Электропривод с регулированием активной и реактивной энергии от сети ограниченной мощности

 

О П И С А Н И Е 1 699644

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскин

Социапмстнческмн

Республик (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву(22)Заявлено 16.04.78 (21) 21236pg/24 07 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

Опубликовано2. э„11.79. Бюллетень №43

Дата опубликования описания 28.1 1,79

{51) М. Кл.

Н 02 Р 7/62

Н 02 Р 5/34

Государстеенно1й комнтот

СССР но долам нэобретвннй н открктнй

{ 53 ) УЙ К 621. 31 3.

° 333.072. .9(088.8) И. В. Бородина, А. N. Вайнгер, И. Л 1. Серый и А. А. Янко-Триницкий (72) Авторы изобретения

Уральский ордена Трудового Красного Знамени политехнический институт имени С. M. Кирова (7!) Заявитель (54) ЭЛЕКТРОПРИВОД С РЕГУЛИРОВА11ИЕЛ1 АКТ!1В1ЮЙ

И РЕАКТИВНОЙ ЭНЕР1"ИИ ОТ СЕТИ О1 РА1111 jEHH0H

Л1ОШ HQCTH сании.

Изобретение относится к области управляемого электропривода, в частности, к электроприводам с асинхронной машиной с фазным ротором, в которых регулируется активная и реактивная мощность, потребляемая из сети. Такие электропри5 воды выполняют функции компенсаторов и и могут использоваться в системах электроснабжения для улучшения качества электрической энергии на зажимах эпект1О роприемников.

Известен электропривод с асинхронной машиной с фазным ротором. в котором регулируется активная и реактивная мощ15 ность, потребляемая из сети. При подклю-. чении к указанной сети электроприемников с переменным характером нагрузки устройство осуществляет компенсацию колебаний фазы и модуля напряжения на

20 зажимах этих электроприемников (11.

Недостатком известного э н ктропривода является невысокая точность компенИзвестен также электропривод, выполненный на основе асинхронной машины с фазным ротором. Статор этой машины подключен к питающей сети ограниченной мощности непосредственно, а ротор— через преобразователь 1астотьг. Управляюцгие входы преобразователя переменных связаны с выходами регуляторов активного и реактивного токов статора. Устройство содержит также датчики фазных напряжений и токов статора, подключеli» ные к другому из блоков преобразования переменных, выходы которого с сиг налаМИ аКтИВНОй И РЕаКтИВНОй СОСтаВЛЯЮп1ИХ тока статора подключены к входам обратной связи упомянутых регуляторов токов, регулятор скорости, подключенный выходом к входу задания регулятора активного тока статора, и источник напряжения постоянной величины.

В электроприводе также регулируется активная и реактивная мошность, нотр бляемая из сети, однако при переменном хараггтере нагрузки, подключенной к этой

6996 же сети, качество электроэнергии является невысоким.

Целью изобретения является улучшение качества электрической энергии на зажимах электроприемников при изменении режима их работы за счет компенса4 ции колебаний фазы и модуля напряжения питающей сети.

Для этого в известный электропривод введены датчики фазных токов общего фидера машины и электроприемников, формирователь сигнала активного суммарного тока, формирователь сигнала активного тока электроприемников, фильтр, сумматор, а также датчик и интегральный регулятор модуля напряжения питающей сети. Задающий вход этого регулятора подключен к источнику напряжения постоянной величины, вход обратной связи через датчик модуля напряжения питающей сети — к упомянутым датчикам фазных напряжений статора, а выход - к входу задания регулятора реактивного тока статора.

При этом датчики фазных токов обще25 го фидера через формирователи сигналов активного суммарного тока и активного тока электроприемников подключены к входам фильтра и сумматора, выход фильтра - к дополнительному входу сумматора, 30 выход сумматора -к входу;обратной связи регулятора скорости, а выход второго из блоков преобразования переменных с сигналом активной. составляющей

35 тока статора - к дополнительному входу формирователя активного тока электроприемн иков.

На чертеже представлен электропривод с асинхронной машиной с фазным ро40 тором, функциональная схема.

