Устройство для автоматического регулирования тока возбуждения синхронного двигателя

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в главных электроприводах прокатных станов. Цель изобретения - уменьшение потерь электрической энергии. С этой целью в устройстве для автоматического регулирования тока возбуждения синхронного двигателя нелинейный элемент 13 выполнен с характеристикой типа "гистерезис". В устройство введены суммирующий усилитель 14 и два диода 15, 16. Катоды диодов 15, 16 подключены ко второму входу блока 7 сравнения. Анод диода 15 соединен с выходом выпрямительного моста 12, а анод диода 16 с выходом нелинейного элемента, вход которого объединен с одним входом суммирующего усилителя 14 и подключен к вторичной обмотке трансформатора 11 напряжения. Другой вход суммирующего усилителя подключен к вторичной обмотке трансформатора 10 тока. Устройство обеспечивает оптимальный режим работы синхронного двигателя при изменениях его нагрузки. Благодаря нелинейному элементу 13 обеспечивается устойчивая работа синхронного двигателя, т. к. при значительных снижениях напряжения сети предусматривается форсировка возбуждения с ограничением форсированного значения тока возбуждения. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Н 02 P 3/14

I I

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4717125/07 (22) 13.07.89 (46) 15.07.91, Бюл, М 26 . (71) Магнитогорский горно — металлургический институт им. Г.И. Носова (72) Г.П. Корнилов, И.А. Селиванов,- Г.В. Шурыгина и А.С. Карандаев (53) 621.313.32.013.8 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Q 1415777, кл. H 02 Р 9/14, 1978.

Авторское свидетельство СССР

Ф 721890, кл. Н 02 P 9/14, 1977.

Гендельман Б.Р„Вайнтруб О.M., Швецов А.Н. Управление мощным синхронным двигателем с тиристорным возбудителем и автоматическим регулированием. Электрон. промышленность, Сер. Электропривод.

1973, М 5, с. 21-22. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ ТОКА ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в главных электроприводах прокатных станов. Цель изобретения — уменьшение потерь электри»!Ж,, 1663728 А1 ческой энергии, С этой целью в устройстве для автоматического регулирования тока возбуждения синхронного двигателя нелинейный элемент 13 выполнен с характеристикой типа "гистерезис". В устройство введены суммирующий усилитель 14 и два диода 15 и 16. Катоды диодов 15 и 16 подключены к второму входу блока 7 сравнения, Анод диода 15 соединен с выходом выпрямительного моста 12, а анод диода 16 — с выходом нелинейного элемента, вход кото рого объединен с одним входом суммирующего усилителя 14 и подключен к вторичной . обмотке трансформатора 11 напряжения.

Другой вход суммирующего усилителя под- ключен к вторичной обмотке трансформатора 10 тока. Устройство обеспечивает оптимальный режим работы синхронного двигателя при изменениях его нагрузки, Благодаря нелинейному элементу 13 обеспечивается устойчивая работа синхронного двигателя, т. к. при значительных снижениях напряжения сети предусматривается форсировка возбуждения с ограничением форсированного значения тока возбуждения. 3 ил, 1663728

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для автоматического регулирования возбуждения синхронных двигателей, например главных электроприводов прокатных станов, Цель изобретения — уменьшение потерь электрической энергии.

На фиг, 1 представлена функциональная схема устройства для автоматического регулирования тока возбуждения синхронного двигателя; на фиг. 2 — U — образные зависимости тока I статора от тока !, возбуждения, снятые при различных мощностях P> — Р4 на валу, и кривая регулировочной характеристики синхронного двигателя при коэффициенте мощности

cos = 1; на фиг. 3 — векторы напряжений

Uz — U4 фаз обмотки статора синхронного двигателя и линейного. напряжения !.!з-4 между двумя фазами обмотки статора синхронного двигателя, Устройство для автоматического регулирования тока возбуждения синхронного двигателя 1, фазы 2 — 4 обмотки статора которого подключены к сети, содержит тиристорный возбудитель 5 для подключения к обмотке возбуждения (обмотке ротора) синхронного двигателя 1. Управляющий вход тиристорного возбудителя 5 подключен к выходу регулятора 6 тока возбуждения, вход которого соединен с выходом блока 7 сравнения. Первый (инвертирующий) вход блока 7 сравнения соединен с выходом датчика 8 тока, входом подключенного к шунту 9, включенному в цепь питания обмотки возбуждения синхронного двигателя 1.

Устройство содержит также трансформатор 10 тока с первичной обмоткой для включения в фазу 2 обмотки статора синхронного двигателя, трансформатор 11 напряжения с первичной обмоткой для подключения к фазам 3 и 4 обмотки статора, вып рямительный мост 12 и нелинейный элемент 13, выполненный с характеристикой типа "гистерезис". В устройство введены суммирующий усилитель 14 и два диода 15 и 16.

