РЕГУЛЯТОР ТОКА ВОЗБУЖДЕНИЯ Российский патент 2007 года по МПК H02P9/12 H02P1/50 

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в системах управления током возбуждения преимущественно электрических машин.

Известны регуляторы в системах возбуждения электрических машин (Авт. св. СССР №714602, Н02р 9/14, 1978 [1] и Авт. св. СССР №873368, Н02р 9/14, 1976 [2]).

Недостатком известных регуляторов является сложность их реализации и недостаточно высокое быстродействие.

Наиболее близким к заявляемому объекту по совокупности существенных признаков является регулятор тока возбуждения с защитой от перенапряжения, например, в системе возбуждения синхронных электрических машин (см. Авт. св. СССР №1259466, Н02р 9/14, 1984) [3], включающий возбудитель, подключенный положительным выводом к первому выводу обмотки возбуждения синхронной машины, а отрицательным выводом через автомат гашения поля - ко второму выводу обмотки возбуждения, разрядник, включенный между первым и вторым выводами обмотки возбуждения, первую цепь управления разрядником, соединенную вторым выводом с выводом одного из пороговых элементов второй цепи управления разрядником, а управляющий пороговый элемент включен между анодом и управляющим электродом второго тиристора.

Недостатком данного объекта является то, что разрядник выключается только при снятии напряжения с обмотки возбуждения, что ограничивает область применения данного устройства.

Целью изобретения является упрощение регулятора возбуждения в установках, имеющих обмотку возбуждения, преимущественно в электрических машинах, уменьшение его массы и габаритов, повышение надежности регулирования тока возбуждения в условиях выхода рабочих характеристик установки за пределы номинальных.

Сущность изобретения заключается в том, что решение поставленных задач достигается путем применения двух управляемых ключевых схем и разрядника, выполненного на двух диодах и конденсаторе путем гашения поля развозбуждения на конденсаторе.

Возможность достижения поставленной цели достигается за счет того, что энергия, накапливаемая в обмотке возбуждения, через концы обмотки поступает в схему и подзаряжает конденсатор. Для работы регулятора необходимо выполнение следующего условия:

где

L - индуктивность обмотки возбуждения;

I - ток в обмотке возбуждения;

С - емкость конденсатора;

U - напряжение на выходе возбудителя;

ΔU - допустимое приращение напряжения на конденсаторе.

Регулятор тока возбуждения представлен на фиг.1 и содержит конденсатор, обкладки которого 1 и 2 подключены к выводам «+» 3 и «-» 4 возбудителя соответственно, «+»-й вывод 3 возбудителя через ключевую схему 5 подключен к первому входу 6 обмотки возбуждения 12, второй вход 8 которой через ключевую схему 7 подключен к «-»-му выводу 4 возбудителя, выход ключевой схемы 5 подключен к катоду диода 11, анод которого подключен к «-»-му выводу 4 возбудителя, а вход ключевой схемы 7 - к аноду диода 10, катод которого подключен к «+»-му выводу 3 возбудителя, ввод 9 управляющего сигнала регулятора подведен к управляющим входам ключевых схем 5 и 7. При этом ключевые схемы 5 и 7 проводят электрический ток при подаче на их управляющие входы управляющего сигнала с ввода 9, который поступает на ключевые схемы 5 и 7 при выходе электрической машины за пределы рабочего режима. Ключевые схемы 5 и 7 могут быть выполнены на силовых транзисторах, а управляющий сигнал может формироваться при выходе измеряемых величин параметров электрических машин за пределы номинальных значений с датчиков, например, выходного напряжения, мощности, скорости вращения, момента.

Регулятор работает следующим образом.

Возбуждение электрических машин с использованием предлагаемого регулятора начинается при подаче сигнала управления (в t₁ на фиг.2) с контролирующего режим работы электрической машины датчика через ввод 9 на управляющие входы ключевых схем 5 и 7. При этом ключевые схемы 5 и 7 открываются и начинают проводить электрический ток. Ток от возбудителя через ввод 3 и ключевую схему 5 поступает на первый вход 6 обмотки 12 возбуждения электрической машины. Ток через входы 6 и 8 обмотки 12 возбуждения нарастает (t₁-t₂ на фиг.2) со скоростью, пропорциональной приложенному к входам 6 и 8 обмотки 12 возбуждения напряжению и обратно пропорциональной индуктивности обмотки 12 возбуждения электрической машины.

