Устройство для регулирования возбуждения синхронного двигателя

 

>> «.

3t>tt)(Г« >

О П ИСА" Н - Е

Союз Советских

Социалистических

Республик (ll) 604113

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свил-ву (221 33явле 025.06.75 (21) 2148299Г07 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.04.78. Б)оллетень ." 15 (45) Дата ot убликования описания З.О((. )Ь. (51) М. Кл.

Н 02 P 5/34

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК ?321 818 828 (088.8) А. М, Вейнгер, В. А. Маренич, А. Я. Оглоблин, И. N. Серый, А. A. Янкс-Трининки!1, О. 3((. Вайнтруб и Б. P. Гендельман (72) Авторы изобретения (71 j 33 51 в и тель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУ>11(РОВАН(1{

ВОЗГ>У>(11ЕН1(Я СИНХРОННОГО ДВИГАТ1= 11

Изобретение касается метал.ix рги 3сск03 0

Э,)СКГРОИРИВОДа, В ЧаетиОСтн аитОМатнЧЕСКОГО регул)3рования возоуждения сстевык с<331 роннык двигателей, работаю(цик с резко переменной нагрузкой на валу, няиримср, синхронны < д))иг>1 Ге.;)ей 3!рокат))ы.(станов.

ИзвесTtlbl (.исте)мы автоматического регулирования, которые Воздейсгвуют на p03KTHBffxto составляюшую тока статора OHHxpoHf f010 двига геля и тем самым улучшают некоторые òåx3>ико-экономически(показатели синхронного дв>)гателя и иитяк>шсй установки (!).

11сдостатком э 3 !1. си "i(м является то, ITO

oHlI Ho H0BblLH3IoT динамической устойчив<к т(1, си))крои)н)го двигателя ири кратковремеHHbix удара. H33 рузки.

Известны устройства автоматического регулирования воз(>ужде))ия синхронного двнгатеЛЯ, КОТОР)>1С СO;(PPif(«31 Ка К !(ОНТУ () Ы РСГУ, 11! Р03>««3н))я активно).о и реакт?!В33()го токов статора, т 1 к H ток > Возоуждения ро I Ot)3 и наг)р51?кс113)я сст 31 (2) . 1-1(.,!0«т«)т);0 <1 этil х )гстро?)ств НВ, )я(1 (я (xI«1()0(. демпфирование кя(яний ротора син. рон1!03<> двигателя.

j 1сг)ь)о изобретения является i ëi IHIO?HI(> и «! l!())HpOB3HHII кач IHHI ротора сии крон)3 >)о

Днil! «3 3 (X 1 ß.

:.>1 0 )ОСТ1! Гf! СТСЯ Т(.>М, i! 0 и;i 3)<-,(ЛОH(<. Il Il0(.

>> < I РОИ(1 ВО 31>1(Д(011 0. i0!: КО() Р» 1» «(i!! i 3 (! >(3>ij> i! И !1(H т(>В 31(",)(. .1«! II !.ОНТТ j)OB РСI > Г3 i . !>0!>;I . f ii «t I»! > I ВНОГО il реактивно. 0 Гоков» 1,! i 03) а, BX Hi >и 1»<) 3 0РОГО HÎ I l»ili<> 1(>?Il>l 3(КОНTX P3 i 3>Е МЛИРОВЯНИЯ ТОка (1 ят (>(! .! !3 к > «<т<1131 ?1 з1 т0! 11 i: !! «3 и () я ж()и! я

"i330РЯ тВИГЯтс151, НР:3 .-)Т<>: !>!>IX0!l>l Этоц) О.:<>КЯ 110;Il»(330<(«itlbi I» К(>НТТР" f!(>1,. i i f!0!1 IH!151 Of»1!

11030««Ж )«(l!3 51.

3 р Ь, 30к 3»ОРРек)инl .10ж(т («)iт0531 i» i !i!. . I! It!i I!но!0 элса)(нтя с синус(и 13 lbfl(>i> x3pbbi:р >с-, ll

l»()H < >>51ЕЗ)СH I 0)1 >> 1!053»< НИ5>, Ii!! I>!>i «> !