Вторичная обмотка трансформатора тока зашунтирована резистором 17 и подключена к первому входу суммирующего усилителя 14, образованному резистором

18. Вторичная обмотка трансформатора напряжения подключена к второму входу суммирующего усилителя 14. образованному резистором 19, в цепь обратной связи усилителя включен резистор 20, Выход суммирующего усилителя подключен к входу выпрямительного моста 12, выход которого через первый диод 15, вклю10

25

30 блока 7 сравнения в качестве задающего

35 сигнала на ток возбуждения синхронного

40 по кривой 25.

55 Оптимальная регулировочная характеристика при изменении нагрузки на валу и

50 ченный в прямом направлении, подключен к второму входу блока 7 сравнения и катоду второго диода 16, анод которого соединен с выходом нелинейного элемента 13. Вход по следнего соединен с вторым входом суммирующего усилителя 14.

Кривые 21 — 24 (фиг, 2) представляют собой зависимости тока статора от тока !в возбуждения; кривая 25 — регулировочную характеристику синхронного двигателя, На фиг. 3 обозначено: поз, 26 — 28— векторы напряжений Uz — U4; 29 — вектор линейного напряжения 0з-4; 30 и 31 — векторы активной составляющей lee и реактивной составляющей )ep заданного тока le возбуждения, вектор которого соответствует вектору 32.

Устройство работает следующим образом, На первый и второй входы суммирующего усилителя 14 с вторичных обмоток трансформаторов 10 и 11 поступают синусоидальные сигналы, пропорциональные соответственно току l1 (в комплексн9й форме записи синусоидальному сигналу !!) фазы 2 обмотки статора и линейному напряжению

0з-4 (0з-4) между фазами 3 и 4 обмотки статора синхронного двигателя 1; На выходе суммирующего усилителя 14 формируется напряжение, пропорциональное сумме двух названных синусоидальных сигналов, которое выпрямляется с помощью выпрямительного моста 12 и поступает на один из входов двигателя 1. На другой (инвертирующий) вход блока 7 сравнения с выхода датчика 8 тока возбуждения поступает сигнал, пропорциональный току возбуждения.

Оптимальный (с точки зрения потерь электрической энергии) режим работы синхронного двигателя обеспечивается при

cos p = 1, т. е. когда двигатель работает в нижнем экстремуме 0-образной характеристики (фиг. 2), например в точке А характеристики 24, снятой при мощности Р = P, (PH — номинальная мощность) на валу. Как видно, в этом случае (фиг. 2) в цепи обмотки статора протекает минимальный при заданной мощности нагрузки ток l = . При изменении мощности нагрузки от P = P> до Р =

=Р4 точка А, соответствующая минимуму потерь электрической энергии, перемещается отклонениях напряжения сети описывается выражением ! в = !вр + !ва = !во (} + xd sIA Pg +

2 2 2 2 г

1663728

+ 1ван2, Р где lвр — реактивная составляющая тока is возбуждения

Isp = 1во(у+ах sin дЪ), (2)

4а — активная составляющая тока is

Isa = 4ан у (3) обеспечивающие оптимальное (с точки зрения потерь электрической энергии) регулирование тока возбуждения;

1во — ток возбуждения холостого хода двигателя при напряжении на обмотке статора, равном его номинальному значению;

ia H — номинальная величина активной составляющей тока возбуждения;

Х4 = х (Ом) . I, — относительное реакОфн тивное сопротивление ротора;

lн — номинальный ток статора;

Офн — номинальное напряжение на обмотке статора; хд(Ом) — реактивное сопротивление ротора по продольной оси;

4Ъ вЂ” угол сдвига между токами и напряжениями на статорной обмотке в номинальном режиме работы; а = Q«/ÎH — относительная реактивная мощность синхронного двигателя; у= Ол/Олн — относительное номинальное линейное напряжение сети;

P = Рсд/Рн — относительная активная мощность, потребляемая двигателем из сети.

При названном законе регулирования (1) Q« = О, следовательно, a = 0 и

Iвр = 1во j . (4)

Уравнение оптимального закона регулирования тока возбуждения удобно представить в виде (5) где I laa I, I lâð I — модули величин, описываемых соответственно зависимостями (3) и (4), Таким образом, при обеспечении регулирования тока возбуждения в соответствии с зависимостями (4) и (5) обеслечивается оптимальное (с точки зрения потерь электрической энергии) управление синхронным двигателем при изменении нагрузки на валу и отклонениях напряжения сетИ. Однако непосредственная реализация зависимостей (3) — (5) является сложной, так как требует заполнения операций возведения в квадрат и извлечение квадратного корня.

55 торное сложение активной lea и реактивной

1sp составляющих тока 4 возбуждения, т. е. обеспечивают выполнение условия (6) оптимального регулирования тока 1, возбуждения.

В устройстве сложение синусоидальных сигналов осуществляется с помощью суммирующего усилителя 14. Формирование управляющего сигнала осуществляется с помощью выпрямительного моста 12.

