Устройство для реверсивного бесщеточного возбуждения синхронной машины Советский патент 1988 года по МПК H02P9/14 H02P9/30 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам бесщеточного возбуждения синхронных машин.

Цель изобретения - повышение надежности и улучшение регулировочных харак- теристик.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

Источники питания всех статических элементов схемы (не показаны) могут быть решены любыми известными способами, на- пример, с помощью трансформаторов, подключенных первичными обмотками к силовому выходу синхронной машины.

Устройство реверсивного бесщеточного возбуждения синхронной машины 1 со- держит 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 ти- ристорных преобразователей соответственно через первый 7 и второй 8 датчики тока возбуждения.

Первый 9 и второй 10 дополнительные генераторы установлены на одном валу с синхронной машиной 1 и якорными обмот- ками 11 и 12 связаны через первую 13 и вторую 14 системы формирования импульсов управления с управляющими входами первого 2 и второго 3 вращающихся тиристорных преобразователей. Первый 9 и второй 10 дополнительные генераторы имеют каждый первую 15 (16) и вторую 17 (18) обмотки возбуждения, смещенные в пространстве на угол 90 эл. град. Первая 15 и вторая 17 обмотки возбуждения первого дополнительного генератора 9 через соответствующие первый 19 и второй 20 уси- лители, охваченные обратной связью по току, и первые синусный 21 и косинусный 22 функциональные преобразователи связаны с первым выходом коммутатора 23, второй выход которого связан с первой 16 и вто- рой 18 обмотками возбуждения второго дополнительного генератора 10 соответственно через вторые синусный 24 и косинусный 25 функциональные преобразователи, а также третий 26 и четвертый 27 усилители, охваченные обратной связью по току. Первый и второй управляющие входы коммутатора 23 связаны с выходами соответственно первого 7 и второго 8 датчиков тока возбуждения, а информационный вход - с выходом автоматического регулятора 28 возбуждения, первыми управляющими входами свя- занного с выходами датчиков напряжения 29 и тока 30 синхронной машины 1, а вторыми управляющими входами - с первым 7

и вторым 8 датчиками тока возбуждения синхронной мащины 1.

Устройство содержит также первый 31 и второй 32 управляемые ключи, включенные в места связи между первым и вторым выходами коммутатора 23 и соответственно входами первых 21 и 22 ч вторых 24 и 25 функциональных преобразователей.

Обмотка 33 возбуждения вспомогательного генератора переменного тока связана через пятый усилитель 34, выполненный реверсивным с выходом автоматического регулятора 28 возбуждения. Реверсивный датчик 35 тока с двумя выходами включен в цепь обмотки 33 возбуждения вспомогательного генератора 5 переменного тока. Устройство содержит третий 36 и четвертый 37 управляемые ключи с двумя управляющими и одним информационным входами в каждом, первые управляющие входы которых связаны соответственно с первым и вторым выходами реверсивного датчика 35 тока. Выход блока 38 задержки связан с информационными входами третьего 36 и четвертого 37 управляемых ключей и с управляющими входами первого 19, второго 20, третьего 26 и четвертого 27 усилителей. Пятый 39 и шестой 40 управляемые ключи включены в места связи первой 15 и второй 17 обмоток возбуждения первого дополнительного генератора 9 с введенными источниками постоянного тока (не показаны) и связаны первыми управляющими входами с выходом третьего управляемого ключа 36, а вторыми управляющими входами - с выходом второго датчика 8 тока возбуждения и с вторым управляющим входом четвертого управляемого ключа 37.

Седьмой 41 и восьмой 42, управляемые ключи включены в места связи первой 16 и второй 18 обмоток возбуждения второго дополнительного генератора 10 с введенными источниками постоянного тока (не показаны) и связаны первыми управляющими входами с выходом четвертого управляемого ключа 37, а вторыми управляющими входами - с выходом первого датчика 7 тока возбуждения и с вторым управляющим входом третьего управляемого ключа 36. Первый и второй входы компаратора 43 связаны с выходами первого 7 и второго 8 датчиков тока возбуждения, а его выход - с входом блока задержки 38. Девятый управляемый ключ 44 включен выключающим и включающим выходами соответственно в места связи автоматического регулятора 28 возбуждения с информационным входом коммутатора 23 и с информационным входом пятого усилителя 34, а управляющим входом - к выходу блока 38 задержки, при этом управляющий вход пятого усилителя 34 связан с выходом блока 38 задержки. Подключение к выходным цепям первого 7 и второ1387171

34

го 8 датчиков тока возбуждения синхрон-держки поддерживает выключенное состояной машины 1 осуществляется, например,ние девятого управляемого ключа 44. Выключерез шестой 45 и седьмой 46 усилители.ченное положение девятого управляемого

Устройство работает следующим обра-ключа 44 обеспечивает прохождение выходзом.2 ного сигнала автоматического регулятора

Для конкретности при описании работы28 возбуждения к информационному входу

устройства принимаем синхронную машинукоммутатора 23 и блокирование по инфор1 - синхронным компенсатором, что соответ-мационному входу пятого усилителя 34.

