Устройство для возбуждения асинхронизированной синхронной машины Советский патент 1990 года по МПК H02P9/14 

Изобретение относится к электро- ехнике, в частности к устройствам Для возбуждения асинхронизированных финхронных машин.

Цель изобретения - повышение Эксплуатационной надежности устрой- Јтва для возбуждения асинхронизиро- фанной синхронной машины путем выпол- ения его бесщеточным. | На фиг. 1 представлена функцио- :альная схема устройства-, на фиг.2 - ринципиальная схема формирователя

пульсов; на фиг. 3 - вариант испол- :ения датчиков тока; на фиг. 4 - схе- ijia селектора длительности паузы импульсов1, на фиг. 5 - схема формирователя логинеских сигналов; на фиг. 6- диаграммы процесса формирования пульсов управления электронными ключами на фиг.7 - диаграммы формирования напряжения ротора асинхронизированной синхронной машины.

Источники питания всех статических элементов схемы (на фиг.1 не показаны) могут быть решены любыми известными способами, например, с помощью трансформаторов, подключенных первич- ыми обмотками к силовому выходу асинхронизированной синхронной машины.

Устройство для возбуждения асинхро- яизированной синхронной машины 1 содержит циклокоммутатор2,включающий в себя первый 3,второй 4 и третий 5 неуправляемые выпрямители,в цепи постоянного тока которых включены соответственно первый 6, второй 7 и третий 8 электронные ключи, выводы переменного тока которых подключены к началам первой 9, второй 10 и третьей 11 трехфазных групп якорной обмотки вспомогательного трехфазного секционированного генератора 127сдвинутым относительно друг друга на угол 2fn/3, Каждая группа 9, 10 и 11, в свою очередь, составлена из трех секций, принадлежащих трем различным фазам, и подключена концами в соответствии с их чередованием к выводам для подключения трехфазной обмотки ротора 13 асинхроничированной синхронной машины 1 .

o

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Расположенный на неподвижной части устройства автоматический регулятор 14 возбуждения информационными входами подключен к выходам измерительных трансформаторов напряжения 15 и тока 16 статорной обмотки 17 асинхронизи- t рованной синхронной машины 1, а выходом связан с обмоткой 18 возбуждения синхронного генератора 12. В схему введен датчик 19 скольжения, первый и второй информациончые входы которого связаны соответственно с выходами датчиков частоты напряжения 20 энергосистемы и вращения вала 21 асинхронизированной машины 1.

В схему введен также дополнительный асинхронный генератор 22 с шести- фазной обмоткой ротора 23, механически связанного с ротором синхронного генератора 12. Три формирователя 24- 26 импульсов входами соединены с роторной обмоткой 23 асинхронного генератора 22, а выходами - с управля- емыми входами соответствующих электрон ных ключей 6-8, Введенный в схему преобразователь 27 частоты выходом подключен к трехфазной обмогке статора 28 асинхронного генератора 22, а входом - к выходу датчика 19 скольжения. При этом синхронный 12 и асинхронный 22 генераторы выполнены с одинаковым количеством полюсов с асинхронизированной синхронной машиной 1, а циклокоммутатор 2, якорные обмотки 9-11 синхронного генератора 12 и формирователи 24-26 импульсов, расположены на вращающейся части устройства.

В схеме имеются первый 29, второй 30 и третий 31 нуль-органы, соответственно связанные с выходами введенных первого 32, второго 53 и третьего 34 датчиков Тока первого 3, второго 4 и третьего 5 неуправляемых выпрямителей циклокоммутатора 2. В схеме предусмотрены первый 35, второй 36 и третий 37 селек оры длительности паузы импульсов, а также формирователь 38 логических сигналов. Первый, второй и третий входы формирователя логических сигналов связаны

через первый 35, второй 36 и третий 37 селекторы длительности паузы импульса соответственно, с первым 29, вторым 30 и третьим 3 нуль-органами, а выход - с дополнительным входом релейнойзащиты автоматического регулятора 14 возбуждения

Первый 6, второй 7 и третий 8 электронные ключи, могут содержать ко- мандные 39-41 и переключающие 42-44 органы.

