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

)13

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам бесщеточного возб ждения мощных синхронных машин.

Цель изобретения - повышение надежности работы устройства.

На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого устройства.

Устройство реверсивного бесщеточного возбуждения синхронной машины 1 содержит первьй 2 и второй 3 вращающиеся тиристорные преобразователи, входами переменного тока подключенные .к якорной обмотке 4 вспомогательного генератора переменного тока, а первыми объединенными выходами разноименной полярности - непосредственно к одному из выводов обмотки 5 возбуждения синхронной машины, другой вывод обмотки возбуждения связан с вторыми разноименными выходами первого и второго вращающихся тиристорных преобразователей соответственно через первый 6 и второй 7 датчики тока возбуждения, первый 8 и второй 9 дополнительные генераторы, установленные на одном валу с синхронной машиной и якорными обмотками, связанными соответственно через первую 10 и вторую 11 системы формирования импульсов управления с управляющими входами первого и второго вращающихся тиристорных преобразователей. Перевый и второй дополнительные генераторы имеют каждый первую 12 (13) и вторую 14 (15) обмотки возбуждения, смещенные в пространство на угол 90 эл.град., первая и вторая обмотки возбуждения каждого дополнительного генератора ,через соответствующие первый 16, вто- |рой 17, третий 18 и четвертый 19 усилители, охваченные обратной связью по току, первый синусный 20, первьш косинусный 21, второй синусный 22 и второй косинусный 23 функциональные прео бразователи связаны с первым выходом нелинейного делителя 24 напряжения через первый 25 и второй 26 ключи соответственно. Управляющие входы первого и второго ключей связаны с датчиками 27.1 и 27.2 магнитного поля первого и второго дополнительных генераторов соответственно, пятый усилитель 28, охваченный связью по току,.включен в место связи между вторым выходом нелинейного делителя напряжения и обмоткой 29 возбуждения

82

вспомогательного генератора переменного тока. Автоматический регулятор 30 возбуждения первыми управляющими входами подключен к выходам датчиков

тока 31 и напряжения 32 синхронной машины, а вторыми управляющими входами - через первый 33 и второй 34 преобразователи сигнала соответственно к первому и второму датчикам тока

возбуждения синхронной машины. Логический блок 35, реализующий функцию у (х, V Xj)Xj, где х, Xj, х - сигналы на первом, втором и третьем входах соответственно, первым и вторым входом подключен соответственно к выходу первого и второго преобразователей сигнала, третьим вход;ом - к выходу автоматического регулятора возбуждения, а выходами - через первый элемент 36 задержки к управляющим входам третьего ключа 37 через элемент НЕ 38 и четвертого 39 и пятого 40 ключей непосредственно. Выход автоматического регулятора возбуждения через пятый ключ подключен к й хо- ду нелинейного делителя напряжения. Ждущий мальтивибратор 41 своим входом подключен к выходу первого элемента задержки, а выходом - к второму входу 1К-триггера 42 через второй элемент 43 задержки и к первому входу 1К-триггера непосредственно. Выход последнего подключен к первому входу элемента И-НЕ 44, второй вход которого подключен к выходу компаратора 45, вход которого соединен с датчиком 46 переменной составляющей тока. Выход элемента И-НЕ соединен с управляющим входом шестого ключа 47. Управляющие

входы первого и второго ключей связаны с датчиками магнитного поля второго и первого дополнительных генераторов соответственно через третий и четвертый ключи, а второй выход

нелинейного делителя напряжения соединен с обмоткой возбужения вспомогательного генератора через последовательно соединенные шестой ключ, пятый усилитель и датчик переменной составляющей тока.

Устройство работает следующим образом.

Для конкретности описания работы устройство принимает синхронную машину 1 синхронным компенсатором, что соответствует наиболее тяжелым условиям работы системы возбуждения.

Входной информацией автоматического регулятора 30 возбуждения является ток и напряжение обмотки статора синхронной машины 1, значения которых измеряются с помощью датчиков напря- жения 32 и тока 31. Значение и направление тока в обмотке 5 возбуждения синхронной машины определяется с помощью первого 6 и второго 7 датчиков тока возбуждения и первого 33 и ото- рого 34 преобразователей сигналов.

