устройство для управления пуском регулируемого электропривода с автономным источником электропитания

Формула изобретения

Устройство для управления пуском регулируемого электропривода с автономным источником электропитания в виде подключаемых к общим шинам агрегатов, каждый из которых состоит из первичного двигателя и синхронного генератора, содержащее задатчик скорости, задатчик интенсивности, регулятор скорости с блоком ограничения, регулятор тока, регулируемый источник тока с датчиком тока, датчик скорости электродвигателя, датчики активной мощности каждого из синхронных генераторов, датчик напряжения на общих шинах автономного источника электропитания, причем выход задатчика скорости соединен с входом задатчика интенсивности, выход задатчика интенсивности соединен с входом регулятора скорости, блок ограничения регулятора скорости выполнен в виде компаратора, выход которого через диод соединен с входом регулятора скорости, неинвертирующий вход соединен с источником эталонного напряжения, соответствующего допускаемому току электродвигателя, выход регулятора скорости соединен с входом регулятора тока, выход регулятора тока соединен с входом регулируемого источника тока, выход датчика скорости электродвигателя соединен с входом регулятора скорости, выход датчика тока соединен с входом регулятора тока, датчики активной мощности синхронных генераторов оснащены диодами на выходе и включены выходами параллельно друг другу, отличающееся тем, что в него введены два компаратора, выходы которых через диоды соединены с входом регулятора скорости, инвертирующий вход первого компаратора соединен с выходом регулятора скорости, а неинвертирующий вход соединен с выходом датчика напряжения на общих шинах автономного источника электропитания, инвертирующий вход второго компаратора соединен с источником эталонного напряжения, соответствующего допускаемой активной мощности на выходе синхронного генератора, а неинвертирующий вход соединен с датчиками активной мощности синхронных генераторов.

Описание изобретения к патенту

Изобретение предназначено для использования в производственных установках различного назначения с автономным источником электропитания в виде одного или нескольких подключаемых к общим шинам агрегатов, состоящих из первичного двигателя (дизеля, турбины) и синхронного генератора (СГ), в частности, в буровых установках для привода лебедки.

Известны устройства для управления пуском регулируемого электропривода с автономным источником электропитания в виде дизель-генераторных агрегатов (ДГА), применяемые, например, на судах ([1] Чекунов К.А. Судовые электропривода и электродвижение судов. -Л. Судостроение, 1986, с. 352), буровых установках ([2] Создание комплексной системы электроприводов и НКУ для полупогружной буровой установки ППБУ 6500/300. Комплексная система электроприводов технологических механизмов полупогружной буровой установки ППБУ 6500/300, технический проект (откорректированный) ЕИЛА, 650066. 102ТП, М. ВНИИ электропривод, 1988, 166 с.).

Из известных устройств наиболее близкой по технической сущности является система регулирования скорости электропривода лебедки и ротора, описанная в техническом проекте [2] схема которой приведена на рис. 4, 5, листе 38 упомянутого проекта. Система содержит задатчик скорости, задатчик интенсивности, регулятор скорости, регулятор тока, регулируемый источник тока в виде тиристорного преобразователя, питаемого от общих шин переменного тока, к которым могут быть подключены один или несколько ДГА. В цепи обратной связи регулятора тока установлены два встречно включенных стабилитрона, предназначенных для ограничения на заданном уровне напряжения на выходе регулятора и, соответственно, тока электродвигателя в процессе пуска. Эта задача в системах подчиненного регулирования, как правило, решается с помощью блока ограничения, включаемого в цепь обратной связи регулятора скорости ([3] Башарин А. В. Новиков В.А. Соколовский Г.Г. Управление электроприводами. Л. Энергоиздат, 1982, c.392). Блок ограничения может быть выполнен, например, в виде компаратора.

Недостатком известного устройства [2] является фиксированное, не зависящее от текущих значений выходных параметров источника электропитания, ограничение пускового тока электродвигателя, что в случае недостатка мощности источника может явиться причиной аварийного отключения СГ из-за глубокой посадки напряжения или остановки дизелей из-за их перегрузки по мощности; в случае избытка мощности источника и ограничения пускового тока, выбранном по минимальному значению мощности, пуск привода будет неоправданно затянутым.

