Устройство для частотного пуска синхронной машины

Авторы патента:

ТОЛСТОВ ЮРИЙ ГЕОРГИЕВИЧ

НАТАЛКИН АЛЕКСАНДР ВЕНЕДИКТОВИЧ

КОЛОКОЛКИН АЛЕКСАНДР МИХАЙЛОВИЧ

САМОЙЛОВ ИВАН НИКОЛАЕВИЧ

УЛЬЯНОВ ВАЛЕНТИН НИКОЛАЕВИЧ

ЗАЙЦЕВ ЕВГЕНИЙ ФЕДОРОВИЧ

Союз Советскик

Соцнапистнчесинк

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 30.11.79 (21) 2845887/24-07 (5 I ) M. Кл.

Н 02 P 1/50

H 02 Р 7/42 с присоединением заявки Ле т=< еаударетееаей кемитет

СССР (23 } Приоритет пе делает азе6ретений и еткрытнй

Опубликовано 15 08 81 Бюллетень J% 30

Дата опубликования описания 15.08.81 (53) УДK 62-83:621.

313.3 23 вЂ” 57 (088.8) !

МОИ."ОЮЗА А Я

Ю. Г. Толстов, А. В. Наталкин, А. М. Колоколкин

И. Н. Самойлов, В. Н. Ульянов и Е. Ф. Зайцев (72) Авторы изобретения

11АТ НТНа

ТЕУНИЧЖКАя

rlII ь1 ИОТЕт(А, I (7I ) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЧАСТОТНОГО 11УСКА

СИНХРОННОЙ МАШИНЫ

Изобретение относится к электротехнике н может быть использовано в статических преобразователях частоты, осуществляющих частотный пуск синхронной машины.

Известно устройство для частотного пуска синхронной машины, содержащее статический преобразователь частоты, систему управления преобразователем, один вход которой подключен к выходным выводам преобразователя, причем между входом и выходом преобразователя включен шунтирующий выключатель. В устройстве запуск синхронной машины до оборотов, составляющих 10 вЂ” 15% от номинальных, осуществляется от сети переменного. тока за счет включения шунтирующего выключателя, после отключения которого и подачи возбуждения на синхронную машину начинает работать преобразователь (1 j .

Недостатком данного устройства является значительная величина пусковых токов, что ограничивает область его применения (только для маломощных синхронных машин).

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство для частотного пуска синхронной машины. содержащее преобразователь частоты, снабженный выводами для подключения к сети переменного тока, выход преобразователя подключен к зажимам синхронной машины, систему управления преобразователем, первый вход которой подключен к выходу задатчика тока в силовой цепи преобразователя, второй вход соединен с выходом генератора пусковой частоты, датчик тока в силовой цепи преобразователя, задатчик тока возбуждения синхронной машины и блок запуска, первый выход которого соединен с входом эадатчнка тока возбуждения, второй выход подключен к задатчику тока в силовой цепи преобразователя, третий выход соединен с третьим входом системы управления преобразователем, первый вход блока запуска подключен к выходу датчика в силовой цепи преобразователя. В данном устройстве запуск синхронной машины осуществляетс ся от преобразователя, который работает в режиме токоограничения с частотой выходного напряжения, определяемой задающим генератоDoM, без подачи возбуждения на синхронную

3 855908 4 машину, т.е. за счет асинхронного момента. Пос- ле разворота синхронной машины в нужном направлении до максимально возможных оборотов подается возбуждение и осуществляется втягивание синхронной машины в синхронизм с частотой выходного напряжения преобразователя (2J. Недостатком данного устройства является то, что оно не обеспечивает с достаточной надежностью неизменность направления вращения синхронной машины в процессе запуска, так как после подачи возбуждения частота переключения тока в якорных обмотках синхронной машины больше синхронной,, что может привести к остановке ротора и его колебаниям, т.е. изменению направления вращения, что для многих видов привода недопустимо, 5

