УСТРОЙСТВО ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА Российский патент 1999 года по МПК H02P9/36 

Изобретение относится к электромеханике, в частности к устройствам автоматического регулирования синхронных машин, и может быть использовано для автоматического регулирования тока возбуждения синхронного генератора, работающего параллельно с сетью.

Известные статические системы возбуждения синхронных машин с применением Пендель-машины, которая представляет из себя машину переменного тока, по фазе напряжения якорной обмотки которой судят по угловому положению ротора генератора. Сопоставляя векторы напряжения сети и вектор ЭДС якоря Пендель-машины, определяют внутренний угол, который затем используют при формировании законов автоматического регулирования тока возбуждения. Устройство отличается сложностью.

Существуют бесконтактные системы возбуждения синхронных генераторов, содержащие синхронные возбудители обращенного типа, якорные обмотки которых через вращающиеся тиристорные выпрямители подключены к обмотке возбуждения синхронного генератора. Управление тиристорами осуществляется с помощью управляющей машины, две продольно-поперечные обмотки которой находятся на статоре, а якорные обмотки подключены к тиристорному выпрямителю. Изменение угла управления производится за счет сдвига векторов намагничивающих сил управляющей машины (Кильдинив В.С. и др. "Работы в области тиристорных бесщеточных систем возбуждения турбогенераторов". Тезисы докладов всесоюзного научно-технического семинара "Освоение вентильных систем возбуждения турбогенераторов, гидрогенераторов и синхронных компенсаторов", Старобенивская ГРЭС. 1979 г.).

Недостатком использования управляющей машины в системах возбуждения по данной схеме является подключение обмотки возбуждения управляющей машины к сложной системе автоматического регулирования.

Наиболее близким к заявленному решению является устройство для возбуждения синхронного генератора (авт.свид. СССР N 1566228, H 02 K 19/36, 1962 г. ), в котором на валу синхронного генератора установлена вспомогательная управляемая машина, с помощью которой формируются сигналы управления ключами выпрямителя, посредством которого обмотка возбуждения через согласующий трансформатор подключена к сети, параллельно с которой работает синхронный генератор. Недостатком этого устройства является то, что данная система работает только на поддержание угла θ в заданных пределах, используя косвенные методы передачи сигнала управления.

Целью настоящего изобретения является упрощение схемы регулирования синхронного генератора по внутреннему углу θ и плавное применение и корректировка законов автоматического регулирования.

Это достигается тем, что в устройстве для возбуждения синхронного генератора, в котором на валу синхронного генератора установлена управляющая машина, якорные обмотки управляющей машины через формирователь сигналов управления подключены на управляющие электроды тиристорного выпрямителя, а начальное положение индуктора управляющей машины относительно ее якорных обмоток выбрано таким образом, чтобы обеспечить требуемый угол управления и ток возбуждения синхронного генератора в режиме холостого хода. Дополнительно, с целью плавного изменения и корректировки законов автоматического регулирования индуктор управляющей машины может иметь две и более обмотки, а якорные обмотки могут подключаться к управляющим электродам через фазовращатель или дроссель-трансформатор.

На фиг. 1 приведена схема устройства возбуждения синхронного генератора, на фиг. 2 - потенциальные диаграммы элементов устройства возбуждения синхронного генератора, на фиг. 3 - регулировочные характеристики тиристорного возбудителя и синхронного генератора, на фиг. 4 - векторные диаграммы, объясняющие принцип работы устройства, на фиг. 5 - схема возбуждения синхронного генератора, в которой индуктор управляющей машины имеет 2 обмотки, на фиг. 6 -схема возбуждения синхронного генератора, в которой якорные обмотки управляющей машины подключены к управляющим электродам тиристорного выпрямителя через фазовращатель, на фиг. 7 - схема возбуждения синхронного генератора, в которой обмотки якоря управляющей машины подключены к управляющим электродам тиристорного выпрямителя через дроссель-трансформатор.

Устройство возбуждения синхронного генератора 1, содержащего обмотку на статоре 2 и обмотку возбуждения 3, работающего параллельно с сетью A, B, C включает согласующий трансформатор, первичная обмотка 4 которого также подключена к сети A, B, C, в вторичная обмотка 5 согласующего трансформатора через тиристорный выпрямитель 6 подключена к обмотке возбуждения 3 синхронного генератора. На валу синхронного генератора установлена управляющая машина, индуктор 7 который вращается вместе с обмоткой возбуждения 3, а якорные обмотки 8 через формирователь управляющих сигналов 9 подключены непосредственно на управляющие электроды тиристорного выпрямителя 6. Параллельно якорным обмоткам управляющей машины подключено защитное токоограничивающее сопротивление 10.

