УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПУСКА СИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к электротехнике, в частности, к устройствам для управления синхронным электродвигателем с электронными коммутаторами в зависимости от положения ротора.
Известно устройство для пуска синхронного электродвигателя на базе зависимого инвертора тока [1], управление инвертором которого осуществляется в функции углового положения ротора, которое измеряется при помощи датчика положения ротора. Устройство состоит из трехфазного мостового инвертора тока, синхронного электродвигателя, датчика положения ротора и блока управления вентилями инвертора.
Наличие в данном устройстве датчика положения ротора влечет за собой затруднения конструктивного, компоновочного и эксплуатационного характера, особенно для мощных высоковольтных синхронных электродвигателей.
Наиболее близким по технической сущности и взятым за прототип является устройство для пуска синхронного электродвигателя, состоящее из трехфазного мостового инвертора тока, синхронного электродвигателя, датчика напряжения, имитатора положения ротора, генератора опорных сигналов, первой и второй систем импульсно-фазового управления [2]. В данном устройстве коммутация вентилей инвертора тока происходит при независимом от положения ротора задании частоты принудительной коммутации вентилей (тиристоров) инвертора тока.
Недостатком данного устройства является необходимость осуществления предварительного расчета, сложность учета изменения характера нагрузки и момента инерции приводимого во вращение механизма, что приводит к возникновению колебаний вала ротора.
Технический результат - устранение колебаний вала ротора синхронного электродвигателя при его пуске.
Технический результат достигается тем, что в устройство для пуска синхронного электродвигателя, содержащее трехфазный мостовой инвертор тока, подключенный к синхронному электродвигателю и датчику напряжения, выход которого соединен с входом первой системы импульсно-фазового управления, а также имитатор положения ротора и генератор опорных сигналов, выход которого соединен с входом второй системы импульсно-фазового управления, соединенной с трехфазным мостовым инвертором тока, введены вычитающее устройство, нуль-орган, регистр, коммутатор угловой коррекции и суммирующее устройство, причем входы вычитающего устройства соединены с выходами первой и второй систем импульсно-фазового управления, а выход - с входом нуль-органа, выход которого соединен с входами регистра, подключенного выходом к входу коммутатора угловой коррекции, и имитатора положения ротора, выход которого подключен к одному из входов суммирующего устройства, второй вход которого подключен к выходу коммутатора угловой коррекции, а выход - к входу генератора опорных сигналов.
Отличительной особенностью полезной модели является то, что введены вычитающее устройство, нуль-орган, регистр, коммутатор угловой коррекции и суммирующее устройство, причем входы вычитающего устройства соединены с выходами первой и второй систем импульсно-фазового управления, а выход - с входом нуль-органа, выход которого соединен с входами регистра, подключенного выходом к входу коммутатора угловой коррекции, и имитатора положения ротора, выход которого подключен к одному из входов суммирующего устройства, второй вход которого подключен к выходу коммутатора угловой коррекции, а выход - к входу генератора опорных сигналов.
Структурная схема устройства приведена на чертеже.
Устройство содержит трехфазный мостовой инвертор тока 1, синхронный электродвигатель 2, датчик напряжения 3, первую систему импульсно-фазового управления 4, вычитающее устройство 5, вторую систему импульсно-фазового управления 6, нуль-орган 7, регистр 8, коммутатор угловой коррекции 9, суммирующее устройство 10, имитатор положения ротора 11 и генератор опорных сигналов 12.
Трехфазный мостовой инвертор тока 1 подключен к синхронному электродвигателю 2. Датчик напряжения 3 осуществляет измерение напряжений статорных обмоток синхронного электродвигателя 2.
Сигналы с датчика напряжения 3 поступают на вход первой системы импульсно-фазового управления 4, которая выполнена по вертикальному принципу. Выходной сигнал системы импульсно-фазового управления 4 представляет собой номер вентиля трехфазного мостового инвертора тока 1, коммутация которого должна быть произведена согласно значениям напряжения на статорных обмотках синхронного электродвигателя 2, и который поступает на вычитающий вход вычитающего устройства 5.
Вторая система импульсно-фазового управления 6 выполнена по вертикальному принципу и формирует сигналы управления вентилями трехфазного мостового инвертора тока 1. Выходной сигнал второй системы импульсно-фазового управления 6 представляет собой номер вентиля трехфазного мостового инвертора тока 1, коммутация которого должна произойти после завершения текущей коммутации согласно сигналам с генератора опорных сигналов 12, и поступает на суммирующий вход вычитающего устройства 5.
