RU2080736C1

RU2080736C1 - Device which controls start of controlled electric drive with autonomous power supply

Info

Publication number: RU2080736C1
Authority: RU
Inventors: В.Н. Радченко; М.А. Павлюшко; В.П. Кузьмин
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Уральский завод тяжелого машиностроения"
Priority date: 1992-07-07
Filing date: 1992-07-07
Publication date: 1997-05-27

Abstract

FIELD: devices with autonomous power supply which has primary engine and synchronous generator. SUBSTANCE: device has tools which checks such characteristics of system as generator voltage and active power. EFFECT: possibility to control all stages of electric drive start. 1 dwg

Description

Изобретение предназначено для использования в производственных установках различного назначения с автономным источником электропитания в виде одного или нескольких подключаемых к общим шинам агрегатов, состоящих из первичного двигателя (дизеля, турбины) и синхронного генератора (СГ), в частности, в буровых установках для привода лебедки. The invention is intended for use in production facilities for various purposes with an autonomous power source in the form of one or more units connected to common tires, consisting of a primary engine (diesel, turbine) and synchronous generator (SG), in particular, in drilling rigs for winch drive.

Известны устройства для управления пуском регулируемого электропривода с автономным источником электропитания в виде дизель-генераторных агрегатов (ДГА), применяемые, например, на судах ([1] Чекунов К.А. Судовые электропривода и электродвижение судов. -Л. Судостроение, 1986, с. 352), буровых установках ([2] Создание комплексной системы электроприводов и НКУ для полупогружной буровой установки ППБУ 6500/300. Комплексная система электроприводов технологических механизмов полупогружной буровой установки ППБУ 6500/300, технический проект (откорректированный) ЕИЛА, 650066. 102ТП, М. ВНИИ электропривод, 1988, 166 с.). Known devices for controlling the start-up of a controlled electric drive with an autonomous power source in the form of diesel generator units (DGA), used, for example, on ships ([1] Chekunov KA Ship electric drives and electric ships. -L. Sudostroenie, 1986, p. .352), drilling rigs ([2] Creation of an integrated system of electric drives and low-voltage switchgears for a semi-submersible drilling rig PPBU 6500/300. Integrated system of electric drives of technological mechanisms of a semi-submersible drilling rig PPBU 6500/300, technical design (revised current) EILA, 650066. 102TP, M. VNII electric drive, 1988, 166 pp.).

Из известных устройств наиболее близкой по технической сущности является система регулирования скорости электропривода лебедки и ротора, описанная в техническом проекте [2] схема которой приведена на рис. 4, 5, листе 38 упомянутого проекта. Система содержит задатчик скорости, задатчик интенсивности, регулятор скорости, регулятор тока, регулируемый источник тока в виде тиристорного преобразователя, питаемого от общих шин переменного тока, к которым могут быть подключены один или несколько ДГА. В цепи обратной связи регулятора тока установлены два встречно включенных стабилитрона, предназначенных для ограничения на заданном уровне напряжения на выходе регулятора и, соответственно, тока электродвигателя в процессе пуска. Эта задача в системах подчиненного регулирования, как правило, решается с помощью блока ограничения, включаемого в цепь обратной связи регулятора скорости ([3] Башарин А. В. Новиков В.А. Соколовский Г.Г. Управление электроприводами. Л. Энергоиздат, 1982, c.392). Блок ограничения может быть выполнен, например, в виде компаратора. Of the known devices, the closest in technical essence is the system for controlling the speed of the electric winch and rotor drive, described in the technical project [2], the diagram of which is shown in Fig. 4, 5, sheet 38 of the mentioned project. The system includes a speed controller, an intensity controller, a speed controller, a current controller, an adjustable current source in the form of a thyristor converter, powered by common AC buses, to which one or more DHAs can be connected. In the feedback loop of the current regulator, two zener diodes are installed in an opposite direction, designed to limit at a given voltage level at the output of the regulator and, accordingly, the motor current during start-up. This task in subordinate control systems, as a rule, is solved with the help of a restriction unit included in the speed controller feedback loop ([3] Basharin A. V. Novikov V. A. Sokolovsky G. G. Electric drive control. L. Energoizdat, 1982 , p. 392). The restriction unit may be performed, for example, in the form of a comparator.