Электропривод содержит асинхронную машину 1 с фазным ротором, статические (например, тиристорные) реверсивные регулируемые источники 2 питания

45 фаз ротора, управляемые сигналами

0с U <„, LI „, датчик 3 углового поло кенйя ротора относительно синхронно вращающейся системы кординат о(.— Ъ т. е. системы кординат, жестко связанной с вектором напряжения питающей сети

U<, датчик 4 скорости (тахогенератор); блок 5 преобразования переменных от фазовых токов статора 1, 1> 1 к сs токам в синхронно вращающейся системе координат: 1 - активная, 1 - реакАБ тивная составляющие тока статора; блок преобразования переложенных от фазовых токов РотоРа 1 с г, 11, 1 „к токам в

44 4 синхронно вращающейся системе координат: 1 — ток ротора по оси с, 1 о 1 Ы ток ротора по оси Jb; блок 7 преобразования переменных от управляющих напряжений ротора (г,, () г,, вычисленных в системе координатd.-P к фазовым управляющим сигналам Uàã,, UÜ, Uсг источников литания фаз ротора; измери"тель 8 скольжения ротора (ю -Ю);

S измеритель 9 потокосцеплений ротора по оси о -; измеритель 10 потокосцеплений ротора по оси 3 ; регулятор 1 1 тока статора по оси о(. (регулятор активного тока); регулятор 1 2 тока статора по оси

f5 (регулятор реактивного тока); фильтры

13 с постоянной времени ;, аппроксимирующие инерциэнность фильтров измерителей в контурак регулирования токов

1, „., 1, множительные элементы 14; динамические звенья 15 в контурах компенсации ЭДС скольжения ротора, имеющие передаточную функцию, обратную передаточной функции регуляторов тока по осям ц. и Ъ; регулятор 16 скорости; дополнительные согласующие фильтры 17 с постоянной времениТ = Т вЂ” 2Т Т

Щ1

OQT, позволяющие согласованно разобщить по быстродействию контур регулирования скорости и подчиненный ему контур регулирования активного тока; интег ральный регулятор 1 8 модуля напряжения питающей сети, выход которого соедиНЕН CO BXOQOM HH 1 PeGK» тивного тока 1, а входы соответственно соединенй с источником задания

b.US =0 и с датчиком 19 колебаний модуля напряжения питающей сети (линия обратной связи); датчик 20 1 активной составляющей суммарного тока общего фидера машины и параллельно присоединенных электроприемников; датчик 21

1 п активной составляющей тока электроприемников, соединенных параллельно с машиной; суммирующий элемент 22; инерционный элемент 23 (фильтр); элемент

24 ограничения; триггерный элемент 25; компенсирующий фильтр 26; пропорционально-интегральный элемент 27..

Передаточные функции указанных выше .регуляторов имеют следующий вид: для регуляторов тока

% (P =-

РТ и 2Т Р (1) для регулятора скорости с(р H Т Х рс

t 1 где и, Т, определяются параметрами

6996

Э машины, а Н - ее инерционная постоянная, зависимая от махового момента ротора.

Статор асинхронной машины 1 вместе с параллельно подключенными электроприемниками питается от шин ограниченной мощности с напряжением U и частотой

Ш,1, которые, в свою очередь, через сойРотивлениЯ Хс, 1 соединены с шинами неограниченной мощности с напряжением Ц = COr1Stll частотой uu =cause.

Напряжение U и частота ии не остаются постоянными за счет изменения режима работы параллельно приключенных электроприемников. При этом колебания модуля и фазы (частоты) напря15 жения питающей сети приближенно могут быть вычислены по формулам

b.U =U -0 = — Х (1 +1

EL =UO -И> = — — дскб о с S c dt

20 (3) с 3 1 с(.ь ЫЩ1 > хс at at /

Дд. Х (1 „в+1

rAe 1 = — 1 - реактивный ток машины;

1 П вЂ” реактивный ток параллельно приключенных электроприемников;

1 =1 „- активный ток машины;

as д6 — а кт ивный ток и араллельс1 П но приключенных электроприемников.

Из формулы (3) видно, что за счет регулирования реактивного тока 1 о могут быть скомпенсированы колебания дU, возникающие при изменении реактивного тока 1 и параллельно присоединенных электроприемников. Кроме гого, путем

40 регулирования активного тока 1С, возможно воздействие на колебания дК и, в частности, возможно уменьшение ско« рости изменения фазы напряжения питающей сети, что приводит к компенсации

45 колебаний частоты Ь 1 этого напряжения, возникающих при изменении активного тока 1 п параллельно присоединенных электроприемников, Отмеченные принципиальные возможности компенсации д 13

50 дсх- и ь1Ф реализуются с помошью изобретения.

Устройство работает следуюшим образом.