Сигнал с выхода вычитающего устройства 5 поступает на вход нуль-органа 7, который срабатывает при нулевом значении на своем входе.
Сигнал с выхода нуль-органа 7 поступает на вход регистра 8 и своим нарастающим фронтом разрешает загрузку в регистр 8 значения сигнала с выхода второй системы импульсно-фазового управления 6, которое будет сформировано на выходе регистра 8.
Выходное значение регистра 8 поступает на коммутатор угловой коррекции 9, который формирует на своем выходе угол положения ротора, задаваемый значением регистра 8.
Выходной сигнал коммутатора угловой коррекции 9 поступает на суммирующее устройство 10. На второй вход суммирующего устройства 10 поступает сигнал с выхода имитатора положения ротора 11.
Имитатор положения ротора 11 представляет собой интегратор. На вход имитатора положения ротора 11 подается сигнал угловой скорости вращения ротора, значение которого определяется максимальными моментами нагрузки и инерции на валу синхронного электродвигателя 2. Нарастающий фронт сигнала с выхода нуль-органа 7 сбрасывает значение интегратора имитатора положения ротора 11 в ноль.
Выходной сигнал суммирующего устройства 10 поступает на вход генератора опорных сигналов 12, который формирует систему трехфазных синусоидальных сигналов прямой последовательности одинаковой амплитуды, сдвинутых относительно друг друга на 120 электрических градусов. Трехфазные синусоидальные сигналы генератора опорных сигналов 12 поступают на вход второй системы импульсно-фазового управления 6.
Рассмотрим более подробно работу устройства. В исходном состоянии вал ротора синхронного электродвигателя 2 неподвижен и на его обмотку возбуждения подано напряжение питания. Предположим, что значения сигналов на выходах первой системы импульсно-фазового управления 4 и второй системы импульсно-фазового управления 6 равны, тогда значение сигнала на выходе вычитающего устройства 5 равно нулю и на выходе нуль-органа 7 сигнал переходит из нулевого состояния в единичное состояние. Нарастающий фронт на выходе нуль-органа 7 загружает в регистр 8 с выхода второй системы импульсно-фазового управления 6 номер вентиля трехфазного мостового инвертора тока 1, коммутация которого должна произойти после завершения текущей коммутации, а также сбрасывает интегратор имитатора положения ротора 11 в нуль. Значением выхода регистра 8, а значит, номером вентиля трехфазного мостового инвертора тока 1, коммутация которого должна произойти после завершения текущей коммутации, устанавливается угол положения ротора. Сигналы с выходов коммутатора угловой коррекции 9 и имитатора положения ротора 11 поступают на входы суммирующего устройства 10, выход которого подключен к входу генератора опорных сигналов 12. Изменение на входе генератора опорных сигналов 12 приводит к изменению трехфазных синусоидальных сигналов генератора опорных сигналов 12. Изменение трехфазных синусоидальных сигналов генератора опорных сигналов 12 вызывает изменение сигналов второй системы импульсно-фазового управления 6, что приводит к неравенству сигналов на входах вычитающего устройства 5, а также к изменению напряжения статорных обмоток синхронного электродвигателя 2 за счет коммутации вентилей трехфазного мостового инвертора тока 1. Изменение напряжения статорных обмоток синхронного электродвигателя 2 приводит к изменению электромагнитного момента, развиваемого синхронным электродвигателем 2, под действием которого вал ротора поворачивается в положение, задаваемое включенными вентилями трехфазного мостового инвертора тока 1. Вследствие поворота вала ротора происходит изменение электромагнитного момента и напряжений статорных обмоток синхронного электродвигателя 2. Изменения напряжений статорных обмоток, замеряемых датчиком напряжения 3, приводит к изменению выходного сигнала первой системы импульсно-фазового управления 4, что приводит к выполнению равенства входных сигналов вычитающего устройства 5 и к срабатыванию нуль-органа 7. В дальнейшем последовательность действия аналогична вышеприведенной.
Источники известности:
1. Вентильные электрические машины в системах регулируемых электроприводов: Учеб. пособие для вузов: В 2т. T.1. / А.К.Аракелян, А.А.Афанасьев - М.: Высш. шк., 2006 - 546 с.: ил.
2. Шепелин В.Ф., Донской Н.В., Федоров Б.С.Пусковые режимы синхронных двигателей с тяжелыми условиями пуска - М.: Журнал «Электротехника» №2, 2006 - 34 с.