Устройство реверсивного бесщеточного возбуждения синхронной машины Советский патент 1987 года по МПК H02P9/14 H02P9/30 

.113

. Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам бесщеточного возбуждения синхронных машин, и может быть использовано в бес Контактных синхронных генераторах с вращающимися тиристорными вьтрямите- лями.

Цепью изобретения является повышение надежности.

На фиг.1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг,2 - нагрузочные характеристики.

На фиг.2 обозначено: I - ток в обмотке возбуждения синхронной машины; i - ток в обмотке возбуждения вспомогательного генератора переменного тока; i-jfij токи в обмотке возбуждения вспомогательного генератора при полностью открытых тиристорах первого вращающегося тиристорного преобразователя и в режиме управления им соответственно; 1р, io - начальные значения токов возбуждения; 1ф, 1(| - токи форсировки синхронной мащины и вспомогательного генератора соответственно; 1ц, i номинальные токи возбуждения; inf номинальный ток возбуждения вспомогательного генератора при полностью открытых тиристорах первого вращающегося тиристорного преобразователя.

Устройство реверсивного бесщеточного возбуждения синхронной машины 1 содержит первый 2 и второй 3 вращающиеся тиристорные преобразователи, входами переменного тока подключенные к якорной обмотке 4 вспомога- . тельного генератора 5 переменного тока, а первыми объединенными выходами разноименной полярности - непосредственно к одному из выводов обмотки 6 возбуждения синхронной машины, другой вьшод обмотки возбуждения связан с вторыми разноименными выходами первого 2 и второго 3 вра- щаю0дихся тиристорных преобразовате- телей соответственно через первый 7 и второй 8 датчики тока возбуждения. Первый 9 и второй 10 дополнительные генераторы установлены на одном валу с синхронной машиной и якорными обмотками 11 и 12 связаны соответственно через первую 13 и вторую 14 системы формирования импульсов управления с управляющими входами первого и второго вращающихся тиристор- ньпс преобразователей. Первый и вто- рой дополнительные генераторы имеют

2

каждый первую 15 (16) и вторую 17 (18) обмотки возбуждения, смещенные в пространстве на 90 эл, град. Первая и вторая обмотки возбуждения первого дополнительного генератора через соответствующие первый 19 и второй 20 усилители, охваченные обратной связью по току, и первьш синусный 21 и первый косинусный 22 функциональные преобразователи связаны с первым выходом первого коммутатора 23, второй выход которого связан с первой и второй обмотками возбуждения второго дополнительного генератора соответственно через второй синусный 24 и второй косинусный 25 функциональные преобразователи, а также третий 26 и четвертый 27 усилители, охваченные обратной связью

по току. Первый и второй управляющие входы первого коммутатора связаны с выходами соответственно первого и второго датчиков тока возбуждения, а информационный выХод - с выходом

автоматического регулятора 28 возбуждения, первыми управляющими входами связанного с выходами датчиков напряжения 29 и тока 30 синхронной машины, а вторыми управляющими входами - с первым и вторым датчиками тока возбуждения синхронной мащины. Устройство также содержит пятый усилитель 31, охваченный обратной связью по току, выходом подключенным

к обмоткам 32 возбуждения вспомогательного генератора переменного тока, первый 33 и второй 34 датчики магнитного поля, встроенные соответ- -ственно в обмотки возбуждения первого и второго дополнительных генераторов, первый 35 и второй 36 управляемые ключи, включенные в места связи между первым и вторым входами первого коммутатора и -соответственно

входами первых и вторых функциональных Преобразователей, управляющие входы первого и второго управляющих ключей подключены соответственно к выходам второго и первого датчиков

магнитного поля,управляемый переключатель 37 полярности сигнала и соединенный с его выходом нелинейный делитель 38 напряжения, первый и второй выходы которого соединены соответственно с

информационным входом первого коммутатора и входом пятого усилителя, при этом информационный вход управляемого переключателя полярности сигнала соединен с выходом автоматичес313

кого регулятора возбуждения, а его управляющие входы - с выходами первого и второго датчиков тока возбук- дения синхронной машины, например, через 1 естой 39 и седьмой 40 усилители.

Управляющий переключатель полярности сигнала может содержать командный орган 41 и переключающий орган 42.