Из теории известно, что для асинхрон55 ной машины с фазным ротором, для которой в системе ее регулирования предусмотрена компенсация перекрестных связей íî 3!.1С скольжения ротора, упрощенная связь между напряжением ротора

Ц 5,. по оси pj и колебаниями модуля напряжения питающей сети д Оч имеет вид: " Ps "Р"- ((4)

r „(11.рт„ 1 yr

Из формулы (4) видно, что для воздействия на величину дЦ необходимо выЯ полнить двухконтурную систему регулирования напряжения (1 „с внутренним контуром регулирования тока 1 и с внешним контуром регулирования дЦ как это предложено в изобретении (регулятор 18). Оптимизация внешнего контура регулирования позволяет определить передаточную функцию регулятора 18:

4 4

"р д() (р (+ р с а

Несколько сложнее решается вопрос с компенсацией колебаний фазы (частоты), поскольку это связано с воздействием на активный ток машины и, следовательно, с воздействием на ее скорост вращения в, режиме холостого хода, когда момент сопротивления на валу близок к нулю. При наличии компенсации перекрестных связей по ЭПС скольжения упро ценная связь между напряжением ротора U r по оси с . и::олебаниями фазы д(. и скорости вращения 1 машины имеет вид;

0 ьд- =xc1d.5 рн О3 к (6) Из формулы (6) следует, что в условиях работы машины (холостой ход по моменту сопротивления на валу) возбуждение активного тока $ S в цепи.его статора возможно лишь кратковременно в результате изменения задания дщ на входе регулятора скорости 16 и, как следствие этого, изменения скорости вращения ротора При этом со стороны машины в питающую сеть (в общий с нагрузкой фидер) поступает импульс активного тока, форма. которого определяется процессом изменения задания

ДUU è процессом выходя машины на новый уровень задания установившейся скорости (03 + ЬUU ). Из формулы (3} видно, что1реследуя цель снижения скорости изменения фазы До(. напряжения. питающей сети при колебаниях то7 69964 ка 1aII, необходимо задание Icc,(e сделать пРопоРЦиональным токУ 1 п, но противоположного знака. Кроме того, цецепесообразно добавить к нему составляюIII с изменяемым запаздыванием. С учетом (2) получается:

i 1+ pт )1an

Придание машине необходимых динамических свойств при колебаниях токов параллельно присоединенных электроприем.ников обеспечивается соответствующим выбором. передаточных функций регуляторов активного и реактивного токов, а также регуляторов скорости и модуля напряжения питающей сети. В частности, выбор этих функций (1), (2), (5), с учетом (7) обеспечивает в динамике максимально быструю, в рамках указанного быстродействия, т. е. в зависимости от величин постоянных времениТци

Т®„. =Т -2Т компенсацию, т. е. сгпа1 живание колебаний модуля g U > H фазы

,с/ напряжения питающей сети, а после прекращения изменений токов нагрузки

1 „ и 1рп обеспечиваетсЯ максимально быстрый выход величин 0,0 и d.д на уровень установившихся значений: )В Ст= S =О - 4Ст= "С аЦ Ст

Переходный процесс при этом носит сильно демпфированный характер, что весьма благоприятно сказывается на качестве напряжения и частоты питающей сети, т. е. на качестве электрической энергии на зажимах эпектроприемников.

Таким образом, введение двух новых связей в электропривод с асинхронной машиной с фазным ротором по колебаниям 5U< модуля напряжения питающей сети и по активному току 1,„п электроприемников обеспечивает сильно демпфированный характер переходных процессов при изменениях нагрузки. При этом по сравнению с известными решениями качество напряжения и частоты питающей сети на зажимах эпектроприемпиков оказывается выше.

Формула изобретения

Эпектропривод < ре уппрюали .M: тИВНОй И РЕаКтИВНС1й cH<. (i ИЯ uf т.и c.>l—

Изменение коэффициентов к1, к 2 и постоянной времени фильтра Тф позволяет в определенных пределах изменять форму импульса активного тока машины при заДанной кРивой:1цп, т. е. активного тока эпектроприемников, присоединенных параллельно машине. Сумму коэффициентов к1 и к следует выбирать с учетом допустимого диапазона регулирования машины и максимального значения тока потре3оп с,х:

20 1 2 ВаХ "ym1II К аПтОХ

Зависимость (7) может быть реализована на элементах 22 и 23, формирующих задание А Ш .

