RU2242080C2 - Method for controlling synchronous machine excitation - Google Patents
Method for controlling synchronous machine excitation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2242080C2 RU2242080C2 RU2002132847/09A RU2002132847A RU2242080C2 RU 2242080 C2 RU2242080 C2 RU 2242080C2 RU 2002132847/09 A RU2002132847/09 A RU 2002132847/09A RU 2002132847 A RU2002132847 A RU 2002132847A RU 2242080 C2 RU2242080 C2 RU 2242080C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- converter
- voltage
- output voltage
- sided conductivity
- synchronous machine
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области электротехники, в частности может быть использовано для возбуждения синхронных машин с преобразователем с двухсторонней проводимостью.The invention relates to the field of electrical engineering, in particular, can be used to excite synchronous machines with a converter with two-sided conductivity.
Известен преобразователь с двухсторонней проводимостью (ПДП) выполненный на основе машины постоянного тока (МПТ) с обмоткой возбуждения, имеющей малую постоянную времени, который описан в [Сергеев П.С. Электрические машины. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1962, с.269]. При этом ПДП работал в выпрямительном режиме, когда МПТ работала в режиме генератора и ПДП работал в режиме инвертора, когда МПТ работала в режиме двигателя.A known converter with two-sided conductivity (MAP) made on the basis of a direct current machine (MPT) with an excitation winding having a small time constant, which is described in [Sergeev P.S. Electric cars. - M.-L.: Gosenergoizdat, 1962, p. 269]. In this case, the PDP worked in the rectifier mode, when the MPT worked in the generator mode and the PDP worked in the inverter mode, when the MPT worked in the motor mode.
Недостатком такого преобразователя с двухсторонней проводимостью, выполненного на основе машины постоянного тока, является невозможность максимального использования электромагнитного момента, создаваемого обмоткой возбуждения синхронной машины, из-за малого быстродействия при циклическом управлении ПДП. Другими недостатками являются относительно низкий коэффициент полезного действия МПТ, коммутации на коллекторе, шум.The disadvantage of such a converter with two-sided conductivity, made on the basis of a direct current machine, is the inability to maximize the use of the electromagnetic moment created by the excitation winding of a synchronous machine, due to the low speed during cyclic control of the RAP. Other disadvantages are the relatively low efficiency of the MPT, commutation on the collector, and noise.
Известны сведения о работе двухстороннего преобразователя на симисторах или встречно-параллельно включенных тиристорах, которые приведены в [А.с. №247383, кл. 21 с, 57/34 (МПК Н 02 Р). Устройство для возбуждения синхронных машин. БИ №22, 1969]. Показано, что преобразователь, благодаря двухсторонней проводимости симисторов или встречно-параллельно включенных тиристоров, способен в асинхронных режимах пропускать ток, создаваемый э.д.с., наведенной в обмотке возбуждения полем статора. Импульсы на отпирание вентилей формируются устройством управления в функции частот скольжения и питающей сети. Коммутация тока между группами тиристоров происходит при изменении полярности тока в обмотке возбуждения, а коммутация между тиристорами внутри каждой группы - под действием фазных э.д.с. вторичных обмоток согласующего трансформатора.Information is known about the operation of a two-way converter on triacs or on-parallel connected thyristors, which are given in [A.S. No. 247383, cl. 21 s, 57/34 (IPC N 02 P). Device for exciting synchronous machines. BI No. 22, 1969]. It is shown that the converter, due to the two-sided conductivity of triacs or counter-parallel connected thyristors, is able in asynchronous modes to pass the current generated by the emf induced in the excitation winding by the stator field. The impulses for unlocking the valves are generated by the control device as a function of the slip frequencies and the supply network. The current switching between groups of thyristors occurs when the polarity of the current in the field winding changes, and the switching between thyristors inside each group is affected by phase emfs. secondary windings of matching transformer.
Недостатком данного способа является невозможность создания максимального электромагнитного момента от обмотки возбуждения.The disadvantage of this method is the inability to create the maximum electromagnetic moment from the field winding.
