Энергетическая установка Советский патент 1990 года по МПК H02P9/14 

нал работа двух систем управления обеспечивает текущее регулирование возбуждения основной синхронной машины бесконтактным способом с помощью первого вспомогательного генератора 4, а форсировку возбуждения через щеточно-контактный узел - с помощью второго вспомогательного генератора 26 и управляемого выпрямителя 20. Кроме того, такое построение устройства позволяет в нормальном режиме работы обеспечить оптимальные .режимы работы щеточно-контактного узла и снизить ток через контактные кольца от первого вспомогательного генератора 4. 5 ил.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для совершенствования систем возбуждения энергетических установок с электрическими машинами большой мощности, применяемых преимущественно на АЭС. Целью изобретения является повышение надежности. Устройство содержит основную синхронную машину 1 и установленные на ее валу первый вспомогательный генератор 4, обмотка якоря которого через первый вращающийся управляемый выпрямитель 2 подключена к обмотке 7 возбуждения синхронной машины. Устройство содержит также второй вспомогательный генератор 26, неподвижная якорная обмотка 28 которого подключена через второй (неподвижный) управляемый выпрямитель 20 и щеточно-контактный узел также к обмотке возбуждения основной синхронной машины. Совместная работа двух систем управления обеспечивает текущее регулирование возбуждения основной синхронной машины бесконтактным способом с помощью первого вспомогательного генератора 4, а форсировку возбуждения через щеточно-контактный узел - с помощью второго вспомогательного генератора 26 и управляемого выпрямителя 20. Кроме того, такое построение устройства позволяет в нормальном режиме работы обеспечить оптимальные режимы работы щеточно-контактного узла и снизить ток через контактные кольца от первого вспомогательного генератора 4. 5 ил.

Изобретение относится к электроехнике, а именно к энергетическим усановкам, содержащим синхронные машиы большой мощности, например турбо енераторы, и устройство для управле ия ними.

Целью изобретения является повыше- 2Q ие надежности.

На фиг.1 приведена принципиальная схема возбуждения энергетической установки и узлов для синхронной маши- ны; на фиг.2 - нагрузочная характе- 25 ристика устройства; на фиг.З - диаграммы выпрямленного напряжения на обмотке возбуждения синхронной машины; на фиг.4 - принципиальная схема потенциального распределителя сигна- gg ла; на фиг.5 - идеальные характеристики потенциального распределителя сигнала.

Энергетическая установка содержит основную синхронную машину 1 (фиг.1)9 ,, первый управляемый выпрямитель 2, расположенный на вращающейся части агрегата и выводами переменного тока подключенный к первой якорной обмотке 3, первый вспомогательный синхрон- д ный генератор 4, обмотка 5 возбуждения которого подключена к выходу уси- лителя 6. Выводы постоянного тока первого управляемого выпрямителя 2 подключены к обмотке 7 возбуждения основной синхронной машины 1. В схеме имеются первое 8 и второе 9 контактные кольца, подключенные соответственно к положительному и отрицательному полюсам первого управляемого выпрямителя 2. На схеме (фиг.) изображен дополнительный синхронный генератор 10, якорная обмотка 11 которого через блок 12 формирования импульсов подключена к управляющему входу первого управляемого выпрямителя 28 а его первая 13 и вторая 14 взаимно- перпендикулярные обмотки индуктора соединены с выходом синусно-косинусного функционального преобразователя 15. Имеется автоматический регулятор 16 возбуждения, первый и второй информационные входы которого связаны с выходами датчиков 17 напряжения и 18 тока якорной обмотки 19 основной синхронной машины I. Второй управляемый выпрямитель 20 положительным и отрицательным полюсами подключен соответственно к первому 8 и второму 9 контактным кольцам черея первый 21 и второй 22 щеточные аппараты. Управляющий вход второго управляемого выпрямителя 20 связан с выходом второго блока 23 управления.

В устройство дополнительно введен неуправляемый выпрямитель 24, расположенный на вращающейся части агрегата, выводы переменного тока которого подключены к дополнительно введенной второй якорной обмотке 25 первого вспомогательного генератора 4, В устройство также введен второй вспомогательный синхронный генератор 26, обмотка 27 возбуждения которого связана с выходом неуправляемого выпрямителя 24, а якорная обмотка 28 - с выводами переменного тока второго управляемого выпрямителя 20.

