Устройство для защиты синхронной машины от асинхронного хода

 

Союз Советск ик

Соцмалмстмческмк

Республик

О П И С А Н И Е (930483

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6l ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 28.07.80 (21) 2964703/24-07 (51) М. КЛ.

Н 02 Н 7/08 с присоединением заявки №

Гасударственный комитет (23) Приоритет

СССР но делам изобретений н OTKpblTIIN

0публиковаю 23.05.82. Бюллетень № 19 (53) УДК 621 318 .925(088.8}

Дата опубликования описания23.05 82

P.Ã. Гольдин, Ю.И. Гольмаков, Н. Н. Новиков, В. Ф. Шутько и В.Г. Якименко (72) Авторы изобретения

Производственное объединение Уралэлектротяжмаш и Уральский политехнический институт им. С.И. Кирова (71) Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ СИНХРОННОЙ

МАШ И НЫ ОТ А СИ Н ХРОН НОГО ХОДА

Изобретение относится к электротехнике, а более конкретно к синхронным машинам и устройствам их зашиты от асинхронного хода.

Известна зашита синхронной машины от асинхронного хода, основанная на измерении угла нагрузки Я между вектором

ЭДС холостого хода Е,о и напряжением статорной обмотки с помощью специального электромеханического устройства.

При превышении максимального допусти-. мого значения угла (обычно 150-170о) синхронная машина отключается (11.

Недостаток этой зашиты от асинхронного хода в том, что изменение угла 8 осуществляется специальным электромеханическим устройством, связанным с валом двигателя, что в ряде случаев весь ма затрудняет реализацию данного способа зашиты.

Известна зашита синхронного двигателя от асинхронного хода, основанная на выделении переменной составляющей в токе возбуждения и сравнения ее с заданной установкой, Эта зашита реализуется на статистических элементах, что расшт ряет возможности его применения (2).

Однако эта зашита может приводить

5 к ложным срабатываниям при резкоперсменной нагрузке, синхронных качаниях, действии автоматического регулятора возбуждения и других возмущениях, вызывающих изменение тока возбуждения.

Недостатком ее является также сложность настройки и обеспечение необходимой чувствительности.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для зашиты синхронной машины от асинхронного хода, основанное на выд ленни переменной составляющей тока в обмотке возбуждения и сравнении ее с уставкой, зависящей от тока возбуждения

Ф содержащее датчик тока и блок сравнения, к выходу которого подключен исполнительный орган (3$.

А30483

Известная зашита обеспечивает более надежную работу при резкопеременной нагрузке.

Однако в известном ус1ройстве зйциты при его реализации требуется настройка зашиты под индивидуальные характеристи» ки двигателя, системы возбуждения и привода.

Кроме того, эта защита не,может долго работать при изменении напряжения сети, поскольку нарушается настройка схемы зашиты.

Цель изобретения — повышение ÂñT» вительности зашиты и надежности ее работы. 15

Поставленная цель достигается тем, что устройство дополнительно снабжено датчиком напряжения возбуждения, бло- . ком выделения потока сцепления обмотки статора ло продольной оси, блоком вы- 20 деления величины пульсаций потокосцеплений, датчиком напряжения статора и преобразователем напряжения статора, при этом выходы датчика напряжения возбуждения и датчика тока подключены 25 на входы блока выделения потокосцепле»ния, а выход этого блока подключен к входу блока выделения величины пульсаций потокосцепления, выход блока выделе ния величины пульсаций потокосцепления 50 подключен к одному входу блока сравне ния, а к второму входу этого блока че рез преобразователь напряжения подключен выход датчика напряжения статора.

На фиг. 1 дана функциональная схема устройства; на фиг. 2 — годографы (концы векторов) напряжения и тока статора двигателя, работающего в режиме синхронных качаний, на фиг. 3 - аналогичная годографа двигателя при работе в той же сети в асинхронном режиме, на фиг. 4принципиальная схема "блока выделения потокосцепления обмотки статора по про дольной оси.

Из теории электрических машин из.вестно, что потокосцепление обмотки статора по продольной оси приближенно определяется проекцией вектора напряжения на поперечную ось машины, которая, в свою очередь, является функцией рабочего 50 угла в соответствие с выражением:

Vd ug=Ue COS 8, . (1)

При асинхронном ходе проекции вектора напряжения сети l3 на комплексной

Й плоскости совершает полный оборот и, следовательно, величина пульсаций потоко» сцепления 4g в этом режиме будет максимальна и равна в относительных е диницах удвоенному напряжению сети Ц дтах С

В режимах с сохранением синхронной работы, например при качаниях ротора, амплитуда пульсаций всегда будет

МЕНЬШЕ 1„,а, Достаточным критерием выпадения синхронной машины их синхронизма будет неравенство (2)

1а тах С а- к

Ъап Ьап (2) где К вЂ” коэффициент запаса (нескол ьап ко больше 1,0) .

