Пристрій автоматичного регулювання збудження синхронного двигуна

Реферат: Пристрій автоматичного регулювання збудження синхронного двигуна включає синхронний двигун, обмотку збудження, три датчика Холла напруги і три датчика Холла струму, аналогоцифровий перетворювач, блок уставки напруги, блок обчислення зображуваного вектора напруги, блок обчислення зображуваного вектора струму, блок пам'яті, блок виявлення відхилення напруги, блок виявлення зміни коефіцієнта потужності, блок виявлення зміни струму статора, блок обчислення керованої дії, цифроаналоговий перетворювач, форсуючий конденсатор, ланцюг керування, блок тиристорного випрямляча, блок тиристорного комутатора, датчик контролю положення ротора, блок виявлення кута навантаження. UA 74428 U (12) UA 74428 U UA 74428 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі електротехніки і може бути використана в електрообладнанні кар'єрних екскаваторів гірничовидобувних машин, зокрема з електричними синхронними двигунами. Відомий спосіб [Пат. РФ, 2433521, МПК (2006.01) Н02Р7/34, Н02Р9/30, E02F9/20. Спосіб автоматичного регулювання збудження синхронного приводного двигуна багатомашинного агрегата екскаватора / Малафєєв С.І., Серебрєнніков М.О.; заяв. 04.05.2010; опубл. 10.11.2011, Бюл. № 31], який передбачає автоматичне регулювання збудження синхронного приводного двигуна багатомашинного агрегату екскаватора шляхом підтримки струму збудження відповідно до сигналу завдання, який формують у вигляді суми опорного постійного сигналу, першого коригувального сигналу, формованого у вигляді постійної напруги при зменшенні діючого значення живлячої напруги нижче припустимого рівня, і другого коригувального сигналу, формованого у вигляді постійної напруги при положенні командоапарата підйому, що перевищує задане граничне значення, вимір повної електричної потужності приводів головного руху, підсумовування отриманого значення з опорним сигналом і першим коригувальним сигналом, порівняння двох обчислених сум і формування сигналу завдання струму збудження рівним максимальної із двох сум. Суттєвими ознаками, що збігаються із ознаками пристрою, що заявляється, є: автоматичне регулювання струму збудження синхронного приводного двигуна, контроль струму та напруги, мережі змінного струму. Недоліками даного способу, є: низькість рівня напруги, аналіз потужності ведеться тільки для головного привода, відсутність датчика контролю положення ротора, відсутність блока форсування струму збудження. Відомий пристрій для форсування струму збудження синхронного двигуна [Пат. України, 60652, МПК (2006.01) Н02Р 9/10, Н02Р 9/14. Спосіб форсування струму збудження синхронного двигуна та пристрій для його реалізації / Нізімов В.Б., Нізімов Р.В., Сторожко B.C.; заяв. 24.01.2003; опубл. 15.10.2003, Бюл. № 10], що містить пускозахисний ланцюг, підключений паралельно до обмотки збудження синхронного двигуна, випрямляч з тиристорами в катодній групі і діодами в анодній групі, виходом підключений паралельно до пускозахисного ланцюга, комутуючий тиристор з керуючим ланцюгом послідовно через форсуючий конденсатор підключений до катодів тиристорів випрямляча, датчики напруги і струму входами зв'язані з силовими ланцюгами статора синхронного двигуна, зарядний блок увімкнений паралельно форсуючому конденсатору, блок керування випрямлячем виходом підключений через керуючі ключі до керуючих електродів тиристорів випрямляча, а входом через датчик потужності до датчиків напруги і струму, два граничних блоки, вхід першого граничного блока з'єднаний з виходом датчика напруги, вхід другого граничного блока з'єднаний з виходом датчика струму, виходи граничних блоків підключені до блока форсування збудження, перший вихід якого зв'язаний з керуючими ключами, а другий - з керуючим ланцюгом комутуючого тиристора, анод комутуючого тиристора підключений до анодів випрямляча, форсуючий конденсатор зашунтований діодом, причому анод діода підключений до загальної точки форсуючого конденсатора і катода комутуючого тиристора. Суттєвими ознаками, що збігаються з ознаками пристрою, що заявляється, є: блок форсування струму збудження, датчики струму і напруги, керуючий ланцюг, тиристорний випрямляч. Недоліками даного пристрою є: відсутність датчика положення ротора, блока виявлення кута навантаження, блока виявлення відхилення напруги, блока виявлення зміни коефіцієнта потужності, блока виявлення зміни струму статора, що унеможливлює керування збудження в залежності від потужності, струму, напруги та положення вала ротора. Найближчим аналогом є пристрій для автоматичногорегулювання збудження синхронної машини (Пат. РФ, 25663, Пристрій автоматичного регулювання збудження синхронної машини; МПК H02Р 9/10, H02Р 9/14, H02Р 9/4 / Кравченко А.