СИСТЕМЫ ЧАСТОТНОГО УПРАВЛЕНИЯ СИНХРОННО-РЕАКТИВНЫМИ ДВИГАТЕЛЯМИ

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВ НАГРУЗКИ СИНХРОННЫХ МАШИН ПРИ ПЕРЕМЕННОЙ ЧАСТОТЕ

Большинство предложенных [Л. 64—70] в настоящее время уст­ройств для измерения углов нагрузки синхронных машин Qp при­годны к работе при изменении частоты и напряжения питания лишь в небольших пределах, а существующие [Л. 70] углоизмерительные устройства, работающие при переменной частоте, позволяют зафик­сировать значения углоїв только в статических (установившихся) режимах работы машины.

Принципиальная схема углоизмерительного устройства, пред­назначенного для безынерционного измерения углов нагрузки син­хронных машин в пределах ±180° эл. в статических и динамиче­ских режимах их работы при переменных амплитуде и частоте (в пределах от 5 до 50 гц) напряжения, прикладываемого к об­мотке статора, приведена на рис. 86 [Л. 72]. Устройство состоит из датчика, фиксирующего положения ротора, Д1, датчика напря­жения питания обмотки статора Д2, двух усилителей-ограничителей УОІ, У02 с дифференцирующими цепочками ДЦ1 и ДЦ2, комму­тирующего устройства КУ и генератора пилообразного напряжения ГПН, включающего в себя транзистор Т, сопротивление R, конден­сатор С и тахогенератор постоянного тока Я. Тахогенератор сочле­нен с исследуемой синхронной машиной СМ.

Устройство принципиально может работать с различными дат­чиками положения ротора синхронной машины электромагнитными, фотоэлектрическими, электромашинными и т. п [Л. 64].

Усилители-ограничители и дифференцирующие цепочки служат для фиксации моментов времени прохождения через нуль напряже­ний, поступающих от датчиков Д1 и Д2. На выходах усилителей - ограничителей и дифференцирующих цепочек формируются импуль­сы напряжений с крутыми передними фронтами (стартовые им­пульсы). Формирование импульсов с большой степенью точности происходит в моменты времени, когда величины напряжений, меж­ду которыми измеряется угол 6р, равны нулю. Стартовые им­пульсы служат для переключений коммутирующего устройства (симметричного триггера), управляющего работой транзистора ге­нератора пилообразного напряжения. Генератор пилообразного на­пряжения предназначается для преобразования напряжения тахо­генератора в напряжение пилообразной (треугольной) формы с амплитудой, пропорциональьной величине измеряемого угла 0р.

Рассмотрим работу генератора пилообразного напряжения на­чиная с момента подачи стартового импульса Uu характеризующего момент прохождения напряжения статора Ucт через нуль (рис. 87), на коммутирующее устройство — триггер. Этот импульс запускает триггер, который, в свою очередь, закрывает транзистор Т, шунти­рующий конденсатор С, и создает условия для заряда конденса­тора С от источника напря­жения — тахогенератора по­стоянного тока

Конденсатор С заряжа­ется через сопротивление R до тех пор, пока не откро­ется полупроводниковый три­од Т. Открытие триода про­исходит в момент подачи на триггерное устройство старто­вого импульса U2 от напря­жения £/р, характеризующего положение ротора синхронной машины. После открытия полу­проводникового триода Т кон­денсатор С получает возмож­ность разряжаться через тран­зистор, в результате чего на­пряжение на обкладках кон­денсатора быстро падает до нуля. Из рассмотрения прин­ципа работы генератора пило­образного напряжения видно, что амплитуда напряжения на обкладках конденсатора пропорциональна промежутку времени между стартовыми импульсами — углу др, который измеряется один раз за период частоты источника питания

В процессе заряда напряжение на конденсаторе С нарастает по экспоненциальному закону, вследствие чего участки кривой пи­лообразного напряжения не строго прямолинейные. Это обстоя­тельство может внести значительную погрешность при измерении углов, поскольку в этом случае нарушается пропорциональность между промежутком времени заряда конденсатора и амплитудой напряжения на его обкладках. Для снижения влияния нелинейной зависимости между амплитудой напряжения на конденсаторе и про­межутками времени заряда постоянная времени цепи должна зна чительно превосходить время между стартовыми импульсами на низкой частоте При больших постоянных времени /?С-цепи работа генератора пилообразного напряжения происходит на начальном участке экспоненциальной кривой изменения напряжения, благо­даря чему напряжение на обкладках конденсатора в промежутках времени между стартовыми импульсами мало отличается от пря­мой линии.

Для того чтобы амплитуда напряжения пилообразных импуль­сов, пропорциональная измеряемому углу (при одинаковых величи­нах измеряемых углов), не изменялась при различных величинах

4aetofbi Напряжений Шітания двйгателЯ, пйтание генератора ітнлб - образного напряжения осуществляется от тахогенератора постоян­ного тока, напряжение UTV которого изменяется пропорционально частоте питания СРД.

Допустим, что при угловой частоте вращения ротора синхрон1 ной машины сй=(Оі угол 0р=9рь а при (о=со2 угол 0Р = 6Р2, тогда

Р

Рис. 88. Осциллограммы из­менения угла нагрузки синх­ронно-реактивного электро­двигателя типа ДРС-450 при постоянном моменте сопро­тивления на валу Мст и ре­гулировании частоты напря­жения его питания (номи­нальная частота /н=50 гц, а=///н. где f — текущее зна­чение частоты): а — при син­хронной работе двигателя: 6 — при выпадении двигате­ля из синхронизма.

Из формулы (192) следует, что амплитуда напряжения на об­кладках конденсатора пропорциональна углу нагрузки 6р и не зависит от частоты напряжения обмотки статора синхронной ма­шины.

Таким образом, применение тахогенератора для питания гене­ратора пилообразного напряжения позволяет измерить углы при частотном управлении синхронных машин по методу, основанному на амплитудной модуляции входных импульсов [JI. 65].

Следует заметить, что при изменении скважности и частоты прямоугольных импульсов триггера, управляющего коммутацией транзистора Т, остаточное напряжение на конденсаторе при его разрядах изменяется, вследствие чего при измерении углов нагруз­ки вносится погрешность. Однако, если учесть, что при полном от­крытии транзистора Т разрядное сопортивление, шунтирующее ем­кость, невелико, эта погрешность незначительна.

Результаты градуировки угломерного устройства показали, что при различных значениях частоты напряжения обмотки статора в пределах 5—50 гц и одинаковых значениях измеряемого угла, равного 45° эл., максимальная погрешность устройства при измере­нии не превосходила 1,5° эл.

На рис. 88, а изображена осциллограмма изменения угла на­грузки синхронно-реактивного электродвигателя при регулирова­нии частоты напряжения его питания, на рис. 88, б — осциллограм­ма изменения угла нагрузки в процессе выпадения этого же дви­гателя из синхронизма при изменении частоты.

Проведенные исследования угломерного устройства (путем сравнения экспериментальных и расчетных значений угла) пока­зали, что оно позволяет произвести измерение угла нагрузки син - хроннных машин в установившихся и переходных режимах при его изменении в пределах ±180° эл. в диапазоне частот от 5 до 50