Известен способ пуска и самозапуска синхронного электродвигателя, описанный в [Патент РФ №2014720, МПК 6 Н 02 Р 1/50. Способ пуска и самозапуска синхронного электродвигателя. БИ №11, с.155-156, 1994].A known method of starting and self-starting a synchronous electric motor, described in [RF Patent No. 20144720, IPC 6 H 02
Способ пуска и самозапуска синхронного электродвигателя, при котором подключают обмотку возбуждения к активному добавочному сопротивлению, а обмотку статора к напряжению питающей сети, измеряют мгновенные значения напряжений на статоре и тока в обмотке возбуждения, определяют скольжение ротора, при достижении скольжением первого заданного значения при каждом провороте ротора относительно поля статора определяют моменты времени для переключении обмотки возбуждения, в соответствии с которыми и чередуют ее подключение к возбудителю с двухполярным форсированным напряжением с подключением к добавочному активному сопротивлению, при достижении скольжением второго заданного значения обмотку возбуждения подключают к возбудителю с постоянным по знаку напряжением, отличается тем, что дополнительно измеряют мгновенные значения токов в статоре, определяют знак производной тока в обмотке возбуждения, вычисляют мгновенные значения вращающего электромагнитного момента и фиксируют его максимальные и минимальные значения в течение каждого проворота ротора относительно поля статора, при этом обмотку возбуждения подключают к добавочному активному сопротивлению в моменты фиксации каждого максимального значения вращающего электромагнитного момента, а к возбудителю с форсированным напряжением, полярность которого выбирают совпадающей со знаком производной тока в обмотке возбуждения, подключают в моменты фиксации каждого минимального значения вращающего электромагнитного момента, а подключение обмотки возбуждения к возбудителю с постоянным по знаку напряжением, полярность которого выбирают совпадающей со знаком производной тока в обмотке возбуждения, производят при достижении скольжением второго заданного значения после фиксирования минимального значения вращающего электромагнитного момента, причем вращающий электромагнитный момент m определяют по формулеThe method of starting and self-starting a synchronous electric motor, in which the field winding is connected to the active additional resistance, and the stator winding is connected to the supply voltage, the instantaneous voltage values on the stator and current in the field winding are measured, the rotor slip is determined, when the slip reaches the first preset value at each rotation the rotor relative to the stator field determine the time points for switching the field winding, in accordance with which alternate its connection to the pathogen with bipolar forced voltage connected to an additional active resistance, when the slip reaches the second preset value, the field winding is connected to the exciter with a constant voltage in sign, it differs in that the instantaneous current values in the stator are additionally measured, the sign of the derivative of the current in the field winding is determined, instant values are calculated electromagnetic torque and fix its maximum and minimum values during each rotation of the rotor relative to I stator, while the excitation winding is connected to additional active resistance at the moments of fixation of each maximum value of the rotating electromagnetic moment, and to the exciter with forced voltage, the polarity of which is chosen coinciding with the sign of the derivative of the current in the excitation winding, is connected at the moments of fixing each minimum value of the rotating electromagnetic moment, and the connection of the field winding to the pathogen with a constant voltage in the sign, the polarity of which is chosen coincidentally th with the sign of the derivative of the current in the field winding, is produced when the slide reaches the second predetermined value after fixing the minimum value of the electromagnetic torque, and the electromagnetic electromagnetic torque m is determined by the formula
m=(Ua-iaRa)ia+(Uв-iвRв)iв+(Uc-icRc)iac,m = (U a -i a R a ) i a + (U to -i to R c ) i to + (U c -i c R c ) i ac ,
где Ua, uв, Uс - фазные напряжения статора, В;where U a , u in , U with - phase voltage of the stator, V;
ia, iа, iс - фазные токи статора, А;i a , i a , i s - phase currents of the stator, A;
Ra, Rв, Rс - активные сопротивления обмоток статора, Ом.R a , R in , R with - the active resistance of the stator windings, Ohm.
Недостатком является применение добавочного активного сопротивления в цепи обмотки возбуждения, так как при определенном управлении работой двухстороннего преобразователя возможно создание режима, эквивалентного введению в цепь обмотки возбуждения активного сопротивления.The disadvantage is the use of additional active resistance in the field winding circuit, since with a certain control of the operation of a two-way converter, it is possible to create a mode equivalent to introducing active resistance into the field circuit of the field winding.
