Устройство для возбуждения синхронной машины Советский патент 1988 года по МПК H02H7/09 H02P1/46 H02P9/12 

12 ЗГ

(Л

со со

4

со to го

между размыкающим блок-контактом 12 узла 13 форсировки воэбуткдения и управляющим входом мостового выпрямителя 1, и замыкающим контактом 32, шунтирующим замыкающим контакт 18 узла 13, Замыкающий контакт 30 узла 13 включен в пусковую цепь 10 шунтирующего тиристора 7. В устройстве обеспечиваются удержание синхронной машины 3 в синхронизме путем форсировки тока в компенсированном мало- инерционном контуре возбуждения при работе в режиме двигателя и интенсивное развозбуждение (гащение магнитного поля) синхронной мащины за счет колебательного снижения тока возбуждения в режиме генератора, что способствует успешному самозапуску при восстановлении нормального уровня напряжения в питающей сети. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является повьппение надежности и быстродействия в аварийном режиме управления. С этой целью в устройство для возбуждения синхронной машины введены конденсатор 20, включенный между зарядным блоком 8 и гасящим резистором 19, дифференциатор 21, триггеры В1митта 22, 23, логический блок управления 24, узел развозбуждения 29 с размыкающим блок-контактом 31, включенным

,,1 . . ,

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при аварийном управлении возбуждением синхронных машин преимущественно синхронных двигателей, при глубоких понижениях напряжения и кратковременных перерывах питания, когда часть синхронных машин продолжает работать в режиме двигателя, а остальные в режиме генератора.

Цель изобретения - повышение быстродействия и надежности управления возбуждением синхронной машины в аварийном режиме.

На чертеже приведена принципиальная схема устройства для возбуждения синхронной машины.

Устройство содержит мостовой выпрямитель 1 с тиристорами в катодной группе и диодами в анодной, выводами постоянного тока подклточенный параллельно обмотке 2 возбуждения синхронной машины 3, группу разделительных диодов 4, анодами подключенных к вы водам переменного тока мостового выпрямителя 1, а объединенными катодами подключенных последовательно через коммутирующий тиристор 5 и форсирующий конденсатор 6 к катодному выводу постоянного тока выпрямителя 1, шунтирующий тиристор 7 и зарядный блок 8, подключенные параллельно форсирующему конденсатору 6.управляющую 9 и пусковую 10 цепи, подключенные к управляющим электродам соответственно коммутирующего 5 и шунтирующего 7 тиристоров, блок 11 управления мостовым выпрямителем 1, выходом подключенный к размыкающим управляемым ключам 12 узла 13 форсировки возбужде

1 2

ния, а входом блок 11 управления мостовым выпрямителем. 1 подключен к выходу датчик 14 активной мощности, входы которого соединены с датчиками

напряжения 15 и тока 16, пороговый блок 17, входом соединенный с выходом датчика 15 напряжения, свободный вывод управляющей цепи 9 через первый замыкающий ключ 18 реле 13 форсировки

возбуждения соединен с анодом коммутирующего тиристора 5. Устройство содержит также гасящий резистор 19 и разделительнь1й конденсатор 20, при этом первый вывод резистора соединен с анодным выводом постоянного тока, а второй вывод через конденсатор 20 - с общей точкой форсирующего конден - сатора 6 и катодом коммутирующего 5 тиристоров.

В устройство введены дифференциатор 21, триггеры Шмитта 22 и 23, логический блок 24 управления, составленный из элемента: И-НЕ 25, элемента НЕ 26, элементов И 27 и 28, узел 29 возбуждения. Дифференциатор 21 входом подключен к выходу датчика 14 активной мощности и к входу первого триггера Шмитта 22, а выход дифференциатора 21 соединен с входом второго

триггера Шмитта 23. Выходы триггеров 22 и 23 соединены соответственно с входами логического элемента И-НЕ 25, выход которого связан с входом логического элемента НЕ 26 и вторым входом логического элемента И 27, первый вход которого объединен с первым вхо- ,дом логического элемента И 28, образуя первый вход логического блока 24 управления, соединенного с выходом

порогового блока 17. Выход логическо

го элемента НЕ 26 подключен к втором входу логического элемента И 28. Вы- ходы логических элементов И 27 и 28 образуют выходы блока 24, связаны соответственно с входами узлов 29 и 13. Второй замыкающий ключ 30 узла 13 форсировки возбуждения включен в пусковую цепь 10, соединенную с анодом тиристора 7. Размыкающие ключи 31 узл 29 включены между размыкающими управляемыми ключами 12 узла 13 и управляющими электродами тиристоров мостового выпрямителя 1, а замыкающий ключ 32 узла 29 развозбуждения подключен параллельно ключу 18 узла 13 форсировки возбуждения.

