Способ автоматического включения резервного питания потребителей,содержащих синхронные двигатели

Способ автоматического включения резервного питания потребителей,содержащих синхронные двигатели

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к способу автоматического включения резервного питания синхронных двигателей. Цель - повышение надежности автоматического включения резервного питания синхронного двигателя при сохранении его динамической устойчивости за счет уменьшения тока самозапуска. В сети, состоящей из основного и резервного источников питания, секционного выключателя , параллельно которо гу подключен тиристорный выключатель, при повреждении основного источника его отключают при превышении углом Э между напряжениями основного и резервного источников заданной уставки . Измеряют напряжение на основном источнике, равное напряжению на синхронном двигателе Е., и напряжение на резервном источнике U. Определяют результирующий вектор напряжения между двигателем.и резервным источником uE, приведенный к частоте источника , и угол о межд.у векторами UE и по формуле S arccos /Uc/ - /Еде/cos 9.. -т- , Un- -AJ/UC/ + /Ёдв/ -2/ис/-/Ёдв/со5е ределяют угол включения тиристоров тиристорного выключателя как oif, 0 где Хр-фазный угол результирующего вектора uE, определяемый по регулировочной характеристике тиристорного регулятора напряжения для кулевого значения первой гармонической составляющей напряжения &Е. Включают тиристорный выключатель при значении угла об oJ.(,, затем «6 изменяют в соот ветствии с зависимостью оС ()(-) + Лй Х- где й% )Со Хн постоянный коэффициент, равный разности предель- . ных фазовых углов вектора , обеспечивающих нулевое и номинальное значение его первой гармонической составляющей; Т - постоянная времени изменения угла 1 , определяется параметрами двигателя. Включение секционного выключателя производят с выдержкой времени, равной ЗТ-t , где с О) BKft - собственное время включения секционного выключателя. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (191 (111

А1 (д},! Н 02 J 9/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4148954/24-07 (22) 18. 11.86 (46) 07.09.88. Бюл. }(- 33 (71) Ленинградское проектно-экспериментальное отделение Всесоюзного государственного научно-исследовательского и проектного института "BHHHпроектэлектромонтаж (72) О,H.Ãðóýîâà и Г.1!.Рубашов (53) 62 1.3 16.925 (088 .8) о (56) Авторское свидетельство СССР

Р 708463, кл. H 02 J 9/06, 1980, Старостин В,И, Схема быстродействующего автоматического включения резервного питания. — Изв. вузов

СССР "Энергетика", } 2, 1974,с. 17-22.

Авторское свидетелЬство СССР

Ф 705602, кл. Н 02 9/06, Н 02 P

1/46, 1979, Чиликин И,Г., Козлитин Л.С, Исследование асинхронного электропривода с тиристорным регулятором напряжения. Труды ИЭИ, вып. 66 "Электромеханика", ч. I, 1966.

Горев А.А, Переходные процессы синхронной машины. Л.: Наука, 1985.

Авторское свидетельство СССР

Р 847432, кл. Н 02 J 3/00, 1981. (54) СПОСОБ АВТО!!АТИЧЕСКОГО ВКЛЮЧЕНИЯ

РЕЗЕРВНОГО ПИТАНИЯ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ, СОДЕРЖАЦИХ СИНХРОННЫЕ ДВИГАТЕЛИ (57) Изобретение относится к способу автоматического включения резервного питания синхронных двигателей. 1!ель— повышение надежности автоматического включения резервного питания синхронного двигателя при сохранении его динамической устойчивости за счет уменьшения тока самозапуска. В сети, состоящей из основного и резервного источников питания, секционного выключателя, параллельно которому подключен тиристорный выключатель, при повреждении основного источника его отключают при превышении углом 8 между напряжениями основного и резервного источников заданной уставки. Измеряют напряжение на основном источнике, равное напряжению на синхронном двигателе Е,, и напряжение на резервном источнйке 1}, Определяют результирующий вектор напряжения между двигателем.и резервным источником 5F. приведенный к частоте источника, и угол О межпу векторами (1Г и !(с по формуле 8 = arccos

tU,/ — !ЕАвI cos

Оп— 2/U1 !ЕА / cos 8 ределяют угол включения тиристоров тиристорного выключателя как oL

