Устройство для продольно-поперечного возбуждения электрических машин Советский патент 1985 года по МПК H02P9/10 H02P9/14 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам возбуждения электрических машин переменного тока, например генераторо продольно-поперечного возбуждения.

Известна система самовозбуждения синхронных турбогенераторов, содержащая обмотку возбуждения, рабочий и форсировочный тиристорные возбудители, автоматы гашения поля, блок защиты от перенапряжений и активное сопротивление самосинхронизации. : Блок защиты от перенапряжений включен последовательно с сопротивлением самосинхронизации, а параллельно этому блоку подсоединен коммутатор. Возбудители снабжены блоками аварийной сигнализации. При отказе возбудителей турбогенератор может быть автоматически переведен в асинхронный режим при замыкании указанного коммутатора, т.е. путем замыкания обмотки возбуждения на посротивление самосинхронизации, превышающее сопротивление обмотки ротора в 310 раз. Одновременно срабатывают автоматы гашения поля и от обмотки отключаются возбудители. В результате турбогенератор переходит в аси хронный режим ij .

Однако вследствие несимметрии цепи ротора установившийся после этог процесс сопрово ается значительными колебаниями режимных параметров (токов, напряжения, скольжения, эле тромягнитного момента), а потребление реактивной мощности велико, что приводит к необходимости ограничения нагрузки генератора в этом режиме (до 40-60% номинальной), его длительности (до 15-30 мин) и последующему отключению генератора от сети, если за это время не ликвидирована авария.

Наиболее близким к изобретению является устройство для продольнопоперечного возбуждения электрических машин, содеркар1ее первую и вторую обмотки возбуждения, сдвинутые в пространстве на угол в 90 зл.град .и соединенные соответственно через первый и второй автоматы гашения поля с выходами первогр и второго возбудителей, снабженных блоками аварийного отключения, первый и второй управляемые коммутаторы, под ключенные первыми выходами к первым вью одам соответственно первой и

второй обмоток возбуждения и х первым выходам первого и второго блоков запщты от перенапряжений, управляющие входы первого управляемого коммутатора и первого автомата гашения поля связаны с выходом блока аварийного отключения первого возбудителя, а управляющие входы второго управляемого коммутатора и второго автомата гашения поля связаны с выходом блока аварийного отключения, второго возбудителя, второй выход первого управляемого коммутатора соединен с первым выводом резистора, а вторые выходы второго блока защиты от перенапряжения и второго управляемого коммутатора объединены. При этом вторые выходы первого управ ляёмого коммутатора и первого блока загтиты от перенапряжения обт единены, а второй вывод резистора соединен с вторым выводом первой обмотки возбуждения, объединены вторые выходы второго блока за1Д1ты от перенапряжения и второго управляемого коммутатора подю1ючены через второй резистор к второму выводу второй обмотки возбуждения f2} .

Недостатками данного устройства являются дополнительные потери энергии в Ti.enH возбуждения в асинхронных режимах работы, невысокая эффективность использования устройства для генераторов продольно-поперечного возбуждения с неодинаковыми обмоткам возбуждения. В асинхронном режиме появляются обратные магнитные поля и приходится знатительно увеличивать сопротивление синхронизации, в этом случае имеют месТо те же недостатки, что и для синхронных т.урбогенераторов.

