Устройство для реверсивного бесщеточного возбуждения синхронной машины Советский патент 1988 года по МПК H02P9/14 H02P1/50 

ел

тЛ

:о со :л

У1

ГЧ)

щения 51 синхронной машины (СМ) 1, блок задержки 53, управляемые ключи 44, 45, 50, 54, 55, 56, а каждый дополнительный генератор 9,(10) снабжен третьей обмоткой возбуждения 46,(47). В результате с помощью этого устройства возможен последовательный пуск СМ 1 до некоторой частоты вращения путем соответствующей коммутации указанных ключей. Б начале

14

процесса пуска ротор СМ 1 с помощью тиристорных преобразователей 2,3 замыкается накоротко. Под воздействием асинхронного момента ротор СМ 1 разворачивается до номинальной частоты вращения. Повышение частоты вращения до значения вьше номинального и синхронизация СМ 1 с сетью (работа в .режиме компенсатора) осуществляется по схеме частотного пуска, 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения работы синхронной машины как в режиме компенсатора, так и в режиме двигателя. Указанная цель достигается, тем, что в устройство для реверсивного бесщеточного возбуждения синхронной машины введены преобразователь частоты 43, фазорегуляторы 48,49, датчик частоты вра

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах электроснабжения, компенсации реактивной мощности и т.д. Цель изобретения - расширение I функциональных возможностей путем обеспечения работы синхронной маши- : ны как в режиме компенсатора, так и в режиме двигателя. На чертеже представлена принципи- iальная схема предлагаемого устройст- iва для реверсивного бесщеточного воз : буждения синхронной машиш. I Для упрощения источники питания |Для всех статических элементов схемы :не показаны. Они могут быть решены |любыми известными способами, напри- |мер с помощью трансформаторов, под- ключенных первичными обмотками к силовому выходу синхронной машины, либо к энергосистеме.

Устройство ДЛЯ реверсивного бесщеточного возбуждения синхронной машины 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 Первый 9 и второй 10 дополнительные генераторы установлены на валу синх0

5

0

5

0

5

0

ронной машины 1 и якорными обмотками II и 12 связаны через первую 13 и вторую 14 системы формирования импульсов управления с управляющими входами первого 2 и второго 3 вращающихся тиристорных преобразователей. Иррвый 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 соответ- ствуювше первый 19 и второй 20 усилители, охваченные обратной связью по току, и первый синусный 21 и пер- вый косинусный 22 функциональные преобразователи связаны с первым выходом коммутатора 23, второй выход которого связан с первой 16 и второй 18 обмотками возбуждения второго до- полнительного генератора 10 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 коммутатора 23 связаны с выходами соответственно первого 7 и второго 8 датчиков тока возбуждения, а информационный вход - с выходом автоматического регулятора 28, первыми управляющими входами связанного 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 машины 1. Устройство содержит также пятьй усилитель 31, охваченный обратной связью

10

по току, выходом подключенный к обмотке 32 возбуждения вспомогательного генератора 5 переменного тока,первый 33 и второй 3.4 датчики магнитного поля, встроенные соответственно в обмотки возбуждения первого 9 и второго 10 дополнительных генераторов, первый 35 и второй 36 управляе- мыв ключи, в ключенные между первьш и вторым выходами коммутатора 23 и соответственно входами первых 21 и 22 и вторых 24 и 25 функциональных преобразователей. Управляющие входы первого 35 и второго 36 управляемых ключей подключены соответственно к выходам второго 34 и первого 33 датчиков магнитного поля, В устройство введены также управляемый переключатель 37 полярности сигнала и соединенный с его выходом нелинейный делитель 38 напря}кеи 5я, первьш и второй выходы которого соединены соответственно с информационным входом коммутатора 23 и входом пятого усилителя 31, при этом информационный вход управляемого переключателя 37 полярности сигнала соединен с выходом автоматического регулятора 28 возбуждения, а его управляющие входы - с выходам первого 7 и второго 8 датчиков тока возбуждения синхронной машины 1, например через шестой 39 и седьмой 40 усилители. Управляемый переключатель 37 полярности сигнала может содержать д командный орган 41 и переключающий орган 42, Кроме того, устройство содержит преобразователь 43 частоты, соединенный с синхронной машиной 1

