СПОСОБ ПУСКА И РЕСИНХРОНИЗАЦИИ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ

СПОСОБ ПУСКА И РЕСИНХРОНИЗАЦИИ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ


RU (11) 2064219 (13) C1

(51) 6 H02P1/50 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 25.10.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(14) Дата публикации: 1996.07.20 
(21) Регистрационный номер заявки: 5037027/07 
(22) Дата подачи заявки: 1992.04.13 
(45) Опубликовано: 1996.07.20 
(56) Аналоги изобретения: Соколов Н.И. и др. Ресинхронизация синхронных двигателей многократной форсировкой возбуждения, Электричество, 1975, N 5, с.43-48. 2. Слодарж М.И. Режимы работы релейной защиты и автоматики синхронных электродвигателей, М., Энергия, 1977, с.216. 3. Абрамович Б.Н., Круглый А.А. Возбуждение, регулирование и устойчивость синхронных двигателей Л., Энергия, 1983, с.128. 4. Носов К.Б., Дворак Н.М., Средства и способы самозапуска электродвигателей, Кемеровск, о.н. изд-во, 1985, с.128. 5. Авторское свидетельство СССР N 1594670, Н 02 Р 1/50, 1990. 
(71) Имя заявителя: Донецкий политехнический институт (UA) 
(72) Имя изобретателя: Сивокобыленко Виталий Федорович[UA]; Краснокутская Галина Владимировна[UA] 
(73) Имя патентообладателя: Донецкий политехнический институт (UA) 

(54) СПОСОБ ПУСКА И РЕСИНХРОНИЗАЦИИ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ 

Изобретение может быть использовано для возбуждения синхронных машин с преобразователем с двусторонней проводимостью. В способе пуска и ресинхронизации синхронной машины ее обмотку возбуждения подключают к преобразователю с двусторонней проводимостью, а обмотку статора - к напряжению питающей сети. Осуществляют циклическое управление проводимостью упомянутого преобразователя, переводя его из инверторного режима в выпрямительный , когда знак первой производной угла сдвига фазы между током и напряжением статора положительно. В обмотку возбуждения напряжение подают со знаком, совпадающим со знаком производной тока в обмотке возбуждения. Перевод в инверторный режим преобразователя осуществляют при отрицательном знаке производной. При подсинхронной скорости вращения ротора прекращают циклическое управление преобразователем после очередного перевода его в выпрямительный режим.2 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



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 if 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 iA, iB, iC мгновенные значения фазных токов статора,

UA,UB,UC 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 if в обмотке возбуждения, скорости вращения ротора двигателя, электромагнитного момента m, угла v сдвига фаз между током и напряжением статора Эквивалентное сопротивление Rэкв и напряжение Uв 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 if. 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 if, напряжение со второго выхода блока 8 дифференцирования тока, принимающее два дискретных значения в зависимости от знака тока if, 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 Ur+, Ur-; Uв+, Uв- 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 if. Сигналы Uв+, Uв- соответствуют форсированному выпрямительному режиму работы преобразователя системы возбуждения. Ток обмотки возбуждения if с измерительного шунта 4 поступает на входы датчика 5 скольжения и блока 8 дифференцирования тока. Измерение скольжения производится путем измерения периода тока if. 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. 


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.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал

Подборка патентов изобретений и технологий относящихся к ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕ:
Гелиоэнергетика - Солнечные электростанции, Солнечные батареи. Солнечные коллекторы;
Ветроэнергетика - Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели;
Волновые электростанции. Гидроэлектростанции;
Термоэлектрические источники тока;
Химические источники тока;
Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ;
Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии;
Генераторы постоянного электрического тока. Электрические машины.



Устройства и способы получения, преобразования, передачи, экономии и сохранения электрической энергии




СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+электрический -генератор".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "генератор" будут найдены слова "генераторы", "ренераторов" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("генератор!").


Солнечные электростанции. Гелиоэнергетика | Ветроэнергетические установки. Ветродвигатели. Ветрогенераторы | Волновые, геотермальные и гидроэлектростанции | Термоэлектрические источники тока | Химические источники тока. Накопители электроэнергии. Батареи и аккумуляторы | Нетрадиционные устройства и способы получения, преобразования и передачи электрической энергии | Устройства и способы экономии и сохранения электроэнергии | Генераторы постоянного и переменного электрического тока. Электрические машины


Рейтинг@Mail.ru