книги из ГПНТБ / Вершинин П.П. Применение синхронных электроприводов в металлургии

Коэффициент передачи датчика

Датчик угла ф

Простейшие схемы датчиков угла ф приведены на рис. 48 и 49. Вектор линейного напряжения Uc в этом случае ориентируется перпендикулярно вектору UT при

р sin Дф

(IV-12)

1 -р &

Если р > р Кр, то выходной сигнал датчика пропорци­ онален sin Аф (см. рис. 51). При малых углах Дф датчик выдает сигнал, пропорциональный этому углу. В част­ ном случае при реализации закона АРВ на постоянство созф=Т вектор Uс устанавливается перпендикулярно вектору фазного напряжения или совпадает с вектором линейного напряжения между смежными фазами.

На рис. 61 показана схема датчика угла ф, совме­ щенная с датчиком напряжения. В отличие от схемы на рис. 58 синхронизатор подключен к трансформатору то­ ка и вырабатывает прямоугольный импульс, фаза кото­

160

рого соответствует фазе тока в статорной цепи. Этот им­ пульс открывает электронный ключ Т\—Т2. При измене­ нии фазы тока и соответственно момента открывания ключа Т\—Т2 меняется мгновенное значение напря­ жения Ucl и напряжения U c2. Сигнал, снимаемый с С2,

усиливается и подается в СИФУ тиристорного возбуди­ теля.

Датчики внутреннего угла 0

В системах АРВ по углу 0 выбирают различные пре­ образующие устройства, на выходе которых получают напряжение, пропорциональное величине 0. Такие уст­ ройства достаточно подробно описаны в литературе [45—48].

Упрощенная блоксхема преобразователя угла представлена на рис. 62. Основными уз­ лами ее являются: дат­ чик углового положе­ ния оси поля ротора 1,

датчик углового положения оси поля статора 2 и изме­ рительная схема 3.

Снимаемые с выхода датчиков 1 и 2 сигналы в виде импульсов, характеризующих пространственное положе­ ние осей поля ротора и поля статора, поступают в изме­ рительную схему 3, состоящую из отдельных блоков (измерения, преобразования, усиления). На выходе из­ мерительной схемы получаем напряжение, пропорци­ ональное фазовому сдвигу между этими импульсами, т. е. углу 0..

Для фиксации оси поля статора используется напря­ жение питающей сети, которое через трансформатор на­ пряжения и формирователь импульсов (амплитудный ограничитель, пик-трансформатор и др.) подается в из­ мерительную схему 3.

В качестве датчиков положения ротора применяют вспомогательные электрические машины специального исполнения, контактные коммутирующие устройства, бесконтактные индукционные и фотоимпульсные датчи­ ки. В практике эксплуатации для измерения угла 0 бо­ лее распространены индукционные и фотоимпульсные

датчики, что в основном объясняется отсутствием щеточ­ ного контакта и трудностью изготовления специальных вспомогательных машин.

Функциональные преобразователи и усилители

Функциональные преобразователи в системах авто­ матического регулирования применяют для улучшения качества регулирования и повышения быстродействия.

Рис. 63. Элементная схема квадратичного преобразователя

Широкое применение в системах АРВ синхронных дви­ гателей получили квадратичные преобразователи — квадраторы (ПК), позволяющие реализовать зависи­ мость UBblx= K U l x ,

На рис. 63 приведена схема преобразователя, состо­ ящая из серии диодных цепочек 1В—7В и делителя опорного напряжения 10R—17R. Выходное напряжение снимается с сопротивления 1R.

Кривая квадратичной зависимости вход — выход в та­ ком преобразователе заменяется отрезками ломаной ли­ нии. С ростом входного напряжения сопротивление 2R последовательно шунтируется диодными цепочками та­ ким образом, чтобы сила тока в сопротивлении 1R воз­ растала пропорционально квадрату входного напряже­ ния. Очередность включения диодных цепочек определя­ ется опорным напряжением.

Для повышения быстродействия систем регулирова­ ния в их структурную схему вводят пропорциональнодифференцирующие преобразователи (индуктивные или емкостные). Устройство и их типы описаны в специаль­

162

ной литературе. Отметим только, что включение в схему регулирования таких преобразователей сильно ослабля­ ет сигнал, поэтому приходится вводить усилительные звенья.

В схемах электропривода нашли широкое применение транзисторные и магнитные усилители. При проектиро­ вании транзисторных усилителей необходимо принимать меры для уменьшения температурной нестабильности транзисторов и дрейфа нуля.

альной схеме для уменьшения дрейфа нуля. Транзисторы и 72 подбирают по идентичности параметров. Коэф­ фициент усиления усилителя по току равен kr. Если тран­ зисторный усилитель воздействует на встречно включен­ ные обмотки магнитного усилиДеля, то суммарный коэф­

фициент усиления удваивается

_ А/ _(/ -|- kj А/б) — (/ — kj А/б) __2£ ,

1 Д/б ~ А/б 1

где I — сила тока коллектора при нулевом входном сигнале;

Ы б~—приращение силы тока входного сигнала.