ляемого ключа 50 и входу блока 53 задержки. Выход блока задержки связан с управляющим входом шестого управляемого ключа 54, включенного в место связи между пятым усилителем 31 и обмоткой 32 возбуждения вспомогательного генератора и с первым управляющим входом седьмого управляемого ключа 55, включенного в место связи, например второй обмотки 16 возбуждения дополнительного генератора 10 и источником постоянного тока (не показан). Второй управляющий вход седь- 5 мого управляемого ключа 55 связан с информационньп- выходом четвертого управляющего ключа 45. В устройство введен также восьмой управляемый ключ 56, включенный между первь;;- выходом нелинейного делителя 38 и информационным входом коммутатора 23, управляющий вход которого подключен к информационному выходу четвертого управляемого ключа 45.

Устройство работает следующим образом.

Для конкретности при описании работы устройства синхронную мащину 1 называют синхронным компенсатором, 30 что соответствует наиболее тяжелым условиям пуска и работы системы возбуждения, требующим равноценной работы системы при различной полярности токов возбуждения в обмотке 6 возбуж- дения.

При пуске синхронной машины-1 третий управляемый ключ 44 находится во Включенном состоянии, а четвертый уп20

25

равляемый ключ 45 выключен. Б этом через третий управляемый ключ 44.Синх-4о случае преобразователь 43 частоты ронная машина 1 подключается к энер- подключен к силовым выводам синхрон- госистеме через четвертый управляе- ной машины 1. Отключенное состояние мый ключ 45, Первый 9 и второй 10 до- четвертого управляемого ключа 45 вы- полнительные генераторы имеют также зывает появление на его информацион- каждый третью 46(47) обмотки возбуж- 5 ° выходе сигнала, вызывающего отключение седьмого 55 и восьмого 56 управляемых ключей. Включенное состояние третьего управляемого ключа 4.4, вызывает появление на его инфор- gQ мационном выходе сигнала, вызывающего включение пятого 50 управляющего ключа. При этом третьи обмотки 46 и 47 возбуждения первого 9 и второго 10 дополнительных генераторов оказываются подключенными к источнику переменного напряжения соответственно через первый 48 и второй 49 фазорегуляторы, что вызывает возникновение вращающегося магнитного поля в зазоре

дения переменного тока. Каждая третья 46 и 47 обмотки возбуждения первого 9 и второго 10 дополнительных генераторов связаны с источником переменного напряжения (не показан) через первьш 48 и второй 49 фазорегуляторы соответственно и пятьш управляемый ключ 50, первый управляющий вход которого подключен к информационному выходу третьего управляемого ключа 44. В устройство введен датчик 51 частоты вращения, выход которого через компаратор 52 подключен к второму управляющему входу пятого управ55

д

ляемого ключа 50 и входу блока 53 задержки. Выход блока задержки связан с управляющим входом шестого управляемого ключа 54, включенного в место связи между пятым усилителем 31 и обмоткой 32 возбуждения вспомогательного генератора и с первым управляющим входом седьмого управляемого ключа 55, включенного в место связи, например второй обмотки 16 возбуждения дополнительного генератора 10 и источником постоянного тока (не показан). Второй управляющий вход седь- 5 мого управляемого ключа 55 связан с информационньп- выходом четвертого управляющего ключа 45. В устройство введен также восьмой управляемый ключ 56, включенный между первь;;- выходом нелинейного делителя 38 и информационным входом коммутатора 23, управляющий вход которого подключен к информационному выходу четвертого управляемого ключа 45.

Устройство работает следующим образом.

Для конкретности при описании работы устройства синхронную мащину 1 называют синхронным компенсатором, 0 что соответствует наиболее тяжелым условиям пуска и работы системы возбуждения, требующим равноценной работы системы при различной полярности токов возбуждения в обмотке 6 возбуж- дения.