IB3itIOI 0 Э. 30))Е)3З?3 С l»0< 31(т OH.I«1i 3)ОИ .»; »;33,!<РИС I И3 .01(>. > IC> f031 10. i У>1!10 + (33 335> «1«3 Bbl X ), 1(, Латцн > а Vf . ««t ii:1 !.Р > ЗКИ, В1>! КИ 1 КО ГO()01 0 HO 1

К. ИОЧ(?. КО 11><ОД«! К> (ИГ>З15!1! >"! 1>3. ; H(X113 ИСИ11!>3. (-). I> Л)е)!ТОН, Ii () ll r 3(>>l Э 1 ЕМ H 3 !I! !Oil((tl It 5> <. Ii!. . I i iu ии < "1(мсн>0 < н> 0311!, > I <)ll ) 3>

Р1)СТ3!КÎ fl I I P» ?Н?t" 3 Я) » >3»3:> 3 О!;

Т> Р РЕГТ,1 ИРОВання 3КТИВ)!ОГО T(»((С i BTOP3, 3;l(МС!IT >, <) ll<)Ж(H Ия <. 11СЛ1! Ii<. H itb! > Э 1СМС IIT<>)!

« (. к 0 \ и н «с 0 и д ?1.<3 ы 1 0 Й ." 3 P 3 к 1 < j ) 3 с г и к и и —, ?г l t i

Вк.llo 1(.ННЯ В t»QHTX>P РСГ, IHPO!!Bill!H 3 .< I!i 333;;>I<)го 3(>ка ст;)TOpa., l. IH об(снечени и ястятHчсского рсг). H p(>B «! Н И ;;,! i" и 1» Т 11 Н! 101 О ТО К 3 (1 а 1 () >) ?3 В ()! I Г \ Г, > < «> I «3 »::<>3<;> 331! 53 ?33(> 31 ВHОГО Г03 «i (. 1;t i 0) 3 С0,1<-.

6041

45

60 щий пропорциональный регулятор aKTIIBIIol o ток I, ввецены усилитель, датчик с регулятором скольжеHHH, выход которого подключен ко входу регулятора актив»ого тока, а входы подключены к выходам датчика скольжения и вновь введенного усилителя, при этом вход последнего соединен с выходом регулятора тока.

На чертеже представлена функциональная схема предложенного устройства для регулирования возбуждения синхронного двигателя.

Обмотка возбуждения синхронного двигателя 1 питается от тиристорного возбу.»!теля 2.

Задающий вход тиристорного возбудителя подкг»о !ен к пропорционально-интегрально-дифференциальному регулятору 3 продольного тока статора. К задающему входу регулятора продольного тока статора»одклочен элемент ограничения 4, посредством которого осуществляется ограничение тока возбуждения синхрон»ого двигателя сверху и снизу. Ко входу обратной связи регулятора продольного тока подключена цепь отрицательной обратной связи по току возбуждения синхронного двигателя, состоя!цая I13 датчика 5 тока возбуждения и шу»та 6. К допо IHHTcльному входу элемента ограниче»ия 4 подключена цепь положительной обратной связи по току возблкдения, содержащая датчик 5 и шунт 6, которая компенсирует

oTpHllaTeльиую обратную связь по току возбуждения на входе регулятора продольного тока, когда ток Возб! >Кдения наход!!Тся В заданном диапазоне.

К0 входам элемента ограни!чения 4 подклочается выход блока коррекции 7. Основными узлами олока коррек»IIH яв.!яются множительные элементы 8 и 9. Ко входам множительного элемента 9 подключены пропорциональный регулятор активного тока 10 и выход датчика 11 внутреннего угла синхронного двигателя через нелинейный элемент 12, имеющий синусоидальную характеристику. Ко входам мнокительного элемента 9 подключены пропорциональный регулятор 13 реактивного тока и выход датчика 11 внутреннего угла через нелинейный элемент 14, имеющий KocHHvcoHäaëüíóþ характеристику.