Цель изобретения вЂ” обеспечение устойчивости запуска синхронной машины.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для частотного пуска синхронной машины, содержащее преобразователь частоты, снабженный выводами для подключения к сети переменного тока, выход преобразователя подключен к зажимам- синхронной машины, систему управления преобразователем, первый вход которой подключен к выходу эадатчика тока в силовой цепи преобразователя, второй вход соединен с выходом генератора пусковой частоты, датчик тока в силовой цепи преобразователя, эадатчик тока возбуждения синхронной машины и блок запуска, первый выход которого соединен с входом задатчика тока возбуждения, второй выход подключен к входу эадатчика тока в силовой цепи преобразователя, третий выход соединен с третьим входом системы управления преобразователем, первый вход блока запуска подключен к выходу датчика тока и силовой цепи преобразователя, введен трансформатор, а блок запуска снабжен вторым входом и четвертым выходом, система управления преобразователя снабжена четвертым входом и дополнительным выходом, при этом второй вход блока запуска соединен с дополнительным выходом системы управления преобразователем, а четвертый выход блока запуска соединен со входом генератора пусковой частоты, четвертый вход системы управления преобразователем через упомянутый трансформатор соединен с выходом преобразователя, Кроме того, система управления инвертором составлена из основного и двух вспомогательных каналов, каждый из которых включает в себя последовательно соединенные интегратор с шунтирующим ключом и пороговый элемент, регисторов, потенциометров, распределителя импульсов, первого и второго коммутаторов, датчика напряжения логического узла, входы которого подключены к выходу соответствующего порогового элемента, выход соединен с управляющими входами шунтирующих ключей интеграторов, первым выходом системы управления преобразователем и первым входом распределителя импульсов, первые выходы которого подключены к выходу системы управления инвертором, вторые выходы соединены с управляющими входами первого и второго коммутаторов, а второй вход подключен к третьему входу системы управления преобразователем, входы коммутаторов и вход датчика напряжения подключены к четвертому входу системы управления преобразователем, вход основного канала через первый потенциометр соединен с выходом коммутаторов, а через первый резистор с входом системы управления инвертором, входы вспомогательных каналов через вторые резисторы подключены к выходу коммутаторов, а через второй и третий потенциометры к выходу датчика напряжения, причем вход одного вспомогательного канала через третий резистор соединен с вторым входом системы управления преобразователем.

При этом блок запуска составлен иэ кольцевого счетчика, емкость которого на единицу отличается от числа, кратного фазности преобразователя, двух триггеров, датчика нуль-тока, узла задержки, причем первый выход счетчика образует первый выход блока запуска, второй выход образует четвертый выход блока запуска и соединен с первым входом счетчика и счетным входом первого триггера, вход S которого соединен с вторым входом счетчика, вторым входом блока запуска и входом R второго триггера, вход S которого подключен к выходу датчика нуль-тока, вход которого и вход узла задержки соединены с первым входом блока запуска, выход узла задержки подключен к R входу обнуления счетчика, выходы первого и второго триггеров объединены и подключены к второму и третьему выходу блока запуска.

На фиг, 1 представлена принципиальная электрическая блок-схема устройства; на фиг, 2 вЂ” принципиальная схема системы управления инвертором; на фиг. 3 вЂ” электрическая схема блока запуска; на фиг. 4 вЂ” диаграмма работы устройства, устройство для частотного пуска синхронной машины содержит преобразователь частоты 1 (фиг, 1}, вход 2 которого подключен к сети переменного тока, а выходные выводы 3 преобразователя подключены к зажимам синхронной машины 4, с возбудителем 5. Первый вход" 6 системы 7 управления преобразователем подключен к выходу задатчика 8 тока в силовой цепи преобразователя, второй вход 9 системы 7 управления соединен с выходом ге55908 6

4с

5 8 нератора 10 пусковой частоты, а четвертый вход

11 подключен к выходным выводам 3 преобразователя через трансформатор 12, Первый выход 13 блока 14 запуска соединен с входом задатчика 15 тока возбуждения синхронной машины 4, второй выход 16 блока 14 запуска подключен к задатщку 8 тока в силовой цепи преобразователя, а четвертый выход 17 подключен к входу генератора 10 пусковой частоты..Второй вход 18 блока запуска 14 соединен с дополнительным выходом 19 системы 7 управления преобразователем, а первый вход 20 блока 14 запуска подключен к выходу датчика 21 тока. Третий выход 22 блока 14 запуска соединен с третьим входом 23 системы 7 управления преобразователем. Преобразователь 1 частоты состоит из управляемого выпрямителя