Устройство для возбуждения синхронной машины работает следующим образом.

В исходном состоянии при синхронном ходе машины в режиме двигателя размыкающие ключи 12 и 31 замкнуты, а управляющая 9 и пусковая 10 цепи разомкнуты. Ток в обмотке 2 возбуждения синхронной машины 3 определяется сигналом датчиков тока 16, напряжения 15 и мощности 14, а также начальной уставкой блока 11 управления мостовым выпрямителем, воздействующего через клю-од сировки возбуждения. При срабатывании

чи 12 и 31 на угол открытия тиристоров катодной группы выпрямителя 1. Форсирующий конденсатор 6 заряжен от блока 8.

При коротком замыкании в системе электроснабжения, сопровождающегося глубокой посадкой напряжения или кратковременным перерьгеом питания, синхронная машина 3 может оказаться либо в режиме двигателя, либо генератора в зависимости от типа машины, приводимого механизма и параметров сети. Синхронные машины с большим запасом кинетической энергии переходят в генераторный режим, имеют дополни-, тельный тормозной момент и интенсивно тормозятся. Двигатели с меньшим запасом кинетической энергии получают дополнительный момент за счет подпитки от машин, работающих в генераторном режиме. Поэтому дли обеспечения условий успешного самозапуска синх-

Л

ронной машины необходимо или производить форсировку возбуждения,- или интенсивно гасить магнитное поле в зависимости от режима работы последней.

При посадке напряжения на якоре синхронной машины 3 ниже заданного уровня на выходе порогового блока 17

35

40

45

50

55

узла 13 размыкаются управляемые ключи 12, замыкаются ключи 18 и 30 соответственно в управляющей цепи 9 коммутирующего тиристора 5 и пусковой цепи 10 шунтирующего тиристора 7. Включается коммутирующий тиристор 5 и встречным напряжением предварительно заряженного конденсатора 6 запирает катодную группу тиристоров мостового выпрямителя 1. Обмотка 2 возбуждения синхронной машины 3 подключается на дополнительный источник форсировочно- го напряжения, образованный группой . разделительных диодов 4 и анодной группой вентилей мостового выпрямителя. Во вновь образованном контуре возбуждения происходит емкостная компенсация индуктивности обмотки 2 возбуждения, уменьшение постоянной времени последней и разряд форсирующего конденсатора 6, приводящий к интенсивному нарастанию тока в этом контуре. При достижении на перезаряжающемся конденсаторе 6 заданного уровня напряжения включается шунтирующий тиристор 7, который выводит форсирующий конденсатор 6 из контура возбуждения. При этом образуется новый контур возбуждения: питающая сеть

появляется уровень логической единицы и подается на первые входы логических элементов И 27 и 28. Одновременно контролируется знак активной мощности якоря и ее производной.

При положительном знаке активной мощности, т.е. работе машины в режиме двигателя, на выходе первого триггера 1Шмитта 22 появляется уровень логичес- кой единицы и подается на первый вход логического элемента И-НЕ 25. При положительном знаке производной с выхода jpToporo триггера Шмитта 23 на второй вход логического элемента И-НЕ 25 поступает уровень логической единицы. При этом на выходе логического элемента И-НЕ 25 появляется уровень логического нуля и поступает на второй вход логического элемента И 27, - а на второй вход логического элемента И-НЕ 25 поступает уровень логической единицы, инвертируемый логическим элементом НЕ 26. В результате этого на выходе логического элемента И 27 возникает уровень логического нуля, а на входе логического элемента И 28 - уровень логической единицы, что приводит к срабатыванию узла 13 форд сировки возбуждения. При срабатывании

5

0

5

0

5

узла 13 размыкаются управляемые ключи 12, замыкаются ключи 18 и 30 соответственно в управляющей цепи 9 коммутирующего тиристора 5 и пусковой цепи 10 шунтирующего тиристора 7. Включается коммутирующий тиристор 5 и встречным напряжением предварительно заряженного конденсатора 6 запирает катодную группу тиристоров мостового выпрямителя 1. Обмотка 2 возбуждения синхронной машины 3 подключается на дополнительный источник форсировочно- го напряжения, образованный группой . разделительных диодов 4 и анодной группой вентилей мостового выпрямителя. Во вновь образованном контуре возбуждения происходит емкостная компенсация индуктивности обмотки 2 возбуждения, уменьшение постоянной времени последней и разряд форсирующего конденсатора 6, приводящий к интенсивному нарастанию тока в этом контуре. При достижении на перезаряжающемся конденсаторе 6 заданного уровня напряжения включается шунтирующий тиристор 7, который выводит форсирующий конденсатор 6 из контура возбуждения. При этом образуется новый контур возбуждения: питающая сеть

