Статический преобразователь частоты для синхронной машины

 

Союз Советских

Соцнапмстнческнх

Республик (,, 699626

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 04.07.77 (21) 2502837/24-07 с присоединением заявки М (23) ПриоритетОпубликовано 25.11.79. Бюллетень J%43

Дата опубликования описания 28.11.79

Ф„ Ф

1-1 02 М 5/297

Гасударственный комитет до делам изобретений н открытнй (53) УДК621.314. .27(088. 8) (72) Авторы изобретения

А. В. Наталкин и А. М. Колоколкин

Государственный научно-исследовательский энергетический институт им. Г. М. Кржижановского (71) Заявитель (54) СТАТИЧЕСКИЙ Г!РБЭБРАЗОБАТЕЛЬ ЧАСТОТЫ

ДЛЯ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ

Изобретение относится к электтютехнике и электротехнической промышленности и может быть использовано для частотного пуска и синхронизации мошных и сверхмошных синхронных машин с сетью переменного тока, например, двигатель-генераторов гидроаккумулируюших станций и синхронных приводов компрессоров, с последуюшим переключением указанных двигателей в сети переменного тока, в частности, в сеть, питаюшую преобразователь.

Известен преобразователь частоты, содержаший управляемый выпрямитель, питаемый от сети переменного тока, выход которого через сглаживаюший реактор и инвертор тока с отсекаюшими диодами подключен к, синхронной машине (11.

Частота и фаза выходного напряжения преобразователя определяется частотой и фазой импульсов управления инвертором, которые в стационарных режимах могут задаваться независимо, так как коммутационная устойчивость инвертора обеспечивается включением в его силовую схему специальных коммутируюших конденс;1торов.

Мошность этих конденсаторов значительна и может составлять до 30 4 мош5 ности двигателя, что увеличивает габариты, вес и стоимость преобразователя, усложняет его силовую схему. Перечисленные недостатки ограничивают область

10 применения подобных преобразователей.

Известен также статический преобразователь частоты для синхронной машины содержаший управляемый выпрямитель, питаемый от сети переменного тока, выl5 . ход которого через сглаживаюший реактор подключен к входным шинам инвертора тока, систему управления выпрямителем, систему управления инвертором, датчик тока в силовой пепи преобразователя, первый сумматор, выход которого соединен со входом системы управления выпрямителем, источник опорной частоты, второй сумматор и фазочастотный дискриминатор, причем один вход фазочастотного

6996 дискриминатора подключен к выходу преобразователя, другой - к выходу источника опорной частоты, выход соединен с одним из входов второго сумматора, другой вход которого соединен со входом инвертора, выход второго сумматора соединен со входом системы управления инвертором, один вход первого сумматора подключен к вьмоду датчика тока, на другой вход первого сумматора подключен выход задатчика тока в силовой цепи преобразователя f2).

Недос татком известного преобразователя является то, что он не обеспечивает синхронизации частоты и фазы выходного напряжения преобразователя, а следовательно, не может быть использован для синхронизации синхронной машины с сетью переменного тока.

Целью изобретения являются синхронизация частоты и фазы выходного напряжения преобразователя с частотой и фазой сети переменного тока.

Для этою в статический преобразователь частоты для синхронной машины, содержаший управляемый выпрямитель, питаемый от сети переменного тока, выход которого через сглаживаюший реактор подключен к входным шинам инвер=ора тока, систему управления выпрямителем, систему управления инвертором, датчик тока в силовой цепи преобразователя, первый сумматор, вьмод которого соединен со входом системы управления выпрямителем, источник опорной частоты, второй сумматор и фаэочастотный дискриминатор, причем один вход фазочастОТЯОГО дискриминатора подключен к вы

g0 ходу преобразователя, другой - к выходу источника опорной частоты, выход соединен с одним из входов второго сумматора. другой вход которого соединен со входом инвертора, выход второго сумматора соединен со входом системы управления

45 инвертором, один вход первого сумматора подключен к выходу датчика тока, на другой вход первого сумматора. подключен вьмод задатчика тока в силовой IleIIH

50 преобразователя, в преобразовате(ц дополнительно введен фазовый дискриминатор, один вход которого подключен к выходу преобразователя, другой - к сети переменного тока, а выход соединен с

55 одним управляюшим входом источника опорной частоты, другой управлякший вход которого подключен к сети переменного тока.

