способ пуска и ресинхронизации синхронной машины

Формула изобретения

Способ пуска и ресинхронизации синхронной машины с системой возбуждения, содержащей преобразователь с двухсторонней проводимостью, при котором обмотку возбуждения подключают к преобразователю с двухсторонней проводимостью, который переводят в инверторный режим, а обмотку статора подключают к трехфазному напряжению питающей сети, от которой производят пуск и ресинхронизацию, при этом измеряют ток обмотки возбуждения, определяют скольжение и при величине скольжения, соответствующей подсинхронной скорости вращения, переводят упомянутый преобразователь в выпрямительный режим, подавая напряжение в обмотку возбуждения синхронной машины, отличающийся тем, что измеряют ток и напряжение статора и определяют мгновенные значения угла сдвига фаз между током и напряжением, знаки первых производных этого угла и тока в обмотке возбуждения и при скоростях вращения, меньших подсинхронной, производят циклическое управление преобразователем с двухсторонней проводимостью, переводя его из инверторного режима в выпрямительный в момент, когда знак первой производной угла сдвига фаз между током и напряжением статора становится положительным, и переводят указанный преобразователь в инверторный режим в момент, когда знак упомянутой производной становится отрицательным, при этом при переводе преобразователя с двухсторонней проводимостью при циклическом управлении в выпрямительный режим подачу напряжения в обмотку возбуждения синхронной машины осуществляют со знаком, совпадающим со знаком производной тока в обмотке возбуждения, при достижении ротором синхронной машины подсинхронной скорости вращения прекрашают циклическое управление проводимостью преобразователя с двухчастотной проводимостью после очередного перевода его в выпрямительный режим.

Описание изобретения к патенту

Предлагаемое техническое решение относится к области электротехники и может быть использовано для синхронных машин с возбудителями, содержащими преобразователи с двусторонней проводимостью.

Целью является улучшение моментных характеристик в режимах пуска и ресинхронизации за счет совершенствования управления преобразователем и более эффективного его использования.

Известен способ асинхронного пуска и ресинхронизации [1] в котором вращающий момент двигателя может быть увеличен по сравнению со способами пуска с использованием в цепи возбуждения постоянного активного сопротивления [2] или сопротивления с изменяющейся кратностью [3]

Повышение электромагнитного момента достигается за счет применения циклической форсировки возбуждения и гашения поля в функции угла положения ротора относительно поля статора и скольжения [1]

Положительный эффект применения этого способа состоит в следующем: при пуске синхронной машины за счет циклических многократных форсировок возбуждения можно создать дополнительный ускоряющий момент. При этом форсированное возбуждение одного знака должно подаваться в оптимальные моменты времени (соответствующие оптимальным углам положения ротора) и действовать в течение промежутков времени, когда оно способствует возрастанию синхронного момента, а также сниматься тогда, когда оно могло бы способствовать торможению машины. Гашение поля в паузах способствует уменьшению момента торможения. Чем больше кратность форсировки, тем больше дополнительный синхронный момент. Недостатком способа является необходимость в установке датчика положения ротора на валу машины, что не всегда технически осуществимо (особенно там, где эксплуатируются машины закрытого использования, без свободного доступа к торцу вала).

Существует способ, аналогичный выше описанному в котором используется устройство косвенного определения угла q [4] С помощью этого устройства осуществляют управление по цепи возбуждения синхронной машины в функции угла q и скольжения (циклические форсировки и гашение).

Недостатком способа, описанного в [4] является низкая точность в определении q, что ведет к снижению эффективности управления возбуждения. При косвенном определении используют значения параметров схемы замещения машины, которые необходимо определять заранее и которые находят приближенно из сравнительно сложного эксперимента или расчетным путем. Из-за зависимости параметров от режима работы, температуры, эффектов вытеснения токов, насыщения и других факторов возникают большие погрешности в определении q, а, следовательно, оптимальных углов управления преобразователем. Общим недостатком этих способов является наличие громоздких активных гасительных сопротивлений и сопутствующих элементов схемы управления возбуждением(тиристоров и других элементов).

Известно устройство, в котором осуществляется пуск и ресинхронизация синхронной машины с системой возбуждения, содержащей преобразователь с двухсторонней проводимостью. Обмотку возбуждения подключают к упомянутому преобразователю, который переводят в инверторный режим, а обмотку статора подключают к трехфазному напряжению сети, от которой осуществляют пуск и ресинхронизацию, при этом измеряют ток обмотки возбуждения, определяют скольжение и при величине скольжения, соответствующей подсинхронной скорости вращения, переводят упомянутый преобразователь в выпрямительный режим, подавая напряжение в обмотку возбуждения синхронной машины [5]

Данный способ наиболее близок к данному изобретению.