Согласно входной информации и в соответствии с принятым законом регулирования автоматический регулятор 30 возбуждения вырабатывает сигнал управления (обычно в виде постоянного напряжения), значение и полярность которого однозначно определяют значение и направление тока в обмотке 5 возбуждения синхронной машины. При положительных значениях сигналов управления (и„ 0) ток в обмотке 5 возбуждения синхронной машины обеспечивается первым тиристорным преобразователем 3, а при отрицательных значениях (и,, 0) - вторым тиристорным преобразователем 2. Такое разделение обеспечивается логическим блоком 35, главным логическим сигналом которого является полярность сигнала управле- ния (и„) с выхода автоматического регулятора 30 возбуждения. В соответствии с полярностью и логический блок 35 воздействует своим выходом на четвертый ключ 39 и через логический элемент НЕ 38 - на третий ключ 37 таким обарзом, что разрешает работу одного канала и запрещает работу другого, тем самым однозначно определяет, какой из двух тиристорных преобразователей - первый 3 или вто- рой 2 должен находиться в работе.

Пусть режим работы синхронной машины такой, что сигнал на выходе автоматического регулятора 30 возбуждения имеет положительную полярность Положительный сипнал управления попадая на третий вход логического блока 35 при условии отсутствия блокирующе

го сигнала на втором входе от BTOporcjQ тоянство модуля результирующего векдатчика 7 тока возбуждения, вызывает появление на выходе такого логического сигнала, который обеспечивает работу первого вращающегося тиристортора магнитного моля первого (или второго) дополнительного генератора и линейную зависимость угла поворота вектора магнитного поля от значения

ного преобразователя 3. При этом для j

отрицательного значения U блокирующим, является сигнал от первого датчика 6 тока возбуждения, который поступает на второй вход логического

O

5 0 5 о Q

5

блока 35 через первьй преобразователь 33 сигналов.

Положительный сигнал управления и при отсутствии блокирующего сигнала на втором входе логического блока 35 от второго датчика 7 тока возбуждения вызывает появление на его выходе такого логического сигнала, который приводит ключ в положение, обеспечивающее прохождение сигнала управления U без изменения полярности на вход нелинейного делителя напряжения 24.

При появлении отрицательного сигнала управления и отсутствии блокирующих сигналов выходной логический сигнал логического блока 35 приводит ключ 40 в положение, которое изменяет на противоположную полярность сигнала на выходе второго ключа 25.

Сигнал управления, проходя через нелинейный делитель 24 напряжения, преобразуется в два сигнала U . Один из них с первого выхода нелине - ного делителя 24 напряжения (U ), проходя через четвертый и второй ключи 39 и 25, попадает на вход первого синусного 20 и первого косинусного 21 функциональных преобразователей. Проходя через первый синусный 20 и первый косинусньй 21 функциональные преобразователи, первый 16 и второй 17 усилители, сигнал управления U преобразуется в два сигнала тока возбуждения первого дополнительного генератора, которые связаны между собой зависимостью

и

де

-го

21 I

I в Sin k

и

V4

(1)

IB Cos

k и

(1

в

модуль максимального значения тока в первой (или второй) обмотке возбуждения дополнительного генератора; k - коэффициент пропорциональности. Зависимость (1) обеспечивает постора магнитного моля первого (или второго) дополнительного генератора и линейную зависимость угла поворота вектора магнитного поля от значения

U

J1- .

Таким образом обеспечивается постоянная амплитуда и линейная зависимость фазы импульсов управления первого вращающегося тиристорного преобразователя 3, которые формируются первой системой 10 формирования импульсов из многофазного дополнитель- ного генератора. Фаза импульсов управления определяет угол открытия первого вращающегося тиристорного преобразователя 3 и соответственно регулирует величину тока в обмотке 5 возбуждения синхронной машины, максимальное значение которого определя- ется амплитудой переменного напряжения фазной обмотки. 4 якоря вспомогательного генератора.

Регулирование тока в обмотке 5 возбуждения синхронной машины осу- ществляются параллельно по двум каналам; по углу открытия первого вращающегося тиристорного преобразователя 3, как было описано и по возбуждению вспомогательного генератора. Это достигается тем, что сигнал управления и„ с второго выхода нелинейного делителя 24 поступает через шестой ключ 47 на вход пятого усилителя 28 и изменяет ток в обмотке 29 возбуждения вспомогательного генератора.