В устройство введен трехпороговый блок 29 распределения сигналов, вход которого подключен к управляющему выходу автоматического регулятора 16 возбуждения. Первый, второй и третий выходы блока 29 подключены соответственно к входу синусно-косинусного функционального преобразователя 15, к входу блока 23 управления и входу усилителя 6.

Устройство работает следующим образом.

Допустим, что синхронная машина 1 работает в качестве синхронного турбогенератора .

Допустим также, что напряжение на выходе первой якорной обмотки 3 первого вспомогательного синхронного генератора 4 ниже, чем на выходе якорной обмотки 28 второго вспомогательного синхронного генератора 26.

Условимся называть первый управляемый выпрямитель 2 рабочим, а второй управляемый выпрямитель 20 форсиро- вочным.

Работа устройства в этом режиме происходит следующим образом.

В зависимости от сигналив с датчиков 17 и 18 напряжения и тока синхронной машины 1 автоматический регулятор 16 возбуждения выдает сигнал управления Uy, который с первого выхода блока 29 поступает на вход си- нусно-косинусного функционального преобразователя 15, который осуществляет преобразование входного сигнала таким образом, что токи на выходе преобразователя 15 в первой 13 и второй 14 обмотках индуктора дополнитель ного генератора 10 изменяются по закону

losinkU,; If4 IecoskUy; где I0 - ток на обмотках индуктора; k - коэффициент усиления.

Таким образом, первая 13 и вторая 14 обмотки, сдвинутые одна относительно другой на 90 эл.град., создают магнитное поле в зазоре дополнительного генератора 10 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 блока 29, оказывается пропорциональным этому сигналу. Со- ответственно временной угол электродвижущих сил (ЭДС),наводимых в якорных обмотках 11 дополнительного генератора 10, оказывается также проП)

порциональным сигналу с первого выхода блока 29 (сигналу с выхода автоматического регулятора 16 возбуждения). При постоянной во времени ЭДС в якорной обмотке 3 первого вспомогательного синхронного генератора 4 ЭДС якорной обмотки 11 дополнительного синхронного генератора 10 через блок 12 формирования импульсов воздействует на цепи управления первого

о

JQ

jj20 ,«

.,.

50

55

управляемого выпрямителя 2 с соответствующим углом регулирования, который определяет соответствующую величину тока в обмотке возбуждения синхронной машины 1.

Дополнительно к описанному процессу сигнал с второго выхода блока 29 через усилитель 6 изменяет ток в обмотке 5 возбуждения.

В соответствии с величиной тока в обмотке 5 возбуждения первого синхронного вспомогательного генератора 4 в его второй якорной обмотке 25 наводится ЭДС, которая выпрямляется с помощью неуправляемого выпрямителя 24 и вызывает протекание постоянного тока в обмотке 27 возбуждения второго вспомогательного синхронного генератора 26.

Наводимая ЭДС в обмотке 28 якоря второго вспомогательного синхронного генератора 26 .выпрямляется с помощью второго управляемого выпрямителя 20. Угол регулирования второго управляемого выпрямителя 20 изменяется в соответствии с сигналом с второго выхода блока 29 с помощью второго блока 23 управления.

Таким образом, ток в обмотке 7 возбуждения синхронной машины 1 от второго управляемого выпрямителя 20 определяется не только амплитудой ЭДС в обмотке 28 якоря второго вспомогательного синхронного генератора 26, но и углом регулирования второго управляемого выпрямителя.

В обмотке 7 возбуждения синхронной машины 1 протекает сумма токов, определяемая выходным током первого управляемого выпрямителя 2 и второго управляемого выпрямителя 20.

