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

косинусный 19 и синусный 20 функциональные преобразователи с соответствующими переключателями 22 и 21 полярности. Первый 21 и второй 22

1

Изобретение относится к электро- - технике, в частности к устройствам бесщеточного возбуждения СИНХРОННЫХ машин.

Цель изобретения - повышение надежности и снижение массогабаритных показателей.

На фиг.1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - диаграммы, иллюстрирующие работу устройства.

Для упрощения источники питания для всех статических элементов схемы не показаны. Они могут быть решены любыми известными способами, например, с помощью трансформаторов, подключенных первичными обмотками к силовому выходу синхронной машины.

Устройство реверсивного бесщеточг ного возбуждения синхронной машины 1 содержит первый 2 и второй 3 вращающиеся тиристорные преобразователи, входами переменного тока подключенные к якорной обмотке 4 вспомогательного генератора 5 переменного тока, а первыми объединенными выходами разноименной полярности - непосредственно к одному из выводов обмотки 6 возбуждения синхронной машины. Другой вывод обмотки 6 возбуждения связан с вторыми разноименными выходами первого 2 и второго 3 вращающихся тиристорных преобразователей соответственно через первый 7 и второй 8 датчики тока возбуждения. Дополнительный генератор 9 установ- лен на одном валу с синхронной машиной 1 и якорной обмоткой 10 и связан через первую систему 11 Формирования импульсов управления и первый прерыватель 12 импульсов с управляющим входом первого вращающегося тиристор Ного преобразователя 2, а через вторую систему 13 формирования импульсов и второй прерыватель 14 импульуправляемые переключатели полярности сигнала связаны с выходом автомати- ческиго регулятора 23 возбуждения. 2 ил.

сов - с управляющим входом второго вращающегося тиристорного преобразователя 3.

Дополнительный генератор 9 имеет первую 15 и вторую 16 обмотки возбуждения, смещенные в пространстве на 90 эл. град. Первая 15 и вторая 16 обмотки возбуждения дополнительного генератора 9 через соответствующие первый 17 и второй 18 усилители, охваченные обратной связью по току, косинусный 19 и СИНУСНЫЙ 20 функцио- нальные преобразователи, первый 21 и второй 22 управляемые переключатели 5 полярности сигнала связаны с выходом автоматического регулятора 23 возбуж- .дения, первыми управляющими входами связанного с выходами датчиков напряжения 24 и тока 25 синхронной машины 0 1, а вторыми управляющими входами - с первым 7 и вторым 8 датчиками тока йозбуждения синхронной машины 1, например, через третий 26 и четвертый 27 усилители.

5 Устройство содержит коммутатор 28, первый и второй управляюпще входы которого связаны с выходами соответственно первого 7 и второго 8 датчиков тока возбуждения, а информацнон-

0 ный вход - с выходом автоматического регулятора 23 возбуждения. В устройство введены первая 29 и вторая 30 системы формирования сигналов, управляюпще входы которых подключены со-

5 ответственно к первому и второму выходам коммутатора 28, при этом первые выходы первой 29 и второй 30 систем формирования сигналов соответст- но подключены к управляющим входам

первого 21 и ВТОРОГО 22 переключателей полярности сигнала, а вторые выходы через первый 31 и второй 32 передатчики сигнала - к управляющим входам первого 12 и второго 14 прерывателей импульсов.

Первый прерыватель 12 импульсов может содержать прерывающий 33 и командный 34 органы. Второй прерывател импульсов 14 может содержать прерывающий орган 35 и командный 36 органы. Первый управляемый переключатель 21 полярности сигнала может содержать переключающий 37 и команд ный 38 органы. Второй управляемый переключатель 22 полярности сигнала может содержать переключающий 39 и командный 40 органы.

Устройство работает следующим образом.