Асинхронизированная синхронная машина 1 подключается статорный обмоткой 17 к энергосистеме через тран- сформатор 45. Шестифазная обмотка ротора 23 асинхронного генератора 22 содержит первую 46, вторую 47, третью 48, четвертую 49, пятую 50 и шестую 51 фазы, сдвинутые относитель- но друг друга на угол м /З (фиг.2). Каждый формирователь 24-26 импульсов выполнен в виде двух конденсаторов 52 и 53, двух пороговых элементов 54 и 55 и трансформатора 56, вторичная обмотка которого подключена к управляемому входу соответствующего электронного ключа 6, 7 и 8 цик- локоммутатора 2. Первая и вторая первичные обмотки трансформатора 56 под- ключены через пороговые элементы 54 и 55 к выводам двух соответствующих фаз обмоток ротора 23 асинхронного генератора 22. Параллельно выводам каждой фазы 46-5J включен конденсатор 52 или 53.

На фиг. 3 приведен вариант исполнения первого 32, второго 33 и третьего 34 датчиков тока. Каждый из датчиков состоит из магнитного сердечника 57, имеющего U-образную форму. В зазоре магнитного сердечника 57 помещен датчик 58. Принцип действия датчика основан на измерении магнитно.го поля,, создаваемого токоподводящими шинами. Для этой цели шина 59 с током (например с током 1я от первого неуправляемого выпрямителя 3) располагается вокруг вала 60 в виде петли, Изоляционный вкладыш 61 помещается между примыкающими сторонами шины 59. Конструктивно магнитные сердечники 57 первого 32, второго 33 н третьего 34 датчиков тока аксиально смещены друг относительно друга вдоль оси вала 59 для съема информации с соответствующей шины.

На фиг.4 представлен вариант принципиальной схемы селекторов длитель

ности паузы импульсов 35, 36 и 37. В состав каждого селектора входят линия 62 задержки входного сигнала на время t,. определяемое выражением

3f,

А°п 7

(1)

где

-доп

- допустимое время работы асинхронизированной синхронной машины в аварийном режиме, определяемое расчетным путем; f0 частота выходного напряжения,

а также логические элементы НЕ 63 и И 64.

Второй 36 и третий 37 селекторы длительности паузы импульсов аналогичны первому 35.

В состав формирователя 38 логических сигналов (фиг.5) входят логические элементы И 65-67 и ИЛИ 68, Формирователь 38 логических сигналов реализует следующую функциональную зависимость выходных сигналов от входных:

X 2 + X 2 X + X , X э

Y X,Y Y л Ч

ъ

первом, втором и третьем

входах; Y - сигнал на его выходе.

Устройство работает следующим образом.

Для конкретности при описании работы устройства принимаем асинхрони- зированную синхронную машину J асин- хронизированным синхронным генератором.

В соответствии с сигналами датчика 21 частоты вращения вала асинхро- низированного синхронного генератора 1 и датчика 20 частоты напряжения энергосистемы на выходе датчика 19 скольжения формируется сигнал, обеспечивающий на выходе преобразователя 27 частоты переменное напряжение статорной обмотки 28 дополнительного асинхронного генератора 22 часг тотой

Л СО

С00 - СО,

SCO,

(2)

р оw0 ;

где С00 - угловая частота напряжения

энергосистемы;

СОр - угловая частота вращения вала асинхронизированного

синхронного генератора; S - скольжение.

При питании обмотки статора 28 асинхронного генератора 22 переменный током частотой S030 частота переменного напряжения роторной обмотки 23 не зависит от частоты вращения вала асинхронизированного генератора 1 и равна С00 , т.е. равна частоте напряжения энергосистемы.

Напряжение фаз роторной обмотки 23 асинхронного генератора 22 преобразуется с помощью формирователей 24-26 импульсов в управляющие импуль- сь| первым 6, вторым 7 и третьим 8 электронными ключами циклокоммутато- ра 2.

Процесс формирования управляющих (отключающих и включающих) импульсов первым 6, вторым 7 и третьим 8 электронными ключами происходит сле- образом.

Под воздействием напряжения соответствующей «фазы роторной обмотки 23, прикладываемого к конденсатору 52 (фиг.2), происходит заряд последнего П$и достижении напряжения на конден- Сс1торе 52 равного пороговому пороговый элемент 54 включается, что при- вддит к образованию цепи для разряда конденсатора 52 на соответствующую первичную обмотку трансформатора 56, В итоге на вторичной обмотке трансформатора 56 формируется включающий импульс соответствующего электронного кйюча 6, 7 или 8 циклокоммутатора 2.

Отключающий импульс формируется п0д воздействием напряжения фазы обмотки ротора 23, прикладываемого к конденсатору 53.Следует иметь ввиду 4to напряжения фаз обмотки 23, прикладываемые к -конденсаторам 52 и 53, сдвинуты относительно друг друга на угол 1Г/3. При этом процесс формирования отключающего импульса аналогичен процессу формирования включающего импульса. Между включающим и отключающим импульсами соответствующего электронного ключа существует угол 21Г/3.

