, во-первых, могут проводить ток в соответствии с текущей фазой напряжения сети, во-вторых, создают вектор тока в обмотках статора, не превышающий по модулю величину установленного пускового тока и опережающий вектор потока двигателя на угол в пределах 0÷π электрических радиан. При этом на первом этапе первая пара импульсов подается на управляющие входы пары тиристоров, которые определяются в соответствии с пространственным расположение обмотки возбуждения ротора относительно обмоток статора, а дальше порядок включения тиристоров тиристорного регулятора напряжения определяется параметрическим заданием изменения скорости двигателя, например, по линейному закону, при конкретной заданной амплитуде тока статора и тока возбуждения. На втором этапе порядок включения тиристоров тиристорного регулятора напряжения и число последовательно работающих тиристоров в одном цикле формирования тока устанавливают по взаимной пространственной ориентации векторов напряжения питающей сети и потока двигателя, положение которого определяется по напряжению на обмотках статора и току в обмотках статора двигателя. На третьем этапе производят подключение к обмотке возбуждения гасящего сопротивления и отключение возбудителя, то есть осуществляют гашение тока возбуждения и, кроме этого, на тиристорный регулятор напряжения подают управляющие сигналы последовательно с частотой 50 Гц таким образом, чтобы пусковой ток также был равен заданному значению. На всех этапах пуска амплитуда тока статора управляется замкнутой системой автоматического регулирования тока.

Предлагаемый способ квазичастотного мягкого пуска синхронного двигателя реализуется следующим образом.

Предварительно размыкают трехфазный переключатель 4 и обмотка статора 2 синхронного двигателя 1 оказывается подключенной через тиристорный регулятор напряжения 7 к клеммам 12 питающей сети, обмотку ротора двигателя 3 подключают к блоку возбуждения 11, устанавливают с помощью задатчика тока 6 необходимый пусковой ток. Далее при неподвижном роторе выполняют определение его пространственного положения по отношению к обмоткам статора. Для этого на управляющие выводы каждой пары тиристоров: -В+А, +А-С, -С+В, +В-А, -А+С, +С-В тиристорного регулятора напряжения 7 каждый период напряжения сети в течение шести периодов подают поочередно управляющие импульсы. Соответствующие тиристоры открываются и по соответствующим обмоткам статора 2 протекают импульсные токи, которые индуктируют ЭДС в обмотке возбуждения на роторе 3 двигателя. Амплитуда и знак индуктированной ЭДС при каждой подаче управляющих импульсов определяются блоком управления 8 и запоминаются им. По амплитуде и знаку сигналов напряжения на зажимах обмотки возбуждения 3 с учетом направления тока возбуждения блок управления 8 определяет пространственную ориентацию обмотки возбуждения на роторе 3 (пространственное расположение ротора относительно статора) относительно фазных обмоток статора 2 и пару тиристоров, на которые необходимо подать управляющие импульсы. Затем блок управления 8 выдает на свои вторые выходы команду, по которой размыкается переключатель 14 и включается возбудитель 13. Через время, необходимое для возбуждения (намагничивания) двигателя (это время равно 2-5 с в зависимости от типа синхронного двигателя), начинают собственно пуск двигателя, который, как указано выше, производят в три этапа. По истечении времени намагничивания блок управления 8 начинает выдавать на свои первые выходы импульсы, которые поступают на управляющие выводы тиристоров тиристорного регулятора напряжения 7. При этом первая пара импульсов подается на управляющие входы той пары тиристоров, которую определил блок управления 8 в соответствии с пространственным расположением обмотки возбуждения ротора 3 относительно обмоток статора 2, а дальше порядок включения тиристоров тиристорного регулятора напряжения 7 определяется блоком управления 8 в соответствии с параметрическим заданием изменения скорости двигателя, например, по линейному закону, при конкретных заданных значениях амплитуды тока статора, задаваемой задатчиком тока 6, и тока возбуждения, задаваемого блоком возбуждения 11. С момента начала выдачи управляющих импульсов блок управления 8 контролирует скорость вращения двигателя по частоте сигналов ЭДС, наводимых в обмотках статора 2, и определяемой по сигналам с выходов датчиков тока 9 и напряжения 10 в обмотках статора. При достижении двигателем скорости вращения, равной 0,05·n_с (2,5 Гц), начинается второй этап пуска, на котором порядок включения тиристоров тиристорного регулятора напряжения 7 блок управления 8 устанавливает в соответствии с пространственной ориентацией вектора напряжения питающей сети и вектора потока двигателя, положение которого он определяет по сигналам датчиков напряжения на обмотках статора 10 и тока в обмотках статора 9. При достижении двигателем скорости вращения, равной (0,8-0,90)·n_с (40-45 Гц), начинается третий этап пуска, на котором блок управления 8 сигналом со своего второго выхода подключает к обмотке возбуждения на роторе 3 гасящий резистор 15, замкнув переключатель 14, и отключает возбудитель 13 блока возбуждения 11, и начинает выдавать управляющие импульсы последовательно на тиристоры тиристорного регулятора напряжения 7 с частотой 50 Гц, регулируя при этом амплитуду тока в соответствии со значением, выдаваемым задатчиком пускового тока 6. При достижении двигателем подсинхронной скорости вращения - (0,95-0,98)·n_с шунтируют тиристорный регулятор напряжения 7, замыкая трехфазный переключатель 4, и далее осуществляется синхронизация работы двигателя с питающей сетью.