При пуске синхронной машины-1 третий управляемый ключ 44 находится во Включенном состоянии, а четвертый уп0

5

4о 5 gQ

55

514033356

первого 9 и второго 10 дополнительных тора 10 к источнику постоянного тока, генераторов, и как следствие формиро- что вызывает возникновение неподвиж- вание управляющих импульсов для пер- ного магнитного поля в зазоре второ- вого 2 и второго 3 вращающихся тирис- го дополнительного генератора 10 и торных преобразователей через формиро- как следствие формирование управляю- ватели 13 и 14,щих импульсов для второго вращающегоПод воздействием асинхронного мо- ся тиристорного преобразователя 3 че- мента синхронная машина 1 разворачи- рез формирователь 14 импульсов, обес- вается до заданной частоты вращения ю печиваюудих его полное открытие, п. Разворот синхронной машины I до Наличие тока i в обмотке 32 воз- частоты вращения Пд происходит при буждения вспомогательного генератора замыкании обмотки 6 возбуждения нако- при частоте вращения п ротора синх- ротко, что обеспечивается благодаря ронной машины 1 вызывает появление поочередной работе первого 2 и второ- 15 ЭДС в якорной обмотке 4, включение го 3 вращающихся тиристорных преобра- в вьтрямительном режиме второго вра- зователей, коммутирующих ЭДС скольже- щающегося тиристорного преобразования в обмотке 6 возбуждения, а фазо- теля 3 и протекание постоянного тока регуляторы 48 и 49 после настройки в обмотке 6 возбуждения синхронной их обеспечивают согласованную подачу 20 мащины 1,

импульсов управления. При этом, так Частота вращения ротора синхрон- как шестой управляемый ключ 54 нахо- ной машины 1 доводится до некоторого дится в отключенном состоянии, обмот- значения (пц - номинальная ка 32 возбуждения вспомогательного скорость вра1чения) и после чего пре- генератора 5 не обтекается током, 25 образователь 43 частоты отключается ЭДС в якорной обмотке 4 вспомогатель- от синхронной машины 1 третьем управ- ного генератора 5 отсутствует, .ляемым ключом 44, Сигнал на информаПри достижении ротора синхронной ционном выходе управляемого ключа машины 1 ваданной частоты вращения 44, действующий в этом случае на отк- Пд, сигнал на выходе компаратора 52, ЗО .лючение пятого управляемого ключа 50, входом подключенного к датчику 51 не влияет на его положение, так как частоты вращения, вызывает отключе-- управляемый ключ 44 находится в отк- ние пятого управляемого ключа 50 и . люченном состоянии, как следствие отключение третьих Под действием момента на валу, обмоток 46 и 47 первого 9 и второго обусловленного потерями холостого 10 дополнительных генераторов от не- хода в синхронной машине 1, ротор точника переменного напряжения, вы- начинает выбегать (тормозиться), В зывающие исчезновение магнитного по- определенный момент времени осуще- ля в зазоре первого 9 и второго 10 ствляется форсировка возбуждения дополнительных генераторов и управ- 40 вспомогательного генератора 5 по це- ляющих импульсов для первого 2 и вто- пи: автоматический регулятор 28, пе- рого 3 вращающихся тиристорных пре- реключатель 37, -делитель 38 напряже- образователей. Одновременно сигнал ния, усилитель 31, шестой управляе- на выходе компаратора 52 с выдержкой . мый ключ 54, обмотка 32 возбзгждения, времени, задаваемой блоком 53 задерж- 45 Вследствие этого осуществляется фор- ки, гарантирующей полное запирание сировка тока в обмотке 6 возбуждения первого 2 и вто-рого 3 вращающихся и напряжение синхронной машины 1 на- тиристорных выпрямителей, осуществля- чинает возрастать. При достижении ет включение шестого 54 и седьмого напряжения синхронной машины 1 номи- 55 управляемых ключей. Включение шее- gQ нального значения возбуждение вспо- того управляемого ключа 54 обеспечи- могательного генератора 5 по обмот- вает подключение обмотки 32 возбужде- ке 32 снижается до величины ixx ° ния вспомогательного генератора 5 к ответствующей току холостого хода пятому усилителю 31 и возбуждение обмотке 6 возбуждения синх- последнего током (,,ее ронной машины, а синхронная машина

Включение седьмого управляемого синхронизируется и подключается к ключа 55 обеспечивает подключение, сети, благодаря включению четверто- например, второй обмотки 16 возбужде- го управляемого ключа 45 (цепи синх- ния, второго дополнительного генера- . ронизации на фиг.1 не показаны).