На фиг. 6 приведены формы токов 13, 14, Ig через переключающие органы 42, 43 и 44 соответственно первого 6, второго 7 и третьего 8 электронных ключей, т.е. токов на выход первого 3,, второго 4-и третьего 5 неуправляемых выпрямителей циклокоммутатора 2. На фиг.6 изображена диа

0

5

Q

0

5

грамма включающих и отключающих импульсов тока i46- ij,, электронных ключей 6, 7 и 8.

Формирование выходного напряжения циклокоммутатора 2 осуществляется благодаря периодическому подключению к выходным шинам циклокоммутатора 2 первой 9, второй 10 и третьей 11 трехфазных групп якорной обмотки вспомогательного секционированного синхронного генератора 12 соответственно первым 6, вторым 7 и третьим 8 электронными ключами (фиг.7).

На диаграммах фиг. 7 приводятся следующие обозначения:

UCCB - напряжение якорной обмотки вспомогательного секционированного синхронного возбудителя 12 itji, iya,

itj3 импульсы управления первым 6, вторым 7 и третьим 8 электронными ключами. В первой 9, второй 10 и третьей 11 трехфазных группах якорной обмотки вспомогательного трехфазного секционированного генератора 12 индуктируется ЭДС с частотой, определяемой скоростью вращения вала асинхронизированного синхронного генератора 1

СДР .

При частоте переключения первого 6, второго 7 и третьего 8 электронных ключей,равной С00 , на входе трехфазной обмотки ротора 13 асинхронизи- роваыного синхронного генератора 1 формируется напряжение Up с частотой скольжения 0С (фиг.7) или

СОСЮО(

-) (3)

if

21Г

2Т

Q

5

0

что позволяет независимо от колебаний частоты вращения приводного вала асинхронизированного синхронного генератора 1 получать на его статорной обмотке 17 напряжение стабильной частоты С30. (Приводной двигатель на фиг. 1

не показан). i

В зависимости от величины сигналов

с датчиков тока 16 .и напряжения 15 на выходе автоматического регулятора 14 возбуждения формируется напряжение, под воздействием которого в обмотке 18 возбуждения вспомогательного трехфазного секционированного синхронного генератора 12 протекает постоянный ток, соответствующий заданному

уровню напряжения и тока асинхронизи- ровэнного синхронного генератора,

В аварийном режиме, например, при отсутствии включающих импульсов уп- равления на одном из электронных ключей 6,7 или 8 на фазе роторной обмотки 13 асинхронизированной синхронной машины 1 появляются провалы длительностью 173 периода выходной частоты, что приведет к изменению спектрального состава в кривых напряжения и тока, уменьшению намагничивающей силы ротора 13 асинхронизи- рованного синхронного генератора 1 и необходимости снижения мощности.

Отсутствие включающих импульсов управления, например, на электронном ключе 6 приводит его к отключенному состоянию, что вызывает длительное отсутствие тока Ij и сигнала на выходе первого датчика 32 тока, т.е. входе первого нуль-органа 29 (фиг.1)

В результате этого длительность сигнала логического .О на входе пер вого селектора длительности паузы импульсов 35 становятся больше t.,, что вызывает появление на его выходе сигнала Х логической 1, поступающей на первый вход формирователя 38 логических сигналов.

В соответствии с временной диаграммой -токов 1 и -Ig второго 4 и третьего 5 неуправляемых выпрямителей (фиг.6) в каждый момент времени на входах второго 36 и третьего 37 селекторов длительности паузы импульсов поступает сигнал логического О длительностью

t

Ж

(например, на входе второго селектора 36)и сигнал логической 1( на входе третьего селектора 37) соответствующий длительности протекания тока 15 через датчик 34 тока. Это

приводит к формированию на выходе второго селектора 36 длительности паузы импульсов сигнала Х, логического О, на выходе третьего селектора 37 сигнала Хэ логической 1|:.

В результате на выходе формирователя 38 логических сигналов появляется логический сигнал 1, воздействующий на дополнительный вход релейной защиты автоматического регулятора 14 5 возбуждения. По сигналу логической 1 автоматический регулятор 14 возбуждения ограничивает выходную мощ„с

n

5 Q

5

0

5

5

ность асинхронизированного синхронного генератора 1 путем соответствующего уменьшения тока в обмотке 18 возбуждения секционированного синхронного генератора 12.