Для установок с автономным питанием типичной является ситуация, когда мощность двигателя исполнительного механизма соизмерима с мощностью ДГА и к общим шинам агрегатов подключены другие потребители, имеющие случайный характер нагрузки. Поэтому необходимо обеспечить автоматическое ограничение пускового тока двигателя исходя из условия сохранения в допустимых пределах выходных параметров ДГА, из которых определяющими являются напряжение на шинах генератора и отдаваемая в сеть активная мощность.

Особенностью процесса пуска регулируемого электропривода является изменение его энергетических характеристик по мере увеличения скорости электродвигателя. В начальной стадии, когда скорость мала, ток в обмотках статора СГ, питающего регулируемый электропривод, имеет преимущественно индуктивный характер, его размагничивающее действие способствует снижению напряжения на выходе СГ. По мере увеличения скорости пускаемого двигателя увеличивается доля активной составляющей в токе статора СГ, снижается его размагничивающее действие, что благоприятно влияет на процесс пуска. Однако при этом увеличиваются активная мощность на выходе СГ и мощность на валу дизеля, наибольшее допускаемое значение которой определяется перегрузочной способностью дизеля (110. 115% номинальной мощности). При превышении этого значения снижается скорость вращения дизеля, появляются перебои в работе, вследствие чего дизель может остановиться.

Число работающих агрегатов может быть произвольным, причем при параллельной работе возможна неодинаковая нагрузка генераторов по активной мощности. В этом случае уровень ограничения пускового тока должен определяться наиболее загруженным генератором. Задача выделения наибольшего значения активной мощности одного из нескольких работающих генераторов может быть решена, например, с использованием известной схемы, в которой каждый СГ снабжен датчиком активной мощности и выходы датчиков через диоды соединены параллельно.

При достаточно большой мощности ЛГА, подключенных к общим шинам, уровень пускового тока может быть увеличен вплоть до значения, допускаемого для регулируемого источника тока и электродвигателя. Однако известное устройство не обеспечивает автоматического изменения уровня пускового тока в зависимости от выходных параметров автономного источника электропитания.

Целью изобретения является повышение надежности электропитания и повышение быстродействия при пуске электропривода с автономным источником электропитания.

Цель достигается тем, что в устройство для управления пуском регулируемого электропривода с автономным источником электропитания в виде подключаемых к общим шинам агрегатов, каждый из которых состоит из первичного двигателя и синхронного генератора, содержащее задатчик скорости, задатчик интенсивности, регулятор скорости с блоком ограничения, регулятор тока, регулируемый источник тока с датчиком тока, датчик скорости электродвигателя, датчик активной мощности каждого из синхронных генераторов, датчик напряжения на общих шинах автономного источника электропитания, причем выход задатчика скорости соединен с входом задатчика интенсивности, выход задатчика интенсивности соединен с входом регулятора скорости, блок ограничения регулятора скорости выполнен в виде компаратора, выход которого через диод соединен с входом регулятора скорости, неинвертирующий вход соединен с источником эталонного напряжения, соответствующего допускаемому току электродвигателя, выход регулятора скорости соединен с входом регулятора тока, выход регулятора тока соединен с входом регулируемого источника тока, выход датчика скорости электродвигателя соединен с входом регулятора скорости, выход датчика тока соединен с входом регулятора тока, датчики активной мощности синхронных генераторов оснащены диодами на выходе и включены выходами параллельно друг другу, введены два компаратора, выходы которых через диоды соединены с входом регулятора скорости, инвертирующий вход первого компаратора соединен с выходом регулятора скорости, а неинвертирующий вход соединен с выходом датчика напряжения на общих шинах автономного источника электропитания, инвертирующий вход второго компаратора соединен с источником эталонного напряжения, соответствующего допускаемой активной мощности на выходе синхронного генератора, а неинвертирующий вход соединен с датчиками активной мощности синхронных генераторов, оснащенными диодами на выходе и включенными выходами параллельно друг другу.

Указанные выше признаки позволяют обеспечить автоматически контролируемый пуск двигателя от установки соизмеримой мощности на всех этапах процесса. При этом необходимо учесть следующее.

Любые сбои при запуске двигателей от электростанции ограниченной мощности крайне нежелательны. К значительным потерям времени приводит и обычное срабатывание защиты из-за недопустимого снижения напряжения на шинах, и, особенно, остановка дизеля. Поэтому персонал нередко прибегает к ручному управлению для снижения темпа пуска. При этом используется опыт и интуиция работников, но без какой-либо гарантии на оптимальность. Чаще всего персонал при ручном управлении ограничивает ток с "запасом", и возможности источника полностью не используются.