С., Терехов В.Ф.; заяв. 22.03.2002; опубл. 10.10.2002), що містить блоки виявлення відхилення напруги й частоти, споряджений додатково трьома датчиками Холла напруги й трьома датчиками Холла струму, аналого-цифровим перетворювачем, блоком обчислення зображення вектора напруги, блоком обчислення струму, блоком виявлення зміни струму статора, блоком виявлення зміни коефіцієнта потужності, блоком пам'яті, блоком уставки частоти, блоком уставки напруги, блоком обчислення керуючого впливу, цифроаналоговим перетворювачем і підсилювачем, причому входи першого, другого й третього датчиків напруги Холла з'єднана відповідно з першою, другою і третьою фазами двигуна, а їх виходи - відповідно з першим, другим і третім входами аналого-цифрового перетворювача, входи першого, другого й третього датчиків струму Холла з'єднані відповідно з першою, другою і третьою фазами двигуна, а їх виходи - відповідно із четвертим, п'ятим і 1 UA 74428 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 шостим входами аналого-цифрового перетворювача, перший, другий і третій виходи аналогоцифрового перетворювача з'єднані відповідно с першим, другим і третім входами блока обчислення зображення вектора напруги, а третій, четвертий і п'ятий виходи аналогоцифрового перетворювача з'єднані відповідно з першим, другим і третім входами блока обчислення зображення вектора струму, вихід блока обчислення зображення вектора напруги з'єднаний із другим входом блока виявлення відхилення частоти, із другим входом блока виявлення відхилення напруги й з першим входом блока виявлення зміни коефіцієнта потужності, вихід блока обчислення зображення вектора струму з'єднаний з першим виходом блока виявлення зміни струму статора й із другим входом блока виявлення зміни коефіцієнта потужності, вихід блока уставки частоти з'єднаний з першим входом блока виявлення відхилення частоти, вихід блока уставки напруги з'єднаний з першим входом блока виявлення відхилення напруги, вихід блока пам'яті з'єднаний із другим входом блока виявлення зміни струму статора, причому другий вихід блока виявлення зміни струму статора з'єднаний із входом блока пам'яті, виходи блока виявлення відхилення частоти, блока виявлення відхилення напруги, блока виявлення зміни коефіцієнта потужності й блока виявлення зміни струму статора з'єднані відповідно з першим, другим, третім і четвертим входами блока обчислення керуючого впливу, вихід якого з'єднаний із входом цифроаналогового перетворювача, який своїм виходом з'єднаний із входом підсилювача, а вихід підсилювача, у свою чергу, з'єднаний з обмоткою збудження синхронної машини. Суттєвими ознаками, що збігаються із ознаками пристрою, що заявляється, є: синхронний двигун, обмотка збудження, три датчика Холла напруги і три датчика Холла струму, аналогоцифровий перетворювач, блок уставки напруги, блок обчислення зображуваного вектора напруги, блок обчислення зображуваного вектора струму, блок пам'яті, блок виявлення відхилення напруги, блок виявлення зміни коефіцієнта потужності, блок виявлення зміни струму статора, блок обчислення керованої дії, цифроаналоговий перетворювач, причому входи першого, другого і третього датчиків напруги Холла з'єднані відповідно з першою, другою і третьою фазами двигуна, а їх виходи - відповідно з першим, другим і третім входами аналогоцифрового перетворювача, входи першого, другого і третього датчиків струму Холла з'єднані відповідно з першою, другою і третьою фазами двигуна, а їх виходи - відповідно з четвертим, п'ятим і шостим входами аналого-цифрового перетворювача, перший, другий і третій виходи аналого-цифрового перетворювача з'єднані з першим, другим і третім входами блока обчислення зображення вектора напруги, четвертий, п'ятий і шостий виходи аналого-цифрового перетворювача з'єднані з першим, другим і третім входами блока обчислення зображення вектора струму, вихід блока обчислення зображення вектора напруги з'єднаний з першим входом блока виявлення відхилення напруги і з першим входом блока виявлення зміни коефіцієнта потужності, вихід блока уставки напруги з'єднаний з другим входом виявлення відхилення напруги, вихід блока обчислення зображення вектора струму з'єднаний з другим входом блока виявлення зміни коефіцієнта потужності і з першим входом блока виявлення зміни струму статора, вихід блока пам'яті з'єднаний з другим входом блока виявлення зміни струму, причому другий вихід