26

В данном преобразователе при изменении частоты и фазы выходного напряжения преобразователя сигнал с выхода. фазочастотного дискриминатора корректирует угол управления инвертором, при этом сохраняется коммутационная устойчивость инвертора.

Для выравнивания напряжений на выходе преобразователя и на шинах сети переменного тока преобразователь дополнительно снабжен датчиком небаланса указанньм напряжений, один вход которого подключен к выходу преобразователя, другой — к сети переменного тока, а выход соединен со входом регулятора выходного напряжения преобразователя.

После выравнивания. частоты, фазы и амплитуды напряжений на выходе и входе преобразователя он шунтируется выключателем, что позволяет переключить синхронную машину в сеть переменного тока безтолчковым образом.

На чертеже представлена принципиальная электрическая блок-схема преобразователя, выполненная согласно данному изобретению.

Преобразователь содержит управляемый выпрямитель 1, питаемый от сети .2 переменного тока. На входе преобразователя включен датчик 3 тока в силовой цепи преобразователя, выходной сигнал которого поступает на один из входов первого сумматора 4, на другие входы которого подаются сигнал положительной обратной связи по напряжению на входных шинах инвертора 5 тока, снимаемый с делителя 6, и сигнал 7 задания по току (задатчик тока) в силовой цепи преобразователя.

Выпрямитель 1 соединен с инвертором 5 тока через сглаживаюшнй реактор 8.

Регулирование выходного напряжения выпрямителя осушествляется системой 9 упр,:;аления выпрямителем. На вход системы 10 управления инвертором поступает сигнал с выхода второго сумматора 11, который определяет частоту выходного напряжения преобразователя, нагрузкой которого является, например, синхронная машина 12.

На входы сумматора 11 поступают сигналы положительной обратной связи ло напряжению на входных шинах инвертора 5 тока и сигнал с выхода фазочастотного дискриминатора 13, один из входов которого подключен к выходу

69;<2

4о увеличению электромагнитного момента на валу синхронной машины и ее скорости, т.е. к увеличению частоты выходного напряжения преобразователя.

При отклонении фазы выходного напряг жения преобразователя от фазы напряжения сети переменного тока (в трехфазной системе сравниваются все три фазы) сигнал с выхода фазового дискриминатора 1 8 воздействует на вход зада50

55 так как сигнал с выхода фазочзстотного

5 источника 14 опорной частоты, синхронизированного сетью 2 переменного тока, Источник 14 опорной частоты включает в себя задаюший генератор 15, кольцевой респределителт, 16 и коммутатор 17, на вход которого подается напряжение сети 2 переменного тока.

Управление работой коммутатора осушествляется кольцевым распределителем 16.

На вход задаюшего генератора 15 поступает сигнал с выхода коммутатора 17, сигнал с выхода фазового дискриминатора 18, а также сигнал с "-адатчика 19 начальной фазы выходных импульсов источника опорной частоты, причем один вход фазового дискриминатора подключен к сети переменного токачерез трансформатор 20, а другой вход через трансформатор 21 подключен к выходу преобразователя, Фазочастотный дискриминатор 13 выполнен на управляемых ключах 22, выход которых подключен к одному из входов сумматора 11. На входы ключей 22 через трансформатор 21 подается напряжение с выхода преобразователя, а управление ключами осушествляется кольцевым распределителем 16 источника 14 опорной частоты.

Выравнивание напряжений на выходе преобразователя и на шинах сети переменного тока осушествляется датчиком 23 небаланса напряжений, выход которого соединен со входом регулято- ра 24 выходного напряжения преобразоВа те ля.