=N - 8, где Х -фазный угол результирующего вектора йЕ, определяемый по регулировочной характеристике тиристорного регулятора напряжения для нулевого значения первой гармонической составляющей напряжения h,E. Включают тиристорный выключатель при значении угла oL = „ затем Ы. изменяют в соответствии с зависимостью о(. = (aC -й }() +

-t о

+б} е, гДе (}(, = Х, — )(н — постоЯнный коэффициент, равный разности предель. ных фазовых углов вектора hE, обеспечивающих нулевое и номинальное значение его первой гармонической составляющей; Т вЂ” постоянная времени изменения угла о(., определяется параметрами двигателя. Включение секционного выключателя производят с выдержкой времени, равной ЗТ-й ь„, где собственное время включения секционного выключателя. 2 ил.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1422303

Изобретение относится к области автоматического включения резервного питания синхронных двигателей.

Целью изобретения является повы5 шение надежности автоматического включения резервного питания синхронного двигателя при сохранении его динамической устойчивости sa счет уменьшения тока самозапуска. 10

Фаэовое управление тиристорным секционным выключателем осуществляется в функции времени по экспоненциальному закону, обеспечивающему такое формирование напряжения на двига- 15 теле при включении, при котором частично или полностью подавляются сверхпереходная гармоническая и апериодическая составляющие тока статора двигателя, а переходная гармоничес- 20 кая составляющая тока сохраняется, . что способствует сохренению динамической устойчивости и уменьшению тока статора двигателя при включении.

На фиг.1 дана функциональная 25 блок-схема автоматического включения резервного питания синхронного двигателя в системе электроснабжения с тиристорным секционным выключателем, на фиг.2 — диаграмма положений, 30 изображающих векторы напряжения резервного источника П,, ЭДС двигателя при холостом ходе F., приведенной к частоте резервного источника, и их результирующего вектора 6Е относи- 35 тельно фаэных обмоток резервного источника, а, Ъ, с при включении резервного питания.

Функциональная блок-схема (фиг.1) содержит вводы 1 и 2 с вводными выключателями 3 и 4, основную и резервную секции шин 5 и 6 с подключенными к ним синхронными двигателями 7 и 8 . и трансформаторами 9 и 10 напряжений.

Секции шин 5 и 6 соединены между собой, тиристориым секционным выклИчателем 11, состоящим из масляно-. го выключателя 12 с параллельно подключенным к нему тиристорным блоком

13. Управление углом включения тиристоров блока 13 осуществляется от системы 14 импульсно-фазового управления (СИФУ), сигнал управления которой формируется от блока 15 преобразования и блока 16 вычислений. Блок-кон.;такторы 17 и 18 осуществляют включение в работу блока 16 вычислений и привода масляного выключател я 12 через реле 19 времени, датчик 20 изме* ряет угол между ЭДС двигателя н напряжением резервного источника 8, датчик 21 измеряет скорость изменения частоты основного источника, решающий блок 22 выдает сигнал на отключение вводных выключателей 3 или 4.

В нормальном режиме работы схемы тиристорный секционный выключатель

11 отключен и секции шин 5 и 6 работают раздельно.

При повреждении на одном иэ вводов 1 или .2 в блоке 22 формируется сигнал на отключение выключателя поврежденного ввода 3 или 4. Выходной сигнал блока 22 формируется входными сигналами, поступающими от датчика

22 фазового угла 0, представляющего собой фазочувствительный блок напряжений измерительных трансформаторов 9 и 10, и датчика 21 скорости изменения частоты основного источника. Управление тиристорным секционным выключателем 11 осуществляется за счет фазового управления углом включения тиристоров oL блока 13 с последующим шунтированием этого блока масляным выключателем 12. Импульсы управления на включение тиристоров блока 13 с фаэовым углом е6 поступают от СИФУ

14. Сигнал управления, пропорциональный фазовому углу ее, поступает на вход СИФУ от преобразователя 15, который реализует экспоненциальный за-. кон изменения угла еС в функции времени по формуле