Устройство содержит также второй коммутатор 43, первый и второй управляющие входы которого связаны с выходами первого и второго датчиков магнитного поля, а информационный вход связан с выходом датчика тока возбуждения 44 вспомогательного генератора, включенного в депь обмотки возбуждения последнего. При этом его первый и второй выходы соединены с управляющими входами первого и второго управляемых ключей, третий управляемый ключ 45, управляюшие входы которого связаны с выходами первого и второго датчиков тока возбуждения синхронной машины. Указанный ключ включен между пятым усилителем и вторым выходом нелинейного делителя напряжения. Второй коммутатор может содержать командный орган 46 и дополнительные органы 47 и 48. Третий управляемый ключ может содержать командйые органы 49, 50 и и с- полнительньй орган 51.

Устройство работает следующим образом.

Для конкретности при описании

.работы устройства принимают синхронную машину 1 - синхронным компенсатором, что соответствует наиболее тяжелым условиям работы системы возбуждения, требующим равноценной работы системы при различной полярности токов возбуждения в обмотке 6

возбуждения. В режиме выдачи реактив ной мощности работает первьш вращающийся тиристорный преобразователь 2 В этом случае в зависимости от сигналов с датчиков 29 и 30 напряжения и тока синхронной машины 1 автоматический регулятор 28 возбуждения выдает сигнал управления, часть которого через нелинейный делитель 38 напряжения поступает на информационный вход коммутатора 23. При этом задействован датчик тока 7 возбуждения, которьй через тестой усилитель 39 воздействует на первый вход пер4

вого коммутатора 23 и пропускает сигнал с выхода автоматического регулятора 28 возбуждения через нелинейный делитель 38 напряжения на входы первого синусного 21 и первого косинус

ного 22 функциональных преобразова- телей, сигналы с выхода которых усиливаются первым 19 и вторым 20 усилителями и поступают в первую I5 и

вторую 17 обмотки возбуждения первого дополнительного генератора 9, сдвинутые в пространстве на 90 эл. град, и создающие магнитное поле в зазоре с амплитудой, пропорциональной сумме квадратов синуса и косинуса одной и той же величины,, т.е. постоянной независимо от величины управляющего сигнала. Угол в пространстве результирующего вектора магнитного поля, определяемьш синусом и косинусом сигнала, с первого выхода нелинейного делителя 38 напряжения оказывается пропорциональным этому сигналу. Соответственно временный

угол электродвижущих сил (-ДС) , наводимых в якорных обмотках I1 перво- вого дополнительного генератора 9, оказывается также пропорциональным сигналу с первого выхода нелинейного

делителя 38 напряжения (сигналу с выхода автоматического регулятора 28 возбуждения), При постоянной времени ЭДС в якорной обмотке 4 вспомогательного генератора 5 переменного тока

ЭДС якорной обмотки 11 первого дополнительного генератора 9 через первую систему 13 формирования импульсов воздействует на цепи управления первого вращающегося тиристорного

преобразователя 2 с соответствующим углом регулирования, который определяет величину тока в обмотке 6 воз- буждения синхронной машины 1.

Такие процессы были бы характерны при постоянстве тока в обмотке 32 возбуждения вспомогательного генератора 5 переменного тока. В действительности сигнал с второго выхода

нелинейного делителя 38 напряжения через третий управляемый ключ 45, пятьй усилитель 31 и датчик тока возбуждения 44 вспомогательного генератора 5 переменного тока изменяет ток

в обмотке 32 возбуждения. В обмотке 32 возбуждения (фиг,1) это изменение не влияет на пространственное положение магнитного поля возбуждения вспомогательного генератора 5 пере.51

менного тока и временное положение ЭДС в его якорных обмотках и, следовательно, и на угол регулирования первого вращаюсдегося тиристорного преобразователя 2, но влияет на амплитуду ЭДС вспомогательного генератора 5 переменного тока. Соответственно ток обмотки 6 возбуждения синхронной машины,1 будет определяться не только углом регулирования, но и амплитудой ЭДС вспомогательного генератора 5 переменного тока,

С помощью нелинейного делителя 38 (подбором его элементов) характеристики, на которые настраивается устройство в рассматриваемом режиме работы, имеют вид, изображенный на фиг.2,