Устройство возбуждения синхронного генератора работает следующим образом.

Начальное положение индуктора 7 управляющей машины, относительно ее якорных обмоток 8, выбирается таким образом, чтобы обеспечить требуемый угол управления и ток возбуждения синхронного генератора 1, в режиме холостого хода необходимый угол устанавливается путем поворота якоря управляющей машины относительно индуктора и фиксацией его в заданном положении.

Работу устройства возбуждения отражают потенциальные и векторные диаграммы, а также регулировочные характеристики асинхронного генератора.

На фиг. 2: а) показаны потенциальные диаграммы фазных напряжений e_Cy, e_Ay, e_By якорных обмоток управляющей машины;
б) I_yA, U_yB, I_yC - сигналы на управляющих электродах тиристоров выпрямителя 6;
в) e_Ay, e_By, e_Cy - потенциальные диаграммы фазных напряжений якорных обмоток управляющей машины при другом угле управления;
г) сигналы управления;
д) U_A, U_B, U_C - напряжение на вторичной обмотке согласующего трансформатора;
е) e_A, e_B, e_C - выпрямленное напряжение, подаваемое на обмотку возбуждения 3 синхронного генератора.

Положение якоря управляющей машины таково, что в режиме холостого хода обеспечивается требуемый ток возбуждения I_f0 генератора (фиг. 3), т.е. в режиме холостого хода угол управления тиристорами равен α₀.
Управляющие сигналы на соответствующие тиристоры выпрямителя (в согласующем трансформаторе) подаются при наличии тока на соответствующих диодах формирователя управляющих импульсов 9 в управляющей машине. Ток же проводит вентиль или диод той фазы, у которого наибольший положительный потенциал, что видно из диаграммы (фиг. 2).

В режиме холостого хода угол между осью q (вектором E_f) (фиг. 4) и вектором U равен 0.

При нагрузке генератора ось q (вектор E_f) смещается (или опережает вектор U, противоположный вектору напряжения сети U₀) на угол θ Следовательно, на угол θ смещается и вектор ЭДС якорной обмотки управляющей машины, т.к. индуктор связан непосредственно с положением ротора синхронного генератора.

Т. е. при повороте вектора E_f относительно U (или U₀) на угол θ вектор ЭДС обмотки якоря повернется относительно вектора U₀ на θ. Это равносильно сдвигу фазных ЭДС управляющей машины относительно фазных ЭДС вторичных обмоток согласующего трансформатора (связанных жестко с фазным напряжением сети).

Регулировочная характеристика тиристорного возбудителя 9 (фиг. 3) описывается выражением I_f = I_fmax cosα. Начальное положение угла управления α₀ соответствует внутреннему углу генератора θ₀ и току возбуждения I_f0.

При изменении α₀ на угол θ, получаем α_ном и соответственно θ_ном и I_fном для номинального режима. θ₀ задаем каким угодно.

Изобретение относится к электромеханике, в частности к устройствам автоматического регулирования синхронных машин, и может быть использовано для автоматического регулирования тока возбуждения синхронного генератора, работающего параллельно с сетью. Статический тиристорный возбудитель синхронного генератора содержит устройство автоматического регулирования возбуждения по внутреннему углу синхронного генератора, который состоит из управляющей машины, установленной на валу синхронного генератора и формирующей сигнал управления выпрямителем. Начальное положение индуктора управляющей машины относительно якорных обмоток выбрано так, чтобы обеспечить требуемый угол управления и ток возбуждения синхронного генератора в режиме холостого хода. Техническим результатом является упрощение схемы регулирования и возможность корректировки законов автоматического регулирования. 1 з.п.ф-лы, 7 ил.

1. Устройство для возбуждения синхронного генератора, содержащее согласующий трансформатор, первичная обмотка которого подключена к сети, а вторичная через выпрямитель - к обмотке возбуждения синхронного генератора, на валу которого установлена управляющая машина, формирующая сигналы управления выпрямителем, отличающееся тем, что выпрямитель выполнен тиристорным, якорные обмотки управляющей машины через формирователь импульсов соединены с управляющими электродами тиристоров выпрямителя, а начальное положение индуктора управляющей машины относительно якорных обмоток выбрано так, чтобы обеспечить требуемый угол управления и ток возбуждения синхронного генератора в режиме холостого хода. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что якорные обмотки соединены с управляющими электродами тиристоров выпрямителя дополнительно через фазовращатель.