1 (Ы -6L) +Ь ) е (!) Блок 15 преобразования является блоком нелинейности указанной функции и реализуется на операционном усилителе с нелинейным элементом в обратной связи усилителя. Входной сигнал. блока 15, пропорциональный значению угла е(е, формируется в блоке 16 вычислений. Последний преобразует измерительные координаты мгновенных значений фаэных напряжений резервного источника U Ub, U, ЭДС двигателей

Е Е > Е„, поступающих от

Аеа Аьь наес трансформаторов 9 и 10, и измеренный угол рассогласования фаэ ЭДС двигателя и напряжения резервного источника О, поступающий ат датчика

20, в координату управления к, при размыкании контактов блок-KoHTBKto ров 17 или 18 и ввличии сигнала

Пуск1 . Включение привола секцион1422303 ного выключателя 12 также происходит по сигналу "Пуск" блок-контакторов 17 или 18, но с выдержкой времени t, вводимой реле 19 времени.

Выдержка времени на включение выключателя 12 определяется как

О ь р Зк вклю где Т вЂ” постоянная времени, определяемая параметрами двигателя, — собственное время включения выключателя 12

H BBOpHTCff TOJIbKO IlpH t ><>(3T IIpH этом шины основного источника оказы- . ваются включенными на номинальное напряжение резервного источника только по истечении времени, равного утроенному: значению постоянной времени Т, т.е. ЗТ (это основное свойство экспоненциальных Функций), Следовательно, если по истечении этого времени (ЗТ) масляный секционный выключатель фактически включен, то он не влияет на процесс управления тиристорными группами, т.е. шунтирует их в течение времени ЗТ. Поэтому сигнал на включение масляного секционного выключателя с учетом собственного времени задержки включения должне быть подан с задержкой времени относительно сигнала отключения выключателя поврежденного ввода, равной ЗТ вЂ” t к„.

Отключение тиристорного блока 13 происходит по сигналу управления, поступающему на второй вход СИФУ 14, при замыкании контактов масляного выключателя 12 путем снятия импульсов управления с тиристоров блока 13.

На диаграмме (фиг.2) положения векторов обозначены углами: oL — фазовый . угол включения тиристоров,  — угол между векторами ЭДС двигателей Е кв и напряжения резервнбго источника U

3 — - фазовый угол вектора ЬЕ;о угол между векторами бЕ и U

Из диаграммы (фиг.2) видно, что угол<а определяется как вс = Х -3

Угол 8 определяется из тригонометри- ческих соотношений треугольников

ОАЕдь и AUñÅдь через модули изображающих.векторов Е, U и угол 8

I !

У,I — (Е в/ cos

cosS — — — — !.. (2) 40 с (3) Х" +Х де 1с О напряжение резервного источника, сверхпереходная ЭДС двигателя, приведенная к частоте резервного источника

1!

Е о

Abn ц „к

50 частота резервного источника, частота основного источникаэ ll угол между векторами Е в и U при включении, индуктивное сопротивление сети. где о

Q ч

Х

Угол Х определяет мгновеннос значение фазного напряжения результирующего вектора ЛЕ.

При наличии в цепи синхронньп двигатель — резервный источник тиристорного регулятора (фиг.1) угол Х определяет угол включения тиристоров при регулировании напряжения на двигателе

10 от эквивалентного источника ЬЙ. Зависимость первой гармонической напряжения на эквивалентной двигателю активно-индуктивной нагрузке от гармонического источника при изменении фазного угла включения тиристоров аналитически не выражается, так как для различных диапазонов регулирования напряжения она оказывается различной.

Проведены исследования работы ти20 ристорного регулятора напряжения (TPH) на активно-индуктивную нагрузку и асинхронный двигатель и состав" лены графические зависимости относйтельного значения первой гармонической напряжения на нагрузке от угла управления тиристорами М при различных значениях угла нагрузки (. При использовании таких графиков, зная эквивалентный угол нагрузки синхрон30 ного двигателя при включении, можно определить углы включения тиристоров

g для любого значения первой гармони" ческой напряжений на двигателе от источника Е.