Наиболее близким аналогом (прототипом) является изобретение, описанное в [Патент РФ №2064219, МПК 6 Н 02 Р 1/50. Способ пуска и ресинхронизации синхронной машины. БИ №20, с.270, 1996].The closest analogue (prototype) is the invention described in [RF Patent No. 2064219, IPC 6 H 02
Способ пуска и ресинхронизации синхронной машины с системой возбуждения, содержащей преобразователь с двухсторонней проводимостью, при котором обмотку возбуждения подключают к преобразователю с двухсторонней проводимостью, который переводят в инверторный режим, а обмотку статора подключают к трехфазному напряжению питающей сети, от которой производят пуск и ресинхронизацию, при этом измеряют ток обмотки возбуждения, определяют скольжение и при величине скольжения, соответствующей подсинхронной скорости вращения, переводят упомянутый преобразователь в выпрямительный режим, подавая напряжение в обмотку возбуждения синхронной машины, отличающийся тем, что измеряют ток и напряжение статора и определяют мгновенные значения угла сдвига фаз между током и напряжением, знаки первых производных этого угла и тока в обмотке возбуждения и при скоростях вращения, меньших подсинхронной, производят циклическое управление преобразователем с двухсторонней проводимостью, переводя его из инверторного режима в выпрямительный в момент, когда знак первой производной угла сдвига фаз между током и напряжением статора становится положительным, и переводят указанный преобразователь в инверторный режим в момент, когда знак упомянутой производной становится отрицательным, при этом при переводе преобразователя с двухсторонней проводимостью при циклическом управлении в выпрямительный режим подачу напряжения в обмотку возбуждения синхронной машины осуществляют со знаком, совпадающим со знаком производной тока в обмотке возбуждения, при достижении ротором синхронной машины подсинхронной скорости вращения прекращают циклическое управление проводимостью преобразователя с двухчастотной проводимостью после очередного перевода его в выпрямительный режим.A method of starting and resynchronizing a synchronous machine with an excitation system containing a converter with two-sided conductivity, in which the field winding is connected to a converter with two-sided conductivity, which is converted to inverter mode, and the stator winding is connected to a three-phase voltage of the supply network, from which start-up and resynchronization are performed, in this case, the current of the field winding is measured, the slip is determined, and with the magnitude of the slip corresponding to the sub-synchronous rotation speed, the mentioned the first converter to the rectifier mode, supplying voltage to the excitation winding of a synchronous machine, characterized in that the current and voltage of the stator are measured and instantaneous values of the phase angle between current and voltage are determined, the signs of the first derivatives of this angle and current in the excitation winding and at rotation speeds, smaller sub-synchronous, cyclic control of the converter with two-sided conductivity is carried out, transferring it from the inverter mode to the rectifier mode at the moment when the sign of the first derivative of the angle of shift φ between the current and voltage of the stator becomes positive, and the specified converter is transferred to the inverter mode at the moment when the sign of the aforementioned derivative becomes negative, while when the converter with two-sided conductivity is cycled into the rectifier mode, the voltage is supplied to the excitation winding of the synchronous machine with a sign coinciding with the sign of the derivative of the current in the field winding when the rotor of the synchronous machine reaches the sub-synchronous rotation speed ie cyclic control conductivity transmitter with dual-frequency conductivity after the next transfer it to the rectifier mode.
Недостатком данного способа является отключение как инверторного, так и выпрямительного режима преобразователя с двухсторонней проводимостью в момент включения выпрямительного режима, что снижает средний электромагнитный момент синхронной машины. Как следует из описания изобретения прототипа включение выпрямительного режима осуществляется, например, при отрицательной первой производной тока возбуждения и положительном значении самого тока возбуждения. При этом выпрямительный режим должен обеспечивать отрицательное выходное напряжение преобразователя с двухсторонней проводимостью (фиг.1 описания изобретения прототипа). Однако выпрямительный режим возможен только в случае совпадения по направлению (знаку) тока и напряжения преобразователя с двухсторонней проводимостью. Поэтому включения выпрямительного режима не произойдет, а инверторный режим будет отключен. При этом преобразователь с двухсторонней проводимостью остается как без инверторного, так и без выпрямительного режима. На фиг.1 показано циклическое управление преобразователем с двухсторонней проводимостью согласно способу, показанному в описании прототипа. Значение угла (нами вычисляется как разность фаз между напряжением и током (в прототипе значение угла (вычисляется как разность фаз между током и напряжением). Исходя из того, что угол (отстающего тока (например, индуктивного) обычно принимается положительным, изменяем соответственно знаки производных угла φ.The disadvantage of this method is the shutdown of both the inverter and the rectifier mode of the converter with two-sided conductivity at the time the rectifier mode is turned on, which reduces the average electromagnetic moment of the synchronous machine. As follows from the description of the invention of the prototype, the inclusion of the rectifying mode is carried out, for example, with a negative first derivative of the excitation current and a positive value of the excitation current itself. In this case, the rectifying mode should provide a negative output voltage of the converter with two-sided conductivity (Fig. 1 of the description of the invention of the prototype). However, the rectifier mode is possible only if the direction (sign) of the current and voltage of the converter with two-sided conductivity coincides. Therefore, the rectifier mode will not turn on, and the inverter mode will be turned off. In this case, the converter with two-sided conductivity remains both without inverter and without rectifier mode. Figure 1 shows the cyclic control of the Converter with two-sided conductivity according to the method shown in the description of the prototype. The angle value (we calculate as the phase difference between voltage and current (in the prototype, the angle value (calculated as the phase difference between current and voltage). Based on the fact that the angle (of the lagging current (for example, inductive) is usually assumed to be positive, we change the signs of the derivatives accordingly angle φ.