Цель изобретения - повышение эффективности работы и расширение области применения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для продольнопоперечного возбуждения электрических маиин , содержавшее первую и вторую обмотки возбуждения, сдвинутые в пространстве на угол в 90 эл.град. и соединенные соответственно через первый и второй автоматы гашения поля с яыходамй первого и второго во будителей, снабженных блоками аварийного oTKJH04eHHH, первый и второй управляемые коммутаторы, подключенные первыми выходами к первым выво3дам соответственно первой и второй обмоток возбуждения и первым вькодам первого и второго блоков защиты от перенапряжений, управляюоще входы первого управляемого коммутатора и первого автомата гашения поля связаны с выходом блока аварийного отключения первого возбудителя, а управляющие входы второго управляемог коммутатора и второго автомата га- . шения поля связаны с выходом блока аварийного отключения второго возбудителя, второй выход первого упра ляемого коммутатора соединен с первым выводом резистора и вторые выходь1 второго блока защиты от перенапря жения и второго управляемогокомму. Тагора объединены, дополнительно введен дроссель, включенный между вторыми выводами резистора и первой обмотки возбуждения, второй выход первого блока защиты от перенапряжения подключен к второму выводу первой обмотки возбуждения, а объединен ные вторые выходы второго блока защи ты от перенапряжения и второго управ ляемого коммутатора связаны с вторым выводом обмотки возбуждения. На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг, 2 - принципиальная схема блока управления, через который может осуществляться связь между блоками аварийного отклю чения и управляющими входами автоматов гашения поля и управляемых коммутаторов. Устройство для продольно-поперечного возбуждения электрических машин содержит первую 1 и вторую 2 обмотки возбуждения, сдвинутые в пространстве на угол в 90 эл.град. и соединенные соответственно через первый 3 и второй 4 автоматы гашения поля с выходгми первого 5 и второго 6 возбудителей, снабженных блоками 7 и 8 аварийного отключения, первый 9 и второй 10 управляемые коммутаторы, подключенные первыми выходами к первым выводам соответственно первой 1 и второй 2 обмоток возбуждения и пёр вьм выходам первого 11 и второго 12 блоков защиты от перенапряжения, управляющие входы первого управляемого коммутатора 9 и первого автомата 3 гашения поля связаны с выходом блока 7 аварийного отключения первого возбудителя, а управляющие входы второго управляемого к 1мутатора 10 3Д4 и второго автомата 4 гашения поля связаны с выходом блока 8 аварийного отключения второго возбудителя 6, Второй выходпервого управляемого коммутатора 9 соединен с первым выводом резистора 13, а вторые выходы второго блока 12 от перенапряжения и второго управляемого коммутатора 10 объединены. Устройство также содержит дроссель 14, включенный между вторыми вьтодами резистора 13 и первой обмотки 1 возбуждения. Второй выход первого блока 11 защиты от перенапряжения подключен к второму выводу первой обмотки 1 возбуждения, а объединенные вторые выходы второго блока 12 защиты от перенапряжения и второго управляемого коммутатора 10 связаны с вторым выводом второй обмотки 2 возб -ткдения. Связь между управляющими входами автоматов 3 и 4 гашения поля и управляемых коммутаторов 9 и 10 может быть осуществлена через блок управления 15 (фиг.2), представляю1(ий собой кодояый преобразователь и состоящий из первого 16 и второго 17 логических элементов ИЛИ и типовых управляемых ключей.18-21. Входы 22 и 23 блока 15 управления могут быть связаны с вых.одами блоков 7и 8 аварийного отключения, а выходы 24 и 25 - с управляющими входами соответственно первого 3 и второго 4 автоматов гашения поля. Выходы 26 и 27 соединены с управляющими входами соответственно первого 9 и второго 10 управляемых коммутаторов. Блок 15 управления снабжен также входом 28 задания режимов работы. В качестве возбудителей в генераторах продольно-поперечного возбуждения могут быть испшгьзованы стандартные реверсивные тиристорные возбуди-/ тели, cocтoя0 иe из двух включенных встречно-параллельно управляемых выпрямителей, автоматы гашения поля и блоки эап(иты от перенапряжения обычных конструкций, используемых в системах возбуждения синхронных турбогенераторов традиционных типов. 8качестве управляемых коммутаторов могут быть использованы стандартные автоматы гашения поля (например, серии АГП-12,АГП-30,АГП-60).Активное сопротивление - набор стандартных ящиков сопротивлений,используемых.например, в качестве сопротивлений самосинхронизации турбогенераторов. Дроссель - стандартные реакторы, используемые, например, в цепях тиристорных возбудителей и преобразователей частоты. Значения активного (резистор 13) и индуктивного (дроссель 1А) сопротивлений выбираются из следующих соображений. В случае з ффектив ные числа витков первой 1 и второй 2 обмоток возбуждения генератора продольно-поперечного возбуждения могут быть неравными (или неодинаковы создаваемые .обмотками м.д.с.). Тогда при переходе в асинхронный режим имеет место эффект одноосного включения, т.е. в мардане наряду с рабочими полями прямой последовательности появятся обратные поля и соответственно колебания параметров, вибрации и т.п. Дпя снижения или исключения указанных нежелательных явлений предлагается обеспечить выравнива- ние м.д.