Недостаток способа заключается в том, что в нем на всегда обеспечивается успешный пуск и ресинхронизация сильно загруженных двигателей, а также двигателей с относительно низким значением входного момента (при S 0,05). Это объясняется тем, что при таком способе пуска (ресинхронизации) развиваемый двигателем момент не может превысить максимальное значение электромагнитного момента, имеющее место при пуске с обмоткой возбуждения, закороченной на активное сопротивление, изменяющееся в функции скольжения. Повышение результирующего момента может быть достигнуто, если с помощью управления преобразователем обеспечить режим многократных форсировок и гашения поля.

Техническим результатом изобретения является увеличение вращающего электромагнитного момента в асинхронных режимах синхронной машины с системой возбуждения, имеющей преобразователь с двусторонней проводимостью.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе пуска и ресинхронизации синхронной машины с системой возбуждения, содержащей преобразователь с двусторонней проводимостью, при котором обмотку возбуждения подключают к преобразователю с двусторонней проводимостью, который переводят в инверторный режим, а обмотку статора подключают к трехфазному напряжению питающей сети, от которой производят пуск и ресинхронизацию, при этом изменяют ток обмотки возбуждения, определяют скольжение и при величине скольжения, соответствующей подсинхронной скорости врaщения, переводят упомянутый преобразователь в выпрямительный режим, подавая напряжение в обмотку возбуждения синхронной машины, дополнительно измеряют ток и напряжение статора и определяют мгновенные значения угла сдвига фаз между током и напряжением, знаки первых производных этого угла и тока в обмотке возбуждения и при скоростях вращения, меньших подсинхронной, производят циклическое управление преобразователем с двусторонней проводимостью, переводя его из инверторного режима в выпрямительный в момент, когда знак первой производной угла сдвига фаз между током и напряжением статора становится положительным, и переводят указанный прe- образователь в инверторный режим в момент, когда знак упомянутой производной становится отрицательным, при этом при переводе преобразователя с двусторонней проводимостью при циклическом управлении в выпрямительный режим подачу возбуждения напряжения в обмотку возбуждения синхронной машины осуществляют со знаком, совпадающим со знаком производной тока в обмотке возбуждения, при достижении ротором синхронной машины подсинхронной скорости врaщения прекращают циклическое управление проводимостью преобразователя с двусторонней проводимостью после очередного перевода его в выпрямительный режим.

Увеличение вращающего момента синхронной машины достигается за счет такого управления работой преобразователя, когда обеспечивается режим, аналогичный циклическим форсировкам и гашению поля, но не в функции от угла q, как это имеет место в [1,4] а в функции от мгновенных значений угла v сдвига фаз между обобщенными векторами тока и напряжения статора. При предлагаемом управлении используется знак производной от v, а также знак первой производной от тока i_f в обмотке возбуждения машины. Это позволяет избежать установки датчика на валу машины или применения косвенных способов определения угла между магнитными полями статора и обмотки возбуждения q c присущими этим способам недостатками. В связи с тем, что потребляемая активная мощность (электромагнитный момент двигателя) зависит от v(cos), использование знака прoизводной по углу позволяет определить при каждом провороте роторa участки возрастания и убывания активной мощности. На границе этих участков и должны производиться переключения режимов рабo- ты преобразователя с инверторного на выпрямительный и наоборот. Такое управление обеспечивает максимальное значение вращающего момента в режимах форсировки и гашения поля. Такой подход позволяет избежать погрешностей способов косвенного определения углов и a, где a угол, зависящий от текущего скольжения S[4] Таким образом, не используются сведения о параметрах схемы замещения машины, исключается устройство, а следовательно, и погрешности и недостатки реализованного в нем способа. Мгновенное значение угла v при реализации предлагаемого способа можно определить, например, в соответствии с формулой



где i_A, i_B, i_C мгновенные значения фазных токов статора,

U_A,U_B,U_C мгновенные значения фазных напряжений статора.

На фиг. 1 представлен фрагмент временной диаграммы пуска синхронного двигателя с использованием данного способа.

На фиг.2 показала структурная схема устройства,с помощью которого может быть осуществлен рассматриваемый способ.

