УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПИТАНИЯ ОБМОТКИ ВОЗБУЖДЕНИЯ МНОГОФАЗНОГО СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА Советский патент 1955 года по МПК H02K19/38 

Настоящее изобретение относится к устройству для питания обмотки возбуждения многофазного синхронного генератора, состоящему из вспомогательной многофазной обмотки на статоре генератора и вращающегося механического выпрямителя.

Контактное кольцо выпрямителя, закрепленное на валу генератора, подразделено на чередующиеся и изолированные друг от друга рабочие и холостые секторы; все четные и нечетные рабочие секторы соединены в две группы противоположной полярности, к которым подключена своими концами обмотка возбуждения. Контактные щетки выпрямителя, монтированы на поворотной траверсе и подключены к вышеуказанной вспомогательной обмотке через активные сопротивления, параллельно которым включены вторичные обмотки трансформаторов тока, включенных первичными обмотками в цепь нагрузки генератора для компаундирования последнего.

В известных устройствах подобного типа для получения в механическом выпрямителе удовлетворительной коммутации в период коммутации производная должна иметь значение, близкое к нулю. Это достигается включением в цепь питания дросселя насыщения с сердечником из материала с особыми магнитными свойствами и шунтированием размыкаемого промежутка конденсатором определенной емкости.

В предложенном устройстве при мощности генератора, превышающей 40 ква, удовлетворительная коммутация достигается без помощи дросселей насыщения и конденсаторов в цепи возбуждения.

Это достигается тем, что дуга каждого из рабочих секторов контактного кольца выпрямителя равна 120 электрическим градусам, а холостых секторов - 60 электрическим градусам, ширина же каждой из контактных щеток равна сумме ширины холостого сектора и толщины одной межсекторной изоляционной прокладки. При этом щетки установлены на контактном кольце так, что начало коммутации опережает на 30 электрических градусов момент равенства э.д.с. коммутируемых фаз. Вторичные обмотки трансформаторов тока подразделены на секции и соединены по многофазной схеме «зигзаг».

Компаундирование генератора может быть обеспечено и без трансформаторов тока. Согласно изобретению, с этой целью активные сопротивления соединяются звездой и к каждому из них подключаются одна фаза главной обмотки машины и соседняя фаза вспомогательной обмотки.

Схема предложенного устройства показана на фиг. 1, где MB - механический выпрямитель; PC и ХС - соответственно рабочие и холостые секторы выпрямителя; ГО - главная обмотка синхронного генератора (фазы I-II-III); ВО - вспомогательная обмотка (фазы 1-2-3); ОВ - обмотка возбуждения; Т - трансформаторы тока.

Механический выпрямитель MB представляет собой разрезное кольцо, состоящее из чередующихся рабочих и холостых секторов. Общее число секторов равно удвоенному числу полюсов. Длина рабочего сектора по окружности вдвое больше длины холостого сектора, т.е. дуга рабочего сектора охватывает 120 электрических градусов, а дуга холостого сектора - 60 электрических градусов. При этом каждая фаза за период работает 120 электрических градусов самостоятельно, а 240 электрических градусов коммутирует. Количество щеток на пару полюсов равно трем; щетки располагаются равномерно по окружности разрезного кольца с интервалом градусов (р - число пар полюсов).

При числе полюсов, большем двух, все четные рабочие секторы электрически соединяются и представляют собой один полюс и, соответственно, нечетные - другой полюс. Поэтому при любом числе пар полюсов число щеток (если допускает нагрузка) может быть уменьшено до трех. Однако для надежности работы системы возбуждения желательно иметь не менее шести щеток.

С целью обеспечения безискровой работы выпрямителя ширина щетки выбирается равной сумме ширины холостого сектора кольца и толщины одной межсекторной изоляционной прокладки (независимо от соотношения размеров холостого и рабочего секторов). Переход щетки с сектора одной полярности на сектор другой полярности должен осуществляться в момент перехода тока этой фазы вспомогательной обмотки через нуль. Такое переключение осуществляется поочередно всеми фазами.

Механический выпрямитель получает основное питание от трехфазной вспомогательной обмотки ВО, которая состоит из 2-5 витков на фазу и укладывается в пазы статора под клин.