24 и инвертора 25. Выход выпрямителя соединен со входом инвертора через сглаживающий реактор 26. Система 7 управления преобразователем состоит из системы 27 управления и регулирования выпрямителем и системы 28 управления инвертором. Система 28 управления инвертором (фиг. 2) состоит из основного 29 и двух 30 и 31 вспомогательных каналов, каждый из которых включает в себя интегратор 32 с шунтируюшим ключом 33 и пороговый элемент 34. Выходы пороговых элементов соединены с входами 35 вЂ” 37 логического блока 38.

Выход 39 логического блока соединен с управляющим входом 40 шунтирующих ключей, дополнительным выходом 19 системы 7 управления преобразователем и первым входом 41 распределителя 42 импульсов, первые выходы

43 которого подключены к выходу 44 системы

28 управления инвертором, а вторые выходы 45 распределителя 42 импульсов соединены с управляющими входами 46 первого 47 и второго 48 коммутаторов. Второй вход 49 распределителя 42 импульсов (блокирование импульсов управления) подключен к третьему входу

23 системы 7 управления преобразователем.

Входы 50 коммутаторов 47 и 48 и вход 51 датчика напряжения 52 подключены к четвер тому входу 11 системы 7 управления преобразователем. Вход 53 основного канала 29 через первый потенциометр 54 соединен с выходами

55 и 56 коммутаторов, а через первый резистор 57 с входом 58 системы 28 управления инвертором. Входы 59 и 60 вспомогательных каналов 30 и 31 через вторые резисторы 61 и

62 подключены к выходам 55 и 56 коммутаторов, а через второй 63 и третий 64 потенциометры вЂ” к выходу 65 датчика напряжения.

При этом вход 60 вспомогательного канала 31 через третий резистор 66 соединен с вторым входом 9 системы 7 управления преобразователем. Кроме этого, между входом и выходом интегратора каждого канала включен нелинейный элемент 67. Блок запуска (фиг. 3) состо.ит из кольцевого счетчика 68, первый выход 69 которого образует первый выход 13 блока запуска, второй выход 70 образует четвертый выход 17 блока запуска и соединен с первым входом 71 счетчика 68 и счетным С входом

72 первого триггера 73. S вход 74 установки в единицу триггера 73 соединен со вторым âõîдом 75 счетчика 68, вторым входом 18 блока запуска и R входом 76 установки в ноль второго триггера 77, $ вход 78 установки в единицу которого подключен к выходу narcoma

79 нуля-тока. Вход 80 датчика 79 нуля-тока и вход 81 узла 82 задержки соединены с первым входом 20 блока запуска. Выход 83 узла 82 задержки поцключен к R входу 84 обнуления счетчика, а выход 85 первого 73 и выход 86 второго 77 триггеров объединены н подключены ко второму 16 и третьему 22 выходам блока запуска.

Устройство для частотного пуска синхронной машины работает следующим образом.

После подачи напряжений питания и силового напряжения на вход преобразователя блок запуска устанавливается в начальное состояние, при котором генератор 10 пусковой частоты формирует последовательность 87 импульсоо (фиг. 4), осуществляющих переключение тока по обмоткам синхронной машины, а ток возбуждения блокирован (диаграмма 88). Для преобразователя, выполненного по схеме: управляемый выпрямитель вЂ” ведомый инвертор, коммутация тока в вентилях инвертора осуществляется за счет кратковременного перевода выпрямителя в инверторный режим (выход

16 блока запуска, диаграмма 89) и блокирования импульсов управления инвертором (выход

22 блока запуска, диаграмма 89), до обнуления тока в силовой цепи преобразователя (exon