блока виявлення зміни струму статора з'єднаний з входом блока пам'яті, вихід блока виявлення кута навантаження, вихід блока виявлення напруги, вихід блока виявлення зміни коефіцієнта потужності і перший вихід блока виявлення зміни струму статора з'єднані відповідно з другим, третім і четвертим входами блока обчислення керованої дії, вихід якого з'єднаний з входом цифроаналогового перетворювача. Недоліками даного пристрою є: відсутність форсуючого конденсатора, ланцюга керування, блока тиристорного випрямляча, блока тиристорного комутатора, датчика контролю положення ротора, блок виявлення кута навантаження. В основу корисної моделі поставлено задачу автоматичного регулювання збудження синхронного двигуна шляхом форсування струму збудження з урахуванням поточного положення ротора для забезпечення стійкості двигуна при змінній реактивній потужності. Поставлена задача вирішується тим, що пристрій включає синхронний двигун, обмотку збудження, три датчика Холла напруги і три датчика Холла струму, аналого-цифровий перетворювач, блок уставки напруги, блок обчислення зображення вектора напруги, блок обчислення зображення вектора струму, блок пам'яті, блок виявлення відхилення напруги, блок виявлення зміни коефіцієнта потужності, блок виявлення зміни струму статора, блок обчислення керованої дії, цифроаналоговий перетворювач, причому входи першого, другого і третього датчиків напруги Холла з'єднані відповідно з першою, другою і третьою фазами двигуна, а їх виходи - відповідно з першим, другим і третім входами аналого-цифрового перетворювача, входи першого, другого і третього датчиків струму Холла з'єднані відповідно з першою, другою і третьою фазами двигуна, а їх виходи - відповідно з четвертим, п'ятим і 2 UA 74428 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 шостим входами аналого-цифрового перетворювача, перший, другий і третій виходи аналогоцифрового перетворювача з'єднані з першим, другим і третім входами блока обчислення зображення вектора напруги, четвертий, п'ятий і шостий виходи аналого-цифрового перетворювача з'єднані з першим, другим і третім входами блока обчислення зображення вектора струму, вихід блока обчислення зображення вектора напруги з'єднаний з першим входом блока виявлення відхилення напруги і з першим входом блока виявлення зміни коефіцієнта потужності, вихід блока уставки напруги з'єднаний з другим входом виявлення відхилення напруги, вихід блока обчислення зображення вектора струму з'єднаний з другим входом блока виявлення зміни коефіцієнта потужності і з першим входом блока виявлення зміни струму статора, вихід блока пам'яті з'єднаний з другим входом блока виявлення зміни струму статора, причому другий вихід блока виявлення зміни струму статора з'єднаний з входом блока пам'яті, вихід блока виявлення відхилення напруги, вихід блока виявлення зміни коефіцієнта потужності і перший вихід блока виявлення зміни струму статора з'єднані відповідно з другим, третім і четвертим входами блока обчислення керованої дії, вихід якого з'єднаний з входом цифроаналогового перетворювача, згідно з корисною моделлю, додатково введено форсуючий конденсатор, ланцюг керування, блок тиристорного випрямляча, блок тиристорного комутатора, датчик контролю положення ротора, блок виявлення кута навантаження, причому вихід блока обчислення зображення вектора напруги з'єднаний з другим входом блока виявлення кута навантаження, причому вхід датчика положення ротора з'єднаний з валом двигуна, а його вихід з'єднаний з першим входом блока виявлення кута навантаження, вихід блока виявлення кута навантаження з'єднаний з першим входом блока виявлення керованої дії, другий вихід цифроаналогового перетворювача з'єднаний з ланцюгом керування тиристорного комутатора, вхід тиристорного комутатора з'єднаний із входом обмотки збудження, вихід обмотки збудження з'єднаний з виходом форсуючого конденсатора, вхід форсуючого конденсатора з'єднаний з виходом тиристорного комутатора, форсуючий конденсатор і тиристорний комутатор з'єднані послідовно з тиристорним випрямлячем, що дає підвищення надійності стійкості. Технічним результатом є підвищення швидкодії режиму форсування струму збудження з урахуванням поточного положення ротора синхронного двигуна при змінній реактивній потужності. Корисна модель пояснюється кресленням, на якому наведена блок-схема пристрою автоматичного регулювання збудження синхронного двигуна, де прийняті наступні позначення: 1 - синхронний двигун, 2 - датчик положення ротора, 3, 4, 5 - датчики напруги; 6, 7, 8 - датчики струму; 9 - аналого-цифровий