Ко входам регулятора 10 активного тока подключена цепь отрицательной обратной связи по активной составляющей тока статора синхронного двигателя, содержащая датчик 15 активного тока, и выход пропорционально-интегрального регулятора скольжения 16. Ко Входам регулятора 13 подключены датчик 17 реактивного тока и регулятор 18 напряжения. К одному входу регулятора скольжения 16 подключена цепь отрицательной обратной связи, содержащая датчик скольжения 19. К другому входу регулятора 16 подключена цепь отрицательной обратной связи, содержащая усилительинвертор 20, вход которого соединен,с выходом регулятора 10. К одному входу регулятора напряжения 18 подключен задатчик сигнала задания, к другому — цепь отрицательной обратной связи, содержащая датчик напряжения 21. Датчики тока и напряжения 22 и 23 подключены к блокам 11, 15, 17 и 21.

Питание устройства осуществляется от сети.

zu

13 1

Датчики 15 и !7 активной и реактивной составляющих тока статора построены по принципу выпрямления с помощью фазочувствительного усилителя. Коммутирующее напряжение фазочувствительного усилителя синфазно с фазным напряжением при измерении активной составляющей тока и отстает на 90 эл. град от фазного напряжения при измерении рсаКтивной составляющей. Датчик 11 внутреннего угла О синхронного двигателя представляет собой фазочувствительный усилитель, на входы которого вводятся два напряжения: опорное, представляющее собой сумму двух напря.жений, (напряжение, пропорциональное напря>кению сети и пропорциональное току статора) и напряжение на измерительном входе, пропорциональное напряжению сети.

В этом случае, с некоторыми допущениями напряжение на выходе датчика. l l пропорционально1углу между ЭДС за поперечной реактивностью и напряжением сети. Этот угол близок к рабочему углу синхронной машины О.

Сигнал, пропорциональный скольжению, получается после дифференцирования напряжения с выхода датчика угла нагрузки 11.

Устройство работает следующим образом.

Результирующий сигнал, подаваемый на вход регулятора продольного тока 3, определяется выражением (i;,> — !.) cosO + (!.,— -!„) в!пО = — I „+ id, (l ) где !„— продольная составляющая тока статора;

i,.„ i — реактивная и активная составляющие тока статора;

i — заданные значения реактивной и активной составляющих тока статора синхронного двигателя; — заданное значение продольной составляющей тока статора синхронного двигателя.

TaI

При отсутствии нагрузки на валу активная составляющая тока статора и ее задание равны нулю. Фактическое значение реактивной составляющей тока статора равно заданному, выходной сигнал регулятора 13 реактивно о тока равен нулю.

За счет интегральной составляющей части пропорционально-!!нтегрально-дифференциального регулятора 3 продольного тока продольная составляющая тока статора синхронного двигателя равна заданному значению реактивного тока.

11ри наличии нагрузки на валу синхронного двигателя, за счет отрицательной обратной связи по выходу регулятора 10 активного тока, подаваемый на регулятор скольжения 16 выходной сигнал регулятора активного тока равен нулю, выходной сигнал пропорциональноинтегрального регулятора 16 скольжения, за счет интегральной части, равен фактическому значению активной составляющей тока статора синхронного двигателя.

Интегральная часть пропорционально-интегрально-дифференциального регулятора 3 про604113 дольного тока обеспечивает такую величину продольной составляющей тока статора синхронного двигателя независимо от нагрузки, что фактическое значение реактивной составляющей тока статора равно заданному и вы5 ходной сигнал регулятора 13 реактивного тока равен нулю.

Такое построение системы подчиненного регулирования возбуждения синхронного двигателя обеспечивает астатическое регулирование реактивного тока. го

Динамику работы синхронного двигателя при набросах и сбросах нагрузки с предлагаемой системой подчиненного регулирования возбуждения определяют следующим образом.