Как видно при I / I- номинальному току возбуждения синхронной машины, номинальный ток возбуждения вспомогательного генератора 5 переменного тока равен i| КД, , где , При этом К существенно меньше общепринятого коэффициента форсировки К 2, а именно К е 1 ,1; 1,3. Следовательно, в номинальном режиме работы вспомогательный генератор 5 переменного тока будет незначительно перевозбужден по сравнению с диодным аналогом. При этом магнитные потери, коэффициент полезного действия, перегрев и т.п. будут у вспомогательного генератора 5 переменного тока на уровне диодного аналога, т.е. минимально возможные. При форсировке сигналом от автоматического регулятора 28 возбуждения происходит полное открытие ключей первого вращающего тиристорного преобразователя 2 по цепи: 28-37-38-23-35-(21,22)-(19,20)- (15.17)- 1-13-2 и, одновременно5 ,фор- сировка вспомогательного генератора 5 переменного тока - по каналу: 28- 37-38-45-31-44-32. До точки пересечения кривых i и .12(фиг..2) процесс форсировки протекает по кривой i, а далее - по кривой i до заданного

значения.

I

Рнгулирование в другую сторону в данном режиме осу1чествляется по тем же каналам регулирования, при этом при , i ФО, Значение ip выбирается таким, чтобы при случайной одновременной работе вращающихся ти- ристорных преобразователей 2 и 3 в процессе реверса тока возбу:рдения в обмотке 6 возбуждения синхронной ма09956

шины 1 вспомогательный генератор 5 | переменного тока и вращающиеся ти- ристорные преобразователи 2 и 3 не повреждались (см.ниже).

г Режим гашения поля при работе первого вращающегося тиристорного преобразователя 2 протекает следующим образом,

В соответствии с новой ситуацией O в энергосистеме автоматический регулятор 28 изменяет выходной сигнал на противоположный (отрицательный). .Нелинейный делитель 38 напряжения

распределяет его таким образом, что 5 пятый усилитель 31 переводит обмотку 32 возбуждения в режим работы с IQ (фиг.2), а сигнал с первого выхода нелинейного делителя 38 переводит первый вращаюгшйся тиристорный пре- 0 образователь 2 в инверторный режим. В результате происходит гашение поля в обмотке 6 возбуждения синхронной мащины 1, что фиксируется с помощью цепи измерения тока: 6-7-39. Сигнал 5 по этому каналу поступает на первый управляющий вход первого коммутатора 23. При нулевом сигнале по току инвертирование первого вращающего тиристорного преобразователя 2 за- 0 кончено, но магнитное поле за счет тока демпферных контуров ротора синхронной машины 1 еще не погасло. Для полного его гашения необходим отрицательный ток в обмотке 6 возбуждения синхронной машины 1. Если при нулевом сигнале по току сигнал от автоматического регулятора 28 возбуждения остается отрицательным, то первый коммутатор 23 переключит сиг- Q нал с первого своего выхода на второй. Снятие сигнала с первого управляемого ключа 35 сопровождается переводом первого 19 и второго 20 усилителей в инверторный режим, т.е. с гашением поля в первой 15 и второй 17 обмотках возбуждения первого дополнительного генератора 9 и снятием импульсов управления с первого вращающегося тиристорного преобразова- Q теля 2. Второй управляемый ключ 36 готов к работе, но он заблокирован сигналом на его управляющем входе с выхода первого датчика 33 магнитного поля до тех пор, пока магнитное поле .j практически не погаснет. Это исключает подачу импульсов управления на второй вращающийся тиристорный преобразователь 3, пока не сняты им - пульсы управления с первого вращаю5

713

щегося тиристорного преобразователя 2, Кроме того, второй управляемый ключ 36 заблокирован сигналом на его управляющем входе с выхода второго коммутатора 43 до тех пор, пока в . обмотке 32 возбуждения всйомогатель- ного генератора 5 не установится ток

i ifl

Таким образом, включение второго вращающегося тиристорного преобразо- вателя 3 произойдет только при снятых импульсах с первого вращающегося тиристорного преобразователя 2 и при заданной величине тока возбуждения вспомогательного генератора 5 в обмотке 32.