Диаграмма, представленная на фиг.1, получена в результате работы математической модели, выполненной на компьютерной системе проведения инженерных и научных расчетов MatLAB, пакет SimuLink [Герман-Галкин С.Г. Компьютерное моделирование полупроводниковых систем в MatLab 6.0. СПб: Корона-Принт, 2001, 320с.; MatLab/help/toolbox/powersys/sinchronousmaschine.html.].The diagram presented in Fig. 1 is obtained as a result of the mathematical model performed on the computer system for engineering and scientific calculations MatLAB, the SimuLink package [German-Galkin SG Computer simulation of semiconductor systems in MatLab 6.0. St. Petersburg: Crown Print, 2001, 320s .; MatLab / help / toolbox / powersys / sinchronousmaschine.html.].
На фиг.1: If - ток возбуждения; Uf - выходное напряжение преобразователя с двухсторонней проводимостью; В - выпрямительный режим работы преобразователя с двухсторонней проводимостью (согласно прототипу); И - инверторный режим работы преобразователя с двухсторонней проводимостью (согласно прототипу); И1 - на данном временном интервале невозможно осуществить выпрямительный режим, так как выходные ток и напряжение преобразователя с двухсторонней проводимостью различны по направлению (знаку).Figure 1: I f is the excitation current; U f is the output voltage of the converter with two-sided conductivity; In - rectifier mode of operation of the Converter with two-sided conductivity (according to the prototype); And - inverter mode of operation of the converter with two-sided conductivity (according to the prototype); And 1 - in this time interval it is impossible to carry out a rectifying mode, since the output current and voltage of the converter with two-sided conductivity are different in direction (sign).
Кроме того, при наличии тока в тиристорах, проводящих ток в инверторном режиме, включение выпрямительного режима противоположного направления ведет к короткому замыканию источника питания преобразователя с двухсторонней проводимостью.In addition, if there is current in the thyristors conducting current in the inverter mode, the inclusion of the rectifier mode in the opposite direction leads to a short circuit of the power source of the converter with two-sided conductivity.
При отключении инверторного режима на интервале И1 среднее выходное напряжение преобразователя с двухсторонней проводимостью равно нулю, что снижает эффективность использования преобразователя с двухсторонней проводимостью.When the inverter mode is switched off in the interval And 1, the average output voltage of the converter with two-sided conductivity is zero, which reduces the efficiency of using the converter with two-sided conductivity.
Техническим результатом изобретения является повышение входного момента синхронной машины.The technical result of the invention is to increase the input moment of the synchronous machine.
Сущность изобретения заключается в том, что способ управления возбуждением синхронной машины с системой возбуждения, содержащей преобразователь с двухсторонней проводимостью, при котором обмотку возбуждения подключают к преобразователю с двухсторонней проводимостью и производят циклическое управление указанным преобразователем, который переводят в инверторный и выпрямительный режимы, а обмотку статора подключают к трехфазному напряжению питающей сети, от которой производят пуск и ресинхронизацию синхронной машины, при этом определяют частоту вращения и при величине частоты вращения, достаточной для синхронизации синхронной машины, переводят упомянутый преобразователь в выпрямительный режим, подавая постоянное напряжение в обмотку возбуждения синхронной машины, согласно изобретению определяют угол нагрузки синхронной машины и при частоте вращения, меньшей частоты вращения, достаточной для синхронизации синхронной машины, производят циклическое управление выходным напряжением преобразователя с двухсторонней проводимостью, переводя его из режима положительного напряжения в режим отрицательного напряжения посредством перемены знака выходного напряжения преобразователя с двухсторонней проводимостью (меандра напряжения), приложенного к обмотке возбуждения, в функции угла нагрузки, при этом при угле нагрузки, изменяющемся от 
Способ поясняется чертежами, гдеThe method is illustrated by drawings, where