Сигналы с выхода датчика 23 небаланса и фазового дискриминатора 18 поступают на схему 25 совпадений, выходной сигнал которой управляет шунтируюшим выключателем 26, подключаюшим нагрузку к сети переменного тока.

С нормально открытых контактов 27 выключателя 26 подается сигнал в систему 9 управления выпрямителем и систему 10 управления инвертором, который осушествляет блокирование рабочих импульсов выпрямителя и инвертора.

Преобразователь подключен к сети переменного тока через выключатель 28, а к нагрузке — через выключатель 29.

Преобразователь работает следуюшим образом.

На выходе сумматора 4 формируется сигнал, обеспечиваюший работу выпрямителя 1 в режиме токоограничения, т.е. в режиме стабилизации выходного ToKQ

1о !

5 го

25 зо

35 выпрямителя, а следовательно, и вход— ного тока инвертора 5 тока. При отсутствии сигнала с abrxoua фазочастотногхт дискриминатора 13 частота выходного напряжения преобразователя определяется коэффициентом обратной связи чо напряжению на входных шинах инвертора, который выбирается таким образом, что в заданном диапазоне изменения нагрузки (момента сопротивления на валу синхронной машины) угол инвертирования (угол между первыми гармониками выходного тока и напряжения преобразователя) всегда больше некоторого минимального допустимого угла инвертирования, что обеспечивает коммутационную устойчивость инвертора, При этом фаза выходного напряженич преобразователя не определена и может изменяться при колебаниях, напрнмер, момента на валу синхронной машины.

На выходе фазочастотного дискриминатора 13 формируется сигнал, пропорциональный интегралу от разности частоты напряжения на выходе преобразователя и частоты напряжения сети переменного тока.

При отклонении частоты выходного напряжения преобразователя от частоты напряжения сети переменного тока сигнал с выхода фазочастотного дискриминатора 13 изменяет угол инвертирования Ц таким образом, что, например, при уменьшении частоты выходного напряжения преобразователя, угол инвертирования ч также уменьшается, при этом подводимая, например, к синхронной машине мошность

I„U соаЧувеличивается, что приводит к с1 аь1 юшего генератора 15 источника опорной частоты, что приводит к изменению фазы выходных импульсов источника опорной частоты 14, а следовательно, и фазы выходного напряжения преобразователя, дискриминатора 13 должен оставатьс.я неизменным(так как частота выходного напряжения не изменяется и остается постоянной и равной г>ходной), 6! М)626

5 .0 !

20 1астота пульсаций выходного напряжения фазочастотного и фазового дискриминаторов равна (ипи кратна) частоте пульсаций напряжения на входных шинах инвертора (в данном случае частота пульсаций равна шестикратной частоте выходного напряжения преобразователя).

Зто обеспечивает максимальное быстродействие системы регулирования и, следовательно, минимальное отклонение частоты и фазы выходного напряжения преобразователя от частоты и фазы сети переменного тока. При этом в контуре стабилизации частот.ы и фазы нет элементов с большим коэффициентом усиления, что позволяет получить высокую динамическую стабильность привода.

Диапазоны изменения выходных сигналов фазочастотного и фазового дискриминаторов выбираются таким образом, чтобы диапазон изменения угла инвертирования 4 нахбдился в пределах, обеспечивающих коммутационную устойчивость инвертора.

Датчик 23 небаланса напряжений на шинах сети переменного тока и на выходе преобразователя, воздействуя на регулятор 24 выходного напряжения преобразователя, осуществляет выравнивание указанных напряжений, изменяя, например, ток возбуждения синхронной машины. Если О ьд„преобразователя больше напряжейия на шинах сети переменного тока, то ток возбуждения уменьшается, если меньше — увеличивается.

При равенстве частоты, фазы и амплитуды напряжения на выходе преобразователя и на шинах сети переменного тока можно шунтировать преобразователь и тем самым переключить синхронную машину в сеть переменного тока безтолчковым образом.