Предложенное устройство квазичастотного мягкого пуска синхронного двигателя может быть использовано для поочередного пуска синхронных двигателей, входящих в группу, установленную на объекте, например на компрессорной станции. Для этого необходимо в цепи подключения устройства квазичастотного мягкого пуска синхронного двигателя к синхронному двигателю и питающей сети ввести соответствующие коммутационные аппараты.

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР № 921006, кл. Н 02 Р 1/50, БИ № 14, 1982.

2. Патент РФ № 2096902, кл. Н 02 Р 1/50, БИ № 32, 1997.

3. И.Е.Овчинников, Г.Н.Тер-Газарян, Ж.Д.Давидян, В.Н.Рябов. Способ импульсного пуска синхронных машин. М.: "Электротехника", 1987, № 3, с.33-36.

1. Способ квазичастотного мягкого пуска синхронного двигателя с трехфазной обмоткой статора, подключенной к тиристорному регулятору напряжения, к которому подключена питающая сеть, и обмоткой возбуждения на роторе, включающий подключение блока возбуждения к обмотке возбуждения, определение начального положения ротора относительно обмоток статора, подачу в обмотки статора импульсов тока с помощью тиристорного регулятора напряжения путем выдачи управляющих сигналов на управляющие выводы тиристоров тиристорного регулятора напряжения, регулирование параметров импульсов тока, подаваемых в обмотки статора, и тока возбуждения таким образом, чтобы средний вращающий момент двигателя был больше момента сопротивления двигателя, отличающийся тем, что дополнительно измеряют напряжение на обмотках статора, ток в обмотках статора, напряжение питающей сети и величину тока в обмотке возбуждения, определяют скорость вращения двигателя по частоте сигналов ЭДС, наводимых в обмотках статора, сигналы ЭДС определяются по напряжению на обмотках статора и току в обмотках статора двигателя, перед пуском двигателя, одновременно с определением углового положения ротора относительно обмоток статора, определяют пару тиристоров тиристорного регулятора напряжения, которые необходимо включить первыми, устанавливают величину пускового тока, после чего включают блок возбуждения и по истечении установленного времени начинают периодически подавать импульсы на управляющие выводы тиристоров тиристорного регулятора напряжения, при этом в начале пуска конкретные тиристоры, на которые подают управляющие импульсы, определяются парой тиристоров, на которую нужно подать импульсы первыми при соответствующем положении вектора напряжения, затем последовательно подают импульсы еще на одну - две пары тиристоров, дальнейшая подача импульсов прекращается, а новый цикл подачи управляющих импульсов на тиристоры тиристорного регулятора напряжения определяется положением вектора напряжения питающей сети и заданным параметрически темпом увеличения скорости вращения двигателя при условии, что пусковой ток равен заданному значению, при достижении двигателем скорости вращения, равной 0,05·n_c, где n_c - номинальная скорость вращения синхронного двигателя, начинают определять реальную взаимную пространственную ориентацию в плоскости поперечного сечения двигателя вектора напряжения питающей сети и вектора потока двигателя, по которой определяют пары тиристоров, которые нужно включать, моменты их включения с учетом того, что пусковой ток равен заданному значению, и момент снятия импульсов, при достижении двигателем скорости вращения, равной (0,8-0,90)·n_c, от обмотки возбуждения отключают блок возбуждения и подключают к ней гасящее сопротивление, а на тиристорный регулятор напряжения подают управляющие сигналы последовательно с частотой 50 Гц таким образом, чтобы пусковой ток также был равен заданному значению, при достижении двигателем подсинхронной скорости вращения, равной (0,95-0,98)·n_c, шунтируют тиристорный регулятор напряжения.

2. Устройство квазичастотного мягкого пуска синхронного двигателя с трехфазной обмоткой статора и однофазной обмоткой ротора, содержащее тиристорный регулятор напряжения, состоящий из трех пар включенных встречно тиристоров, соответствующие выходные выводы тиристорного регулятора напряжения подключены к трехфазной обмотке статора синхронного двигателя, блок возбуждения, первый и второй выходы которого соединены с выводами обмотки возбуждения ротора синхронного двигателя, трехфазный датчик тока обмоток статора, фазы которого включены в цепи подключения соответствующих обмоток статора, к соответствующим выходным выводам тиристорного регулятора напряжения, задатчик пускового тока, блок управления, к пятым входам которого подключены выходы датчика тока обмоток статора, а ко вторым входам подключены выходы задатчика тока, к управляющим выводам тиристоров тиристорного регулятора напряжения подключены соответствующие первые выходы блока управления, клеммы питающей сети, которые соединены с соответствующими входными выводами тиристорного регулятора напряжения, отличающееся тем, что введены трехфазный датчик напряжения обмоток статора, трехфазный датчик напряжения питающей сети и трехфазный переключатель, соответствующие первые выводы которого соединены с соответствующими клеммами питающей сети и с соответствующими входами датчика напряжения питающей сети, соответствующие выходы которого подключены к соответствующим первым входам блока управления, вторые выходы которого соединены с управляющими входами блока возбуждения, первый и второй выходы которого подключены к третьим входам блока управления, четвертые входы которого подключены к выходам трехфазного датчика напряжения обмоток статора, входы которого соединены с соответствующими обмотками статора и с соответствующими вторыми выводами трехфазного переключателя.