на фиг.1 показано циклическое управление преобразователем с двухсторонней проводимостью, согласно способу, описанному в прототипе; If - ток возбуждения; Uf - выходное напряжение преобразователя с двухсторонней проводимостью; В - выпрямительный режим работы преобразователя с двухсторонней проводимостью (согласно прототипу); И - инверторный режим работы преобразователя с двухсторонней проводимостью (согласно прототипу); И1 - на данном временном интервале невозможно осуществить выпрямительный режим, так как выходные ток и напряжение преобразователя с двухсторонней проводимостью различны по направлению (знаку);figure 1 shows the cyclic control of the Converter with two-sided conductivity, according to the method described in the prototype; I f is the excitation current; U f is the output voltage of the converter with two-sided conductivity; In - rectifier mode of operation of the Converter with two-sided conductivity (according to the prototype); And - inverter mode of operation of the converter with two-sided conductivity (according to the prototype); And 1 - in this time interval it is impossible to carry out a rectifying mode, since the output current and voltage of the converter with two-sided conductivity are different in direction (sign);
на фиг.2 показан идеальный случай выделения активной и реактивной составляющих тока возбуждения, Ia - активная составляющая тока возбуждения, Ir - реактивная составляющая тока возбуждения, If - результирующий ток возбуждения, Uf - выходное напряжение преобразователя с двухсторонней проводимостью (меандр напряжения возбуждения);figure 2 shows the ideal case of the allocation of the active and reactive components of the excitation current, I a is the active component of the excitation current, I r is the reactive component of the excitation current, I f is the resulting excitation current, U f is the output voltage of the converter with two-side conductivity (voltage meander excitement);
на фиг.3 показаны временные диаграммы изменения тока возбуждения If, выходного напряжения преобразователя с двухсторонней проводимостью Uf и угла нагрузки Θ;figure 3 shows the timing diagrams of changes in the excitation current I f , the output voltage of the Converter with two-sided conductivity U f and the load angle Θ;
на фиг.4 показаны осциллограммы изменения тока возбуждения If и выходного напряжения преобразователя с двухсторонней проводимостью Uf в различные моменты времени при оптимальном регулировании выходного напряжения преобразователя с двухсторонней проводимостью: фиг.4а - момент времени подачи возбуждения; фиг.4б - промежуточный момент времени; фиг.4в - момент времени вхождения синхронной машины в синхронизм; И - инверторный режим преобразователя с двухсторонней проводимостью (согласно предлагаемому в заявке способу); В - выпрямительный режим преобразователя с двухсторонней проводимостью (согласно предлагаемому в заявке способу);figure 4 shows the oscillograms of the excitation current I f and the output voltage of the transducer with two-sided conductivity U f at different points in time with optimal control of the output voltage of the transducer with two-sided conductivity: figa - time of the excitation; figb is an intermediate point in time; figv - the time of entry of the synchronous machine into synchronism; And - inverter mode of the converter with two-sided conductivity (according to the method proposed in the application); B - rectifier mode of the converter with two-sided conductivity (according to the method proposed in the application);
на фиг.5 показано оптимальное изменение напряжения преобразователя с двухсторонней проводимостью в функции угла нагрузки, при котором входной момент синхронной машины будет максимальным;figure 5 shows the optimal voltage change of the Converter with two-sided conductivity as a function of the angle of the load at which the input moment of the synchronous machine will be maximum;
на фиг.6 показано смещение меандра выходного напряжения преобразователя с двухсторонней проводимостью относительно оптимального на угол α;figure 6 shows the offset of the meander of the output voltage of the Converter with two-sided conductivity relative to the optimal angle α;
на фиг.7 показаны кривые зависимости времени синхронизации синхронной машины от смещения меандра выходного напряжения преобразователя с двухсторонней проводимостью относительно оптимального при различной форсировке напряжения возбуждения.Fig. 7 shows curves of the synchronization time of a synchronous machine versus the displacement of the meander of the output voltage of the converter with two-sided conductivity relative to the optimum for various excitation voltage boosts.