Когда ток через входы 6 и 8 обмотки 12 возбуждения достигнет значения, при котором электрическая машина выходит в рабочий режим (в t₂ на фиг.2), с контролирующего режим работы электрической машины датчика прекращается поступление управляющего сигнала через ввод 9 на управляющие входы ключевых схем 5 и 7. Ключевые схемы 5 и 7 закрываются и перестают проводить электрический ток. Ток через входы 6 и 8 обмотки возбуждения 12 уменьшается, напряжение на этих входах меняет полярность на обратную.

Когда напряжение на входах 6 и 8 обмотки 12 возбуждения превысит напряжение на обкладках 1 и 2 конденсатора, диоды 10 и 11 становятся проводящими, а ток через входы 6 и 8 обмотки 12 возбуждения уменьшается. При снижении тока через входы 6 и 8 обмотки возбуждения 12 до значения, при котором электрическая машина начинает выходить из рабочего режима, на управляющие входы ключевых схем 5 и 7 через ввод 9 снова поступит управляющий сигнал с контролирующего режим работы электрической машины датчика. Ключевые схемы 5 и 7 снова открываются и процесс регулирования тока возбуждения электрической машины повторяется (t₂-t₃ на фиг.2), поддерживая среднее значение тока через концы 6 и 8 обмотки 12 возбуждения.

Величина колебаний тока через входы 6 и 8 обмотки возбуждения 12 зависит от длительности включения и выключения ключевых схем 5 и 7. С уменьшением длительности этих переключений амплитуда колебаний тока в обмотке возбуждения 12 уменьшается. При использовании в качестве ключевых схем силовых транзисторов могут быть обеспечены минимально допустимые колебания тока через входы 6 и 8 обмотки 12 возбуждения.

При аварийном выходе электрических машин из рабочего режима, например при сбросе нагрузки, когда электрическая машина работает в режиме генератора, развозбуждение электрической машины достигается путем прекращения подачи управляющего сигнала с ввода 9 на управляющие вводы ключевых схем 5 и 7 (в t₃ на фиг.2).

Для эффективной работы системы ограничения обратных напряжений на входах 6 и 8 обмотки 12 возбуждения необходимо, чтобы энергия, накопленная в этой обмотке, при ее уменьшении (уменьшении тока в обмотке возбуждения) на входах 6 и 8 не приводила к увеличению напряжения U на обкладках конденсатора 1 и 2 на недопустимую величину ΔU, в соответствии с соотношением (1).

Литература

1. Авт. св. СССР №714602 Н02р 9/14, 1978.

2. Авт. св. СССР №873368 Н02р 9/14, 1976.

3. Авт. св. СССР №1259466 Н02р 9/14, 1984.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах управления током возбуждения преимущественно электрических машин. Техническим результатом является упрощение, уменьшение массы и габаритов, повышение надежности регулирования тока возбуждения в условиях выхода рабочих характеристик электрической машины за пределы номинальных. В регуляторе тока возбуждения использованы две управляемые ключевые схемы и разрядник, выполненный на двух диодах и конденсаторе. На конденсаторе обеспечивается гашение поля развозбужнения при подаче управляющих сигналов. Управляющие сигналы формируются при выходе измеряемых величин параметров электрических машин за пределы номинальных значений с датчиков, например, выходного напряжения, мощности, скорости вращения, момента. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Регулятор тока возбуждения, содержащий положительный и отрицательный вводы возбудителя, разрядник, подключенный одним и другим своими выводами к первому и второму входам обмотки возбуждения, второй вход которой подключен ко входу автомата гашения поля, выход которого соединен с отрицательным вводом возбудителя, отличающийся тем, что разрядник выполнен в виде диода, катод которого является первым выводом разрядника, а анод соединен с отрицательным выводом возбудителя и соответствующей обкладкой конденсатора, другая обкладка которого соединена с положительным вводом возбудителя и катодом другого диода, анод которого является другим выводом разрядника, а автомат гашения поля выполнен в виде ключевой схемы, вход которой подключен к положительному вводу возбудителя, а выход соединен с первым входом обмотки возбуждения, второй вход которой подключен ко входу в другую ключевую схему, выход которой соединен с отрицательным выводом возбудителя, а управляющие входы ключевых схем соединены со входом управляющего сигнала регулятора.2. Регулятор тока возбуждения по п.1, отличающийся тем, что в качестве ключевых схем применены силовые транзисторы.