Дпя конкретности при описании работы устройства принимаем 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. Пусть в режиме выдачи реактивной мощности работает первый врашарший- ся тиристорный преобразователь 2. Б этом случае в зависимости от сигнало с датчиков напряжения 24 и тока 25 синхронной машины 1 автоматический регулятор 23 возбуждения выдает сигнал управления, который поступает на информационный вход коммутатора 28 и объединенные информационные входы первого 21 и второго 22 управляемых переключателей.полярности сигнала. При этом задействован датчик 7 тока возбуждения, который через третий усилитель 26 воздействует на первый управляющий вход коммутатора 28

Полярность аналогового сигнала на выходе автоматического регулятора 23 возбуждения, поступающего на ин- формационньй вход коммутатора 28, в этом случае такова, что при наличи сигнала от датчика 7 тока возбужден ния на первом управляющем входе коммутатора 28, на первом выходе коммутатора 28 появляется логический сигнал Включить, которьм через первую систему 29 формирования сигналов, первьй передатчик 31 сигнала приводит первый прерыватель 12 импульсов во включенное состояние. Включенное состояние прерьтателя 1 обеспечивает прохождение импульсов от первой системы 11 формирования импульсов к управляющим входам первого вращающегося тиристорного преобразователя

0

5

2. При этом на втором выходе коммутатора 28 появляется сигнал Отключить, который через вторую систему 30 формирования сигналов, второй передатчик 32 сигнала обеспечивает отключение состояния второго прерывателя 14 импульсов. Отключенное состояние прерывателя 14 делает невозможным прохождение импульсов от второй системы 13 формирования импульсов к , управляющим входам второго вращающегося тиристорного преобразователя 3. Таким образом, второй вращающийся тиристорный преобразователь 3 за-т крыт. Сигнал Включить на первом выходе коммутатора 28 через первую систему 29 формирования сигналов и сигнал Отключить на втором выходе коммутатора 28 через вторую систему 30 формирования сигналов проводят соответственно первый 21 и второй 22 управляемые переключатели полярности сигнала в такое положение, при котором обеспечивается необходимое согласование выхода автоматического регулятора 23 возбуждения с входами КОСИНУСНОГО 19 и синусного 20 преобразователей, при котором зависимос- 0 ти токов . и I , в первой 15 и

0

5

второй 16 обмотках возбуждения дополнительного генератора 9 имеют вид

5

0

1.г

1,6 +1 Де 1л.о,кс

и,

-маис

ки

MOkC 1 }

максимальное

(1)

COS

sin

значение тока возбуждения дополнительного генератора; коэффициент пропорциональности;

выходной аналоговый сигнал управления на выходе автоматического регулятора 23 возбуждения.

45

50

Знак + соответствует регулированию угла управления первого вращающегося тиристорного преобразователя 2.

Зависимости (1) при работе перво го вращающегося тиристорного преобразователя 2, изображенные на фиг.2Г формируются косинусным 19 и синусным 20 функциональными преобразователями и усилителями 17 и 18. Такой закон 55 изменения токов во взаимно перпендикулярных обмотках возбуждения 15 и 16 дополнительного генератора 9 дает .линейную зависимость угла поворота результирующего вектора магнитного

поля дополнительного генератора 9 от выходного сигнала U,. автоматического р егулятора 23 возбуждения, а следовательно, и угла об управления тиристорами первого вращающегося тиристорного преобразователя 2. Зависимость сбм Ч ) Д первого вращающегося тиристорного преобразователя 2 приведена на фиг.26, при этом ток возбуждения синхронной машины I в обмотке 6 возбуждения изменяется в соответствии с характеристикой 1 f(Uu,), приведенной на фиг.2а, от максимального значения одной по. лярности до максимального значения другой полярности.

В соответствии с новой ситуацией в энергосистеме автоматический регулятор 23 возбуждения изменяет выходной сигнал Uu на противоположный (отрицательный), что приводит к переводу первого вращающегося тиристорного преобразователя 2 в инверторный режим работы (фиг.26). В результате происходит гашение поля в обмотке 6 синхронной машины 1, что фиксируется с помощью цепи обмотка 6 - датчик . 7 - усршитель 26. Сигнал по этому каналу поступает на первый управляющий вход коммутатора 28. При нулевом сигнале по току возбуждения синхронной машины 1 инвертирование первого вращаюшегося тиристорного преобразователя 2 закончено, 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 23 возбуждения остается отрицательным, на.первом выходе коммутатора 28 сигнал Включить меняется на сигнал Отключить, а на втором выходе - сигнал Отключить меняется на сигнал Включить . Снятие с первого выхода коммутатора 28 сигнала Включить сопро-. вождается отключением первого прерывателя импульсов 1.2 по цепи коммутатор 28 - система 29 - передатчик 31 и запретом прохождения импульсов от первой системы 11 формирования импульсов к управляющим входам первого вращающегося тиристорного преобразователя 2„ Снятие с первого выхода

5

0

5

0

1.