на фиг.8 показана зависимость электромагнитного момента синхронной машины (М) от смещения меандра выходного напряжения преобразователя с двухсторонней проводимостью при различных значениях выходного напряжения преобразователя с двухсторонней проводимостью. Uf.кр - критическое значение выходного напряжения преобразователя с двухсторонней проводимостью. Uf.кр - это минимальное выходное напряжение преобразователя с двухсторонней проводимостью, при котором происходит успешная синхронизация синхронной машины с питающей сетью;on Fig shows the dependence of the electromagnetic moment of the synchronous machine (M) on the displacement of the meander of the output voltage of the converter with two-sided conductivity at different values of the output voltage of the converter with two-sided conductivity. U f.cr is the critical value of the output voltage of the converter with two-sided conductivity. U f.cr is the minimum output voltage of the converter with two-sided conductivity, at which the synchronization of the synchronous machine with the mains is successful;
на фиг.9 показана функциональная схема устройства управления преобразователем с двухсторонней проводимостью в цепи обмотки возбуждения, выполненная на основе блока вычисления угла нагрузки (Θ); устройство состоит из измерительного блока 1, блока 2 вычисления угла нагрузки, устройства формирования сигнала управления 3, преобразователя с двухсторонней проводимостью 4, синхронной машины 5;figure 9 shows a functional diagram of a control device for a converter with two-sided conductivity in the field winding circuit, made on the basis of the block of calculation of the load angle (Θ); the device consists of a
на фиг.10 показана функциональная схема устройства управления преобразователем с двухсторонней проводимостью в цепи обмотки возбуждения, выполненная на основе датчика положения ротора; устройство состоит из устройства формирования сигнала управления 3, преобразователя с двухсторонней проводимостью 4, синхронной машины 5, датчика положения ротора 6.figure 10 shows a functional diagram of a control device for a converter with two-sided conductivity in the field winding circuit, made on the basis of the rotor position sensor; the device consists of a control signal generating
Система возбуждения в виде двухстороннего преобразователя может быть выполнена на встречно-параллельно включенных тиристорах, в виде двух выпрямителей включенных встречно, в виде машины постоянного тока (МПТ) с обмоткой возбуждения имеющей малую постоянную времени. Для двухстороннего преобразователя, выполненного на основе МПТ работа в выпрямительном режиме - это работа МПТ в режиме генератора, инверторный режим преобразователя с двухсторонней проводимостью возможен при работе МПТ в режиме двигателя.The excitation system in the form of a two-sided converter can be performed on counter-parallel connected thyristors, in the form of two rectifiers connected in the opposite, in the form of a direct current machine (MPT) with an excitation winding having a small time constant. For a two-sided converter based on MPT, the operation in the rectifier mode is the operation of the MPT in the generator mode, the inverter mode of the converter with two-sided conductivity is possible when the MPT is in the motor mode.
Управление двухсторонним преобразователем в цепи обмотки возбуждения производится таким образом, чтобы максимально воздействовать только на активную составляющую тока возбуждения (фиг.2).The control of a two-way converter in the field winding circuit is performed in such a way as to maximize affect only the active component of the field current (Fig. 2).
Только максимально воздействуя на активную составляющую тока возбуждения, можно достичь наибольшего увеличения входного момента синхронной машины. При этом меандр выходного напряжения преобразователя с двухсторонней проводимостью должен опережать результирующий ток возбуждения, как показано на фиг.2. Чтобы максимально воздействовать на активную составляющую тока возбуждения, выходное напряжение преобразователя с двухсторонней проводимостью необходимо изменять в функции угла нагрузки (Θ).Only by maximally affecting the active component of the excitation current can we achieve the greatest increase in the input moment of the synchronous machine. In this case, the meander of the output voltage of the converter with two-sided conductivity must be ahead of the resulting excitation current, as shown in Fig.2. To maximize the effect on the active component of the excitation current, the output voltage of the converter with two-sided conductivity must be changed as a function of the load angle (Θ).
Оптимальное управление выходным напряжением преобразователя с двухсторонней проводимостью осуществляем следующим образом, при частоте вращения, меньшей частоты вращения, достаточной для синхронизации синхронной машины, производим циклическое управление выходным напряжением преобразователя с двухсторонней проводимостью, переводя его из режима положительного напряжения в режим отрицательного напряжения посредством перемены знака выходного напряжения преобразователя с двухсторонней проводимостью, приложенного к обмотке возбуждения, в функции угла нагрузки. При этом, как показано на фиг.3, при угле нагрузки, изменяющемся от 
На фиг.4. показаны осциллограммы изменения тока возбуждения и выходного напряжения преобразователя с двухсторонней проводимостью в различные моменты времени при оптимальном регулировании выходного напряжения преобразователя с двухсторонней проводимостью.In figure 4. The oscillograms of changes in the excitation current and the output voltage of the transducer with two-sided conductivity at different points in time are shown with optimal control of the output voltage of the transducer with two-sided conductivity.
Оптимальное регулирование выходного напряжения преобразователя с двухсторонней проводимостью создает максимальный входной момент синхронной машины. Любые отклонения при регулировании выходного напряжения преобразователя с двухсторонней проводимостью от оптимального изменения угла нагрузки при смене полярности выходного напряжения преобразователя с двухсторонней проводимостью ведут к увеличению времени синхронизации и, следовательно, уменьшению входного момента синхронной машины. На фиг.5 показано изменение меандра напряжения возбуждения в функции угла нагрузки, при котором входной момент синхронной машины будет максимальным.Optimal regulation of the output voltage of the converter with two-sided conductivity creates the maximum input moment of the synchronous machine. Any deviations in the regulation of the output voltage of the converter with two-sided conductivity from the optimal change in the load angle when changing the polarity of the output voltage of the converter with two-sided conductivity lead to an increase in the synchronization time and, consequently, to a decrease in the input moment of the synchronous machine. Figure 5 shows the change in the meander of the excitation voltage as a function of the load angle at which the input moment of the synchronous machine will be maximum.