С помощью блока 29 (подбором его элементов 30-43) характеристики, на которые настраивается устройство в рассматриваемом режиме работу, имеют вид, изображенный на фиг.2, где 1а - ток в обмотке 7 возбуждения синхронной машины 1 от первого управляемого выпрямителя 2; ток в обмотке 7 возбуждения синхронной машины 1 от второго управляемого выпрямителя 20; I - ток в обмотке 7 возбуждения от первого 2 и второго 20 управляемых выпрямителей; i - ток в обмотке 5 возбуждения первого вспомогательного синхронного генератора 4. Кривая 1г соответствует диодному режиму работы первого управляемого

выпрямителя 2, когда он полностью открыт. Кривая Iieсоответствует также диодному режиму-второго управляемого выпрямителя 20, когда он полностью открыт во всем диапазоне регулирования. Кривые -1 и Ij0соответствуют рассматриваемому режиму работы. Как видно из фиг.2, при I 1„ 1 г+ 1 2о номинальному току возбуждения синхронной машины, номинальный ток возбуждения генератора 4 равен 1Н.

При форсировке сигналом от автоматического регулятора 16 возбуждения происходит полное открытие первого управляемого выпрямителя по цепи 16-29-15-(13,14)-11-12 2, второго

управляемого выпрямителя 20 по цепи 16-29-23-20. Одновременно происходит форсировка возбуждения первого вспомогательного синхронного генератора 4 по цепи 16-29-6-5 и второго вспомогательного синхронного генератора 26 по цепи 16-29-6-5-25-24-27.

До точки пересечения кривой l и I/j процесс изменения тока от первого управляемого выпрямителя 2 происходит по кривой (фиг.2, точка а), а затем по кривой 1г (точка б).

Ток от второго управляемого выпрямителя 20 изменяется по кривой ll до точки с.

В точке с происходит нарастание тока выхода второго управляемого выпрямителя I/ и одновременное спадание до нуля тока от первого управляемого

выпрямителя I . Физически это объясняется тем, что вступающая в работу форсировочная группа вентилей (выпрямитель 20) запирает рабочую группу вентилей (выпрямитель 2), т.к. имеет более высокое напряжение пита- ния.

Ток в обмотке 7 возбуждения от точки d до точки е (кривая ) изменяет- ся по кривой I.

Из фиг.2 следует, что кривая может быть практически линейной во всем диапазоне изменения тока возбуждения вспомогательного генератора 4.

Точка е по кривой 120 соответствует форсировочному значению токов 1ф и i при этом 1ф 1,1-1,2iH т.е. принятым обычно в бесщеточных возбудителях мощных синхронных генераторов.

Если в соответствии с новой ситуацией в энергосистеме автоматический регулятор J6 возбуждения изменя

5

0

5

0

5

ет выходной сигнал на противоположный (отрицательный), то блок 29 переводит усилитель 6 в режим, обеспечивающий ток i0 в обмотке 5 возбуждения, первый управляемый выпрямитель 2 - в режим работы с максимальным углом регулирования, равным углу регулирования второго управляемого выпрямителя, т.е. о(г t/2e мокс

Благодаря этому на обмотке 7 возбуждения синхронной машины 1 появляется отрицательное напряжение, по абсолютной величине определяемое напряжением на первой якорной обмотке 3 второго вспомогательного генератора 4 и в соответствии с током 10 в обмотке 5 возбуждения. Происходит процесс развозбуждения синхронной машины 1.

Гашение поля синхронной машины 1 осуществляется путем отключения первого управляемого выпрямителя 2 и переводом второхо управляемого выпрямителя 20 в инверторный режим. Это обеспечивает появление более высокого отрицательного напряжения на обмотке 7 возбуждения и, следовательно, более интенсивное гашение поля (цепи гашения на фиг,1 не показаны) .

Следует отметить, что ток в обмотке 5 возбуждения вспомогательного генератора 4 в процессе гашения поля может быть установлен равным 10 или i$ (фиг.2).

0

5

На фиг.З приведены кривые выпрямленных напряжений на обмотке 7 воз- Q буждения синхронной машины 1 в различных режимах ее работы. При этом на фиг.З в кривых напряжения якорных обмоток 3 и 28 (Uj и U ) не отражено влияние тока возбуждения в обмотке 5 первого вспомогательного генератора 4, т.е. амплитуда изображенных напряжений U3 и Ujgпостоянна.

Следует отметить, что при соответствующем расчете и согласовании характеристик первого 4 и второго 26 вспомогательных генераторов при изменении тока в обмотке 5 соотношение напряжений U и U..будет поддерживаться неизменным.