Недостатком известного устройства [2] является фиксированное, не зависящее от текущих значений выходных параметров источника электропитания, ограничение пускового тока электродвигателя, что в случае недостатка мощности источника может явиться причиной аварийного отключения СГ из-за глубокой посадки напряжения или остановки дизелей из-за их перегрузки по мощности; в случае избытка мощности источника и ограничения пускового тока, выбранном по минимальному значению мощности, пуск привода будет неоправданно затянутым. A disadvantage of the known device [2] is a fixed, independent of the current values of the output parameters of the power source, limitation of the starting current of the electric motor, which in case of a lack of power source can cause an emergency shutdown of the SG due to a deep voltage drop or stopping the diesel engines due to their overload by power; in case of excess power of the source and limitation of the inrush current selected at the minimum power value, the start of the drive will be unreasonably tightened.

Для установок с автономным питанием типичной является ситуация, когда мощность двигателя исполнительного механизма соизмерима с мощностью ДГА и к общим шинам агрегатов подключены другие потребители, имеющие случайный характер нагрузки. Поэтому необходимо обеспечить автоматическое ограничение пускового тока двигателя исходя из условия сохранения в допустимых пределах выходных параметров ДГА, из которых определяющими являются напряжение на шинах генератора и отдаваемая в сеть активная мощность. For installations with autonomous power supply, a typical situation is when the engine power of the actuator is comparable to the power of the DHA and other consumers with a random load are connected to the common busbars of the units. Therefore, it is necessary to automatically limit the starting current of the motor based on the condition that the output parameters of the DGA are kept within acceptable limits, of which the voltage on the generator buses and the active power supplied to the network are decisive.

Особенностью процесса пуска регулируемого электропривода является изменение его энергетических характеристик по мере увеличения скорости электродвигателя. В начальной стадии, когда скорость мала, ток в обмотках статора СГ, питающего регулируемый электропривод, имеет преимущественно индуктивный характер, его размагничивающее действие способствует снижению напряжения на выходе СГ. По мере увеличения скорости пускаемого двигателя увеличивается доля активной составляющей в токе статора СГ, снижается его размагничивающее действие, что благоприятно влияет на процесс пуска. Однако при этом увеличиваются активная мощность на выходе СГ и мощность на валу дизеля, наибольшее допускаемое значение которой определяется перегрузочной способностью дизеля (110. 115% номинальной мощности). При превышении этого значения снижается скорость вращения дизеля, появляются перебои в работе, вследствие чего дизель может остановиться. A feature of the start-up process of an adjustable electric drive is a change in its energy characteristics as the speed of the electric motor increases. In the initial stage, when the speed is low, the current in the windings of the SG stator, which feeds the controlled electric drive, is mainly inductive in nature, its demagnetizing effect helps to reduce the voltage at the SG output. As the speed of the starting engine increases, the proportion of the active component in the SG stator current increases, its demagnetizing effect decreases, which favorably affects the starting process. However, this increases the active power at the SG output and the power on the diesel shaft, the maximum allowable value of which is determined by the diesel overload capacity (110. 115% of the rated power). If this value is exceeded, the diesel rotation speed decreases, interruptions in operation appear, as a result of which the diesel engine can stop.

Число работающих агрегатов может быть произвольным, причем при параллельной работе возможна неодинаковая нагрузка генераторов по активной мощности. В этом случае уровень ограничения пускового тока должен определяться наиболее загруженным генератором. Задача выделения наибольшего значения активной мощности одного из нескольких работающих генераторов может быть решена, например, с использованием известной схемы, в которой каждый СГ снабжен датчиком активной мощности и выходы датчиков через диоды соединены параллельно. The number of operating units can be arbitrary, and with parallel operation, uneven load of generators by active power is possible. In this case, the inrush current limit should be determined by the busiest generator. The problem of extracting the highest value of the active power of one of several working generators can be solved, for example, using the well-known circuit in which each SG is equipped with an active power sensor and the outputs of the sensors through diodes are connected in parallel.

При достаточно большой мощности ЛГА, подключенных к общим шинам, уровень пускового тока может быть увеличен вплоть до значения, допускаемого для регулируемого источника тока и электродвигателя. Однако известное устройство не обеспечивает автоматического изменения уровня пускового тока в зависимости от выходных параметров автономного источника электропитания. With a sufficiently large power of the LGA connected to the common buses, the inrush current level can be increased up to the value allowed for the regulated current source and electric motor. However, the known device does not automatically change the level of the starting current, depending on the output parameters of the autonomous power source.

Целью изобретения является повышение надежности электропитания и повышение быстродействия при пуске электропривода с автономным источником электропитания. The aim of the invention is to increase the reliability of power supply and increase speed when starting an electric drive with an autonomous power source.

