Функциями устройства самозапуска выпавшего из синхронизма двигателя, в соответствии с изложенным, являются гашение магнитного поля обмотки возбуждения, разгон и синхронизация. На этапе разгона в общем случае требуется подача управляемого возбуждения с целью повышения асинхронного момента. Характерным для всех способов управления возбуждением является наличие и достаточность двух значений углов коммутации (на включение максимального и минимального напряжения возбуждения), что подтверждается выражениями (3, 34-3, 36). С целью получения наибольшего эффекта в повышении асинхронного момента в широком диапазоне скольжений сказывается, как видно из рис. 3.8, целесообразным на разных интервалах скольжений применять различные способы управления возбуждением. Это требует изменения структуры возбудителя в функции скольжения.
В связи с отмеченными особенностями общая структура устройства самозапуска может быть представлена в виде, изображенном на рис. 3.16. На рисунке обозначены: I - возбудитель, 2 - устройство измерения угла S скольжения 5, 3 и 4 - формирователи углов коммутации на включение максимального напряжения возбуждения и его отключение, 5 - блок логики для управления структурой возбудителя и 6 - выходные формирователи импульсов. Элементной базой устройства самозапуска являются интегральные микросхемы. Конкретные схемы отдельных блоков определяются выполняемыми функциями устройства самозапуска, требованиями точности, надежности и другими эксплуатационными показателями, типами применяемых элементов. Ниже приводятся схемы апробированных блоков для устройства самозапуска, осуществляющего гашение поля на активное сопротивление, разгон с применением пускового сопротивления и циклической подачей однополярного напряжения
Рис. 3.16. Функциональная схема устройства самозапуска СД.
Схема возбудителя устройства самозапуска содержит источник питания, активное сопротивление, используемое при гашении поля обмотки возбуждения и при разгоне СД, и тиристоры узла коммутации, с помощью которых осуществляются необходимые переключения. Источник питания и активное сопротивление имеются в схемах всех серийных возбудителях [18] .
На рис. 3.17 приведена схема возбудителя с узлом коммутации с последовательно включенным коммутирующим конденсатором С2. В нормальном режиме работы СД сигналом открыт силовой тиристор ТС и на обмотку возбуждения ОВ подается напряжение с выпрямителя. При выбеге снимается сигнал, а импульсом открывается коммутирующий тиристор ТК, и ОВ оказывается замкнутой на пусковое сопротивление Rn. Происходит гашение поля. После восстановления питания СД происходит его разгон с пусковым сопротивлением Rn.
Рис. 3.17. Узел коммутации для циклического возбуждения с гашением поля на сопротивление (схема с последовательной коммутирующей емкостью).
При разгоне с применением циклического возбуждения попеременно открываются тиристоры ТС (подается возбуждение) и ТК (происходит гашение поля). С момента достижения двигателем подсинхронной скорости удерживается постоянно открытым ТС, снимается сигнал и импульсом открывается тиристор TI, что приводит к закрытию тиристора Т2 емкостью С3 и отключению пускового сопротивления Rn .Заряд всех коммутирующих емкостей C1+С3 происходит от напряжения . Тиристор вспомогательный ТВ служит для подключения к тиристору ТК запирающей его емкости CI. Силовыми элементами схемы являются тиристоры ТК, ТС, TI. С помощью этого узла коммутации можно точно управлять цепью возбуждения СД при самозапуске. Недостатком является наличие постоянно обтекаемого током возбуждения тиристора ТС, что требует принятия мер по его охлаждению.
На рис. 3.18 дана схема возбудителя с узлом коммутации с параллельно включенным коммутирующим конденсатором CI. В этой схеме в цепи подачи возбуждения имеется только коммутирующий тиристор ТК. По сигналу устройством управления выпрямителем возбудителя (УВВ) открываются его тиристоры TB1+ТВ3 и на обмотку возбуждения СД подается напряжение А.
Рис. 3.18. Узел коммутации для циклического возбуждения с гашением поля на сопротивление (схема с параллельной коммутирующей емкостью).
Закрытие возбудителя производится в два этапа. Сначала снимается сигнал Uyв, что приводит к прекращению поступления управляющих сигналов на тиристоры TBI+ТВ3. Затем через промежуток времени, когда напряжение на фазе трансформатора Тр, в которой находится последний из открытых тиристоров TB1+ ТВ3, изменит свою полярность на противоположную, подается сигнал Uyк на тиристор ТК. Тогда зарядом конденсатора CI через тиристор ТК закрывается выпрямитель, и обмотка возбуждения оказывается замкнутой на пусковое сопротивление Rn. Гашение поля при выбеге происходит на сопротивление Rn. По сравнению с предыдущей схемой этот узел коммутации имеет то преимущество, что в нем отсутствует силовой тиристор ТС. Однако точность управления цепью возбуждения может быть ниже за счет введения указанной задержки времени, предшествующей открытию тиристора ТК.
В описанных возбудителях с целью их упрощения при разгоне пусковое сопротивление Rn постоянно подключено к обмотке возбуждения. При включенном возбудителе по сопротивлению протекает ток, величина которого составляет не более 20% от номинального тока возбуждения. Это не приводит ни к перегрузке возбудителя, рассчитанного на форсированный режим, ни к значительному повышению выделения тепла в пусковом сопротивлении.
Устройство измерения угла Θ и скольжения выполняется по схеме, приведенной на рис. 3.15.
Рис. 3.19. Формирователь углов коммутации по значениям потокосцепления и э.д.с. скольжения.