Рассмотрим работу устройства в динамических режимах, т.е. при быстрых изменениях сигнала управления на вы- ходе автоматического регулятора 30 возбуждения. Пусть обстановка в энергосистеме, в которой работает синхронная машина, вызвала необходимость резко изменить режим последнего пу-- тем изменения напряжения тока в обмотке 5 возбуждения синхронной машины на противоположное. В этом случае сигнал управления U на выходе автоматического регулятора 30 возбужде- ния изменил свою полярность, т.е. стал отрицательным. Воздуйствие изменившегося сигнала на логический блок 35 не вызывает изменение его выходного сигнала, так как на его первом входе, присутствует блокирующий сигнал от первого датчика 6 тока возбуждения, обусловленный наличием тока в обмотке возбуждения 5 синхронной машины. Ток в обмотке 5 возбуждения синхронной машины не может резко измениться, что обусловлено большой индуктивностью обмотки. Поэтому сигнал управления проходит через пятый ключ 40 без изменения полярности и, будучи преобразованным нелинейным делителем напряжения 24 в два сигнала и„ ii ,переводит первый тирис- торньп преобразователь 3 в инверторный режим и меняет ток возбуждения вспомогательного генератора в.обмотке 29.

При этом в обмотке 5 возбуждения синхронной МИНИНЫ прикладывается выпрямленное напряжение полярностью, противоположной предшествующему режиму и происходит быстрое гашение тока в обмотке 5 возбуждения синхронной машины 1. Как только ток уменьшится до уровня чувствительности первого датчика тока возбуждения 6, блокирующий сигнал на первом входе логического блока 35 исчезает и на его выходе логический сигнал изменяется.

Изменение логического сигнала на входе логического элемента НЕ 38 вызывает такое изменение сигнала на его выходе, которое разрешает работу канала

26-22(23) - 18(19) - 13(15)-8-11

При этом происходит гашение поля в первой 12 и второй 14 обмотках воз дуждения первого дополнительного генератора. Однако токи в первой 13 и второй 15 обмотках возбуждения второго дополнительного генератора появляются только при условии исчезновения токов в первой 12 и второй 14 обмотках возбуждения первого дополнительного генератора, что фиксируется первым датчиком 27.1 магнитного поля. Все это приводит к тому, что исчезают импульсы на управляющих электродах первого тиристорного преобразователя 30.

Если при реверсе тока возбуждения в обмотке 5 синхронной машины появилось короткое замыкание, то возникает нессиметричный режим вспомогательного генератора и, как следствие возникновение в обмотке возбуждения 29 вспомогательного генератора периодических токов в частотой f, т.е. с частотой вспомогательного генератора. Избирательньй датчик 46 переменной составляющей тока вьщелит переменную составляющую тока с частотой f в обмотке 29 возбуждения вспомогательного генератора, которая затем преобразуется в компараторе 45 в сигнал, соответствуюш й логическому нулю.

I

Если хотя бы на одном из двух

входов логического элемента И-НЕ 44 присутствует логический нуль, то

7 .13

шестой ключ 47 остается в разомкнутом состоянии.

Если реверс тока в обмотке 5 возбуждения синхронной машины прошел нормально, или если возникшее короткое заг-1ыкание устранилось, то на выходе компаратора 45 появляется логическая единица. При наличии логической единицы также на выходе 1К-триг- гера 42 логический элемент И-НЕ 44 переводит шестой ключ 47 в замкнутое состояние и ток возбуждения в обмотке 29 устанавливается соответствующий значению U,, , а ток в обмотке 5 возбуждения синхронной машины достигает значения, соответствующего U.

Таким образом, изобретение позволяет повысить надежность работы устройства при осуществлении реверса тока в обмотке возбуждения синхронной машины.