20 блока запуска, диаграмма 90). При этом осуществляется разворот синхронной машины до заданных оборотов за счет асинхронного момента, а ограничение пускового тока синхронной машины на заданном уровне (1,0 вЂ” 1,5 от номинального) обеспечивается системой управления и регулирования выпрямителя. После асинхронного запуска синхронной машины от преобразователя частоты блок запуска блокирует импульсы генератора пусковой частоты (диаграмма 91), обнуляет ток в силовой цепи преобразователя (диаграмма 90), блокирует импульсы управления инвертором (диаграмма 89) и подает сигнал на эадатчик тока возбуждения (диаграмма 92). При включении возбуждения на выходе преобразователя появляется напряжение, величина которого и частота соответствуют достигнутым оборотам синхронной машины. Это напряжение через трансформатор 12 подается на вход 11 системы 7 управления пре35

7 855908 образователем и осуществляет синхронизацию системы 28 управления инвертором с частотой выходного направления преобразователя, При этом на входе 53 основного канала 29 формируется направление 93, аналогичное направлению

5 противо вЂ” ЗДС инвертора 25, т.е. напряжению на входе инвертора. Напряжение на выходе 55

:коммутатора 47 (диаграмма 94) и напряжение на выходе 56 коммутатора 48 (диаграмма 95) сдвинуты относительно указанной противо вЂ” 3 на + 60 эл.град. В том случае, если асинхронного момента оказалось недостаточно для начального разворота синхронной машины до нужных оборотов, то после включения возбуждения и блокирования импульсов генератора пусковой частоты синхроимпульс на выходе 19 системы 7 управления преобразователем может не появиться, В этом случае узел 82 задержки блока 14 запуска через время Т (диаграмма 96), достаточное для синхронизации системы управления преобразователем, устанавливает счетчик

68 в начальное состояние и процесс запуска повторяется, так как емкость счетчика 68 на единицу больше или меньше величины, кратной фазности m преобразователя, то после оконча- д5 ния нового цикла асинхронного запуска, включения возбуждения и блокирования импульсов генератора пусковой частоты, система ?8 управления инвертором находится в состоянии, сдвинутом на один такт работы относительно ее состояния после предыдущего цикла асинхронного запуска. При этом наводимое в статорных обмотках синхронной машины напряжение (при включении тока возбуждения) подводится ко входам каналов 29 вЂ” 31 системы управления инвертором через другую пару ключей коммутаторов 47 и 48. Если положение pompa синхронной машины относительно статорных обмоток согласуется с состоянием распределителя импульсов 42 системы 28 управления ин- 4О вертором, то на выходе основного 29 или вспомогательного 31 каналов появляется рабочий импульс, а на выходе 39 логического блока 38вЂ” синхроимпульс (диаграмма 97). После появления синхроимпульса на выходе 19 системы 7 4> управления преобразователем 1 блок запуска

14 снимает блокировки с задатчика 8 тока в силовой цепи преобразователя и импульсов управления инвертором. При этом в обмотки синхронной машины снова подается силовой ток преобразователя, но так как генератор пусковой частоты блокирован, возбуждение подано, а система 7 управления преобразователем синхронизирована с частотой напряжения на выходе преобразователя (т.е. напряжением на синхронной машине), то дальнейший разворот синхронной машины осуществляется за счет синхронного момента, а частота переключения тока в обмотках синхронной машины задается

8 системой управления преобразователем. Как и дри асинхронном запуске от преобразователя, коммутация тока в вентилях инвертора обеспечивается соответствующим управлением работой выпрямителя и инвертора от блока запуска.

После того, как обороты синхронной машины достигают величины порядка 005 вЂ” О,1 от номинальных и напряжение на ней становится достаточным для осуществления естественной коммутации вентилей инвертора, автоматика преобразователя блокирует работу блока запуска.

Таким образом, данное устройство обеспечивает надежный запуск синхронной машины в нужном направлении, т.е. беэ изменения направления вращения в процессе запуска. При этом, если асинхронного момента достаточно для разворота синхронной машины от преобразователя (что практически всегда можно обеспечить, уменьшая пусковую частоту и увеличивая ток в силовой цепи преобразователя), то запуск синхронной машины осуществляется за один цикл работы блока запуска.