ствует наиболее тяжелым условиям работыВыходной сигнал компаратора 43, поданный

системы возбуждения, требующим равноцен-на управляющий вход пятого реверсивно- ной работы системы возбуждения при различ- го усилителя 34 через блок 38 заждержной полярности токов возбуждения в обмот-ки, обеспечивает необходимое смещение, при

ке 6 возбуждения.котором на выходе усилителя 34 устанавВ режиме выдачи реактивной мощное-ливается заданный, постоянный уровень то- ти предполагаем работающим первый вра-ка, подаваемого в обмотку 33 возбуждения щающийся тиристорный преобразователь 2.15 вспомогательного генератора 5 переменного В этом случае в зависимости от сигна-тока. Выходной сигнал компаратора 43 лов с датчиков 29 и 30 напряжения и(логический «О) через блок 38 задержки тока синхронной машины 1 автоматичес-поступает на информационные входы тре- кий регулятор 28 возбуждения выдает сиг-тьего 36, четвертого 37 управляемых клю- нал, который через девятый управляемыйчей, управляющий вход девятого 44 управ- ключ 44 поступает на информационный20 ляемого ключа и выключает их. Управляе- вход коммутатора 23. При этом задейство-мые пятый 39, шестой 40, седьмой 41 и ван первый датчик 7 тока возбуждения,восьмой 42 ключи находятся в выключен- который через шестой усилитель 45 воздей-ном состоянии. На управляющих входах ствует на первый управляющий вход ком-первого 19, второго 20, третьего 26 и чет- мутатора 23 и при этом пропускается25 вертого 27 усилителей сигнал также отсут- сигнал с выхода автоматического регулято-ствует (логический «О). ра 28 возбуждения на входы первых си-При форсировке возбуждения сигна- нусного 21 и косинусного 22 функциональ-лом от автоматического регулятора 28 про- ных преобразователей, сигналы с выходаисходит полное открытие первого вращаю- которых усиливаются первым 19 и вторым 20щегося тиристорного преобразователя 2 по усилителями и поступают в первую 15 и30 цепи элементов: 28-44-23-31 - (21,22) - вторую 17 обмотки возбуждения первого- (19, 20) - (15, 17) - 11 -13 - 2. дополнительного генератора 9, сдвинутые вРежим гашения поля при работе перво- пространстве на угол 90 эл. град и создаю-го вращающегося тиристорного преобразо- щие магнитное поле в зазоре с ампли-вателя 2 протекает следующим образом, тудой, пропорциональной сумме квадратовВ соответствии с новой ситуацией в энер- синуса и косинуса одной и той же вели-35 госистеме автоматический регулятор 28 из- чины, т.е. постоянной независимо от вели- меняет выходной сигнал на противополож- чиньг управляющего сигнала. Угол в прост-ный (отрицательный), который переводит ранстве результирующего вектора магнитно-первый вращающийся тиристорный преоб- го поля, определяемый синусом и косину-разователь 2 в инверторный режим. В ре- сом сигнала с выхода автоматического. зультате происходит гашение поля в обмот- регулятора 28 возбуждения оказываетсяке 6 возбуждения синхронной машины 1, пропорциональным этому сигналу. Соответстчто фиксируется с помощью цепи измере- венно временной угол электродвижущихния тока 6-7-45. Сигнал по этому кана- сил (ЭДС), наводимых в якорных обмот-лу поступает на первый управляющий вход ках 11 первого дополнительного генерато-коммутатора 23. При нулевом сигнале по ра 9, оказывается также пропорциональ-45 току инвертирование первого вращающегося ным сигналу с выхода автоматическоготиристорного преобразователя 2 закончено, регулятора 28 возбуждения.но магнитное поле за счет тока демпферПри постоянной во времени ЭДС якорнойных контуров ротора синхронной машины 1 обмотки 11 первого дополнительного генера-еще. не погасло. Для полного его гащения тора 9 через первую систему ,13 формиро-необходим отрицательный ток в обмотке 6 вания импульсов управления воздействует50 возбуждения синхронной машины. Если при на цепи управления первого вращающего-нулевом сигнале по току сигнал от авто- ся тиристорного преобразователя 2 с соответ-матического регулятора 28 возбуждения ос- ствующим углом регулирования, который оп-тается отрицательным, то коммутатор 23 ределяет величину тока в обмотке 6. воз-переключает сигнал с первого своего вы- буждения синхронной машины 1. Первыйхода на второй. Снятие сигнала с первого датчик 7 тока возбуждения синхронной ма-55 управляемого ключа 31 сопровождается перешины 1 воздействует через шестой уси-водом первого 19 и второго 20 усилителей литель 45 на первый вход компаратора 43,в инверторный режим, т.е. гашением поля выходной сигнал которого через блок 38 за-в первой 15 и второй 17 обмотках возбуждения первого дополнительного генератора 9 и снятием импульсов управления с первого вращающегося тиристорного преобразователя 2. Отрицательный сигнал от автоматического регулятора 28 возбуждения через коммутатор 23 и второй управляемый ключ 32 вызывает полное открытие второго вращающегося тиристорного преобразователя 3.