Модуль гармонической составляющей тока самозапуска двигателя при под1 ключении к резервному источнику определяется по формуле

1422303

40 пасв = 4 нач в

Допустимый ток несинхронного включения при самоэапуске днигателя в относительных единицах (4) д

Так как целью изобретения являет.ся уменьшение токов несинхронного

Включения двигателя с сохранением динамической устойчивости, из выражения (2) для модуля гармонической составляющей тока самоэапуска двигателя необходимо приблизительно определить значение этого .тока при данйых условиях включения двигателя, ю т.е. при данных Е и 8

При быстродействующем автоматическом включении резервного питания ф синхронного двигателя величина 1Е„в может быть близка к величине jU,/ а динамическая устойчивость двигателя определяется предельным углом в„

-который может достигать значений

90-140 . При таких неблагоприятных, условиях включения двигателя токи по выражению (11 могут превышать предельные значения тока по условиям самозапуска двигателей, т.е.

1 1,7 -к-, а бросок тока несинхрон4 ного включения может значительно превышать эту величину за счет апериодической составляющей тока статора двигателя при включении. Поэтому закон формирования напряжения на двигателе должен исключить апериодическое значение вектора потокосцепления статора двигателя при включении его на резервный источник, т.е. вектор свободного потокосцепления статора ф при включении двигателя должен быть равен нулю. Вектор(p, определяется, как где(„„-- вектор начального потокосцепления статора двигателя, который в относительных единицах ранен вектоII ру Ер у — вектор установившегося потокосцепления статора, который в относительных едиГ ницах ранен Ус °

Из формулы (4) следует, что нулевое значение вектора (при включении двигателя имеем при 6Е Е -0,=0.

С учетом этого по регулиронбчной характеристике Т1.Н выбираем такой угол включения тиристорон у, = Х,, который при данных параметрах двигателя при включении дает нулевое значение первой гармонической напряжения hE на двигателе.

Решение математической модели синхронной машины при экспоненциальном изменении результирующего вектора напряжения gE позволяет определить темп изменения приложенного напряжения U и начальный угол оС включения тиристоров. Темп изменения приложенного напряжения U или постоянная времени изменения угла включения тиристоров Т выбирается иэ условия сохранения динамической устой20 чиности двигателя при включении и ,определяется параметрами двигателя.

При этом степень подавления вектора апериодической составляющей тока статора и вектора сверхпереходной

25 гармонической составляющей зависит от соотношения постоянных времени в двигателя Т1, Т1, Т и постоянной времени изменения угла включения ти1 1

30 ристорон Т; При Т (- — — ) Т и

7. 10 в в

Т = T «Т почти полностью подавляется снерхпереходная гармоническая составляющая тока статора при включении, а относительное значение моду

35 ля вектора апериодической составляющей тока статора определяется выражением где Р— коэффициент затухания апериодической составляющей тока статора где Т вЂ” постоянная времени статорной

4 цепи двигателя, с, 1

И вЂ” синхронная скорость„

Таким образом, напряжение йЕ, при 5 ложенное к двигателю при включении

j должно изменяться от нуля до номинального значения по закону

1 н () 9 (6) 1422ЗО3 где д Е„ — номинальное значение напряжения дЕ.

При таком экспоненциальном изменении напряжения на двигателе кратность модуля гармонической составляющей тока при включении примерно составляII

Xl с р ет - — при Т = Т. ас Т> по сравнению с х обычным включением двигателя на резер10 вное питание. Кроме того, бросок тока несинхронного включения двигателя уменьшается за счет подавления вектора апериодической составляющей тока статора. 15

Поскольку в практических расчетах динамической устойчивости синхронного двигателя по первому колебанию предельный угол вычисляется по ди-. намической характеристике электромаг- 20 нитной мощности (момента), определяемой переходными параметрами двигателя Х, Е1, (5) то эффект от предлагаемого способа автоматического включения резервного питания с подав" 25 лением сверхпереходного значения вектора свободного потокосцепления статора при сохранении динамической устойчивости двигателя тем больше, чем

И с значения постоянных Тс, Т, Т

1 меньше значения Т

Предлагаемый экспоненциальный закон изменения напряжения дЕ, прило-, женного к двигателю при включении его на резервный источник U, соответствует изменению угла вкточения тиристоров > от Ъс до Ъ.„ и угла включения тиристоров Ы. от оС, до сС„

Как следует из регулировочных характеристик ТРН, при углах нагруз- 40 ки постоянных и близких к 90 в диапазоне изменения напряжения на нагрузку от 0,1 до 1, зависимость напряжения на нагрузке от угла включения тиристоров оказывается почти линейной. Следовательно, можно считать, что изменение угла включенияс должно происходить в соответствии с зависимостью (1):

50 с4 = (с4с-ЪХ) +д Х е где еС, =Х вЂ” 8, 1 о Хн э а значения Х и Хн Определяются по регулировочным характеристикам ТРН.