Однако при эначительнык снижениях напряжения сети (ниже 0,85 — 0,9Он) и оптимальном регулировании тока возбуждения (1) возможно снижение устойчивости синхронного двигателя и, как следствие, выпадение из синхрониэма, Кроме того, при оптимальном регулировании тока возбуждения и при значительных снижениях напряжения сети может возникнуть

В данном устройстве операции возведения в квадрат и извлечение квадратного корня заменяются векторным суммированием ортогональных активной 1,а и реактив5 ной lвр составляющих тока ls возбуждения, т. е. реализуется зависимость

lв = lва + 1вр. (6)

В качестве задающего сигнала, пропорционального активной составляющей 1ва, в

10 устройстве используется ток iz фазы 2 обмотки статора(12 l», соответственно12= I»l

При оптимальном регулировании обеспечивается выполнение условия cos p = 1, следовательно, ток в фазах обмотки статора

15 является чисто активным, Вследствие этого векторы 26 и 30

l2 1ва (7) на векторной диаграмме совпадают по фазе.

20 B трехфазной симметричной системе напряжений вектор 29 линейного напряжения Оз-4 отстает от вектора 26 (Uz) и, соответственно, от вектора 30 (12) на 90 эл. град, Кроме того, из выражения (5) следует, что

25 при оптимальном регулировании величина реактивной составляющей тока возбуждения однозначно определяется уровнем напряжения сети, Следовательно, в качестве задающего сигнала для задания реактивной

30 составляющей тока 1вр возбуждения может быть использовано линейное напряжение

Оз-4, измеряемое с помощью трансформатора 11 напряжения рЗ-4= 1вр, (8)

35 соответственно Оз-4= lsp. Векторы 12 и Оз-4 (фиг. 3) ортогональны и, соответственно, задающие синусоидальные сигналы iz и Оз-4 сдвинуты один относительно другого на 90 эл. град. Следовательно, в соответствии с (7)

40 и (8), выполняя суммирование сигналов, пропорциональных iz и Оз-4, выполняют век1663728 увеличение тока возбуждения выше номинального уровня. Для предотвращения названных нежелательных режимов в данном устройстве предусмотрена форсировка возбуждения с помощью нелинейного элемента 13 с характеристикой типа "гистерезис".

При снижении напряжения до уровня ниже 0,85UH напряжение на выходе нелинейного элемента 13 становится выше напряжения на выходе выпрямительного моста 12, Благодаря встречному включению диодов 15 и 16 на вход блока 7 сравнения проходит больший иэ двух сигналов, подаваемых на аноды диодов 15 и 16. Вследствие этого при снижении напряжения сети ниже 0,850н включается форсировка, и ток возбуждения повышается до номинального уровня. Так как нелинейный элемент 13 имеет характеристику типа "гистереэис", отключение форсировки происходит при напряжении сети, равном 0,9UH, Такая характеристика нелинейного элемента необходима для предотвращения частых переключений задания на ток возбуждения при напряжении сети, близком к 0,85V>, Кроме того, обеспечивается ограничение форсированного значения тока возбуждения на заданном номинальном уровне.

Устройство может быть реализовано с помощью элементов аналоговой блочной системы регуляторов, Данное устройство отличается простотой и обеспечивает более высокое быстродействие при управлении током возбуждения синхронного двигателя Ilo сравнению с известными. Это объясняется тем, что в нем применен один контур регулирования, что не менее чем в три раза повышает быстродействие, Вследствие этого повышается коммутационная устойчивость и, соответственно, надежность работы синхронного двигателя.

Таким образом, в устройстве обеспечивается уменьшение потерь электрической энергии при изменении нагрузки на валу синхронного двигателя и отклонениях. на5 пряжения сети в рабочем диапазоне (10—

15 в сторону уменьшения относительно номинального значения), Формула изобретения

Устройство для автоматического регу10 лирования тока возбуждения синхронного двигателя, содержащее тиристорный возбудитель для подключения к обмотке возбуждения синхронного двигателя, регулятор тока возбуждения, шунт для включения в

15 цепь питания обмотки возбуждения, датчик тока, входом подключенный к шунту, а выходом — к первому входу блока сравнения, выход которого соединен с входом регулятора тока, выходом подключенного к управ20 ляющему входу тиристорного возбудителя, трансформатор тока с первичной обмоткой для включения в одну из фаз обмотки статора синхронного двигателя, трансформатор напряжения с первичной обмоткой для под25 ключения к двум фазам обмотки статора синхронного двигателя, выпрямительный мост и нелинейный элемент, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью уменьшения потерь электрической энергии, нелинейный эле30 мент выполнен с характеристикой типа "гистерезис" и введены два диода и суммирующий усилитель, первый и второй входы которого соединены соответственно с вторичными обмотками трансформаторов

35 тока и напряжения, а выход суммирующего усилителя через выпрямительный мост и первый диод, включенный в прямом направлении, соединен с вторым входом блока сравнения и катодом второго диода, анод

40 которого подключен к выходу нелинейного элемента, входом соединенного с вторым входом суммирующего усилителя.

1663728 ау

4b. 3

Составитель В,Тарасов

Техред М.Моргентал Корректор M.Äeì÷èê

Редактор M.Ïåòðîâà

Производственно-издательский комбинат "Патент", i. жгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2272 Тираж 351 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5