Цель достигается тем, что в устройство для управления пуском регулируемого электропривода с автономным источником электропитания в виде подключаемых к общим шинам агрегатов, каждый из которых состоит из первичного двигателя и синхронного генератора, содержащее задатчик скорости, задатчик интенсивности, регулятор скорости с блоком ограничения, регулятор тока, регулируемый источник тока с датчиком тока, датчик скорости электродвигателя, датчик активной мощности каждого из синхронных генераторов, датчик напряжения на общих шинах автономного источника электропитания, причем выход задатчика скорости соединен с входом задатчика интенсивности, выход задатчика интенсивности соединен с входом регулятора скорости, блок ограничения регулятора скорости выполнен в виде компаратора, выход которого через диод соединен с входом регулятора скорости, неинвертирующий вход соединен с источником эталонного напряжения, соответствующего допускаемому току электродвигателя, выход регулятора скорости соединен с входом регулятора тока, выход регулятора тока соединен с входом регулируемого источника тока, выход датчика скорости электродвигателя соединен с входом регулятора скорости, выход датчика тока соединен с входом регулятора тока, датчики активной мощности синхронных генераторов оснащены диодами на выходе и включены выходами параллельно друг другу, введены два компаратора, выходы которых через диоды соединены с входом регулятора скорости, инвертирующий вход первого компаратора соединен с выходом регулятора скорости, а неинвертирующий вход соединен с выходом датчика напряжения на общих шинах автономного источника электропитания, инвертирующий вход второго компаратора соединен с источником эталонного напряжения, соответствующего допускаемой активной мощности на выходе синхронного генератора, а неинвертирующий вход соединен с датчиками активной мощности синхронных генераторов, оснащенными диодами на выходе и включенными выходами параллельно друг другу. The goal is achieved in that in a device for controlling the start-up of an adjustable electric drive with an autonomous power source in the form of units connected to common buses, each of which consists of a primary engine and a synchronous generator, comprising a speed controller, an intensity controller, a speed controller with a limiting unit, a current controller , adjustable current source with current sensor, motor speed sensor, active power sensor of each of the synchronous generators, voltage sensor on common bus auton there is a lot of power supply, and the output of the speed controller is connected to the input of the intensity controller, the output of the intensity controller is connected to the input of the speed controller, the speed controller limiting unit is made in the form of a comparator, the output of which is connected through the diode to the input of the speed controller, the non-inverting input is connected to the reference voltage source, corresponding to the permissible current of the electric motor, the output of the speed controller is connected to the input of the current controller, the output of the current controller is connected to the input of the controller current source, the output of the motor speed sensor is connected to the input of the speed controller, the output of the current sensor is connected to the input of the current controller, the active power sensors of synchronous generators are equipped with diodes at the output and are connected with outputs parallel to each other, two comparators are introduced, the outputs of which are connected through the diodes to the input the speed controller, the inverting input of the first comparator is connected to the output of the speed controller, and the non-inverting input is connected to the output of the voltage sensor on the common buses of the autonomous source power supply, the inverting input of the second comparator is connected to a reference voltage source corresponding to the allowable active power at the output of the synchronous generator, and the non-inverting input is connected to the active power sensors of the synchronous generators, equipped with diodes at the output and the connected outputs parallel to each other.

Указанные выше признаки позволяют обеспечить автоматически контролируемый пуск двигателя от установки соизмеримой мощности на всех этапах процесса. При этом необходимо учесть следующее. The above signs make it possible to automatically start the engine from installing comparable power at all stages of the process. It is necessary to consider the following.

Любые сбои при запуске двигателей от электростанции ограниченной мощности крайне нежелательны. К значительным потерям времени приводит и обычное срабатывание защиты из-за недопустимого снижения напряжения на шинах, и, особенно, остановка дизеля. Поэтому персонал нередко прибегает к ручному управлению для снижения темпа пуска. При этом используется опыт и интуиция работников, но без какой-либо гарантии на оптимальность. Чаще всего персонал при ручном управлении ограничивает ток с "запасом", и возможности источника полностью не используются. Any failure to start the engines from a limited power plant is highly undesirable. Significant loss of time is also caused by the usual operation of the protection due to an unacceptable decrease in voltage on the tires, and, especially, the stop of the diesel engine. Therefore, personnel often resort to manual control to reduce the pace of starting. In this case, the experience and intuition of employees are used, but without any guarantee of optimality. Most often, manual control limits the current with "reserve", and the source capabilities are not fully used.