переменного тока - группа раздели- тельных диодов 4 - коммутирующий тиристор 5 г- шунтирующий тиристор 7 - обмотка 2 возбуждения - диоды анодной группы мостового цыпрямителя 1 - питающая сеть переменного тока, в результате чего ток в обмотке 2 возбуждения определяется форсировочным значением напряжения мостового выпрямителя 1 . После во сстановления электроснабжения и нормального уровня напряжения устройство приходит в исходное состояние,

При фаботе синхронной машины в режиме генератора в результате посадки напряжения в сети ниже заданного уровня на выходе порогового блока 17 появляется уровень логической единиды и подается на первые входы логических элементов И 27 и 28. Так как активная мощность якоря отрицательная, на первый вход логического элемента И-НЕ 25 подается уровень логического нуля, в результате этого уровень логической единицы появляется на выходе логического элемента И 275 что приводит к срабатыванию узла 29 развозбуждёния. При этом знак производной активной мощности не икеет значения Узел раз- возбуждения срабатывает и в том случае, когда активная мощность якоря положительна, а ее производная отрицательна, что характерно для перехода синхронной машины 3 из двигательного в генераторный режим„ При срабатывании узла 29 развозбу7кдения управляемые ключи 31 сниьаают угп авля 01дие импульсы с выпрямителя 1, замыкается ключ- 32 в управляюп ей цепи 9 и включается коммутирующий тиристор 5. При включении -последнего встречным напряжением предварр1тельно заряженного ; форсирующего конденсатора 6 запирается катодная группа тиристоров мостового выпрямителя 1 ., обмотка 2 возбуждения синхронной машины 3 переключается на дополнительный источник фор- сировочного напряжения, образованный группой разделительных диодов 4 и анодной группой диодов мостового выпрямителя 1, Происходит емкостная компенсация индуктивности контура возбуждения, уменьшение постоянной времени обмотки 2 возбулсдения и разряд форсирующего конденсатора 6, приводя щий к кратковременному броску тока в компенсированном контуре. При переразряде конденсатора 6 происходит

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

интенсивное уменьшение тока возбуждения и при достижении током нулевого значения перезаряженной форсирующий конденсатор 6 запирает коммутирующий тиристор 5, исключая из контура возбуждения источник зарядного напряжения. Затем конденсатор 6 разряжается на обмотку 2 возбуждения через разделительный конденс&тор 20 и гасящий резистор 19, изменяя направление тока в обмотке.

Дальнейщая работа синхронной машины происходит с погащенным магнитным полем и после восстановления напряжения в сети создаются благоприятные условия для успешной ресинхронизации синхронной машины.

Цепь из резистора 19 и конденсатора 20 предназначена для предотвращения короткого замыкания выпрямителя 1 при включении коммутирующего тиристора 5. Кроме того, при асинхронном пуске синхронной мащины 3 гасящий резистор 19 и конденсаторы 20 и 6 образуют пускозащитную цепь, подключенную параллельно обмотке 2- возбуждения.

В качестве датчиков напряжения 15 и тока 16 могут быть применены измерительные трансформаторы соответственно напряжения и тока.

В качестве датчика 14 мощности используется стандартный преобразователь сигналов тока; и напряжения в мощность.

В, качестве порогового блока 17 может быть применен триггер Шмитта.

В качестве блока 11 управления мостовым выпрямителем 1 может быть применена система управления, выполненная по любому принципу на полупроводниковых или других элементах, или использована серийная.

В качестве ключей 12,18,30-32 могут быть использованы выходные устройства реле лобого типа, которые выбираются по числу каналов управления тиристорами,

I .

Управляющая цепь 9 может содержать

встречно-последовательно соединенные стабилитрон и диод, причем анод стабилитрона подключен к управляющему электроду коммутирующего тиристора 5, а. анод диода последовательно через два параллельно друг другу включенных замыкающих ключа реле соединен с объединенными катодами группы разделительных диодов 4.

Пусковая цепь Ю.содерж ит, например, пороговый элемент (динистор), соединенный последовательно с ключом 30 узла 13, причем катод динистора соединен с управляющим электродом шунтирующего тиристора 7.

Зарядный блок 8 выполнен, например, в виде однофазного трансформатора, первичная обмотка которого под- ключенэ к независимой сети переменного тока, а вторичная обмотка через зарядные резистор и диод подключена параллельно форсирующему конденсатору 6, причем анод зарядного диода связан с катодом коммутирующего тиристора 5.

Узлы форсйровки возбуждения 13 и развозбуждения 29 могут быть выполнены на релейных элементах любого типа.

Дифференциатор 21, триггеры 1Чмитта2д тоянного тока упомянутого выпрямите22 и 23 и входяр1ие в состав логического блока 24 логические элементы 25 - 28 могут быть выполнены, например, по стандартным схемам на полупроводниковых элементах или интегральных микросхемах.