Формула изобретения

Устройство реверсивного бесщетрч- ного возбуждения синхронной машины, содержащее первый и второй вращающиеся тиристорные преобразователи, входами переменного тока подключенные к якорной обмотке вспомогательного генератора переменного тока, а первыми объединенными выходами разноименной полярности - непосредственно к одному из выводов обмотки возбуждения синхронной машины, другой вывод обмотки возбуждения связан со вторыми разноименными выходами первого и второго вращающихся тирис- торных преобразователей соответственно через первый и второй датчики тока возбуждения, первый и второй дополнительные генераторы, установленные на одном валу с синхронной машиной и якорными обмотками связанные соответственно, через первую и вторую системы формирования импульсо управления с управляющими входами первого и второго вращающихся тирис- торных преобразователей, первый и второй дополнительные генераторы имеют каждый первую и вторую обмотки возбуждения, смещенные в пространстве на угол 90 эл.град, первая и вторая обмотки возбуждения первого дополнительного генератора через соответствующие первый и второй усилители, охваченные обратной связью по току, и первый синусный и первый косинусный функциональные преобразова8 8

тели связаны с первым выходом нелинейного делителя напряжения через первьБ ключ, первая и вторая обмотки возбуждения второго дополнительного

генератора через соответствующие третий и четвертый усилители, охваченные обратной связью по току, и второй синусный и второй косинусный функциональные преобразователи связаны через второй ключ - с первым выходом нелинейного делителя напряжения, управляющие входы первого и второго ключей связаны с датчиками магнитного поля второго и первого дополнительных генераторов соответственно, пятый усилитель, охваченный обратной связью по току, включенньй вместо связи между вторым выходом нелинейного делителя напряжения и обмоткой возбуждения вспомогательного генератора переменного тока, автоматический регулятор возбуждения, первыми управляющими входами подключенный к выходам датчиков тока и напряжения

синхронной машины, а вторыми управляющими входами - через первый и второй преобразователи сигнала соответственно к первому и второму датчикам тока возбуждения синхронной машины,

отличающееся тем, что, с целью повьшзения надежности работы устройства, в него дополнительно введены компаратор, датчик переменной составляющей тока, элемент И-НЕ, первый и второй элементы задержки, третий, четвертый, пятый и шестой ключи, ждущий мультивибратор, 1К-триггер, элемент НЕ, логический блок, реализующий функцию у(х vxj)x3, где

х, Xj, Xj - сигналы на первом, втором и третьем входах соответственно, при этом логический блок первым и вторым входами подключен соответстг венно к выходу первого и второго преобразователей сигнала соответственно, третьим входом - к выходу автоматического регулятора возбуждения, а выходами - через первый элемент задержки к управляющим входам третьего

ключа через элемент НЕ и четвертого и пятого ключей непосредственно, выход автоматического регулятора возбуждения через пятьй ключ подключен к входу нелинейного делителя

напряжения, ждущий мультивибратор своим входом подключен к выходу пер- . вого элемента задержки, а выходом - к второму входу 1К-триггера через второй элемент задержки и к первому

9131

входу IK-триггера непосредственно, выход последнего подключен к первому входу элемента И-НЕ, второй вход которого подключен к выходу компаратора, вход которого соединен с датчиком переменной составляющей тока, выход элемента И-НЕ соединен с управляющим входом шестого ключа, управляющие входы первого и второго ключей связаны с датчиками магнитного поля

, 4.-

9228 10

второго и первого дополнительных генераторов соответственир через третий и четвертый ключи, второй выход нелинейного делителя напряжения сое5 динен с обмоткой возбуждения вспомогательного генератора через последовательно соединенные шестой ключ, пятьм усилитель и датчик переменной составляющей тока.

fO

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в системах возбуждения синхронных и асинхронизированных турбогенераторов, синхронных компенсаторов и мощных синхронных электродвигателей. Целью изобретения является повышение надежности в работе. Регулирование тока в обмотке возбуждения осуществляется по двум каналам: по углу открытия вращающихся тиристорных преобразователей и по возбуждению вспо- могательно го г-ра (ВГ). При реверсе тока возбуждения автоматически осуществляется кратковременное понижение тока в обмотке возбуждения ВГ. При развитии короткого замыкания датчик перем. составляющей тока воз- . буждения ВГ выделяет макс, перем. составляющую, к-рая преобразуется в компараторе в сигнал, запрещающий замыкание ключа, связанного с обмоткой возбуждения ВГ. Восстановление нормального возбуждения осуществляется с задержкой во времени. Повышение надежности обеспечивается за счет предупреждения опасного развития короткого замыкания, к-рое может возникнуть при реверсе тока возбуждения. 1 ил. СЛ

Редактор А. Сабо

Составитель А. Головченко

Техред В.КадарКорректорм. Шароши

2526/53

Тираж 660

Подписное

ВНИРШИ 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