Пока не снята блокировка с второго управляемого ключа 36, сигналы с первого датчика 7 (через шестой усилитель 39) вызывают действие управляемого переключателя 37 полярности сигнала, которьй производит изменение сигналов на входе нелинейного делителя 38 напряжения, С выхода последнего через первый коммутатор 23 и второй управляемьй ключ 36 происходит полное открытие второго вращающегося тиристорного преобразователя 3 и,- одновременно, через третий управляемый ключ 45 и пятый усилитель 3 подготавливается цепь для форсировки тока в обмотке 32 возбуждения вспомогательного генератора 5 переменного тока до значения i (фиг.2), Сигнал на форсировку тока в обмотке 32 возбуждения вспомогательного генератора 5 переменного тока блокируется третьим управляемым ключом 45, на командный орган 50 которого поступает сигнал с седьмого усилителя 40 и датчика тока возбуждения .8 о величине тока в обмотке возбуждения 6 синхронной машины 1, возникающего благодаря включению второго вращающегося тиристорного преобрйзо- вателя 3.

Блокирование сигнала на форсировку от нелинейного делителя 38 напряжения на форсировку тока в обмотке 32 возбуждения автоматически определяет величину тока в обмотке 32 возбуждения, равную i i. Процесс нарастания тока второго вращающегося тиристорного преобразователя 3 от I до IP протекает по кривой i ДО пересечения с кривой i (фиг.2), При токе I TO четвертый управляемый снимает блокировку сигнала на

9958

форсировку от нелинейного делителя 38 напряжения. В дальнейщем процесс изменения тока I определяется кривой i при изменении f. до 1ф.

Другие режимы работы в устройстве осуществляются аналогичным образом.

Таким образом, предлагаемое устQ ройство позволяет при простоте исполнения и высокой надежности рбес- печить хорошие энергетические показатели. Это достигается благодаря тому, что реверс тока I в обмотке 6

5 возбуждения синхронной машины 1. происходит только при определенном значении )(, тока возбуждения вспомогательного генератора переменного тока, при котором ток короткого замы0 кания вспомогательного генератора переменного тока, возникающий при случайной одновременной работе первого и второго вращающихся тиристор- ных преобразователей, не превышает

5 допустимой величины, а фсфснровка тока возбуждения вспомогательного генератора переменного тока при реверсе тока возбуждения синхронной машины, происходит только при усло0 ВИИ нормального включения неработающего врашдющегося тиристорного преобразователя (первого или второго) и достижении его выходного тока заданной величины, что гарантирует

з безаварийный реверс тока возбуждения синхронной мапгины.

Формула изобретения

0 Устройство реверсивного бесщеточного возбуждения синхронной мащины по авт.св. № 1188842, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, дополнительно вве дены датчик тока возбуждения вспомогательного генератора, включенный в цепь обмотки возбуждения последнего, третий управляемый ключ и второй коммутатор, первый и второй упеп равляющие входы которого соединены с выходами первого и второго датчиков магнитного поля соответственно, информационный вход соединен с выходом датчика тока возбуждения вспомога тельного генератора, а первый и второй выхода соединены с управляющими входами первого и второго управляемых ключей соответственно, третий управляемый ключ включен между входом

9131099510

пятого усилителя и вторым выходом равляемого ключа соединены с выхода- нелинейного делителя напряжения, при ми первого и второго датчиков тока этом управляющие входы третьего уп- возбуждения синхронной машины.

Изобретение относится к электротехнике . Цель изобретения - повышение надежности. .На валу ротора синхронной машины установлены тиристор- ные преобразователи 2 и 3, вспомогательный г-р перем.тока 5, два дополнительных г-ра 9 и 10, обмотки возбуждения 15, 16 и 17, 18 которых смещены в пространстве на 90 эл.град. На автоматический регулятор поступает информация по датчикам напряжения 29, тока 30 и возбуждения 7 и 8 синхронной машины. Регулятор воздействует на возбуждение дополнительных г-ров, обеспечивая соответствующий угол регулирования тиристоров, и на возбуждение вспомогательного г-ра 5, обеспечивая форсировку возбуждения вспомогательного г-ра при полном открытии тиристоров преобразователя. Устройство снабжено защитой (43, 45) вспомогательного г-ра от к.з., предотвращающей форсировку в случае одновременной работы преобразователей. 2 ил. сл со со со О N

1о -

Редактор М. Бандура

Составитель С. Смирнов Техред И.Попович Корректор М, Пожо

Заказ 1900/54 . Тираж 661Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4