Способ синхронизации автономного инвертора напряжения с трехфазным источником напряжения

Использование: в области электротехники. Технический результат заключается в снижении негативных последствий переходных процессов, возникающих при переключении питания асинхронного двигателя (АД) от преобразователя к сети. Процесс синхронизации выполняется в два этапа. На первом из них путем воздействия на задание потокосцепления осуществляется выравнивание величин напряжения на выходе преобразователя и напряжения питающей сети. При этом регулирование технологического параметра не нарушается. На втором этапе путем воздействия на задание частоты вращения АД обеспечивается равенство частот этих напряжений и синхронизация их по фазе. 2 ил.

 

Данный способ синхронизации автономного инвертора напряжения с сетью используется в области регулирования асинхронными двигателями (АД).

Актуальной является задача: создания системы регулируемого электропривода с АД, допускающей переключение вращающегося двигателя, питающегося от преобразователя, напрямую к сети.

Наиболее распространенная схема преобразователя для питания АД привода насосных агрегатов приведена на фиг.1. В его состав входят неуправляемый выпрямитель на диодах, фильтр звена постоянного тока и автономный инвертор напряжения (АИН) на IGBT-транзисторах.

Для управления АД применяются различные варианты систем векторного регулирования или прямого управления моментом. Вне зависимости от способа управления система автоматического регулирования (CAP) строится по принципу разделения каналов регулирования потокосцепления и момента. Внешний контур обеспечивает регулирование частоты вращения АД. Для синхронизации АИН с питающей сетью необходимо добиться равенства амплитуды и частоты основной гармоники выходного напряжения АИН с напряжением питающей сети и соответствие их фаз.

Выполнение такого переключения требует синхронизации напряжения питающей сети и напряжения на выходе преобразователя.

Известны способы управления синхронизацией и сдвигом фазы широтно-импульсной модуляции силовых преобразователей (RU 2008119525 А, РФ, МПК Н02М 1/12), предусматривающие управление множеством силовых преобразователей, которые могут быть использованы для сопряжения с питающей электрической сетью, где каждый силовой преобразователь содержит сетевой мост, работающий в соответствии с широтно-импульсной модуляцией.

Недостаток этого способа в том, что в результате его применения для синхронизации автономного инвертора напряжения с питающей сетью в случае управления АД приводит к прекращению регулирования технологическим параметром (момент, частота вращения, давление, расход) с момента начала синхронизации.

Так же известен способ синхронизации и подключения в режим параллельной работы регулируемого статического источника переменного напряжения и источника переменного напряжения (патент RU 2008123448, А, РФ, МПК H02J 3/42), который предусматривает синхронизацию регулируемого источника переменного напряжения и источника переменного напряжения в следующей последовательности: сначала синхронизируется частота и фаза, а затем величина этих напряжения.

Недостаток этого способа в том, что в результате его применения для синхронизации автономного инвертора напряжения с питающей сетью в случае управления АД приводит к таким же последствиям, что указаны в изложенном выше способе.

Основной задачей, которую призван решать предлагаемый способ, является снижение негативных последствий переходных процессов, возникающих при переключении питания АД от преобразователя к сети.

Поставленная задача решается путем реализации нового процесса синхронизации выходного напряжения преобразователя с напряжением сети, который обеспечивает равенство величины, частоты и фазы этих напряжений. Применение способа возможно в случае построения системы управления с использованием принципов как скалярного, так и векторного регулирования АД.

Для обеспечения процедуры синхронизации с сетью необходимо измерение сетевого напряжения и измерение или вычисление основной гармоники напряжения на выходе инвертора.

Предлагается способ, при котором процесс синхронизации разделен на два этапа. Сначала путем воздействия на задание потокосцепления выполняется выравнивание амплитуд основной гармоники напряжения на выходе АИН и напряжения сети. При этом регулирование технологического параметра не отключается. Затем, изменяя задание частоты вращения АД, обеспечивается равенство частот этих напряжений и синхронизация их по фазе. Аналогично может быть выполнен процесс синхронизации инвертора с сетью при использовании скалярного регулирования.

Заявленный способ может быть осуществлен с помощью системы, структура которой показана на фиг.2. Она состоит из двух трехфазных измерительных трансформаторов Т1 и Т2, двух датчиков напряжения ДН, подключенных к их вторичным обмоткам и измеряющих линейное или фазное напряжение, двух амплитудных АД и двух фазовых ФД дискриминаторов, элемента сравнения величин сигналов с выходов амплитудных дискриминаторов, регулятора величины выходного напряжения АИН РА, элемента сравнения величины сигналов с выхода фазовых дискриминаторов, регулятора фазы выходного напряжения АИН РФ. Разница сигналов с выходов амплитудных дискриминаторов подается на вход порогового элемента ПЭ, который после снижения разницы амплитуд напряжения до заданной величины включает регулятор фазы. Сигналы с выхода регуляторов амплитуды и фазы подаются на вход CAP.

Как известно, один и тот же электромагнитный момент АД может быть получен при различных сочетаниях потокосцепления и моментообразующей составляющей тока статора. Поскольку величина потокосцепления определяет ЭДС АД, изменяя задание потокосцепления на входе CAP, можно обеспечить равенство амплитуд основной гармоники напряжения на выходе АИН и сети. Управление моментом осуществляется другим каналом CAP и процесс регулирования технологическим параметром (частотой вращения, моментом, давлением или расходом) не нарушается.

Для выравнивания частоты напряжения на выходе АИН и напряжения сети необходимо воздействовать на задание частоты вращения АД. При этом контур регулирования технологического параметра отключается и задание частоты вращения АД формируется регулятором выходной частоты АИН, обеспечивающим равенство частот основной гармоники выходного напряжения АИН и сети и совпадение фаз этих напряжений.

Способ синхронизации выходного напряжения автономного инвертора напряжения (АНН) с трехфазным источником напряжения, заключающийся в синхронизации величины, частоты и фазы напряжений, выполняемый в два этапа, отличающийся тем, что на первом этапе путем воздействия на задание потокосцепления выполняется выравнивание амплитуд основной гармоники напряжения на выходе АИН и напряжения сети, при этом регулирование технологического параметра не прекращается; на втором этапе путем воздействия на задание частоты выходного напряжения инвертора обеспечивается равенство частоты этого напряжения и частоты напряжения источника и синхронизация их по фазе.