Такие процессы характерны при постоянстве тока в обмотке 33 возбуждения вспомогательного генератора 5 переменного тока и при значениях тока в обмотке 6 возбуждения синхронной машины 1, превышающих заданное значение I 1о (где 1о - например, значение тока в обмотке 6 возбуждения синхронной машины 1 на холостом ходу).

Допустим, что выдаваемая реактивная мощность при работающем первом вращающемся тиристорном преобразователе 2 значительно снизилась, что сопровождается уменьшением тока в обмотке 6 возбуждения синхронной машины 1 до значения I ID- В результате появляется сигнал логической «1 на выходе компаратора 43. Если снижение тока в обмотке 6 возбуждения синхронной машины 1 до значения I ID не кратковременное, то через время, определяемое блоком 38 задержки, на его выходе также появляется сигнал логической «1.

Выходной сигнал (логическая «1) блока 38 задержки переводит первый 19 и второй 20 усилители в инверторный режим, что вызывает гашение поля первой 15 и второй 17 обмоток возбуждения дополнительного генератора 9. Одновременно поступление выходного сигнала блока 38 задержки на информационный вход третьего 36 управляемого ключа вызывает появление сигнала на его выходе и, следовательно, появление сигналов на первых управляющих входах пятого 39 и шестого 40 управляющих ключей, что -приводит к их включению, а, следовательно, подключению первой 15 и второй 17 обмоток возбуждения первого дополнительного генератора 9 к источникам постоянного тока (не показаны). При этом в первой 15 и второй 17 обмотках возбуждения первого дополнительного генератора 9 устанавливается заданное соотношение токов, обеспечивающее угол регулирования ао первого вращающегося тиристорного преобразователя 2, определяемый из соотношения

ао+осп 180 эл. град.,

где а„ - угол инвертирования первого вращающегося тиристорного преобразователя 2.

Появление сигнала на выходе блока 38 задержки приводит к съему смещения в пятом усилителе 34, к блокированию прохождения выходного сигнала автоматического регулятора 28 возбуждения к информационному входу коммутатора 23 и дебло- кировке прохождения выходного сигнала автоматического регулятора 28 возбуждения к информационному входу пятого усилителя 34. Ток на выходе последнего устанавливается в соответствии с величиной выходного сигнала автоматического регулятора 28 возбуждения.

Таки.м образом, регулирование тока в обмотке 6 возбуждения синхронной машины 1

0 при I ; 1о осуществляется регулированием тока в обмотке 33 возбуждения вспомогательного генератора 5 при постоянном угле регулирования ао первого вращающегося тиристорного преобразователя 2.

Режим гашения поля при работе перво5 го вращающегося тиристорного преобразователя 2 при I : 1о протекает следующим образом.

В соответствии с новой ситуацией в энергосистеме автоматический регулятор 28 воз0 буждения изменяет выходной сигнал на противоположный (отрицательный), который воздействует на информационный вход пятого реверсивного усилителя 34 и вызывает изменение направления тока в обмотке 33 возбуждения вспомогательного генератора 5

5 на противоположное (отрицательное). Изменение направления тока в обмотке 33 возбуждения вспомогательного генератора 5 приводит к изменению фазы ЭДС в якорной обмотке 4 на противоположную, т.е. на 180 эл. град.