Таким образом, для формирования углов коммутации согласно выражения (3.52) достаточно в схеме установить сопротивления R1+R4, рассчитанные по (3.53) и (3.59), а величину емкости CI выбрать из условия, чтобы во время работы усилитель А2 не входил в насыщение.
Элементом устройства самозапуска, программирующим его работу, является блок логики, схема которого приведена на рис. 3.20. Схема содержит компаратор на усилителе Α1, интегратор А2 с односторонним ограничением диодом VD3,три RS - триггера ΤΙ, Т2, Т3 на элементах, соответственно, 2-3, 5-6 и 9-10 и логические элементы "И-НЕ" 1, 4, 7, 8 и II. По выходному единичному сигналу блока производится гашение поля обмотки возбуждения на сопротивление, по нулевому - подача возбуждения. При нарушении питания СД от пускового органа АВР, АПВ поступает сигнал "0”. В результате триггер ΤΙ имеет на выходе "I", а триггер Т2 - ”0". Тогда на выходе элемента ΤΙ и всего блока получается ’’1", по которой производится гашение поля. При восстановлении питания СД от пускового органа АВР, АПВ поступает "I". С помощью компаратора Α1 сигнал, поступающий с устройства изменения угла В (рис. 3.15, 3.16), преобразуется в несимметричный (по напряжению) меандр. Меандр интегратором А2 преобразуется в сигнал пилообразного напряжения, поступающий на элементы 1 и 4. Амплитуда пилообразного напряжения обратно пропорциональна скольжению. В начале разгона СД скольжение велико, а амплитуда пилообразного напряжения мала.
Рис. 3.20. Принципиальная схема блока логики.
Триггеры Τ1 и Т2 не изменяют своего состояниями двигатель разгоняется по схеме с пусковым сопротивлением. При уменьшении скольжения до величины, соответствующей началу подачи циклического возбуждения, амплитуда пилообразного напряжения возрастает настолько, что по сигналу, снимаемому с резистора R4, триггер Т2 переводится в состояние "1". В результате на входы элементов 7 и 8 от триггеров T1 и Т2 поступают "I”. Тогда по сигналам от формирователей коммутации "Возб" - подачи возбуждения и "Гаш" - гашения поля - триггер Т3 периодически изменяет свое состояние и на выходе элемента II чередуются сигналы "I" - гашения поля и "0" - по - дачи возбуждения. При достижении значения скольжения, при котором должна производиться синхронизация двигателя, сигналом пилообразного напряжения с резистора R3 устанавливается триггер TI в состояние "0". В результате этого элементом 7 больше не пропускаются импульсы на гашение поля, и триггер Т3 постоянно находится в состоянии "1', а на выходе элемента II устанавливается неизменно "0", по которому подается на СД постоянное напряжение возбуждения.
Рис. 3.21. Общий вид устройства самозапуска
Формирователи импульсов 6 управления тиристорами возбудителя выполняются по общеизвестным схемам [24].
В описанном устройстве самозапуска очевидно, что блоки 2 измерения утла Θ и скольжения S и формирователи 3 и 4 углов коммутации будут неизменными для любого иного способа управления разгоном двигателя. Для нормальной работы схемы требуется сохранение ее питания при глубоких посадках напряжения сети. В связи с этим блок питания устройства целесообразно выполнить по схеме импульсного стабилизатора напряжения [24].
Работа устройства самозапуска иллюстрируется осциллограммами самозапуска (рис. 3.22) номинально загруженного тихоходного СД типа ДСКП-260/24-36, служащего приводом аммиачного поршневого компрессора типа 4АГ. На сигнал наложены импульсы управления тиристорами узла коммутации возбудителя - одиночные импульсы на гашение поля и последовательность импульсов на включение возбуждения. Моментам смены знака Sign соответствует Θ = 0°, Θ = 180° - совпадение по направлению магнитных полей статора и ротора. При самозапуске использовано пусковое сопротивление кратности 5.
Время гашения поля обмотки возбуждения на сопротивление до значения тока обмотки, равном 0,5 Ifн составило 0,08 с. При перерыве питания 1,8 с скольжение СД увеличилось до 0,5. При повторном включении СД от скольжения 0,5 до скольжения 0,09 разгон осуществляется с пусковым сопротивлением в течение 4, 6 с. От скольжения 0,09 до скольжения 0,04 в течение 1,1 с подавалось циклическое возбуждение напряжением номинальной величины, чередующееся с гашением поля. При скольжении 0,04 согласно зоны синхронизации (рис. 3.14) было подано постоянное номинальное возбуждение, что привело к вхождению двигателя в синхронизм. Самозапуск же номинально загруженного СД по заложенной в возбудителе двигателя схеме разгона с пусковым сопротивлением и подачей возбуждения с выдержкой времени оказывается неуспешным. Таким образом, эффективным является самозапуск с управлением возбуждением при разгоне СД и синхронизацией с включением возбуждения при благоприятном положении ротора.
Об эффективности оптимального управления возбуждением свидетельствуют осциллограммы, представленные на рис. 3.23, где повышение мгновенного значения электромагнитного момента достигает 40%.
Рис. 3.22. Осциллограммы самозапуска синхронного двигателя типа ДСКП-260/24-36 при подаче циклического возбуждения со скольжений 0,09 (а) и 0,07 (б) и включении возбуждения на синхронизацию при скольжении 0,04 (а, б).
Рис. 3.23. Мгновенные значения электромагнитного момента синхронного двигателя при разгоне с замкнутой на пусковое сопротивление обмоткой возбуждения (а) и с подачей оптимального возбуждения (б)