Таким образом, изобретение позволяет повысить надежность и обеспечить хорошие энергетические показатели. Это достигается тем, что в нем реализуются одновременно преиму

у15

щества контактных и бесщеточных систем возбуждения синхронных машин.

Ток в обмотке возбуждения синхронной машины обеспечивается как врашаю- щейся, так и статической частями устройства. При этом текущее регулирование тока возбуждения синхронной машины обеспечивается в основном бесщеточной частью устройства, а статическая часть обеспечивает составляющую тока возбуждения, определяемую из уровня оптимальной работы контактных колец в длительном режиме (известно, что механический износ щеток без нагрузки током происходит быстрее, чем под током). Форсировка тока возбуждения синхронной машины в основном осуществляется за счет статической части устройства.

Это обстоятельство позволяет умень шить габариты вращающейся части устройства, т.к. нет необходимости рассчитывать ее на режим форсировки.

Улучшаются условия работы щеточно- контактного узла} т.к. в длительном режиме он загружен током, значительно меньшим номинального, что повышает надежность работы щеточно-контактного узла и всего турбогенератора.

Улучшаются условия работы щеточно- контактного узла, предназначенного для резервирования устройства безще- точного возбуждения, так как токовая загрузка щеточно-контактного узла может быть выбрана оптимальной в длительном режиме с точки зрения обеспечения механической и термической устойчивости.

Формула изобретения

Энергетическая установка, содержащая основную синхронную машину, первый управляемый выпрямитель, располо- ременного тока второго управляемого

женный на вращающейся части установки, выводами переменного тока подключенный к первой якорной обмотке первого вспомогательного синхронного генератора, обмотка возбуждения которого подключена к выходу усилителя, выводы постоянного тока первого управляемого выпрямителя подключены к обмотке возбуждения основной синхронной ма50

выпрямителя, трехпороговый блок распределения сигналов с тремя выходами, вход которого подключен к выходу автоматического регулятора возбуждения, а первый, второй и третий выход подключены соответственно к входам функционального преобразователя, второго блока управления тиристора- ми и -усилителя.

10

0

5

0

шины, первое и второе контактные кольца щеточно-контактного узла основной синхронной машины, подключенные соответственно к положительному и отрицательному выводам первого управляемого выпрямителя, дополнительный синхронный генератор, якорная обмотка которого через блок формирования импульсов подключена к управляющему входу первого управляемого выпрямителя, а первая и вторая взаимно перпендикулярные обмотки индукто- ра соединены с выходом синусно-ко- синусного функционального преобразователя, автоматический регулятор возбуждения, первый и второй информационные входы которого связаны с выходами датчиков напряжения и тока якорной обмотки основной синхронной машины, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, в первом вспомогательном синхрон5Q

5

0

ном генераторе размещена дополнительная якорная обмотка, дополнительно введен второй управляемый выпрямитель с блоком управления, положительный и отрицательный полюса которого подключены соответственно к первому и второму контактным кольцам через первый и второй щеточные аппараты, а управляющим входом связанный с выходом блока управления второго управляемого выпрямителя, неуправляемый выпрямитель, расположенный на вращающейся части агрегата, выводы переменного тока которого подключены к дополнительной якорной обмотке первого вспомогательного генератора, второй вспомогательный синхронный генератор, обмотка возбуждения которого связана с выходом неуправляемого выпрямителя, а якорная обмотка соединена с выводами пе0

выпрямителя, трехпороговый блок распределения сигналов с тремя выходами, вход которого подключен к выходу автоматического регулятора возбуждения, а первый, второй и третий выходы подключены соответственно к входам функционального преобразователя, второго блока управления тиристора- - ми и -усилителя.

LIO

0i

L titO .

4e

«irt.j г;

Фиг.2

Hf5

Omt

o-J-м

.«

ls UKW 20 061(23) ffsfy M

-я

UJx(6) Uto(i5) 2.20.6

r//X /)min

6

идых(1$

#2- 20- & s углы управления пердого 2, второго 20 уд/юд- ляень/х быпряпите/гей а усилителя 6.

Фае. 5