Диаграмма, фрагмент которой представлен на фиг.1, получена в результате работы математической модели с параметрами двигателя ДС3-2209-60 (номинальная мощность 2460 кВт, загрузка 90% кратность эквивалентного сопротивления равна 5, коэффициент форсировки возбуждения в инверторном режиме 5, в выпрямительном режиме 1,5, напряжение на секции номинальное). Временная диаграмма иллюстрирует характер изменения при пуске тока i_f в обмотке возбуждения, скорости вращения ротора двигателя, электромагнитного момента m, угла v сдвига фаз между током и напряжением статора Эквивалентное сопротивление R_экв и напряжение U_в на обмотке возбуждения изменялись по циклическому закону. Как видно из временной диаграммы, кривые m и v в процессе разгона имеют колебательный характер, частоты колебаний угла и момента совпадают, зависят от скольжения и в 2 раза выше частоты колебаний тока i_f. При этом экстремальные точки m и v практически совпадают во времени на участке действия циклических переключений, интервалы возрастания и убывания m и v, находящиеся между экстремальными точками, имеют практически совпадающие границы. Таким образом, совпадают во времени и интервалы, на которых знаки первых производных угла и момента соответственно положительны и отрицательны. Поэтому управление в функции от знака производной угла эквивалентно управлению в функции от знака производной момента. Угол зажигания тиристоров преобразователя с двусторонней проводимостью изменяют следующим образом. В периоды времени, когда первая производная угла сдвига фаз отрицательна, преобразователь работает в инверторном режиме (эквивалентно включению активного сопротивления). В периоды времени, когда эта производная положительна, преобразователь работает в выпрямительном режиме, при этом полярность напряжения, подаваемого на обмотку возбуждения, зависит от знака производной тока в обмотке возбуждения в момент переключения. Положительному знаку производной тока соответствует положительное возбуждение, отрицательному отрицательное возбуждение. После достижения двигателем в процессе разгона подсинхронной скорости преобразователь переводят в выпрямительный режим работы, циклические переключения на этом прекращают и двигатель втягивается в синхронизм.

Устройство, с помощью которого может быть осуществлен данный способ, составлено из блока 1 измерительных преобразователей, датчика угла 2, блока 3 дифференцирования угла, измерительного шунта 4, датчика скольжения 5, блока логики 6, возбудителя 7, блока 8 дифференцирования тока в обмотке возбуждения, фазоимпульсного устройства 9. С выходов блока 1 измерительных прe- образователей напряжения, пропорциональные мгновенным значениям фазных токов и напряжений статора, поступают на входы датчика 2 угла, выходной сигнал которого пропорционален мгновенному значению угла v. Этот сигнал с выхода датчика 2 угла поступает на вход блока 3 дифференцирования угла. Выходной сигнал блока 3 дифференцирования угла принимает два дискретных значения в зависимости от знака производной угла v. Это нулевой уровень, когда производная положительна, и отличный от нулевого уровень, когда производная отрицательна. Выход блока 3 дифференцирования угла соединен с одним из входов блока 6 логики, на другие входы которого поступают следующие сигналы: напряжение, пропорциональное величине скольжения S ротора, с выхода датчика 5 скольжения, напряжение с первого выхода блока 8 дифференцирования тока, принимающее два дискретных значения в зависимости от знака производной тока i_f, напряжение со второго выхода блока 8 дифференцирования тока, принимающее два дискретных значения в зависимости от знака тока i_f, а также напряжение соответствующее уставке по скольжению S1. Последняя соответствует подсинхронной скорости, при которой необходимо прекращать циклические переключения. Блок 6 логики осуществляет управление работой преобразователя 7 в соответствии с заявляемым способом. С выхода блока 6 логики осуществляется подача сигналов U_r+, U_r-; U_в+, U_в- на входы дополнительного фазоимпульсного устройства 9. Последнее выдает две седин импульсов U₁ и U₂ для управления тиристорами преобразователя 7 Сигналы Ur+ и Ur-соответствуют режиму форсированного гашения (инвертирования) при положительной и отрицательной полярности тока i_f. Сигналы U_в+, U_в- соответствуют форсированному выпрямительному режиму работы преобразователя системы возбуждения. Ток обмотки возбуждения i_f с измерительного шунта 4 поступает на входы датчика 5 скольжения и блока 8 дифференцирования тока. Измерение скольжения производится путем измерения периода тока i_f. Данный способ позволяет также осуществить автоматическую десинхронизацию синхронной машины после кратковременных перерывов питания (нарушений электроснабжения), вызванных короткими замыканиями и глубокими понижениями напряжения. При переходе синхронного двигателя в асинхронный режим и превышении текущим скольжением заданной установки скольжения начинает осуществляться циклическое управление возбуждением, благодаря чему увеличивается входной момент, а это облегчает вхождение двигателя в синхронизм, то есть обеспечивает его успешную ресинхронизацию.