Последовательность вычислений, необходимых для определения угла сС, производится в блоке 16 вычислений (фиг.1) . Еначале измеренные координаты мгновенных значений фазных напряжений резервного источника U, Ub, Uî H 3gC двигателя Еде а, Едс g, Е ь,с переводятся в значения модулей j U,( н /Ед / через формулы преобразования координат следующим образом:

1

3 х U Ф(7) откуда (u,I (8) Аналогично определяется

/Е„,! (9) Приведение модуля lEä,/ к частоте резервного источника осуществляется следующим образом:

JEp, . /Еде/ д (10) Сигналы, пропорциональные частотам и, и ы, поступают от измерителей частоты, представляющих преобразователи частоты переменного тока в постоянный, расположенные в блоке 16 вычислений.

Дальше с помощью измерительной координаты вычисляется угол о из формулы (2) 1 (iñi — (Еуl cos e

o = arccos

/Пс(2 +/E„еа! 2 juñ//E„eë/ouse

Затем вычисляется значение угла с, ы.,= ъ.-3, где вводится в блок вычислений как постоянная величина.

Таким образом, изменение угла с по формуле (1) обеспечивает включение синхронного двигателя с подавлением вектора свободного потокосцепления статора и сверхпереходного тока двигателя, что значительно уменьшает токи несинхронного включения по сравнению с обычным включением при сохранении динамической устойчивости дви-: гателя.

1422303

Формула изобретения

Способ автоматического включения резервного питания потребителей, содержащих синхронные двигатели в сети„ состоящей из основного и резервного

Источников питания, секционного выкФочателя, параллельно которому подключен тиристорный выключатель, в котором отключают поврежденный основной источник, измеряют угол 8 между напряжениями основного и резервного источников и при преьышении им заданной уставки включают тиристорИый выключатель, включением которого управляют путем регулирования фазового угла включения тиристоров, затем включают секционный выключатель, а т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности автоматического включения резервного питания синхронного двигателя при сохранении его динамической устойчивости за счет

;у>меньшения тока самоэапуска, измеря- 25 ют напряжение на основном источни ке, равное напряжению на синхронном двигателе Е 6, и напряжение на резервном источнике U, определяют результирующий вектор напряжения между

Двигателем и резервным источником

gF. приведенный к частоте источника, . и уГоло между векторами и Е и 6,.

lu.L -1к,l co» s

>»rcca» — "- — — - -»>- >

) >ц Р+ii»i>-rlv i IE>» I сов>> ЗБ производят включение тиристоров тиристорного выключателя при значении угла включения ос = Х,-- З, где Хо— фаэный угол результирующего вектора аЕ, определяемый по регулировочной характеристике тиристорного регулятора напряжения для нулевого значения первой гармонической составляющей напряжения ь Е, после чего угол включения тиристоров 4, изменяют в соответствии с зависимостью

t (050- Ь Х} + ЬХе где ЛХ=К„-Х„" постоянный коэффициент, равный разности предельных фазовых углов вектора Е, обеспечивающих нулевое и номинальное значения его первой гармонической составляющей на двигателе;

Т вЂ” постоянная времени изменения угла ot.,,определяемая параметрами двигателя, 1 а включение секционного выключателя производят с выдержкой времени, равной 3T — t „» где t „„ — собствен ное время включения секционного выключателя.

14223И

ДУЮ. 2

Составитель R.Ïàíòåëååâà

Техред Л. Олийнык

Редактор О.Головач

Корректор А.Тяско

Заказ 4436/52

Тираж 650

Подписное

В11ИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьггий

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

Производственно- полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4