Усилитель можно настроить так, чтобы его характе­ ристика, вход — выход для заданной величины входного сигнала имела участок насыщения (рис. 64, б). В этом случае один из транзисторов переходит в режим насыще­

11

ния, другой запирается, и усиления не происходит. Так можно ограничивать величину выходного сигнала. Пре­ дел ограничения регулируется коллекторной нагрузкой

(R1R2 ) и базовым смещением (Rs)-

Во ВНИИэлектроприводе разработана серия унифи­ цированных транзисторных усилителей типа УПТЗ— УПТ6, работающих по принципу модуляция — усиление

— демодуляция [50]. Усилители применяют для усиле­ ния слабых сигналов, снимаемых с датчиков, или в ка­ честве регуляторов и функциональных преобразователей. Тип регулятора определяется видом обратной связи, ох­ ватывающей усилитель (пропорциональный, пропорци­ онально-дифференциальный, пропорциональноинтег­ ральный и т.д.).

Усилители УПТ предназначены для работы в унифи­ цированной блочной системе регулирования (УБСР). Наряду с усилителями в системах УБСР применяют уни­ фицированные блоки питания (ИП), блоки ограничения (БО) и др.

В качестве промежуточных усилителей в системах АРВ применяют также магнитные усилители типа ТУМ или магнитные логические элементы типа МР, состоящие из усилителя и вентилей положительной обратной свя­ зи. Магнитные элементы МР имеют выход на постоян­ ном токе. В силовых цепях возбуждения СД применяют магнитные усилители УМЗП.

Функциональные схемы систем АРВ

На рис. 65 приведена функциональная схема системы АРВ синхронного двигателя, реализующая закон регу­ лирования (IV-I). Схема состоит из двух параллельно включенных контуров регулирования: регулирование по реактивному току и производной активного тока. Воз­ буждение двигателя осуществляется от тиристорного преобразователя ТП, включенного в сеть 380 В через со­ гласующий трансформатор ТС. Тиристорный преобразо­ ватель через систему импульсно-фазового управления (СИФУ) получает с выхода регулятора тока возбужде­ ния (РТВ) сигнал, определяющий величину тока возбу­ ждения. В качестве регулятора тока РТВ используется суммирующий магнитный усилитель.

На входе РТВ суммируются следующие сигналы: сиг­ нал задания силы тока возбуждения 1/зад; сигнал, пропор­

164

циональный производной активного тока статора; сиг­ нал, пропорциональный реактивному току, и сигнал об­ ратной связи по току возбуждения.

Сигнал задания соответствует выбранному реактив­ ному току (мощности) двигателя при холостом ходе, ко­ торый система АРВ стремится стабилизировать. Сигнал

подается на задающую обмотку суммирующего магнит­ ного усилителя от постороннего источника, обычно полу­ проводникового выпрямителя, и регулируется по потен­ циометрической схеме. Сигнал, пропорциональный реак­ тивному току, подается от датчика реактивного тока ДРТ. Сигнал, пропорциональный производной активного тока статора, поступает с выхода датчика активного то­ ка ДАТ через дифференциальный преобразователь ДП, на выходе которого получается производная входного сигнала. Благодаря введению жесткой отрицательной об­ ратной связи с задержкой по току возбуждения достига­ ется ограничение минимальной силы тока возбуждения.

На рис. 66 показана функциональная схема АРВ син­ хронного двигателя, стабилизирующая напряжения в уз­ ле нагрузки. На входе магнитного усилителя суммируют­ ся сигналы задания силы тока возбуждения; сигнал, про­ порциональный отклонению напряжения в сети от задан­ ного значения, и сигнал, пропорциональный силе реак­ тивного тока.

Сигнал силы задания тока возбуждения выбирается из условия оптимальной выдачи двигателем реактивной

165

мощности при отсутствии сигналов регулирования. При отклонении напряжения в сети от оптимального сигнал с датчика напряжения подается на вход транзисторного усилителя УТ\ (или усилителя другого типа) и затем в обмотку управления магнитного усилителя. Ограничение силы тока возбуждения сверху и снизу осуществляется транзисторным усилителем УТi, характеристика которо­ го имеет участки насыщения, соответствующие макси­ мальному и минимальному значениям тока возбуждения.

Действие АРВ

Рис. 67. Осциллограмма работы синхронного привода 1,7 MBA с АРВ на под­ держание напряжения сети

Кроме того, в схеме предусмотрено ограничение по силе реактивного тока (отстающего), действующее в случае превышения нагрузки на валу двигателя выше расчетной.