перетворювач; 10 - блок уставки напруги; 11 - блок обчислення зображення вектора напруги; 12 - блок обчислення зображення вектора струму; 13 - блоки пам'яті; 14 - блок виявлення кута навантаження; 15 - блок виявлення відхилення напруги; 16 блок виявлення зміни коефіцієнта потужності; 17 - блок виявлення зміни струму статора; 18 блок виявлення керованої дії; 19 - цифроаналоговий перетворювач; 20 - тиристорний випрямляч; 21 - ланцюг керування; 22 - тиристорний комутатор; 23 - форсуючий конденсатор; 24 - обмотка збудження. Пристрій складається із синхронного двигуна, датчика положення ротора, датчиків напруги, датчиків струму, аналого-цифрового перетворювача, блока уставки напруги, блока обчислення зображення вектора напруги, блока обчислення зображення вектора струму, блока пам'яті, блока виявлення кута навантаження, блока виявлення відхилення напруги, блока виявлення зміни коефіцієнта потужності, блока виявлення зміни струму статора, блока виявлення керованої дії, цифроаналогового перетворювача, тиристорного випрямляча, ланцюга керування, форсуючого конденсатора, обмотки збудження. Пристрій реалізовано наступним чином. Вхід першого (3), другого (4) і третього (5) датчиків напруги Холла з'єднані відповідно з першою, другою і третьою фазами двигуна (1), а їх виходи - відповідно з першим, другим і третім входами аналого-цифрового перетворювача (9), входи першого (6), другого (7) і третього (8) датчиків струму Холла з'єднані відповідно з першою, другою і третьою фазами двигуна, а їх виходи - відповідно з четвертим, п'ятим і шостим входами аналого-цифрового перетворювача (9), перший, другий і третій виходи аналого-цифрового перетворювача (9) з'єднані з першим, другим і третім входами блока обчислення зображення вектора напруги (11), четвертий, п'ятий і шостий виходи аналого-цифрового перетворювача з'єднані з першим, другим і третім входами блока обчислення зображення вектора струму (12), вихід блока обчислення зображення вектора напруги (11) з'єднаний з першим входом блока виявлення відхилення напруги (15) і з першим входом блока виявлення зміни коефіцієнта потужності (16), вихід блока уставки напруги (10) з'єднаний з другим входом виявлення відхилення напруги (15), вихід блока обчислення 3 UA 74428 U 5 10 15 20 25 30 35 40 зображення вектора струму (12) з'єднаний з другим входом блока виявлення зміни коефіцієнта потужності (16) і з першим входом блока виявлення зміни струму статора (17), вихід блока пам'яті (13) з'єднаний з другим входом блока виявлення зміни струму статора (17), причому другий вихід блока виявлення зміни струму статора (17) з'єднаний з входом блока пам'яті (13), вихід блока виявлення відхилення напруги (15), вихід блока виявлення зміни коефіцієнта потужності (16) і перший вихід блока виявлення зміни струму статора (17) з'єднані відповідно з другим, третім і четвертим входами блока обчислення керованої дії (18), вихід якого з'єднаний з входом цифроаналогового перетворювача (19), вихід блока обчислення зображення вектора напруги (11) з'єднаний з другим входом блока виявлення кута навантаження (14), вхід датчика положення ротора (2) з'єднаний з валом двигуна (1), а його вихід з'єднаний з першим входом блока виявлення кута навантаження (14), вихід блока виявлення кута навантаження (14) з'єднаний з першим входом блока виявлення керованої дії (18), другий вихід цифроаналогового перетворювача (19) з'єднаний з ланцюгом керування (21) тиристорного комутатора (22), вхід тиристорного комутатора (22) з'єднаний із входом обмотки збудження (24), вихід обмотки збудження (24) з'єднаний з виходом форсуючого конденсатора (23), вхід форсуючого конденсатора (23) з'єднаний з виходом тиристорного комутатора (22), форсуючий конденсатор (23) і тиристорний комутатор (22) з'єднані послідовно з тиристорним випрямлячем (20). Пристрій працює наступним чином. З трьох фаз електропостачання двигуна (1) знімаються виміри трьома датчиками напруги (3, 4, 5) і трьома датчиками струму (6, 7, 8). Дані заносяться до блока аналого-цифрового перетворювача (9), який перетворює вхідний аналоговий сигнал в цифровий сигнал, який передається до блока обчислення зображення вектора напруги (11) і блока обчислення зображення вектора струму (12). Дані з блока виявлення зображення вектора напруги (11) і з блока уставки напруги (10) надходять для порівняння в блок виявлення відхилення напруги (15). Дані з блока обчислення зображення вектора струму (12) і з блока обчислення зображення вектора напруги (11) заносяться до блока виявлення зміни коефіцієнта потужності (16). Дані з блока обчислення