Включение четвертого управляемого ключа 45 приводит к появлению на его информационном выходе сигнала, который осуществляет включение восьмого 56 и отключение седьмого 55 управляемых ключей. Включение восьмого управляемого ключа 56 обеспечивает возбуждение второго 10 дополнительного генератора по цепи: регулятор 28 - переключатель 37 полярности делитель 28 напряжения, восьмой управляемый ключ 56, коммутатор 23, второй управляемый ключ 36, функциональные преобразователи 24 и 25, усилители 26 и 27, обмотки 16 и 18 возбуждения. Отключение седьмого управляемого ключа 55 приводит к отключению второй обмотки 16 возбуждения второго дополнительного генератора 10 от источника постоянного тока. Таким образом, после включения четвертого управляемого ключа 45 устройство включается в работу по штатной схеме.

Предположение о работе второго 3 вращающегося тиристорного преобразователя при пуске после подачи возбуждения вспомогательного генератора 5 является условным. После синхронизации с сетью синхронная машина 1 может работать либо в режиме выдачи реактивной мощности, либо в режиме потребления.

В режиме выдачи реактивной мощности предполагали работающим первый 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 и восьмой управляемый ключ 56 поступает на информационный вход коммутатора 23, При этом задействован датчик 7 тока возбуждения, который через шестой усилитель 39 воздействует на первьй управляющий вход коммутатора 23 и при этом, пропускает сигнал с выхода автоматического регулятора 28 возбуждения (через нелинейный делитель 38 напряжения и восьмой управляемый ключ 56 на вход первого синусного 21 и первого косинусного 22 функциональных преобразователей, сигналы с выхода которых усиливаются первым 19 и вторым 20 усилителями и поступают в пер0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

вую 15 и вторую 17 обмотки возбуждения первого дополнительного генератора 9, сдвинутые в пространстве на угол 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, определяемый синусом и косинусом сигнала с первого выхода нелинейного делителя 38 оказывается пропорциональным этому сигналу. Соответственно временной угол ЭДС, наводимых в якорных обмотках 1I первого дополнительного генератора 9, оказывается также пропорциональным сигналу с первого выхода нелинейного делителя 38 напряжения (сигналу с выхода автоматического регулятора 28 возбуждения). При постоянной во 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 управления воздействует на цепи управления первого вращающегося тиристорного преобразователя 2 с со- ответствующ11М углом регулирования, который определяет величину тока в обмотке 6 возбуждения синхронной ма- щины 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 пятый усилитель 31 и щес- той управляемый ключ 54 изменяет ток в обмотке 32 возбуждения, что влияет на амплитуду ЭДС вспомогательного генератора 5 переменного тока. Соответственно ток обмотки 6 возбуждения синхронной мащины будет определяться не только углом регулирования, но и амплитудой ЭДС вспомогательного генератора 5 переменного тока. При форсировке сигналом от автоматического регулятора 28 возбуждения происходит полное открытие ключей первого вращающегося тиристорного преобразователя 2 и одновременно, форсировка дополнительного генератора 5 переменного тока,

Режум гашения поля при работе пер-, вого вращающегося тиристорного преобразователя 2 протекает следующим образом.