Необходимость ограничения по силе реактивного тока обусловлена тем, что для расширения пределов регули­ рования напряжения двигатель может работать как в емкостном, так и в индуктивном режимах, потребляя из сети реактивную мощность. Ограничение должно функ­ ционировать только в режиме потребления реактивной мощности. С увеличением нагрузки на валу двигателя, работающего в этом режиме, реактивная составляющая тока статора растет. Сигнал, пропорциональный силе ре­ активного тока, усиливаясь транзисторным усилителем УТ2, поступает в суммирующий магнитный усилитель и увеличивает минимальную силу тока возбуждения. Таким образом, осуществляется плавающая нижняя гра­ ница силы тока возбуждения двигателя.

На рис. 67 приведена осциллограмма напряжения на шинах подстанции до и после введения АРВ на двигате­ ле 1,7 MBA, настроенной на стабилизацию напряжения. Система спроектирована и внедрена на одном из метал­ лургических заводов. Хотя мощность автоматизирован­ ного двигателя была недостаточной для полной компен­ сации колебаний напряжения на шинах (мощность под­ станции около 20 МВт), однако удалось путем АРВ

166

сократить эти колебания почти наполовину (около

100 В).

На рис. 68 приведена функциональная схема АРВ син­ хронного двигателя, реализующая сложный закон регу­ лирования на постоянство напряжения сети и угла сдви­ га фаз ср с включением первых производных от назван­ ных параметров. На входе РТВ суммируются сигналы задания, сигнал от универсального датчика напряжения и угла ф и сигнал от дифференциального преобразовате­

ля, пропорциональный— (Ь'сф). Элементная схема дат- dt

чика напряжения и угла ф была приведена на рис. 61. На

ными являются многоконтурные системы регулирования" с несколькими каскадно включенными регуляторами — системы подчиненного регулирования параметров. Один из регулируемых параметров в этих системах служит ос­ новным, остальные служат подчиненными, вспомогатель­ ными.

Способ подчиненного регулирования позволяет срав­ нительно просто включать в систему управления любое число регулируемых параметров, осуществлять измене­ ние параметров по оптимальным законам, вводить огра­ ничения параметров сверху и снизу, вводить в законы ре­ гулирования производные.

Система подчиненного регулирования включает п ре­ гуляторов, осуществляющих последовательную коррек­ цию по числу регулируемых параметров. На вход каждо­ го регулятора вводятся задания в виде напряжения

16/

постоянного тока, сигналы обратных связей от датчиков контролируемых параметров, а также накладываются ограничения на параметры. Причем задающим сигналом каждого последующего регулятора служит выходной сигнал предыдущего регулятора.

На рис. 69 приведена структурная схема подчиненно­ го регулирования для системы с п контурами. На схеме

даны W (P )Рь W (P)р2; W ( P ) vn — передаточные функции регуляторов, W (Р)оГ, №(Р)о2', W (P )0n — передаточные

функции объекта регулирования. Параметр, регулируе­ мый внешним контуром, является основным (хп), а пара­ метры, регулируемые внутренними контурами являются подчиненными (хп-и лг„_2,... х.2 , х{), причем они также

соподчинены один с другим, например, х„_2 подчинен па­ раметру Х п - и Х „ _ з, Х П - 2 И Т. Д.

На рис. 70 приведена функциональная схема разра­ ботанной во ВНИИэлектроприводе системы автомати­ ческого регулирования возбуждения синхронного двига­ теля типа КТУ, реализующая закон регулирования (IV-2). Система АРВ состоит из четырех последователь­ но включенных замкнутых контуров регулирования:

1)регулирования тока возбуждения;

2)задания тока возбуждения;

3)регулирования реактивного тока;

4)регулирования напряжения.

Первый внутренний контур регулирования включает регулятор тока возбуждения РТВ, на входе которого суммируются сигналы задания и обратной связи по току возбуждения, а с выхода снимается сигнал, определяю­ щий величину тока возбуждения. Сигнал задания имеет две составляющие. Первая составляющая t/3min соответ­ ствует некоторому минимальному значению тока возбуж­ дения, обеспечивающему создание номинальной э.д. с. двигателя в режиме холостого хода. Другая составляю­

168

щая поступает с регулятора задания тока возбуждения РЗТВ второго контура регулирования и увеличивает ус­ тановку тока возбуждения в соответствии с режимом ра­ боты машины.

На входе РЗТВ суммируются сигналы, пропорцио­ нальные квадрату и производной силы активного тока статора, а также сигнал с выхода регулятора реактивно-

подчиненного регулирования параметров

дпВ

Рис. 70. Функциональная схема системы подчиненного регулирования параметров

зователь ПК, предназначенный для получения квадра­ тичной зависимости выходного напряжения в функции входного сигнала, и форсирующий усилитель УФ, а по

169