зображення вектора струму (12) передаються до блока виявлення зміни струму статора (17), дані якого звіряються з попереднім значенням струму в блоці пам'яті (13). Датчик положення ротора (2), як і блок обчислення зображення вектора напруги (11) передають данні до блока виявлення кута навантаження (14). Обраховані виміри з блоків виявлення кута навантаження (14), відхилення напруги (15), зміни коефіцієнта потужності (16), зміни струму статора (17) заносяться до блока виявлення керованої дії (18). Цифровий сигнал з блока виявлення керованої дії (18) надходить до цифроаналогового перетворювача (19) для перетворення сигналу в аналоговий. ЦАП (19) формує і встановлює необхідний кут керування тиристорами випрямляча (20) відповідно до режиму роботи синхронного двигуна (1). На керуючий електрод тиристорного комутатора (22) подається сигнал керуючого ланцюга (21). Вмикається тиристорний комутатор (22) і зустрічною напругою попередньо зарядженого конденсатора (23) примусово вимикається катодна група тиристорів випрямляча (20). Після запирання тиристорів катодної групи мостового випрямляча (20) утворюється контур збудження плюсова обкладка конденсатора (23) - обмотка збудження (24) - тиристорний випрямляч (22) мінусова обкладка конденсатора (23). ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 45 50 55 60 Пристрій автоматичного регулювання збудження синхронного двигуна, який включає синхронний двигун, обмотку збудження, три датчика Холла напруги і три датчика Холла струму, аналого-цифровий перетворювач, блок уставки напруги, блок обчислення зображуваного вектора напруги, блок обчислення зображуваного вектора струму, блок пам'яті, блок виявлення відхилення напруги, блок виявлення зміни коефіцієнта потужності, блок виявлення зміни струму статора, блок обчислення керованої дії, цифроаналоговий перетворювач, причому входи першого, другого і третього датчиків напруги Холла з'єднані відповідно з першою, другою і третьою фазами двигуна, а їх виходи - відповідно з першим, другим і третім входами аналогоцифрового перетворювача, входи першого, другого і третього датчиків струму Холла з'єднані відповідно з першою, другою і третьою фазами двигуна, а їх виходи - відповідно з четвертим, п'ятим і шостим входами аналого-цифрового перетворювача, перший, другий і третій виходи аналого-цифрового перетворювача з'єднані з першим, другим і третім входами блока обчислення зображення вектора напруги, четвертий, п'ятий і шостий виходи аналого-цифрового перетворювача з'єднані з першим, другим і третім входами блока обчислення зображення вектора струму, вихід блока обчислення зображення вектора напруги з'єднаний з першим входом блока виявлення відхилення напруги і з першим входом блока виявлення зміни 4 UA 74428 U 5 10 15 20 коефіцієнта потужності, вихід блока уставки напруги з'єднаний з другим входом виявлення відхилення напруги, вихід блока обчислення зображення вектора струму з'єднаний з другим входом блока виявлення зміни коефіцієнта потужності і з першим входом блока виявлення зміни струму статора, вихід блока пам'яті з'єднаний з другим входом блока виявлення зміни струму, причому другий вихід блока виявлення зміни струму статора з'єднаний із входом блока пам'яті, вихід блока виявлення кута навантаження, вихід блока виявлення напруги, вихід блока виявлення зміни коефіцієнта потужності і перший вихід блока виявлення зміни струму статора з'єднані відповідно з другим, третім і четвертим входами блока обчислення керованої дії, вихід якого з'єднаний з входом цифроаналогового перетворювача, який відрізняється тим, що додатково введено форсуючий конденсатор, ланцюг керування, блок тиристорного випрямляча, блок тиристорного комутатора, датчик контролю положення ротора, блок виявлення кута навантаження, причому вихід блока обчислення зображення вектора напруги з'єднаний з другим входом блока виявлення кута навантаження, вхід датчика положення ротора з'єднаний з валом двигуна, а його вихід з'єднаний з першим входом блока виявлення кута навантаження, вихід блока виявлення кута навантаження з'єднаний з першим входом блока виявлення керованої дії, другий вихід цифроаналогового перетворювача з'єднаний з ланцюгом керування тиристорного комутатора, вхід тиристорного комутатора з'єднаний із входом обмотки збудження, вихід обмотки збудження з'єднаний з виходом форсуючого конденсатора, вхід форсуючого конденсатора з'єднаний з виходом тиристорного комутатора, форсуючий конденсатор і тиристорний комутатор з'єднані послідовно з тиристорним випрямлячем. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5