Сигнал на включение шунтируюшего выключателя 26 подается схемой 25 совпадений, которая фиксирует совпадение фаз и амплитуд напряжений на входе и выходе преобразователя. Г!ри включении шунтируюшего выключателя 26 замыкаются нормально открытые контакты 2 и в системы управления выпрямителем и ннвсртором подается сигнал на блокировку рабочих импульсов управления тиристорами выпрямителя и инне ртора.

Таким образом, синхронная машина 12 переключается на питание от сети переменного тока. 11ри этом как в режиме разгона, так и при переключении ее в

55 сеть, питающую преобразователь, ток статора синхронной машины не превышает тока, определяемого сигналом 7 задания по току в силовой цепи преобразователя.

Разгон синхронной машины до подсинхронной скорости обеспечивается за счет сигнала положительной обратной связи по напряжению на входных шинах инвертора тока, который подается на один из входов сумматора 11, Применение данного преобразователя позволяет ограничить пусковые токи мощных и сверхмощных синхронных машин на уровне не более номинальных, что значительно увеличивает их срок службы и cíèæàåò требования к мощности оборудования питающих сетей.

Формула изобретения

1. Статический преобразователь частоты для синхронной машины, содержащий управляемый выпрямитель, питаемый от сети переменного тока, выход которого через сглаживающий реактор подключен к входным шинам инвертора тока, систему управления выпрямителем, систему управления инвертором, датчик тока в силовой цепи преобразователя, первый сумматор, выход которого соединен со входом системы управления выпрямителем, источник опорной частоты, второйсумматор и фазочастотный дискрйминатор, причем один вход фазочастотного дискриминатора подключен к выходу преобразователя, другой - к выходу источника опорной частоты, выход соединен с одним из входов второго сумматора, другой вход которого соединен со входом инвертора, выход второго сумматора соединен со входом системы управления инвертором, один вход первого сумматора подключен к выходу датчика тока на другой вход первого сумматора подключен выход задатчика тока в силовой цели преобразователя, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью синхронизации частоты и фазы выходного напряжения преобразователя с частотой и фазой сети переменного тока, в преобразователь дополнительно введен фазовый дискриминатор, один вход которого подключен к выходу преобразователя, другой - к сети переменного тока, а выход соединен с одним управляющим входом источника опорной частоты, другой управляющий вход которого подключен к сети переменного юка.

6996

2. Преобразователь по н. 1, о т л ичаюшийся тем,что,сцельювыравнивания напряжений на входе и выходе преобразователя, он снабжен датчиком небаланса входного и выходного напря5 жений, один вход которого подключен к выходу преобразователя, другой — к сети переменного тока, а выход соединен со входом регулятора выходного напряжения преобразователя . t0

3. Преобразователь по пл. 1 и 2

) отличающийся тем,что,с целью плавного переключения синхронной машины в питающую сеть переменного тока, он дополнительно снабжен схемой 15 с овладения, шунтируюшим выключате лем, управляюший вход которого подключен к

26

10 выходу схемы совпадения, входы которой соединены соответственно с выходом фазового дискриминатора и датчиком небаланса напряжений, причем нормально открытые контакты шунтирующего выклю чателя блокируют выходы системы управления выпрямителем и инвертором.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

Экспресс-информация "Лвтоматизированный электропривод, электротехнология и электроснабжение промышленных предприятий, М., ВИНИТИ, 1974, ¹ 25, с. 14-1 9.

2. Заявка № 2502081/24-07, О1.07.77, по которой получено положительное решение о выдаче авт. свид.

699626

Ьых фФд

U >„gr

08blX е l/сел7

ЮБIХ

Голых ф K

a ) ф д

%0q Я и

Инпульсы упри Ялюнир ииберя оран

IЬ2. g

Заказ 7430/58 Тираж 857 Подписное

LIHHHHH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Ю. Лндреев

Редактор Ю. Челюканов Техред 9. Чужик Корректор M. Селехман