Как уже упоминалось выше, анализ процесса пуска двигателя показал, что в начальный период нагрузка синхронных генераторов носит индуктивный характер, и приводные дизели недогружены, но ток, потребляемый двигателем, велик, и вполне вероятно существенное снижение напряжения в шинах. Тем более могут повлиять другие потребители, подключенные к тем же шинам. As mentioned above, the analysis of the engine starting process showed that in the initial period the load of synchronous generators is inductive and the drive diesels are underloaded, but the current consumed by the engine is high, and it is likely that the voltage in the tires will drop significantly. Moreover, other consumers connected to the same buses can affect.

По мере разгона увеличивается потребление активной мощности, дизель нагружается и становится вероятной перегрузка приводных дизелей. As the acceleration increases, the consumption of active power increases, the diesel is loaded and the overload of the driving diesels becomes possible.

В заявленном техническом решении предусматриваются средства для контроля как напряжения генератора, так и активной мощности. При выходе одной из этих величин за установленные пределы срабатывает соответствующий компаратор и тогда происходит ограничение тока до величины, позволяющей сохранить приемлемый уровень напряжения на шинах и уровень мощности дизеля соответственно. Каждая из величин измеряется и контролируется автономно, т.е. никакого взаимодействия между ними не предусматривается. Они связаны лишь общим процессом пуском двигателя, на который они и воздействуют. В результате удается получить контролируемый на всех этапах пуск двигателя от источника ограниченной мощности, чего не достигалось в известных предшествующих решениях. Это может рассматриваться как новое свойство объекта и свидетельствует о его соответствии критерию изобретательного уровня. The claimed technical solution provides means for monitoring both the voltage of the generator and active power. When one of these values exceeds the set limits, the corresponding comparator is activated and then the current is limited to a value that allows you to maintain an acceptable voltage level on the tires and the diesel power level, respectively. Each of the quantities is measured and controlled independently, i.e. no interaction between them is provided. They are connected only by the general process of starting the engine, on which they act. As a result, it is possible to obtain engine start at all stages from a limited power source, which was not achieved in the known previous solutions. This can be considered as a new property of the object and indicates its compliance with the criterion of an inventive level.

На чертеже изображена блок-схема предлагаемого устройства. The drawing shows a block diagram of the proposed device.

Устройство содержит задатчик скорости 1, сигнал с которого через задатчик интенсивности 2, регулятор скорости 3, поступает на вход регулятора тока 4. При скачкообразном увеличении сигнала на выходе задатчика скорости 1 сигнал на выходе задатчика интенсивности 2, являющийся заданием скорости, возрастает плавно. На вход регулятора скорости 3 подается разность сигналов задатчика интенсивности 2 и датчика скорости 7. Выход регулятора скорости 3 является заданием для регулятора тока 4, на вход которого подается также сигнал с датчика тока 8. Плавно возрастающее напряжение на выходе регулятора тока 4 вызывает постепенное увеличение напряжения на выходе регулируемого источника тока 5, что обеспечивает постоянство тока, потребляемого электродвигателем 6 и разгон его до установившейся скорости с постоянным моментом. The device contains a speed controller 1, the signal from which through the intensity controller 2, speed controller 3, is fed to the input of the current controller 4. When the signal at the output of the speed controller 1 jumps up, the signal at the output of the intensity controller 2, which is the speed reference, increases smoothly. The input of the speed controller 3 is the difference between the signals of the intensity controller 2 and the speed sensor 7. The output of the speed controller 3 is a task for the current controller 4, the input of which is also fed a signal from the current sensor 8. A gradually increasing voltage at the output of the current controller 4 causes a gradual increase in voltage at the output of an adjustable current source 5, which ensures the constancy of the current consumed by the electric motor 6 and its acceleration to a steady speed with a constant moment.

Если темп нарастания напряжения на выходе задатчика интенсивности 2 будет выше темпа разгона электродвигателя 6, то в этом случае напряжение на выходе регулятора скорости 3 будет нарастать более интенсивно и при значении, эквивалентном допускаемому току электродвигателя 6, изменится знак напряжения на выходе компаратора 9, напряжение на выходе регулятора скорости 3 будет ограничено на заданном уровне, значение тока, потребляемого электродвигателем 6, будет равно допускаемому. If the growth rate of the voltage at the output of the intensity adjuster 2 is higher than the acceleration rate of the electric motor 6, then in this case the voltage at the output of the speed controller 3 will increase more intensively and at a value equivalent to the permissible current of the electric motor 6, the sign of the voltage at the output of the comparator 9 will change, the voltage will the output of the speed controller 3 will be limited at a given level, the value of the current consumed by the electric motor 6 will be equal to the permissible.

