Устройство для бесконтактного тиристорного возбуждения синхронной электрической машины Советский патент 1983 года по МПК H02P9/14 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для бесконтактного возбуждения синхронных элек рических машин. Известно устройство для воздуждения электрических машин, содержащее синхронный возбудитель, блоки формирования и бесконтактной передачи импульсов управления на вращающийся тиристорный выпрямитель и регулятор напряжения || 1 . В этом устройстве осуществляется многоканальная передача импульсов управления, при этом для каждого тиристора предназначается трансформатор с неподвижной первичной и вращающейся вторичной обмоткой. Наличие группы трансформаторов, количество к торых равно числу вращающихся тирист ров, а также вспомогательного узла, обходимого для передачи напряжения с ротора на формирователи для синхрони зации импульсов управления приводит увеличению габаритов, и, в частности к удлинению агрегата в целом. Известно также устройство, в кото ром осуществляется одноканальная передача сигнала управления, а формиро ватели импульсов, содержащие узлы вы прямления и инвертирования, расположены на роторе машины |J 23 . Это устройство из-за наличия слож ных вращающихся формирователей импул сов управления имеет большие габарит и низкую наде жность. Питание формирователей импульсов управления .обеспечивается от якорных обмоток возбудителя, напряжение которых изменяетс под действием реакции якоря. Необходимость ограничения диапазона измене ния напряжения питания приводит к ув личению габаритов синхронного возбудителя. Циклическое переключение в формирователях узлов выпрямления и инвертирования приводит к появлению больших по величине низкочастотных гармоник в напряжении возбуждения ге нератора, что обуславливает повышенные потери. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее магнитоэлектрический синхронный возбудитель, питаемый от него вращающийся тиристорный выпрямитель, электромашинный бло управления вращающимся тиристорным выпрямителем и регулятор напряжения. Электромашинный блок управления вращающимся тиристорным выпрямителем состоит из маломощного управляющего синхронного генератора обращенного исполнения, якорные обмотки которого расположены на общем валу с возбудителем, и формирователей импульсов, включенных между якорными обмотками и выходами блока управления. Управлякйций генератор выполняет функции бесконтактной передачи сигнала управления и фазового смещения. Сигнал управления поступает от регулятора напряжения на две обмотки возбуждения, расположенные на неподвижном индукторе управляющего генератора и сдвинутые относительно друг друга на 90 эл. град. Число полюсов каждой обмотки возбуждения равно числу полюсов возбудителя. Токи этих обмоток регулируются и «распределяются так, что полная магнитодвижущая сиЛа (НДС) постоянна, но ее положение в пространстве изменяется. С этой целью выходные каскады регулятора напряжения содержат синусный и косинусный преобразователи. Необходимый диапазон регулирования угла управления вращающегося тиристорного выпрямителя составляет 180 эл. град. Такой диапазон обеспечивается путем изменения фазы якорного напряжения управляющего генератора на 180 эл. град, за счет изменения величины токов возбуждения обоих обмоток и направления одной из них. Якорноенапряжение управляющего генератора имеет .форму близкую к синусоидальной Г 3 . Это устройство имеет следующие недостатки. Наличие синусных и косинусных преобразователей, обеспечивающих неизменную величину полной МДС, а также выходного каскада регулятора напряжения с двухсторонней проводимостью и реверсивнцм выходным сигналом усложняет регулятор напряжения. Синусоидальная форма якорного напряжения генератора приводит к усложнению формирователей импульсов, так как каждый из них должен обеспечивать преобразование напряжения синусоидальной в Импульсную. Из-за того, что формирователи вращаются на роторе машины и подвержены большим динамическим усилиям, их усложнение приводит к снижению надежности. Большое число полюсов управляющего генератора, общее число которых вдвое больше чем у возбудителя; приводит к увеличению габаритов и возрастанию

постоянных времени его обмоток возбуждения.

Цель изобретения - повышение надежности и упрощение устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для бесконтактного тиристорного возбуждения синхронной машины, содержащей магнитоэлектрический синхронный возбудитель, якорная т-фазная лучевая обмотка которого соединена с обмоткой-возбуждения синхронной электрической машины через однополупериодный тиристорный .выпрямитель, управлякмцие электроды тиристоров которого соединены с выходами электромашинного блока управления тиристорами с двумя обмотками управления, которые соединены с выходом регулятора напряжения, электромашинный блок управления тиристорами выполнен в виде импульсного синхронного генератора, 2т-фазная лучевая обмотка которого соединена через пос едовательно соединенные двухполупериодные выпрямители и пороговые токоограничиващие элементы с управляющими электродами тиристоров однополупериодного тиристорного выпрямителя.

На чертеже представлена схема устройства для бесконтактного тиристорного возбуждения синхронной машины.

Устройство состоит из синхронной машины 1 с обмоткой 2 возбуждения, магнитоэлектрического синхронного возбудителя 3, управляемого тиристорного выпpя в тeля k электромашинного блока 5 управления тиристора1 1 и регулятора 6 напряжения.

