УСТРОЙСТВО ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННЫХ МАШИН Российский патент 1997 года по МПК H02P9/14 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к системам возбуждения, и может быть использовано для обеспечения устойчивости синхронных электрических машин путем форсирования тока возбуждения.

Известно устройство для возбуждения синхронных машин, в котором обмотка возбуждения через мостовой выпрямитель подключена к m-фазовому источнику питания (трансформатору) [1] Такое устройство лежит в основе тиристорных управляемых возбудителей (ТВУ) типа ТЕ-8 и ВТЕ, широко используемых на газокомпрессорных станциях с электроприводами. В рабочем режиме система управления обеспечивает угол управления вентилями тиристорного моста близкий к α+60^o и выходное напряжение ТВУ равно половине максимального. В форсировочном режиме a=0^o напряжение, и ток обмотки возбуждения удваивается. Недостатком такого устройства является низкий коэффициент мощности COSФ 0,42-0,505, низкое качество выходного напряжения в рабочем режиме (коэффициент искажения имеет величину К_ис 1,24), повышенные потери в источнике питания, повышенные массогабаритные показатели, т.к. источник питания рассчитывается на полную мощность режима форсировки.

Наиболее близким к изобретению является устройство возбуждения синхронной машины, содержащее m-фазный источник питания, вторичные обмотки которого через тиристорную мостовую схему выпрямления подсоединена к обмотке возбуждения, встречно включенный вентиль, анод которого соединен с анодной группой указанной схемы выпрямления, а катод с нулевой точкой m-фазного источника питания, выполненного, например в виде трансформатора [2]
В нормальном рабочем режиме включена катодная группа и "нулевой" тиристор (встречно включенный вентиль). В режиме форсировки работают катодная и анодная группы, а "нулевой" тиристор отключен. Таким образом, в рабочем режиме обмотка возбуждения синхронной машины питается от нулевой схемы выпрямителя, а в формировочном от мостовой. Недостатком такого устройства является качество напряжения в рабочем режиме, повышенные массогабаритные показатели вследствие наличия токов нулевой последовательности.

Целью изобретения является улучшение массогабаритных показателей, уменьшение потерь в источнике питания и улучшение качества выходного напряжения.

На чертеже представлена схема устройства возбуждения синхронной машины.

Устройство возбуждения синхронной машины содержит m-фазный источник питания, например трехфазный источник напряжения (трансформатор), вторичные обмотки которого соединены через тиристорную мостовую схему выпрямления с анодной 2 и катодной 3 группами тиристоров и подсоединены к обмотке возбуждения (к первой полуобмотке) 6.1, которая снабжена независимой параллельной ветвью (полуобмоткой), 6.2, подключенной через вторую тиристорную схему выпрямления с анодной 4 и катодной 5 группами тиристоров к вторичным обмоткам m-фазного источника питания. Устройство содержит также встречно включенный первый вентиль 7.1, анод которого соединен с анодной группой первой из указанных схем выпрямления, а катод с нулевой точкой m-фазного источника питания, и второй встречно-включенный вентиль 7.2.

Катодная группа второй тиристорной мостовой схемы выпрямления через второй встречно включенный вентиль 7.2 соединена с катодом первого встречно-включенного вентиля 7.1.

Устройство возбуждения синхронной машины работает следующим образом. В рабочем режиме полуобмотки возбуждения 6.1 и 6.2 питаются от источника питания 1 по цепям: катодная группа 2, полуобмотка 6.1, вентиль 7.1, нулевая точка источника питания, вентиль 7.2, полуобмотка 6.2, анодная группа 5. Для обеспечения номинального напряжения возбуждения угол управления тиристорами a 0^o. В этом случае катодная группа 2 и анодная группа 5 образуют мостовую схему выпрямления по отношению к вторичным обмоткам трансформатора (источника питания). Устройство позволяет также осуществлять раздельное регулирование тока возбуждения полуобмоток 6.1 и 6.2, например, для осуществления режима потребления реактивной мощности при сохранении устойчивости синхронной машины в рабочем режиме, что расширяет его функциональные возможности.

В форсировочном режиме импульсы управления подаются на все четыре тиристорные группы 2-5 с a 0^o, и ток возбуждения в полуобмотках удваивается. Ввиду кратковременности режима форсировки в качестве расчетной принимается мощность источника питания (трансформатора) в рабочем режиме, т.е. P_тр P_ов • P_ов, где P_ов суммарная мощность обмоток возбуждения 6.1 и 6.2 в рабочем режиме, К_рм 1,05 коэффициент передачи по мощности мостовой схеме выпрямления. Коэффициент форсировки магнитного поля при расположении осей полуобмоток возбуждения под углом 90^o составит величину не менее 1,4.

В устройстве, принятом за прототип, в рабочем режиме обмотка возбуждения синхронной машины питается от нулевой схемы выпрямления. Расчетная мощность источника питания в прототипе будет P_тр P_рн • P_ов, где К_рн 1,345 коэффициент передачи по мощности нулевой схемы выпрямления.

Таким образом, применение предлагаемого устройства системы возбуждения синхронных машин взамен устройства, которым является прототип, позволяет уменьшить масоогабаритные показатели источника питания (трансформатора) и уменьшить его установленную мощность
DP = 1,345×P_ов= 1,05×P_ов= 0,295×P_ов.
Кроме того, использование предлагаемого устройства возбуждения синхронных машин позволяет в два раза снизить потери в источнике питания по сравнению с прототипом.

При использовании двух отдельных мосто-нулевых схем (прототип) мощность потерь в источнике питания будет:

где
J₂ ток во вторичных обмотках трансформатора, J_fn ток в обмотке возбуждения синхронной машины в номинальном режиме.

R_a активное сопротивление фазы вторичной обмотки трансформатора.

При использовании предлагаемого изобретения (каскадное соединение мосто-нудевых схем) мощность потерь в источнике питания:

Таким образом, изобретение обеспечит экономию электроэнергии и снижение массогабаритных показателей систем возбуждения синхронных машин.

Использование: устройство относится к электротехнике, а именно к системам возбуждения, и может быть использовано для обеспечения устойчивости синхронных электрических машин путем форсирования тока возбуждения, Сущность: в устройстве возбуждения синхронной машины для уменьшения расчетной мощности, уменьшения потерь источника питания обмотка возбуждения разделена на две независимые параллельные ветви, каждая из которых через мостовую схему выпрямления подсоединена к m-фазному источнику питания, причем катодная группа одного мостового выпрямителя через два встречно включенных вентиля соединена с анодной группой другого мостового выпрямителя, а точка соединения анода и катода встречно включенных вентилей соединена с нулевой точкой источника питания. 1 ил.

Устройство возбуждения синхронной машины, содержащее m-фазный источник питания, вторичные обмотки которого через тиристорную мостовую схему выпрямления подсоединены к обмотке возбуждения, встречно включенный вентиль, анод которого соединен с анодной группой указанной схемы выпрямления, а катод с нулевой точкой m-фазного источника питания, отличающееся тем, что обмотка возбуждения снабжена второй независимой параллельной ветвью, которая через вторую тиристорную мостовую схему выпрямления подсоединена к вторичным обмоткам m-фазного источника питания, причем катодная группа второй тиристорной мостовой схемы выпрямления через второй встречно включенный вентиль соединена с катодом первого встречно включенного вентиля.