Введение добавки ЬЩ в соответствии с формулой (7) дает возможность снизить скорость изменения колебаний фазы

Ас(при изменениях и тем самым уменьшить (т. е. скомпенсировать) колебания частоты напряжения питающей сети. При этом существенным оказывается разобщение по быстродействию контура регулирования скорости машины и контура регупи35 рования его активного тока. Это достигается путем использования в указанных контурах фильтров с постоянными времени

Тц» »в контуре регулирования тока 1, и Т в контуре регулирования скорос 40 ти, значительно отличающихся по величине.

В стационарных режимах работы питающей сети, когда 1, > = СОд 1,1 „= c onS4 т, е. при неизменных токах потребителя, 4> присоединенного параллельно машине, компенсатор также находится в стационарном состоянии со следующими параметрами режима:

При нулевом моменте сопротивления 50 (II1 =0) регуляторы тока 1, и скорости машины поддерживают на заданных уров. нях активную составляющую тока статоа:

„=1,„, =1,„,,= О и скорость вращения компенсатора 1+К2 .

Ш =U) hid =UU

< ф K an ф 8

С учетом формулы (8) Ie оказывается не ниже минимально допустимого значеНИЯ Щ „„1, .

За счет работы интегрального регулятора напряжения при д0 = О напряжение Ц питающей сети оказывается равным напряжению Q на шинах неограниченной мощности:

О,= U =ñîn4, при этом за счет работы пропорционально-интегрального регулятора тока 1( в статоре машины протекает реактивный ток 1 =-1 „= CGn5t .

> ir> I и >r » О и к1()l lц11ОО Г и, 1! Од У! 110 1Р н! I(>й K эл < КTP >ИРИЕМНИКНМ НЕПО>. Prk,r ТЛЕI!Н(>, Я к с ти неогранич .иной мощности через фидер, !3одо1>жаший а>;инхрогн!ук> маши>!у с 4>1!зн1.!м ротором, IloLlKIII12генную сгатором к укаг!анной сети о! раниченной мощности непосредственно, а ротором — через преобразователь частоты, управляю:щие входы которого через один из блоков преобразования переменных связань! !О с выходами регуляторов активного и реактивного токов статора, датчики фазных напряжений и токов статОра, подключенные к другому из блоков преобра;,овация переменных, выходы которого с сиг-!!алами активной и реактивной составляю-щих тока статора ноак!!к>чены к входам обратной связи упомянутых регуляторов токов, регулятор скорости, подклк3 !енный выходом к входу задания регулягог3а активного тока cT àòoðà, источник напря>кения постоянной величины, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью улу пления качества электрической энергии на зажимах электроприемников при измене25 нии режима их работы, в него введены датчики фазных токов общего фидера машины и электроприемников, формирователь сигнала 3KTивного сумм-:!рного тока.

30!

>>О»К!И)>ОВ1>т(.„11 си! На!!>3 >KTIII31101 Î ТОКО

З2!ОКтf>Olid>I>r МНИКО!3, фн!!ЬГР, !:v >1>11>TQf >> а также датчик и интеграл!Нпяй !> !.улятор модуля,I>3ïðÿæåíkkÿ 1!!!таю>!!!ей сети, задак>>ций вход которого подк!Ночен к источнику напряжения постоянной величины, вход обратной связи >ерез дп Гчик модуля напряжения пит>по цей сети — к упомянутым цатчикам фазных напряжений статора, а выход — к входу задания регулятора реактивного тока статора, при этом датчики фазных токов общего фидера через формирователи сигналов активного суммарного тока и активного тока электроприемников подключены к входам фильтра и сумматора, выход фильтра — к дополни» те!!ьному вхоцу сумматора, выход сул!матора — к входу обратной связи регулятора скорости, а выход второго из блоков преобразования переменных с сигналом

> акт;!вной составляющей тока статора — к !

3опо!!Нительному входу формирователя активного тока электроприемников.

1!сточники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 51 7128, кл. Н 02 Р 7/62, 197;3.

2. Авторское свидетельство CC СР

М 40!0247, кл. Н 02 Р >134, 1972.

Составитель Л. Жилин

Редактор 10. Чемока нов Техред И, Асталош Корректор E. 11укач

Заказ 7434/59 Тираж 857 Подписное

ИНИИПИ Государственного комитета CCCF

l10 делам изобретений и открытий

1l 30J5, Мсх:ква, Ж» 35, Раулская наб., g. 4/5

Филиал Ifll I "11атi нт», г. Ужгород, ул. Проектная,