Если меандр напряжения “сдвинуть” по оси абсцисс относительно оптимального в любую сторону, входной момент синхронной машины уменьшится.If the meander of the voltage is “shifted” along the abscissa relative to the optimal one in any direction, the input moment of the synchronous machine will decrease.
При реальном определении угла нагрузки (возможна погрешность, которая приведет к смещению меандра выходного напряжения преобразователя с двухсторонней проводимостью относительно оптимального. На фиг.6 показано смещение меандра выходного напряжения преобразователя с двухсторонней проводимостью на угол α. При смещении меандра выходного напряжения преобразователя с двухсторонней проводимостью на угол α происходит уменьшение воздействия на активную составляющую тока возбуждения, следовательно, происходит уменьшение входного момента синхронной машины. Для повышения входного момента синхронной машины в данном случае необходимо увеличить выходное напряжение преобразователя с двухсторонней проводимостью пропорционально изменению модуля угла α.When realistically determining the load angle (an error is possible that will lead to a displacement of the meander of the output voltage of the converter with two-sided conductivity relative to the optimum. Figure 6 shows the displacement of the meander of the output voltage of the converter with two-sided conductivity by an angle α. When the displacement of the meander of the output voltage of the converter with two-sided conductivity is angle α there is a decrease in the effect on the active component of the excitation current, therefore, there is a decrease in the input moment synchronous machine.In order to increase the input moment of the synchronous machine in this case, it is necessary to increase the output voltage of the converter with two-sided conductivity in proportion to the change in the angle modulus α.
На фиг.7 показаны характеристики времени синхронизации синхронной машины в зависимости от смещения на угол α меандра выходного напряжения преобразователя с двухсторонней проводимостью при различной форсировке. Отсчет времени на характеристиках ведется с момента времени начала управления выходным напряжением преобразователя с двухсторонней проводимостью.Figure 7 shows the characteristics of the synchronization time of a synchronous machine, depending on the displacement by the angle α of the meander of the output voltage of the converter with two-sided conductivity at different forces. The timing of the characteristics is carried out from the moment of the start of control of the output voltage of the converter with two-sided conductivity.
Ограниченность графиков по оси абсцисс указывает на то, что при большем угле α синхронизация синхронной машины не достигается. Увеличение выходного напряжения преобразователя с двухсторонней проводимостью позволяет достичь синхронизации при большем значении угла α.The boundedness of the graphs along the abscissa indicates that with a larger angle α, synchronization of the synchronous machine is not achieved. An increase in the output voltage of the converter with two-sided conductivity allows synchronization to be achieved with a larger angle α.
На фиг.8 показана зависимость электромагнитного момента синхронной машины (М) от смещения меандра выходного напряжения преобразователя с двухсторонней проводимостью при различных значениях выходного напряжения преобразователя с двухсторонней проводимостью. Под критическим значением выходного напряжения преобразователя с двухсторонней проводимостью (Uf.кр) понимаем минимальное выходное напряжение преобразователя с двухсторонней проводимостью, при котором происходит успешная синхронизация синхронной машины с питающей сетью, при α=0 эл.град. При рассмотрении данной характеристики видно, что при сдвиге меандра выходного напряжения преобразователя с двухсторонней проводимостью в любую сторону происходит уменьшение электромагнитного момента синхронной машины и синхронизация с сетью невозможна.On Fig shows the dependence of the electromagnetic moment of the synchronous machine (M) on the displacement of the meander of the output voltage of the converter with two-sided conductivity at different values of the output voltage of the converter with two-sided conductivity. By the critical value of the output voltage of a converter with two-sided conductivity (U f.cr ) we mean the minimum output voltage of a converter with two-sided conductivity, at which synchronization of a synchronous machine with the mains is successful, at α = 0 el. When considering this characteristic, it is seen that when the square wave of the output voltage of the converter with two-sided conductivity is shifted to either side, the electromagnetic moment of the synchronous machine decreases and synchronization with the network is impossible.
Устройства, реализующие данный способ, показаны на фиг.9 и 10.Devices that implement this method are shown in Fig.9 and 10.