Таким образом, изобретение позволяет повысить эксплуатационную надежность устройства возбуждения асиНХро- низировапной синхронной машины путем выполнения его бесщеточным и исключения аварийных ситуаций при неисправностях циклокоммутатора.

ФсГ -рмула изобретения

1. Устройство для возбуждения асинхронизированной синхронной машины, содержащее циклокоммутатор, включающий в себя первый, второй и третий неуправляемые выпрямители, в цепи постоянного тока которых включены соответственно первый, второй и третий электронные ключи, а выводы переменного тока которых подключены к началам первой, второй и третьей трехфазной групп якорной обмотки вспомогательного трехфазного секционированного синхронного генератора, сдвинутым относительно друг друга на угол , каждая группа, в свою очередь, составлена из трех секций, принадлежащих трем различным фазам, и подключена концами в соответствии с их чередованием к выводам для подключения трехфазной обмотки ротора асинхронизированной синхронной машины, расположенный на неподвижной части устройства автоматический регулятор возбуждения, информационными входами подключенный к выходам измерительных трансформаторов напряжения и тока статорной обмотки асинхронизированной синхрон- .ной машины, а выходом связанный с об- ,моткой возбуждения синхронного генератора, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности путем выполнения устройства возбуждения бесщеточным, введены датчик скольжения, первый и второй информационные входы которого связаны соответственно с выходами введенных датчиков частоты напряжения энергосистемы и вращения вала асинхронизированной синхронной машины, дополнительный асинхронный генератор с шестифазной обмоткой ротора, механически связанного с ротором синхронного генератора, три формирователя импульсов, входами соедиНенные с роторной обмоткой асинхронного генератора, а выходами - с управляющими входами соответствующих электронных ключей, расположенный на неподвижной части устройства преобра- Јователь частоты, выход которого лод- слючен к трехфазной обмотке статора Асинхронного генератора, а вход - к выходу датчика скольжения г при этом (ринхронный и асинхронный генераторы выполнены с одинаковым количеством олюсов с асинхроннаированной синхронной машиной, а циклокоммутатор, Икорная обмотка синхронного генератора и формирователи импульсов распо- рожены на .вращающейся части устрой- :тва.

2. Устройство по п. J, отличающееся тем, что каждый формирователь импульсов выполнен в виде двух конденсаторов, двух пороговых элементов и трансформатора, вторичная обмотка которого подключена .к управляющему входу соответствующего электронного ключа циклокоммутатора, .1 первая и вторая первичные обмотки- подключены через пороговые элементы tc выводам двух, сдвинутых относителъ- Но друг друга на угол /6, обмоток якоря асинхронного генератора, парал

0

5

0

лельно выводам каждой из которых включен конденсатор.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что, с целью исключения аварийных ситуаций при неисправностях циклокоммутатора, дополнительно введены первый, второй и третий нуль-органы, соответственно связанные с выходами введенных первого, второго и третьего датчиков тока первого, второго и третьего неуправляемых выпрямителей циклокоммутатора, первый, второй и третий селекторы длительности паузы импульсов, формирователь логических сигналов, первый, второй и третий входы которого связаны через первый, второй и третий селекторы длительности паузы импульса соответственно, с первым, вторым и третьим нуль-органами, а выход - с дополнительным входом релейной защиты автоматического регулятора возбуждения, причем формирователь логических сигналов реализует следующую фнукциональную зависимость выходных сигналов от входных Y Х4- Х2 + Х2-Х3 + Х, Х3,где Х„ Х2 , Xj - сигналы, соответственно на первом, втором и третьем входах, a Y - сигнал на выходе формирователя логических сигналов.

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности путем выполнения устройства бесщеточным. Устройство содержит циклокоммутатор 2, вспомогательный трехфазный секционированный синхронный генератор 12, автоматический регулятор 14 напряжения, датчик 19 скольжения, датчики частоты напряжения 20 энергосистемы и вращения вала 21, асинхронный генератор 22 с шестифазной обмоткой ротора, три формирователя 24 - 26 импульсов, преобразователь 27 частоты, три нуль-органа 29 - 31, датчики 32 - 34 тока, три селектора 35 - 37 длительности паузы импульсов и формирователь логических сигналов, реализующий следующую функциональную зависимость выходного сигнала от входных: Y = X₁^.X₂+X₂^.X₃+X₁X_3-. 2 З.П.Ф-ЛЫ. 7 ИЛ.

фиг. 2.

I

от 2-9

к58

Фаг. 4

Таблицу vcmi/MHoc/nts агормиро- 4 у/ггел9 38

lyi lye iys

V7

Фиа.6