с. обмоток за счет включения в цепь мощной первой обмотки 1 возбуждения не только активного г (реЗИСТОР 13), но и индуктивного Х (дроссель 14) сопротивлений. Введение комплексного (г сопротив ления позволяет не только ограничить ток (м.д.с.) более сильной обмотки, обеспечив равенство м.д.с. обеих обмоток, но и поддержать фазовый сдвиг между токами (м.д.с.), равный эл. град. Таким образом, необходимым уеловием является равенство м.д.с. обмоток возбуждения, т.е. I,V,)(o, bvA, у| 7 I . где ,, J К, jKoj- соответственно чи ла витков и обмоточные коэф циенты соответственно первой 1 и второй 2 обмоток возбужд ния; Z., сопротивления первой 1 и второй 2 обмоток возбуждения . Поскольку Е , то откуда 2 02 у v } ik,, де Z, ( - полное сопротивление в цепи первой обмотки 1 возбуждения , 2 - добавочное сопротивление, которое необходимо включить в цепь первой обмотки 1 возбуждения при условии, что W, Ко, WiKo2 для выравнивания м.д.с. (плотность тока в обмотках принята одинаковой). Тогда имеем г Г,, , П;)И условии, что г, 2 и , как например, это имеет место в агинхронизированных генераторах с симметричной системой идентичных обмоток возбуждения, г 0 и . Система возбуждения работает следуюр(им образом. Влок 15 управления может задавать следуюр;ие режимы работы: режим а , когда сигнал на входе 28 - логический О, режим S , сигнал на входе 28 - логическая 1. Работа системы возбуждения в режиме q происходит в слеДуюв1ем порядке. При отказе любого из возбудителей 5 или 6 (или одновременно обоих возбудителей) На входы 22 или 23 подаются сигнапы с выходов блока аварийного отключения 7 или (и) 8. С блока 15 управления с выходов 24 и 25, 26 и 27 подаются сигналы на входы управляемых коммутаторов 9 и 10 и автоматов гашения поля 3 и,4. Управляемый Коммутатор 9 замыкает обмотку. 1 возбуждения на резистор 13 и дроссель 14, а управляемый коммутатор 10 замыкает накоротко вторую обмотку 2 возбуждения. Первая обмотка 1 возбуждения оказьшается замкнутой на злектрическую цепь из последонательно соедииениыу активного (резигтора 1,3) п индуктивного (дроссель 14) сопротнв jtRHHft, Одновременно аптоматы гашения поля 3 и 4 разрывают цепи питания первой 1 и второй 2 обмоток возбуждения от возбудителей 5 и 6. Генератор переходит в асинхронный режим с замкнутой накоротко сллбойг второй обмоткой 2 возбуждения и с замкнутой на комплексное сопротивление сильной первой обмоткой 1 возбуждения. При выборе указанного сопротивления в соответствии с формулами обратных полей в генераторе не возникает. Нагрузка и длительност работы генератора в этом режиме опре деляются допустимыми значениями токов в обмотках статора и ротора. Режим S . При отказе любого из возбудителей блок 15 управления отключает его с помощью автомата гашения поля, причем соответсткугощая обмотка возбуждения оказывается замкнутой на соответствующей блок защиты от перенапряжений. Генератор продолжает работать (с соответственно по.ниженной нагрузкой) на одной обмот ке возбуждения в синхронном режиме, В этом случае возможно обеспечить питание отключенной от аварийного возбудителя обмотки возбуждения от резервного возбудителя (на фиг.1 не показан) и восстановить, таким обраяом, исходный (или близкий к исходному) режим работы генератора. В случае применения предлгагаемои систем - возбуждения для генераторов продольно-поперечного возбуждения с одинаковыми обмотками необходимо в соответствии с формулами применять Cf 0 и . Таким образом, достигается возможность применения для генераторов продольно-поперечного возбуждения с несимметричной системой роторных обмоток, обеспечивается большая эффок тивность асинхронных режимов благодаря обеспечению кругового поля, синхронных режимгш работы при отказе одной из цепей возбуждения, исключаются потери в добавочных сопротивлениях (самосинхронизации) при асинхронной работе генераторов с симметричными системами продольно-поперечного возбуждения. Устройство продольно-поперечного возбуждения с наиболышгм зффектом может быть применено для асинхронизировянных турбогенераторов с симметричньпчи системами обмоток возбуждения на роторе и с несимметричными системами обмоток, с так называемыми управляю1цими поперечными (слабыми) обмотками возбуждения, для которых ;р1ительные асинхронные режимы допустимы в узких (ко сравнению с асинхронизировлнн1-гми турбогенераторами) диапазонах (0,1 - 0,2%).

.УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОДОЛЬНОПОПЕРЕЧНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН, содержащее первую и вторую обмоткивозбуждения,сдвинутые в про .странстве на угол 90 эл.град. и соединенные соответственно через первый и второй гашения поля с выходами первого и второго возбудителей, снабженных блоками аварийного отключения, первый и второй управляе№4е коммутаторы, подключенные первыми выходами к первым вьтодам соответственно первой и второй обмоток возбуждения и первым . в псодам первого и второго блоков защиты от перенапряжения, управля1о- щие входы первого управляемого коммутатора и первого автомата гашения поля связаны с выходов:влрка аварийного отключения п«д|| м л возбудителя, а управляющие sxibRW второго управляемого коммутаторе И eTioporo автомата гашения поля связаны с выходом блока аварийного отключения второго возбудителя, второй выход первого управляемого коммутатора соединен с первым выводом резистора, а вторые выходы второго блока sanpHirf от перенапряжения и второго управляемого коммутатора объединены, отличающееся тем что, с целью повышения э

п

23

2U -«

Ы

26

2S

21

27

Фиг.2