Текущее значение потокосцепления 4, можно определить по дополнительной составляющей тока возбуждения 1, появляющейся в результате изменения этого потокосцепления. Исходя из решения системы уравнения синхронной машины для продольной оси, ток возбуждения с учеtl том допущений, что Т =Т„ =Т1 будет равен ц )(О р (ф

4 г,(1 pvd) Х,г,(1 PTД) (3)

Второе слагаемое в этом уравнении представляет собой .дополнительную соотавляющую тока в обмотке возбуждения о3 РЧа ы xd„,(+P,)

В соответствии с (3 и 4) потокосцеп ление обмотки статора по продольной оси легко определяется из системъr уравнений (5), U< и г,(«p „ > г 118 — Е-, d х Р (5) где 1 - ток, обусловленный напряже»нием возбуждения, - полный ток обмоток возбуждения;

У - напряжение возбуждения, 1 g - активное сопротивление обмотки возбуждения, 7d - переходная постоянная обмотка возбуждения, Х - синхронное сопротивление по оси с

Х - сопротивление реакции якоря а0 --.а .

Реализация математических и логических операций осуществляется предлагае-, мым устройством„

Устройство для защиты синхронной машины от асинхронного хода, основанное на выделении переменной составляющей тока в обмотке возбуждения, содержащее датчик тока и блок сравнения, к выходу которого подключен исполнитель» ный орган, о т л и ч а ю m е е с я тем, что, с целью повышения чувствительности и надежности защиты, îíî дополиитель но снабжено датчиком напряжения воз- буждения, блоком выделения цотокосцеплений обмотки статора по продольной оси, блоком выделения величины пульсаций потокосцеплений, датчиком напряжения статора и преобразователем напряжения статора при этом выходы датчика напряжения возбуждения и датчика тока подключены на входы блока выае.пения потокосцепления, а выход этого блока подключен к входу блока выделения величины пульсаций потокосцеплеиия, выход блока выделения величины пульсаций потокосцепления подключен к одному

5 93048

Схема (фиг. 1) состоит из блока 1 выделения потокосцеплений Q d, блока 2 выделения величины пульсаций Qg, блока 3 преобразования напряжения сети, блока 4 сравнения, выход которого подключается к исполнительному органу 5 зашиты синхронной машины 6. На входы блока 1 подключены датчик 7 тока возбуждения и датчик 8 напряжения возбуждения. Выход блока 1 подключен к вхо-! о ду блока 2. Выход блока 2 подключен к одному входу-блока 4 сравнения, к второму входу которого через преобразователь 3 подключен датчик 9 напряжения сети.

На вход блока 1 поступают сигналы, пропорциональные напряжению 0 и току возбуждения a g синхронной машины 6.

На выходе блока 1 в результате решения уравнений (5) образуется сигнал, пропорциональный текущему значению потокосцепления обмотки статора синхронной машины 6 по продольной оси Ч .

Схема блока 1 выполнена на операционных усилителях (фиг. 4) и включает масштабный усилитель 10 для получения полного тока возбуждения (y в выбранном масштабе, интегрирующий усилитель 11 для расчета составляющей тока возбуждения, обусловленной напря- зо жением возбуждения, суммирующий уси. литель 12 для получения составляющей тока возбуждения < S, обусловленной потокосцеплением Обмотки статора по продольнои Оси, фильтр 1 3 для устран& ния постоянной составляющей в токе воз- буждения igg, возникающей из-за неточности моделирования параметров обмотки возбуждения и интегро-дифференцирующий усилитель 14, реализующий уравнение для потокосцепления Ц)

В блоке 2 производится выделение периодической составляющей - и форми»рование сигнала gg, соответствую|пего величине пульсаций Qg . Затем в блоке 4 происходит сравнение с сигналом, пропорциональным напряжению тока сети и формирование выходного сигнала.

Как видно из годографов (фиг. 2) величина пульсаций потокосцепления при качаниях не велика, так как мал диапазон измерения угла Я, указанная величина пульсаций меньше в относительных единицах напряжения сети, следовательно, на выходе блока 4 выходной сигнал не формируется.

B режиме асинхронного хода (фиг. 3) величина пульсаций Qd максимальная и равна в относительных единицах удвоен»

3 6 ному напряжению сети. В этом случае на выходе блока 4 формируется выходной сигнал, воздействующий через исполнительный орган на отключение синхрон»ной машины 6 от сети. В отдельных случаях, например при работе в сети бесконечной мощности, для упрошения защиты или для исключения связи со статор»ными цепями, например при выполнении защиты на бесшеточном возбудителе, где все цепи возбуждения находятся на вращающейся части машины, датчик 9 напряжения сети и блок 3 преобразования могут быть выполнены в виде постоянного смещения, относительно которого контролируется величина пульсаций.

Предлагаемое устройство позволяет обеспечить высокую чувствительность as - щиты, поскольку выявляется любое возмущение, приводящее к асинхронному ходу (например, наброс нагрузки, снижение то ка возбуждения, снижение напряжения сети и т. д.).

Особенность преплагаемого устройства зашиты также в том, чтЬ настройка зашиты весьма проста, и не зависит от характеристик привода, системы всз ь буждения, условий регулирования. Настройка зашиты может проводиться по пас»портным данным синхронного электродвигателя непосредственно на заводе-изго» товителе.

Формула изобретения

930483 входу блока сравнения, а к второму входу этого блока через преобразователь напряжения поаключен выход датчика напряжения статора.

Источники информапии, принятые so внимание при экспертизе

«1. Патент Франпии (В) ¹ 2007228, МПК Н02Н 7/00, 1976.

2. Слодарж М.И. Режимы работы, релейная защита и автоматика синхронных электродвигателй, М., "Энергия, 1977, с. 166.

3. Авторское свидетельство СССР

% 273814, кл. Н 02 Н 7/08. 1973 (прототип).