Компаундирование генератора производится при помощи трех однофазных трансформаторов тока Т, вторичные обмотки которых зашунтированы активным сопротивлением R_ш. Фазное напряжение, складываясь геометрически с э.д.с., создаваемой трансформатором тока, подается при помощи щеток на кольцо механического выпрямителя.

В режиме холостого хода трансформатор тока работает в качестве дросселя, а потому на активном сопротивлении происходит большое падение напряжения и ток возбуждения i_возб снижается до половины номинального, что обеспечивает нормальное напряжение генератора при холостом ходе.

Момент начала коммутации на 30 электрических градусов опережает момент равенства э.д.с. коммутируемых фаз. При этом разность напряжений фаз изменяется от отрицательной величины до положительной, что удлиняет коммутацию до 120 электрических градусов и обеспечивает ее прямолинейность на большой части участка.

Полная коммутация каждой фазы происходит в точно установленное время, равное сек. (где ƒ - частота переменного тока), и не зависит от мощности генератора, его параметров и нагрузки. Когда продолжительность коммутации каждой фазы равна 120 электрическим градусам, ток фазы снижается до нуля в течение 60 электрических градусов, коммутируя сперва с одной фазой, а затем в остальные 60 электрических градусов нарастает от нуля до номинальной величины противоположного знака, коммутируя с другой фазой.

В короткозамкнутом контуре во время коммутации при нагрузке на активное сопротивление R_ш, кроме внешней э.д.с, действует дополнительная э.д.с, зависящая от нагрузки, что позволяет получить желательную форму кривой коммутации, приближающуюся к прямой.

Благодаря тому, что вторичные обмотки трансформаторов тока подразделены на секции и соединены по многофазной схеме «зигзаг», напряжение, создаваемое с увеличением нагрузки трансформатором тока на активном сопротивлении, не только увеличивает э.д.с., автоматически регулируя ток возбуждения с нагрузкой, но и изменяет фазу компаундируемого тока, парализуя влияние внутренного угла Θ синхронной машины и обеспечивая безискровую коммутацию.

На фиг. 2 показана схема устройства для питания обмотки возбуждения многофазного синхронного генератора, обеспечивающая его компаундирование без трансформаторов тока.

В этом случае концы активных сопротивлений R_ш соединяются в звезду, а к их началу подключаются вспомогательная и главная обмотки различных фаз. Благодаря компаундированию током нагрузки и сдвигу вспомогательной обмотки на угол α от основной, осуществляемому укладкой вспомогательной обмотки в соседние пазы, на активном сопротивлении R_ш создается э.д.с, которая, складываясь геометрически с фазным напряжением U_всп вспомогательной обмотки, дает необходимую величину и фазу напряжения на зажимах выпрямителя.

В устройстве с такой схемой компаундирования ток возбуждения до выпрямления должен составлять 80-90% рабочего тока.

1. Устройство для питания обмотки возбуждения многофазного синхронного генератора, состоящее из вспомогательной многофазной обмотки на статоре генератора и вращающегося механического выпрямителя, у которого контактное кольцо закрепленное на валу генератора, подразделено на рабочие и холостые секторы, и к его рабочим секторам подключена обмотка возбуждения, а контактные щетки монтированы на поворотной траверсе и подключены к указанной вспомогательной обмотке через активные сопротивления, параллельно которым включены вторичные обмотки трансформаторов тока, включенных первичными обмотками в цепь нагрузки генератора для компаундирования последнего, отличающееся тем, что, с целью достижения удовлетворительной коммутации без помощи дросселей насыщения и конденсаторов в цепи возбуждения при мощности генератора, превышающей 40 ква, дуга каждого из рабочих секторов контактного кольца равна 120° электрическим, а холостых секторов - 60° эл., ширина же каждой из контактных щеток равна сумме ширины холостого сектора и толщины одной межсекторной изоляционной прокладки, и щетки установлены на контактном кольце так, что начало коммутации опережает на 30° эл. момент равенства э.д.с. коммутируемых фаз.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что вторичные обмотки трансформаторов тока подразделены на секции и соединены по многофазной схеме «зигзаг».

3. Видоизменение устройства по п. 1, отличающееся тем, что, с целью обеспечения компаундирования генератора без трансформаторов тока, активные сопротивления соединены звездой и к каждому из них подключены одна фаза главной обмотки машины и соседняя фаза вспомогательной обмотки.