В результате изменения фазы ЭДС в якорной обмотке 4 на 180 эл. град, угол регулирования первого вращающегося тиристорного преобразователя 2 становится равным ал 180-ао, благодаря чему первый вращающийся тиристорный преобразо ватель 2 переводится в инверторный режим и происходит гашение поля обмотки б возбуждения синхронной машины 1, что фиксируется с помощью цепи измерения тока б-7-45. Сигнал по этому каналу по0 ступает на вторые управляющие входы седьмого 41 и восьмого 42 управляемых ключей и второй управляющий вход третьего 36 управляемого ключа. При нулевом сигнале по току инвертирование первого вращающегося тиристорного преобразова5 теля 2 закончено. Если при нулевом сигнале по току сигнал от автоматического регулятора 28 возбуждения остается отрицательным, третий 36 управляемый ключ снимет свой выходной сигнал, так как при нулевом сигнале по току на втором управляющем входе и аулевом сигнале на первом управляющем входе (цри изменении направления тока возбуждения вспомогательного генератора 5 на отрицательное) третьего управляемого ключа 36 последний от5 ключается.

Съем выходного сигнала третьего управляемого ключа 36 приводит к отключению пятого 39 и щестого 40 управляемых

1387171

78

ключей, т.е. отключению первой 15 и вто-возможности реверса тока возбуждения синрой 17 обмоток возбуждения первого до-хронной машины. Это улучшает регулировочполнительного генератора 9 от источниковные характеристики устройства в зоне мапитания, и съему импульсов с первого вра-лых токов возбуждения синхронной машины

щаюш,егося тиристорного преобразователя 2.и повышает надежность работы устройстИзменение направления тока на отрицатель-5 ва.

ное в обмотке 33 возбуждения вспЪмога-Другие режимы работы в устройстве

тельного генератора 5 переменного тока вы-осуществляются аналогичным образом.

зывает появление сигнала на втором вы-Таким образом, изобретение позволяет

ходе реверсивного датчика 35 тока возбуж-получить хорошие регулировочные характедения вспомогательного генератора 5, кото-ю ристики при высокой надежности работы. рый, воздействуя на первый управляюш,ий