Формула изобретения

1, Устройство для частотного пуска синхронной машины, содержащее преобразователь частоты, снабженный выводами для подключения к сети переменного тока, выход преобразователя частоты подключен к зажимам синхронной машины, систему управления преобразователем, первый вход которой подключен к выходу задатчика тока в силовой цепи преобразователя, второй вход соединен с выходом генератора пусковой частоты, датчик тока в силовой цепи преобразователя, задатчик тока возбуждения синхронной машины и блок запуска, первый выход которого соединен с входом задатчика тока возбуждения, второй выход подключен к входу задатчика тока в силовой цепи преобразователя, третий выход соединен с третьим входом системы управления преобразователем, первый вход блока запуска подключен к выходу датчика тока в силовой цепи преобразователя, о т л и ч а ю ш е е с я тем, что, с целью обеспечения устойчивости запуска синхронной машины, введен трансформатор, а блок запуска снабжен вторым входом и четвертым выходом, система управления преобразователем снабжена четвертым входом, и дополнительным выходом, при этом второй вход блока запуска соединен с дополнительным выходом системъ| управления преобразователем, а четвертый выходсоединен с входом генератора пусковой частоты, четвертый вход системы управления преобразователем через упомянутый трансформатор соединен с выходными выводами преобразователя.

855908

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что система управления инвертором, составлена из основного и двух вспомогательных каналов, каждый иэ которых включает в себя последовательно соединенные интегратор

5 с шунтирующим ключом и пороговый элемент, резисторов и потеициометров, распределителя импульсов, двух коммутаторов, датчика напряжения логического узла, входы которого подключены к выходу соответствующего порогово- 1О го элемента, а выход соединен с управляющими входами шунтирующих ключей интеграторов, дополнительным выходом системы управления преобразователем и первым входом распределителя импульсов, первые выходы которого подключены к выходу системы управления инвертором, вторые выходы соединены с управляющими входами первого и второго коммутаторов, а второй вход подключен к третьему входу системы управления преобразователем, входы коммутаторов и вход датчика напряжения подключены к четвертому входу системы управления преобразователем, вход основного канала через первый потенциометр соединен с выходом коммутаторов, а через первый резистор с входом системы управления инвертором, входы вспомогательных каналов через вторые резисторы подключены к выходу коммутаторов, а через второй и третий потенциометры к выходу датчика напряжения, причем вход одного вспомогательного канала через третий резистор соединен со вторым входом системы управления преобразователем.

3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что блок запуска составлен иэ кольцевого счетчика, емкость которого на единицу отличается от числа, кратного фазности преобразователя, двух триггеров, датчика нуль-тока, узла задержки, причем первый выход счетчика образует первый выход блока запуска, второй выход образует четвертый выход блока запуска и соединен с первым входом кольцевого счетчика и счетным входом первого триггера, вход S которого соединен со вторым входом кольцевого счетчика, вторым входом блока запуска и входом R второго триггера, вход S которого подключен к выходу датчика нультока, вход которого и вход узла задержки соединены с первым входом блока запуска, выход узла задержки подключен к R входу обнуления счетчика, выходы первого и второго триггеров объединены и подключены ко второму и третьему выходу блока запуска, Исто вгики информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Аракелян А. К., Афанасьев А. А., Чиликин М. Г. Вентильный электропривод с синхронным двигателем и зависимым инвертором.

M., "Энергия", 1977, с. 23-26, рис. 1-8.

2. Рабинович 3. Я., Толстов Ю. Г., Наталкин А. В., Колоколкин А. М. О применении частотно-регулируемого злектропривода на магистральном транспорте газа. вЂ” Реферативный сборник "Транспорт и хранение газа", М., 1978, вып. 8, с, 15 вЂ” 21.

855908

Ю 3нмОЗЧЯЯРае авек. еаию ая ТЮК ая.бфКА и суф4ХРбн. ная °

ЯФкяа ф,2t аеака,1юука у HPtt аамаога миура ау Ааааа 17 kubla ,1алвсхП 1Е

В абяаа &яка

Ммуска 1Ф

Напра к. набкй

Я кана а Ó

//аиРяа. на, +

Я ярде pSru++y à ñóï Ю

8Клрях. на 5и

Й яиц Я коищ б"а ра <

Рнч/ N gw зааербтки фф