Для выбора передаточных функций регулято-, ров применяют общие методы синтеза системы подчиненного регулирования с последовательной коррекцией. Посредством возбуждения регулируют активную и реактивную составляющие тока статора синхронного двигателя согласно их влиянию на продольную составляющую то- зО ка в соответствии с выражением l.

В результате при наличии нагрузки на валу предпочтение отдается регулированию активной составляющей тока статора, а в ре киме холостого хода — реактивной составляющей тока. Такое регулирование соответствует физической сущности синхронного двигателя с обмоткой возбуждения по продольной оси. Поэтому переходные процессы при набросах нагрузки (по активной составляющей тока и скольжению синхронного двигателя) приближаются по характеру к переходным процессам, имеющим место в приводах постоянного тока с системами подчиненного регулирования. Колебания ротора и активной составляющей тока статора синхронного двигателя существенно задемпфированы. Отклонения реактивной составляющей тока статора синхронного двигателя от заданного весьма незначительны. При сбросах нагрузки реактивная составляющая тока статора практически поддерживается на заданном уровне, колебания ротора несколько задемпфированы. Кроме того, регулирование по активной составляющей тока цепи статора и скольжению синхронного двигателя повышает его динамическую перегрузочную способность до максимально возможной.

Предложенное устройство для регулирова- 45 ния возбуждения синхронного двигателя наряду с выдачей экономически выгодной величины реактивной мощности и стабилизацией напряжения питающего узла нагрузки по величине позволяет уменьшить качания ротора в иереФ ходных режимах, увеличить динамическую устойчивость синхронного двигателя при ударах нагрузки на валу, уменьшить колебания частоты напряжения питающего узла нагрузки, т. е. стабилизировать напряжение по фазе.

Формула изобретения

1. Устройство для регулирования возбуждения синхронного двигателя, содержащее измеритель составляющих тока статора двигателя, контуры регулирования активного и реактивного токов статора и тока возбуждения ротора, отличающееся тем, что, с целью улучшения демпфирования качаний ротора, в нем введен блок коррекции коэффициентов передачи контуров регулирования активного и реактивного токов статора, входы которого подключены к контурам регулирования тока статора и к датчикам тока и напряжения статора двигателя, при этом выходы этого блока подключены к контуру регулирования тока возбуждения.

2. Устройство по и. 1, от.гuчаюгггeecя тем, что блок коррекции состоит из нелинейного элемента с синусоидальной характеристикой с элементом умножения на выходе, нелинейного элемента с косинусоидальной характеристикой с элементом умножения на выходе, датчика. угла нагрузки, выход которого подключен ко входам упомянутых нелинейных элементов, при этом элемент умножения с нелинейным элементом с синусоидальной характеристикой предназна Iell для включения в контур регулирования активного тока статора, а элемент умножения с нелинейным элементом с косинусоидальной характеристикой — для включения в контур регулирования реактивного тока статора.

3. Устройство по пп. 1 и 2, от гичаюигегся тем, что, с целью обеспечения астатического регулирования реактивного тока статора, в контур регулирования активного тока статора, содержащий пропорциональный регулятор активного тока, введены усилитель, датчик и регулятор скольжения, выход которого подключен ко входу регулятора активного тока, а входы— к выходам датчика скольжения и усилителя, при этом вход последнего соединен с выходом регулятора тока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

Петелин Д. П. Автоматическое управление синхронными электроприводами, М., «Энергия», 1968, с. 89 — 102, 117 — 134.

2. Авторское свидетельство СССР No 415777, кл. Н 02 Р 9/14, 1967.

6041.!3

Составитель Е. Иванов

Техред О. Луговая Корректор I !. I îêost÷

Тираж 892 Подписное

Редактор В. Гончуков

Заказ 2121!47

LLHI4 I! Г И Государственного комитет а г oì-. Мин нст оп СССР по делам изобретении и о крьт й! l303o, Москва, Ж-35, Раун скан нпб . и. 4 8

Филиал 1 111П «Патент», s . Уi«solsoix, 1 .. s. I llsoot.Ts!as<, 4