Устройство на фиг.9 состоит из измерительного блока 1, блока 2 вычисления угла нагрузки, устройства формирования сигнала управления 3, преобразователя с двухсторонней проводимостью 4, синхронной машины 5.The device in Fig. 9 consists of a measuring
С выходов измерительного блока 1 на блок 2 вычисления угла нагрузки (Θ) поступают значения напряжения и тока статора синхронной машины. Также на блок 2 поступают значения выходного напряжения преобразователя с двухсторонней проводимостью (Uf) и тока возбуждения синхронной машины (If). На выходе блока 2 формируется сигнал, пропорциональный углу нагрузки (Θ). Этот сигнал поступает на вход устройства формирования сигнала управления 3, которое выдает серии импульсов для управления преобразователем с двухсторонней проводимостью 4.From the outputs of the measuring
Устройство на фиг.10 отличается от устройства на фиг.9 тем, что вместо измерительного блока 1 и блока 2 вычисления угла нагрузки (Θ), вводится датчик положения ротора 6 для прямого измерения угла нагрузки (Θ).The device in Fig. 10 differs from the device in Fig. 9 in that instead of the measuring
Данный способ позволяет также осуществить автоматическую ресинхронизацию синхронной машины после кратковременных перерывов питания (нарушений электроснабжения), вызванных короткими замыканиями и глубокими понижениями напряжения.This method also allows automatic resynchronization of a synchronous machine after short-term power outages (power outages) caused by short circuits and deep voltage drops.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002132847/09A RU2242080C2 (en) | 2002-11-28 | 2002-11-28 | Method for controlling synchronous machine excitation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2002132847/09A RU2242080C2 (en) | 2002-11-28 | 2002-11-28 | Method for controlling synchronous machine excitation |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2002132847A RU2002132847A (en) | 2004-06-10 |
| RU2242080C2 true RU2242080C2 (en) | 2004-12-10 |
Family
ID=34387351
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2002132847/09A RU2242080C2 (en) | 2002-11-28 | 2002-11-28 | Method for controlling synchronous machine excitation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2242080C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2498491C2 (en) * | 2012-08-09 | 2013-11-10 | Закрытое акционерное общество "НТК" | Method of stat-up and brushless excitation for non-contact asynchronous machine |
| RU2658741C1 (en) * | 2017-05-25 | 2018-06-22 | Акционерное общество "Научно-исследовательское предприятие общего машиностроения" (АО "НИПОМ") | Method of controlling the excitation current of the synchronous motor in post-accident processes of the energy system |
-
2002
- 2002-11-28 RU RU2002132847/09A patent/RU2242080C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| НОСОВ К.Б. и др. Средства и способы самовозбуждения электродвигателей, Кемеровское книжное изд., 1985, с.128. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2498491C2 (en) * | 2012-08-09 | 2013-11-10 | Закрытое акционерное общество "НТК" | Method of stat-up and brushless excitation for non-contact asynchronous machine |
| RU2658741C1 (en) * | 2017-05-25 | 2018-06-22 | Акционерное общество "Научно-исследовательское предприятие общего машиностроения" (АО "НИПОМ") | Method of controlling the excitation current of the synchronous motor in post-accident processes of the energy system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5587641A (en) | VSCF start system with precise voltage control | |
| US6051953A (en) | Brushless exciterless field system for AC synchronous machines | |
| US9362841B2 (en) | Power conversion apparatus and method of controlling the same | |
| US4937508A (en) | VSCF start system with precision voltage | |
| US4112339A (en) | Measurement of pulsating torque in a current source inverter motor drive | |
| EP3211788A1 (en) | Doubly fed induction motor | |
| JPH0634621B2 (en) | Electric rotating machine | |
| EP3280043B1 (en) | Pre-alignment of synchronous loads prior to starting grid | |
| RU2242080C2 (en) | Method for controlling synchronous machine excitation | |
| US3519909A (en) | Adjustable speed motor drive using a wound rotor of an induction motor mechanically connected to the armature of a d.c. motor,both electrically connected by a control system | |
| EP3280042A1 (en) | Load alignment assistance during startup of synchronous grid | |
| US10554162B2 (en) | Active damping of synchronous grid oscillations using partial power converter | |
| JPH10313596A (en) | Pumped-storage power generation facility | |
| JP2538862B2 (en) | Variable speed pumped storage power generation system controller | |
| RU2064219C1 (en) | Synchronous machine starting and resynchronizing method | |
| RU2213409C2 (en) | Method for controlling off-line induction generator | |
| RU2076450C1 (en) | Method for regulation of rotation frequency of double-supply electric motor and device which implements said method | |
| JP2662050B2 (en) | Secondary excitation device for AC excitation synchronous machine | |
| Nonaka et al. | A new brushless half-speed synchronous motor with q-axis squirrel-cage damper winding driven by voltage source inverter | |
| SU1269233A1 (en) | Electric drive of electric machine converter | |
| JPH0468875B2 (en) | ||
| SU1048418A2 (en) | Universal ac measuring converter | |
| JPS6159074B2 (en) | ||
| JPH1042588A (en) | Controller for motor and variable-speed generator | |
| JPS609393A (en) | Sinusoidal wave drive thyristor motor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20061129 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20080410 |
|
| QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20080326 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20111129 |