Устройство для аварийного управления возбуждением синхронной машины обеспечивает удержание последней в синхронизме путем форсйровки тока в компенсированном малоинерционном контуре возбуждения при работе в режиме двигателя и интенсивное развозбужде- ние (гашение магнитного поля) синхронной машины за счет колебательного снижения тока возбуждения в режиме генератора, что способствует успещно- му самозапуску при восстановлении нормального уровня напряжения в питающей сети.

Таким образом, положительный эффект от применения устройства для возбуждения синхронной машины состоит в повьпчении надежности электропривода -целого ряда ответственных механизмов с непрерывным технологическим процес сом.

Формула изобретения

25

30

35

40

45

ля подключен к первому выводу гасящего резистора, зарядный блок и шунтирующий тиристор с пусковой цепью между управляющим электродом и анодом тиристора, подключенные параллельно форсирующему конденсатору, управляющая цепь, составленная из стабилитрона, диода и первого замыкающего контакта узла форсйровки возбуждения, включенная между управляющим электродом и анодом коммутирующего тиристора, отличающее с я тем, о что, с целью повьшения надежности и быстродействия в аварийном режиме введены разделительный конденсатор, одним выводом соединенный с вторым выводом гасящего резистора, а другим выводом подключен к точке соединения форсирующего конденсатора и коммутирующего тиристора, дифференциатор, два триггера В1митта, узел развозбуждения с размыкающим блок-контактом, включенным между размыкающим блок- контактом узла формировки возбуждения и управляющими электродами тиристоров мостового выпрямителя, и замыкающим контактом, подключенным параллельно первому замыкающему контакту узла форсйровки, второй замыкающий контакт которого включен в пусковую цепь шунтирующего тиристора, логический блок управления, составленный из элементов И-НЕ, НЕ и двух элементов И, первые входы которых образуют первый вход логического блока управления, подключенный к выходу порогового блока, а выходы элементов И - выходы логического блока управления, соединенные соответственно с входами узлов форсиров50

Устройство для возбуждения синхронной машины, содержащее мостовой трехфазный выпрямитель с тиристорами в катодной группе и диодами в анодной группе вентилей и выводами переменного и постоянного тока, датчики тока 55 и напряжения обмотки статора синхронной машины, датчик активной мощности, входы которого подключены к выходам

Q

5

датчиков тока и напряжения, пороговый блок, входом подключенный к выходу датчика напряжения, узел форсйровки возбуждения с размыкающим блок-контактом и двумя замыкающими контактами, блок управления, вход которого соединен с выходом датчика активной мощности, а на выходе блока управления установлены размыкающий блок-кон- такт узла форсйровки возбуждения, Ло- следовательно соединенные форсирующий конденсатор, коммутирующий тиристор и грулпа разделительных диодов, анодами подключенные к выводам переменного тока трехфазногр мостового выпрямителя, катодный вывод постоянного тока которого соединен с форсирующим конденсатором, а анодный вывод пос

25

30

35

40

45

50

55

ля подключен к первому выводу гасящего резистора, зарядный блок и шунтирующий тиристор с пусковой цепью между управляющим электродом и анодом тиристора, подключенные параллельно форсирующему конденсатору, управляющая цепь, составленная из стабилитрона, диода и первого замыкающего контакта узла форсйровки возбуждения, включенная между управляющим электродом и анодом коммутирующего тиристора, отличающее с я тем, о что, с целью повьшения надежности и быстродействия в аварийном режиме введены разделительный конденсатор, одним выводом соединенный с вторым выводом гасящего резистора, а другим выводом подключен к точке соединения форсирующего конденсатора и коммутирующего тиристора, дифференциатор, два триггера В1митта, узел развозбуждения с размыкающим блок-контактом, включенным между размыкающим блок- контактом узла формировки возбуждения и управляющими электродами тиристоров мостового выпрямителя, и замыкающим контактом, подключенным параллельно первому замыкающему контакту узла форсйровки, второй замыкающий контакт которого включен в пусковую цепь шунтирующего тиристора, логический блок управления, составленный из элементов И-НЕ, НЕ и двух элементов И, первые входы которых образуют первый вход логического блока управления, подключенный к выходу порогового блока, а выходы элементов И - выходы логического блока управления, соединенные соответственно с входами узлов форсиров9139А32210

ки возбуждения и развозбуждения, вто-ветственно к выходам триггеров Шмитрые входы элементов И подключены со-та, вход одного из которых непосредответственно к выходам элементов И-ИЕственно, а вход другого триггера

и НЕ, а входы элемента И-НЕ образуют ,Шмитта через дифференциатор подключевторой и третий логическогоны к выходу датчика активной мощноблока управления, подключенные соот-сти.