-(6

f(U)

коммутатора 28 сигнала Включить также сопровождается переключением первого управляемого переключателя

21полярности сигнала по цепи коммутатор 28 - система 29 - орган 38 в , положение, обеспечивающее переход устройства на характеристику

f(Ua) (фиг.2в).

Появление на втором выходе коммутатора 28 сигнала Включить сопровождается включением второго прерывателя 14 импульсов по цепи коммутатор 28 - система 30 - датчик 32 - орган 36 и разрешением прохождения импульсов от второй системы 13 формирования импульсов к управляющим входам второго вращающегося тиристор-i ного преобразователя 3 . Появление на втором выходе коммутатора 28 сигнала Включить также сопровождается переключением второго управляемого переключателя 22 по цепи коммутатор 28 - система 30 - орган 40 в положение, обеспечивающее переход устройства на характеристику I, (фиг.2в).

Отключение первого 12 и включение второго 14 прерывателей импульсов, переключение первого 21 и второго

22управляемых переключателей полярности сигнала приводит к отключению первого вращающегося тиристорного преобразователя 2 и вступлению в раg боту второго вращающегося тиристорного преобразователя 3 в выпрямительном режиме (фиг.26), обеспечивающем отрицательный ток в обмотке 6 возбуждения синхронной машины 1,

0 Другие режимы работы устройства осуществляются аналогично,

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет при простоте исполнения и высокой надежности обес5 печить хорошие массогабаритные показатели . Это достигается благодаря использованию дополнительного генератора 9, обмотка 10 якоря которо- . го связана с управляющими входами первого 2 и второго 3 вращающихся тиристорных преобразователей через первый 12 и второй 14 прерьшатели импульсов, а первая 15 и вторая 16 обмотки возбуждения дополнительного генератора связаны с выходами автоматического регулятора 23 возбуждения соответственно через усилитель 17, косинусный преобразователь 19, первый управляемый переключатель 21 по0

5

7

лярности сигнала и усилитель 18, синусный преобразователь 20, второй управляемый переключатель 22 полярности сигнала.

Датчики 7 и 8 тока возбуждения синхронной машины I предполагают электромагнитную передачу сигнала при - протекании полного тока Ig или - Ig

13

по обмотке 6 возбуждения. Дополнительный генератор 9 имеет на индукторе распределенные по закону синуса обмотки (синусные), а на якоре имеем зубцы, число которых равно или крат.- но числу фаз вспомогательного генератора 5 переменного тока, причем каждый зуб имеет развитую в тангенциальном направлении головку и технологически или механически минимальную тонкую ножку, на которую одета фаза обмотки 10 якоря. За счет использования насыщения тонкой ножки ЭДС в фазе якоря имеет пикообразную dDopMy импульса во времени при синусоидальной форме магнитодвижущей силы обмоток 15 и 16 возбуждения в пространстве, т.е. реализуется магнитное формирование импульса в самом дополнительном генераторе 9.

При этом до минимума упрощаются первая 11 и вторая 13 системы формирования импульсов, а именно в цепь управления каждого тиристора первого 2 и второго 3 вращающихся тиристорны преобразователей (кроме первого 12 и второго 14 прерывателей импульсов) последовательно включены диод, срезающий нерабочую полуволну ЭДС, стабилитрон, срезающий пологовую часть рабочей полуволны и выполняющий защиту от помех, и резистор, ограничивающий величину тока управления. При использовании дополнительного генератора 9 с синусоидальной формой ЭДС в обмотке 10 первая 1 1 и вто- 45 содержащее первый и второй вращаюг- рая 13 системы формирования импуль- сов могут быть выполнены с использованием дросселей насьщения для магнитного Формирования импульсов.

щиеся тиристорные преобразователи, входами переменного тока подключен- ные к якорной обмотке вспомогательного генератора переменного тока, а пе

Вспомогательный генератор. 5 переменного тока выполняется многофазным (число фаз 5), в котором в качестве с бмотки 41 возбуждения используются электрически перпендикулярные обмотки, одна из которых распределенная, а другая сосредоточенная или распределенная на существенно меньший угол (в 2 раза и более) чем пер

5

10

15

617048

вая. Фазы якоря составляются из стержней или катушечных сторон, расположенных в одинаковом положении под полюсами с шагом, близким или равным дополнительному. В качестве автоматического регулятора 23 возбуждения может быть применен автоматический регулятор возбуждения сильного действия типа АРВ-СД, который в настоящее время применяется практи- чески на всех мощных турбогенераторах и гидрогенераторах.