Как уже упоминалось выше, анализ процесса пуска двигателя показал, что в начальный период нагрузка синхронных генераторов носит индуктивный характер, и приводные дизели недогружены, но ток, потребляемый двигателем, велик, и вполне вероятно существенное снижение напряжения в шинах. Тем более могут повлиять другие потребители, подключенные к тем же шинам.

По мере разгона увеличивается потребление активной мощности, дизель нагружается и становится вероятной перегрузка приводных дизелей.

В заявленном техническом решении предусматриваются средства для контроля как напряжения генератора, так и активной мощности. При выходе одной из этих величин за установленные пределы срабатывает соответствующий компаратор и тогда происходит ограничение тока до величины, позволяющей сохранить приемлемый уровень напряжения на шинах и уровень мощности дизеля соответственно. Каждая из величин измеряется и контролируется автономно, т.е. никакого взаимодействия между ними не предусматривается. Они связаны лишь общим процессом пуском двигателя, на который они и воздействуют. В результате удается получить контролируемый на всех этапах пуск двигателя от источника ограниченной мощности, чего не достигалось в известных предшествующих решениях. Это может рассматриваться как новое свойство объекта и свидетельствует о его соответствии критерию изобретательного уровня.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит задатчик скорости 1, сигнал с которого через задатчик интенсивности 2, регулятор скорости 3, поступает на вход регулятора тока 4. При скачкообразном увеличении сигнала на выходе задатчика скорости 1 сигнал на выходе задатчика интенсивности 2, являющийся заданием скорости, возрастает плавно. На вход регулятора скорости 3 подается разность сигналов задатчика интенсивности 2 и датчика скорости 7. Выход регулятора скорости 3 является заданием для регулятора тока 4, на вход которого подается также сигнал с датчика тока 8. Плавно возрастающее напряжение на выходе регулятора тока 4 вызывает постепенное увеличение напряжения на выходе регулируемого источника тока 5, что обеспечивает постоянство тока, потребляемого электродвигателем 6 и разгон его до установившейся скорости с постоянным моментом.

Если темп нарастания напряжения на выходе задатчика интенсивности 2 будет выше темпа разгона электродвигателя 6, то в этом случае напряжение на выходе регулятора скорости 3 будет нарастать более интенсивно и при значении, эквивалентном допускаемому току электродвигателя 6, изменится знак напряжения на выходе компаратора 9, напряжение на выходе регулятора скорости 3 будет ограничено на заданном уровне, значение тока, потребляемого электродвигателем 6, будет равно допускаемому.

В случае снижения напряжения на общих шинах до предельно допускаемого значения изменится знак напряжения на выходе компаратора 10, на неинвертирующий вход которого подается сигнал, снимаемый с датчика напряжения 12, а на инвертирующий сигнал с выхода регулятора скорости, ток электродвигателя будет ограничен на достигнутом уровне. С ростом напряжения на шинах величина установки неинвертирующего входа компаратора 10 автоматически увеличивается и при напряжении, составляющем 80% от номинального значения, она эквивалентна допускаемому току электродвигателя.

Когда активная мощность любого из параллельно включенных генераторов 16, 17, 18, приводимых во вращение первичными двигателями 19, 20, 21, достигнет максимальной величины, соответствующей перегрузочной способности первичного двигателя, тогда изменится полярность напряжения на выходе компаратора 11, на один из входов которого подано постоянное напряжение, на другой напряжение, пропорциональное активной мощности СГ, снимаемое с датчиков активной мощности 13, 14, 15, наступит ограничение сигнала на выходе регулятора скорости 3, тока электродвигателя 6 и мощности, потребляемой от ДГА. Дальнейший разгон электродвигателя до максимальной скорости происходит при постоянной мощности на выходе СГ.

Если суммарная мощность агрегатов, подключенных к общим шинам, превышает суммарную мощность, потребляемую электродвигателем 6 и другими потребителями 22, и не происходит снижения напряжения на шинах, то полярность компараторов 10 и 11 остается неизменной, пусковой ток электродвигателя имеет максимальное значение, ограниченное действием компаратора 9.

Предлагаемое устройство, в котором в процессе пуска электродвигателя автоматически отслеживаются выходные параметры автономного источника электропитания, имеет повышенную надежность электропитания, позволяет реализовать пусковые режимы с наибольшим быстродействием.