Электромашинный блок 5 управления

W

тиристорами содержит импульсный синхронный генератор 7 с двумя обмотками 8 и 9 возбуждения, пороговые токоограничивающие элементы 10.1, 10.2 и 10.3 и двухполупериодные выпрямители 11, состоящие из попарно соединенных катодами вентилей, осуществляющих двухполупериодное выпрямление, аноды этих вентилей подсоединяются к противофазным катушкам 2т-фазной лучевой якорной обмотки импульсного генератора 7, а общие катоды че0ез токоограничивающий элемент 10.1 к управляющему переходу тиристора выпрямителя k. Пороговый токоограничивающий элемент 10.1 состоит из порогового элемента 12 и резистора 13. Регулятор 6 напряжения содержит измерительный орган Н, широтно-импульсный модулятор 15 и усилитель в виде поочередно переключающихся ключей 16 и 17.

Устррйство работает следующим образом.

Питание обмотки 2 возбуждения осуществляется от возбудителя 3 через вращающийся тиристОрный выпрямитель k Управляющие импульсы поступают на тиристоры от генератора 7 через двухполупериодный выпрямитель 11 и пороговые токоограничивающие элементы 10.1 10.2 и 10.3. Выходное напряжение импульсного генератора 7 имеет пикообразную форму, благодаря тому, что зубцы якоря возбудителя выполнены насыщающимися. Попарно соединенные .вентили двухполупериодного выпрямителя 11 осуществляют двухполупериодное выпрямление и тем самым передают импульсы управления на тиристор в каждом периоде якорного напряжения .возбудителя. Пороговый элемент 12 обеспечивает помехоустойчивую передачу импульсов управления, а резистор 13 позволяет ограничить ток управления тиристора.

При неизменных токах возбуждения обмоток 8 и 9 импульсы управления поступают с неизменным углом управления Синхронизация осуществляется благодаря тому, что якорная обмотка им-, пульсного генератора 7 расположена на общем валу с возбудителем 3. Установка нулевого угла управления выполняется при настройке устройства возбуждения путем механического поворота индуктора вокруг оси.

Изменение угла управления тиристоров осуществляется в результате воздействия регулятора 6 посредством двух обмоток 8 и 9управления на импульсный генератор 7. Угол управления зависит от сдвига фаз между напряжениями якорных обмоток возбудителя 3 и импульсного генератора 7 и определяется углом между вектором НДС, создаваемым токами в обмотках 8 и 9.

Сигналы, пропорциональные напряжению и току генератора, поступающие в регуляторе 6 напряжения на измерительный орган 14, преобразуются в общий сигнал, который сравнивается с эталонным напряжением. Полученный в результате сигнал рассогласования преобразуется в широтно-импульсный сигнал, а затем усиливается с помощью ключей 1б и 17. Токи возбуждения по обмоткам 8и 9 определяются средними значениями импульсных напряжений на выходах ключей 16 и 17. В процессе регулирования при увеличении тока в одной из обмоток 8 или 9и уменьшении в другой из них происходит поворот результирующего вектора НДС импульсного генератора 7 и таким образом изменение фазового сдвига между основным и управляющим напряжением и, соответственно, изменение угла управления тиристорами. В установившихся режимах токи возбуждения благодаря высокой частоте модулятора 15 и индуктивностей обмоток 8 и 9 имеют сглаженную форму. Вследствие того, что зубцы якоря импульсного генератора 7 выполнены насыщающимися, изменение МДС на величине импульсов выходного напряжения не отражается. Это не влияет также на фазу импульсов управления, как это имеет место в известных устройствах с синусоидальным напряжением. Импульсный генератор 7 имеет небольшую мощность, определяемую мощностью цепей управления тиристоров, при этом постоянные времени его обмоток малы и сравнимы с запаздывайием регуляторов напряжения. Так постоянные времени обмоток управляющего генератора, предназначенного для мощных вращающихся тиристорных выпрямителей составляет менее 0,0 с. 1 53 Таким образом, положительный эффект при использовании предлагаемого изобретения выражается в следующем. Частота выходного напряжения импульсного генератора так же, как и число полюсов каждой обмотки возбуждения, вдвое меньше частоты возбудителя. Поэтому для изменения фазы углов импульсов управления на 180 эл. град, якорного напряжения возбудителя достаточно изменение фазы якорного напряжения импульсного генератора на 90 эл. град, собственного напряжения. Такое изменение фазы якорного напряжения импульсного генератора обеспечивается при однополярном изменении его токов возбуждения под действием нереверсивных поочередно переключающихся транзисторных ключей на выходе регулятора. Импульсная форма выходного напряжения импульсного генератора позволяет исключить из регулятора напряжения синусные и косинусные преобразователи. Вместе с этим отпадает необходимость преобразования на роторе машины синусоидального напряжения в импульсное. Это позволяет при наличии высокого быстродействия упростить регулятор напряжения и формирователи импульсов, а также повысить их надежность. Уменьшение числа по-, люсов позволяет уменьшить диаметральные размеры импульсного генератора .

УСТРОЙСТВО для БЕСКОНТАКТНОГО ТИРИСТОРНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержащее магнитоэлектрический синхронный возбудитель, якорная т-фазная лучевая обмотка которого соединена с обмотютй возбуждения синхронной электрической машины через однополупериодный тиристорный выпрямитель, управляющие электроды тиристоров которого соединены с выходом электромашинного блока управления тиристорами с двумя обмотками управления, которые соединены с выходом регулятора напряжения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и упрощения устройства, электромашинный блок управления тиристорами выполнен в виде импульсного синхронного генератора, (Л 2|л-фазная лучевая обмотка которого соединена через последовательно соединенные двухполупериодные выпрямители и пороговые токоограничивающие элементы с управляющими электродами тиристоров однополупериодного тиристорного выпрямителя. |С о р ел со