Третий 26 и четвертый 27 усилители служат для усиления (при необходимости) сигналов с выходов первого 7 и второго 8 датчиков тока возбуждения синхронной мащины. При этом первый и второй выходы первого 26 и второго 27 усилителей равноценны. Первый 17 и второй 18 усилители имеют функцию усиления по мощности выходных сигналов косинусного 19 и синусного 20 функциональных преобразователей и могут быть выполнены, в частности , с использованием известных схем ти- ристорных преобразователей. Косинусный 19 и синусный 20 функциональные преобразователи осуществляют косинусное и синусное преобразование вы-;; ходного сигнала автоматического регулятора 23 возбуждения и могут быть выполнены с использованием элементов аналоговой техники.

Предлагаемое устройство может найти применение для возбуждения мощных асинхронизированньк. турбогенераторов, синхронных компенсаторов и двигателей.

20

25

30

35

40

Формула изобретения

Устройство реверсивного бесщеточного возбуждения синхронной машины,

45 содержащее первый и второй вращаюг-

щиеся тиристорные преобразователи, входами переменного тока подключен-, ные к якорной обмотке вспомогательного генератора переменного тока, а пер50 выми объединенными выходами разноименной полярности - непосредственно к одно му из выводов обмотки возбуждения синхронной машины, другой вывод обмотки возбуждения связан с вторыми

55 разноименными выходами первого и

второ.го вращающихся тиристорных преобразователей соответственно через первый и второй датчики тока возбуждения, дополнительный генератор.

установленный на одном валу с синхронной машиной и якорной обмоткой, связанной соответственно с первой и второй системами формирования импульсов , дополнительный генератор имеет первую и вторую обмотки возбуждения, смещенные в пространстве на угол 90 эл. град., первая и вторая обмот-; ки возбуждения дополнительного генератора через соответствующие первый и второй усилители, охваченные обратной связью по току, связаны с косинусным и синусным преобразователями, автоматический регулятор возг. буждения первыми управляющими входами связан с выходами датчиков напряжения и тока синхронной машины, а вторыми управляющими входами - с первым и вторым датчиками тока возбуждения синхронной машины, первый и второй управляющие входы коммутатора связаны с выходами соответственно первого и второго датчиков тока возбуждения, а информационный вход - с выходом автоматического регулятора возбуждения, отличающее ся тем что, с целью улучшения массога- баритных показателей, а также повышения надежности, в него дополнительно введены первый и второй управляемые переключатели полярности

сигнала,, объединенными информационными входами подключенные к выходу автоматического регулятора возбужде-

ния, а выходами - соответственно к входам косинусного и синусного пре образователей, первая и вторая системы формирования сигналов, управляющие входы которых связаны с первым

и вторым выходами коммутатора, первые выходы первой и второй систем формирования сигналов связаны с управляющими входами первого и второго управляемых переключателей полярности сигналов соответственно, первый и второй передатчики сигналов , входы которых подключены соответственно к вторым выходам первой и второй сис- тец формирования сигналов, первый и

второй прерьшатели импульсов, включенные в места связи соответственно между первой системой формирования импульсов с управляющим входом первого вращающегося тиристорного преобразователя и второй системой формирования импульсов с управляющим входом второго вращающегося тиристорного преобразователя, управляющие входы первого и второго прерьшателей

импульсов подключены к выходам первого и второго передатчиков сигналов соответственно.

Составитель Е.Гольцова Редактор П.Гереши Техред М.Дидык Корректор Л.Патай

Заказ 6302/56 Тираж 659Подписное

ВНИИГШ 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

fPut.2

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для бесщеточного возбуждения синхронных машин. Целью является повышение надежности и снижение массогабарит- ных показателей. Устройство содержит синхронную машину 1 с обмоткой 6 возбуждения, вращающиеся тиристорные преобразователи 2 и 3 и дополнительный генератор 9 с якорной обмоткой 10 и двумя обмотками 15 и 16 возбуждения, смещенными в пространстве на 90 эл. град, и связанными через uD (Л со а о 4;;