В соответствии с ситуацией в энергосистеме автоматический регулятор 28 изменяет выходной сигнал на противоположный (отрицательный). Нелинейный делитель 38 напряжения расп- |ределяет его таким образом, что пя- |тый усилитель 31 переводит обмотку i32 возбуждения в режим работы с i, |а сигнал с первого выхода неликвидного делителя 38 переводит первьй вращающийся тиристорный преобразователь 2 в инверторный режим, В резуль- |тате происходит гашение поля в обмот- |ке 6 возбуж,цения синхронной машины 1 |Что фиксируется с помощью датчика 7 измерения тока. Сигнал поступает на рервый управляющий вход коммутатора |23. При нулевом сигнале по току инвертирование первого вращающегося ти- ристорного преобразователя 2 закон- |чено, но магнитное поле за счет тока |демпферных контуров ротора синхронной Ыашины 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 автомати- веского регулятора 28 возбуждения остается отрицательным, то коммутатор 3 переключает сигнал с первого свое- |го выхода на второй. Снятие сигнала b первого управляемого ключа 35 сопровождается переводом первого 19 и Второго 20 усилителей в инверторный режим, т.е. гашением поля в первой 5 и второй 17 обмотках возбуждения первого дополнительного генератора 9 и снятием импульсов управления с первого вращающегося тиристорного преобразователя 2. Второй управляемый ключ 36 готов к работе, но он заблокирован сигналом на его управляющем входе и с выхода первого датчика 33 магнитного поля до тех пор, Пока магнитное поле практически не погаснет. Это исключает подачу импульсов управления на второй вращаю- 1ЦИЙСЯ тиристорный преобразователь 3, пока не сняты импульсы с первого вращающегося тиристорного преобразователя 2.

Пока не снята блокировка с второ- „,

Го управляемого ключа 36, сигналы с

первого датчика 7 (через шестой усилитель 39) и с выхода автоматического регулятора 28 возбуждения вызыва

5 0 Q g

,о

5

5

ют действие управляемого переключателя 37 полярности сигнсша, который производит изменение сигналов на вхо де нелинейного делителя 38 напряжения. С выхода последнего через восьмой управляемый ключ 56, коммутатор 23 и второй .управляемый ключ 36 происходит полное открытие второго вращающегося тиристорного преобразователя, и одновременно через усилитель

31и шестой управляемый ключ 54 производится форсировка тока в обмотке

32возбуждения вспомогательного генератора 5 переменного тока. Данный режим работы реализуется только при снятии блокировки с второго управляемого ключа 36. Другие режимы работы

в устройстве осуществляются аналогичным образом.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое устройство выполняет дополнительно функцию пуска синхронной машины, т.е. расширяются функциональные возможности. Кроме того, синхронный возбудитель устрой- .ства имеет существенно меньшие габариты, чем синхронно-асинхронный двигатель-возбудитель, поскольку он рассчитан только на передачу мощности возбуждения по синхронному каналу, которая всегда меньше мощности, подаваемой по асинхронному каналу, а также в связи с тем, что с него снята функция пуска агрегата в целом. Следовательно, уменьшаются капиталовложения и улучшаются массогабаритные показатели, кроме того, повышается надежность благодаря исключения контакта трения в водородной среде (обычной для мощных синхронных компенсаторов).

Формула изобретения

Устройство для реверсивного бесщеточного возбуждения синхронной машины по автосв. № 1188842, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения работы синхронной машины как в режиме компенсатора, так и в режиме двигателя, введены преобразователь частоты, два фазорегулятора, датчик частоты вращения синхронной машины, компаратор, блок задержки, третий, четвертьй, пя- тый, шестой, седьмой, восьмой управляемые ключи, а каждый дополнительный генератор снабжен третьей обмоткой возбуждения, при этом преобразователь частоты служит для подключения к синхронной машине через третий управляемый ключ, четвертый управляемый ключ предназначены для включения в цепь синхронной машины, третья обмотка возбуждения каждого дополнительного генератора связана с источником переменного напряжения через соответствующий фазорегулятор и пятый управляемый ключ, первый уп- равляюицш вход которого подключен к информационному выходу третьего управляемого ключа, а второй управляющий вход пятого управляемого ключа подключен к входу блока задержки и через компаратор к выходу датчика частоты вращения, выход блока задержки соединен с управляющим входом

шестого управляемого ключа, включенного между пятым усилителем и обмоткой возбуждения вспомогательного генератора переменного тока, и с пер

вым управляющим входом седьмого управляющего ключа, включенного между одной из обмоток возбуждения одного из дополнительных генераторов и

внешним источником постоянного тока, второй управляющий вход седьмого управляемого ключа соединен с информационным выходом четвертого управляемого ключа, восьмой управляемый ключ

включен между первым выходом делителя и информационным входом коммутатора, управляющей вход восьмого управляемого ключа подключен к информационному выходу четвертого управляемого ключа.