вход четвертого управляемого ключа 37, пе-Формула изобретения реводит его во включенное состояние, включение четвертого управляемого ключа 37 со-Устройство для реверсивного бесщеточ- провождается появлением сигнала на его вы-ного возбуждения синхронной машины, ходе, который поступает на первые управ-15 содержаш,ее первый и второй враш,аюш,ие- ляюш,ие входы седьмого 41 и восьмого 42 уп-ся тиристорные преобразователи, входами равляемых ключей и подготавливает их кпеременного тока подключенные к якорной включению.обмотке вспомогательного генератора переПри нулевом сигнале по току (от перво-менного тока, а первыми объединенными го датчика 7 тока возбуждения синхрон- п выходами разноименной полярности - не- ной машины 1) происходит включение седь-посредственно к одному выводу обмотки воз- мого 41 и восьмого 42 управляемых клю-буждения синхронной машины, другой вывод чей и подключение первой 16 и второй 18которой связан с вторыми разноименными обмоток возбуждения второго дополнитель-выходами первого и второго вращаюшихся ного генератора 10 к введенным источни-тиристорных преобразователей соответствен- кам питания (не показаны). При этом направ-25 но через первый и второй датчики тока ление и соотношение токов в первой 16 ивозбуждения, первый и второй дополни- второй 18 обмотках возбуждения второготельные генераторы, установленные на одном дополнительного генератора 10 должны бытьвалу с синхронной машиной и якорными такими, чтобы обеспечить угол ао регу-обмотками, связанными соответственно через лирования второго враш.аюшегося тиристор-первую и вторую системы формирования им- ного преобразователя 3 при отрицатель-30 пульсов управления с управляемыми входа- ном направлении тока в обмотке 33 воз-ми первого и второго враш,аюшихся тирис- буждения вспомогательного генератора 5.торных преобразователей, первый и второй При необходимости съем импульсов с вто-дополнительные генераторы имеют каждый рых управляющих входов пятого 39, шесто-первую и вторую обмотки возбуждения, го 40, седьмого 41 и восьмого 42 управ-смещенные в пространстве на угол 90 эл. ляемых ключей (при появлении нулевого град., первая и вторая обмотки возбуждения сигнала по току от первого 7 или вто-первого дополнительного генератора через рого 8 датчиков тока возбуждения син-соответствующие первый и второй усилите- хронной машины 1) может осуществлять-ли, охваченные обратной связью по току, и ся с выдержкой времени для обеспеченияпервые синусный и косинусный функцио- выдержки между съемом импульсов с пер-40 нальные преобразователи связаны с первым вого вращающегося тиристорного преобра-выходом коммутатора, второй выход которо- зователя 2 и подачей их на второй вра-го связан с первой и второй обмотка- щающийся тиристорный преобразователь 3ми возбуждения второго дополнительного или наоборот. Третий 26 и четвертый 27генератора соответственно через вторые си- усилители при этом находятся в выключен-нусный и косинусный функциональные преоб- ном состоянии благодаря наличию на их45 разователи, а также третий и четвертый управляющих входах соответствующего сиг-усилители, охваченные обратной связью по нала (логической «1) с выхода блока 38току, первый и второй управляющие входы задержки.коммутатора связаны с выходами соответТаким образом, при 1 Ь процес-ственно первого и второго датчиков тока сы регулирования возбуждения синхроннойвозбуждения, а информационный вход - с машины осуществляются воздействием на выходом автоматического регулятора воз- угол регулирования первого и второго ти-буждения, первыми управляющими входами ристорных вращающихся преобразователей,связанного с выходами датчиков напряже- а при I 1о регулирование возбужде-ния и тока синхронной машины, а вторыми ния синхронной машины осуществляетсяуправляющими входами - с первым и воздействием на обмотку возбуждения55 ™рь™ датчиками тока возбуждения син- вспомогательного генератора 5 перемен-хронной машины, первый и второй управ- ного тока благодаря переводу послед-ляемые ключи, включенные в места связи него в диодный режим с сохранениеммежду первым и вторым выходами коммутатора и соответственно входами первых и вторых функциональных преобразователей, обмотка возбуждения вспомогательного генератора переменного тока связана через пятый усилитель с выходом автоматического регулятора возбуждения, отличающееся тем, что, с целью п овышения надежности и улучшения регулировочных , характеристик, все пять усилителей снабжены управляющими входами, при этом пятый усилитель выполнен реверсивным, дополнительно введены реверсивный датчик тока с двумя выходами, включенный в цепь обмотки возбуждения вспомогательного генератора переменного тока, третий и четвертый управляемые ключи с двумя управляющими и одним информационным входами в каждом, первые управляющие входы которых связаны соответственно с первым и вторым выходами реверсивного датчика тока, блок задержки, выход которого связан с информационными входами третьего и четвертого управляемых ключей и с управляющими входами первого, второго, третьего и четвертого усилителей, пятый и щес- той управляемые ключи, включенные в места связи первой и второй обмоток возбуждения первого дополнительного генератора с введенными источниками постоянного тока

и связанные первыми управляющими входами с выходом третьего управляемого ключа, а вторыми управляющими входами - с выходом второго датчика тока возбуждения и с вторым управляющим входом чет- 5 управляемого ключа, седьмой и восьмой управляемые ключи, включенные в места связи первой и второй обмоток возбуждения второго дополнительного генератора с введенными источниками постоянного тока и

0 связанные первыми управляющими входами с выходом четвертого управляемого ключа, а вторыми управляющими входами - с выходом первого датчика тока возбуждения и с вторым управляющим входом третьего управляемого ключа, компаратор, первым и вторым входами связанный с выходами первого и второго датчиков тока возбуждения, а выходом - с входом блока задержки, девятый управляемый ключ, включенный выключающим и включающим выходами соответственно в места связи автоматического регулятора возбуждения с информационным входом компаратора и с информационным входом пятого усилителя, а управляющим входом подключенный к выходу блока задержки, при этом управляющий

5 вход пятого усилителя связан с выходом блока задержки.

5

0

Изобретение относится к электротехнике и м.б. использовано в электроприводе, системах электроснабжения. Цель изобретения - повышение надежности и улучшение регулировочных характеристик в зоне низких значений тока возбуждения синхронной машины (СМ). Текущее регулирование и форсировка тока возбуждения синхронной машины осуществляются регулированием угла управления одного из двух вращающихся тиристорных преобразователей системы возбуждения при постоянном токе возбуждения вспомогательного генератора, установленного на валу СМ. При достижении током возбуждения СМ наперед заданной минимальной величины (например, значения, соответствующего холостому ходу СМ) текущее регулирование вниз осуществляется воздействием на обмотку возбуждения, вспомогательного г-ра при постоянном, заранее заданном угле управления вращающихся тиристоров. 1 ил. с S сл ОС 00