В случае снижения напряжения на общих шинах до предельно допускаемого значения изменится знак напряжения на выходе компаратора 10, на неинвертирующий вход которого подается сигнал, снимаемый с датчика напряжения 12, а на инвертирующий сигнал с выхода регулятора скорости, ток электродвигателя будет ограничен на достигнутом уровне. С ростом напряжения на шинах величина установки неинвертирующего входа компаратора 10 автоматически увеличивается и при напряжении, составляющем 80% от номинального значения, она эквивалентна допускаемому току электродвигателя. In the case of reducing the voltage on common buses to the maximum permissible value, the sign of the voltage at the output of the comparator 10 will change, to the non-inverting input of which a signal is taken from the voltage sensor 12, and the current of the motor will be limited to the inverting signal from the output of the speed controller, at the achieved level. With increasing voltage on the tires, the installation value of the non-inverting input of the comparator 10 automatically increases and at a voltage of 80% of the nominal value, it is equivalent to the permissible current of the electric motor.

Когда активная мощность любого из параллельно включенных генераторов 16, 17, 18, приводимых во вращение первичными двигателями 19, 20, 21, достигнет максимальной величины, соответствующей перегрузочной способности первичного двигателя, тогда изменится полярность напряжения на выходе компаратора 11, на один из входов которого подано постоянное напряжение, на другой напряжение, пропорциональное активной мощности СГ, снимаемое с датчиков активной мощности 13, 14, 15, наступит ограничение сигнала на выходе регулятора скорости 3, тока электродвигателя 6 и мощности, потребляемой от ДГА. Дальнейший разгон электродвигателя до максимальной скорости происходит при постоянной мощности на выходе СГ. When the active power of any of the parallel-connected generators 16, 17, 18, driven by primary engines 19, 20, 21, reaches a maximum value corresponding to the overload capacity of the primary engine, then the polarity of the voltage at the output of the comparator 11 will change, one of the inputs of which is fed DC voltage, to another voltage proportional to the active power of the SG, taken from the active power sensors 13, 14, 15, there will be a signal limitation at the output of the speed controller 3, the motor current 6 and the power consumed by the DHA. Further acceleration of the motor to maximum speed occurs at a constant power output of the SG.

Если суммарная мощность агрегатов, подключенных к общим шинам, превышает суммарную мощность, потребляемую электродвигателем 6 и другими потребителями 22, и не происходит снижения напряжения на шинах, то полярность компараторов 10 и 11 остается неизменной, пусковой ток электродвигателя имеет максимальное значение, ограниченное действием компаратора 9. If the total power of the units connected to the common buses exceeds the total power consumed by the electric motor 6 and other consumers 22, and the voltage on the tires does not decrease, the polarity of the comparators 10 and 11 remains unchanged, the starting current of the electric motor has a maximum value limited by the action of the comparator 9 .

Предлагаемое устройство, в котором в процессе пуска электродвигателя автоматически отслеживаются выходные параметры автономного источника электропитания, имеет повышенную надежность электропитания, позволяет реализовать пусковые режимы с наибольшим быстродействием. The proposed device, in which the output parameters of an autonomous power source are automatically monitored during the start-up of the electric motor, has an increased reliability of the power supply, and it allows to realize starting modes with the highest speed.

Claims

A device for controlling the start-up of a controlled electric drive with an autonomous power source in the form of units connected to common buses, each of which consists of a primary engine and a synchronous generator, comprising a speed controller, an intensity controller, a speed controller with a limiting unit, a current controller, an adjustable current source with a sensor current sensor, motor speed sensor, active power sensors of each of the synchronous generators, voltage sensor on the common buses of an autonomous source of electric voltage, and the output of the speed controller is connected to the input of the intensity controller, the output of the intensity controller is connected to the input of the speed controller, the speed controller limiting unit is made in the form of a comparator, the output of which is connected via a diode to the input of the speed controller, the non-inverting input is connected to a reference voltage source corresponding to the allowed current of the electric motor, the output of the speed controller is connected to the input of the current controller, the output of the current controller is connected to the input of the adjustable current source, output d the speed sensor of the electric motor is connected to the input of the speed controller, the output of the current sensor is connected to the input of the current controller, the active power sensors of synchronous generators are equipped with diodes at the output and are connected with outputs parallel to each other, characterized in that two comparators are introduced into it, the outputs of which are connected through diodes with the input of the speed controller, the inverting input of the first comparator is connected to the output of the speed controller, and the non-inverting input is connected to the output of the voltage sensor on the autonomous common buses and the power source, the inverting input of the second comparator is connected to a reference voltage source corresponding to the allowable active power at the output of the synchronous generator, and the non-inverting input is connected to the sensors of the active power of synchronous generators.