Бесщеточная синхронная машина Советский патент 1992 года по МПК H02P9/14 

Изобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано в бесщеточ 1ых синхронных машинах, эксплуатируемых на электростанции.

Известна бесщеточная синхронная машина, содержащая вспомогательный генератор, вращающийся тиристорный выпрямитель с системой управления, под- возбудитель, выход которого через управляемый выпрямитель подключен к обмотке возбуждения вспомогательного генератора (см. патент Великобритании № 928.883. по Н.кл 35А). .

Недостатком данного устройства являются повышенные габариты вспомогательного генератора и подвозбудителя, а также

наличие системы регулирования возбуждения подвозбудителя.

Известна также бесщеточная синхронная машина, обмотка возбуждения которой через вращающийся выпрямитель подключена к вспомогательному генератору, у которого обмотка возбуждения через неуправляемый выпрямитель подключена к зажимам трансформаторов напряжения и тока, подключенных на выходе синхронной машины (см. P.W.T. Coieman. A.Twardzlckl. Brushless Salientpole A.C. generators. Electrical Times, 1967. V.152. 9/Xt. № 19. P.742-745).

Недостатком данного устройства является ненадежность цепи возбуждения вспомогательного генератора, так как для ее

М

СП О) 00

го о

питания необходимы специальные трансформаторы на высокое напряжение (на выводах бесщеточной синхронной машины), которые в масляном исполнении усложняют и удорожают компановку оборудования электростанции, а в сухом исполнении, будучи включенными непосредственно на выводы синхронной машины, снижают ее надежность.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является бесщеточная синхронная машина, содержащая вращающийся управляемый выпрямитель, выводы постоянного тока которого подключены к обмотке возбуждения синхронной машины через обмотку возбуждения подвозбудите- ля, а выводы переменного тока соединены с якорной обмоткой в озбудителя, выводы обмотки возбуждения которого предназначены для подключения к блоку регулирования тока возбуждения, автоматический регулятор тока возбуждения, информационные входы которого связаны с выводами якорной цепи синхронной машины через согласующие трансформаторы тока и напряжения и независимый т -фазный источник питания переменного тока (см.па- тент ФРГ № 1638413, Н 02 К. 19/38,1973 г.).

Недостатком данного устройства являются повышенные габариты возбудителя и под возбудителя, а также наличие системы регулирования возбуждения подвозбудите- ля, что снижает надежность работы синхронной машины.

Целью изобретения являются повышение надежность и улучшение массогабарит- ных показателей.

Указанная цель достигается тем, что дополнительно введены: неуправляемый выпрямитель, второй управляемый выпрямитель с блоком управления тиристорами, и два т фазных трансформатора с двумя т -фазными вторичными обмотками каждый, а обмотка якоря подвозбудителя выполнена с промежуточным выводом от части витков, при этом выходы постоянного тока неуправляемого и второго управляемого выпрямителей подключены к выводам обмотки возбуждения возбудителя, входы переменного тока неуправляемого выпрямителя подключены к промежуточным выводам якорной обмотки подвозбудителя, фазные выводы которой соединены с входами переменного тока второго управляемого выпрямителя, выход автоматического регулятора тока возбуждения соединен с управ- ляющим входом блока управления тиристорами второго управляемого выпрямителя, первичная обмотка первого транс- Форматора соединен с фазными выводами

якорной обмотки подвозбудителя, первичная обмотка второго трансформатора подключена к выводам т фазного источника питания, а каждая вторичная обмотка одного трансформатора соединена последовательно и согласно с аналогичной вторичной обмоткой другого трансформатора, образуя две ггГ-фазных группы, фазные выводы одной из которых связаны с входом питания

автоматического регулятора возбуждения, а другой с входом питания блока управления тиристорами второго управляемого выпрямители.

Как известно, габаритная мощность

возбудителя и подвозбудителя определяется по формуле:

s tfu-i.

0)

При этом для получения высокого быстродействия необходим постоянный потолочный (форсировочный) уровень по напряжению возбуждения U, но тогда со- гласно(1) резко возрастает габаритная мощность возбудителя и подвозбудителя.

В данном устройстве повышение надежности и улучшение массогабаритных по- казатепейпринеобходимом

быстродействии достигается путем минимального перевозбуждения в нормальных режимах возбудителя и подвозбудителя, величина которого определяется значением коэффициента запаса по току, I и напряжению возбудителя, для чего используется определенная часть витков обмотки якоря подвозбудителя с напряжением, равным:

U - (Кзап- UdH + ni -Д Ui)/( ),(2)

а для получения необходимого быстродействия в режиме форсировки используется полная якорная обмотка подвозбудителя с напряжением:

и(Кфи. А и)/(Ки-Кф1 /f Х /Кзап).

(3)

где Кзап. - коэффициент запаса по току и напряжению возбудителя, равной 1,1;

Кфи. КФ1 - кратность форсировки по напряжению и току возбуждения возбудителя;

UdH - номинальное выпрямленное напряжение возбуждения возбудителя;.

щ, п, Л Ui, Д U - количество последовательно соединенных соответственно диодов в неуправляемом выпрямителе и

тиристоров во втором управляемом выпрямителе, и падение напряжения на них;

Xi , X - реактивное сопротивление соответственно части и полной обмотки якоря подвозбудителя;

Km, Ки - коэффициент схемы выпрямления неуправляемого и второго управляемого выпрямителей.

При этом напряжение якоря возбудителя при минимальном перевозбуждении определяется:

U (Кзап.- UdHf + nr Л Uf)/(Kuf - -jf/f-X ),

W а в режиме форсировки соответственно:

+

nr AUf)/(Kur - Кош (5)

где , Koif - кратность форсировки по напряжению и току возбуждения синхронной машины;

UdHf номинальное выпрямленное напряжение возбуждения синхронной машины;

X ь - реактивное сопротивление обмотки якоря возбудителя;

nf, A Uf - количество последовательно соединенных тиристоров вращающегося управляемого выпрямителя и падения напряжения на них.

Таким образом, с учетом (1-5) габаритная мощность возбудителя и подвозбудителя, рассматриваемых в данном устройстве, уменьшится более чем в 2 раза при необходимом быстродействии.

. Схема питания и соединения обмоток двух дополнительно введенных пГ-фазных трансформатора позволяют: стабилизировать напряжение, используемое для питания автоматического регулятора возбуждения и блока управления тиристорами второго управляемого выпрямителя; исключить систему автоматического регулирования подвозбудителя. так как ее функции по стабилизации напряжения выполняют два ггГ-фазных трансформатора; исключить автоматический регулятор возбуждения возбудителя путем согласования витками обмотки якоря подвозбудителя тока возбуждения синхронной машины с током возбуждения возбудителя во всем рабо- чем диапазоне их изменения при постоянном, выбранном уровне напряжения якоря возбудителя; осуществить начальное возбуждение возбудителя от

т -фаэного источника питания переменного тока.

Стабилизацию напряжения питания осуществляют согласно выражения:

ипит.доп. UnB + UnH,

(6)

где Опит.доп.- допустимое напряжение питания; t

Опв - напряжение якоря подвозбудителя;

Опи - напряжение тп -фазного источника питания переменного тока. , В общем случае, при разных значениях

/Una/ и /Опи/ определенная степень стабилизации Опит-доп. достигается соответствующим выбором угла между Опв и 40пи; частным случаем является /Опв/ /Опи/. тогду угол между ними должен быть равен

120. Выбор угла между Опв и Опи осуществляют выбором групп соединения обмоток первого и второго трансформаторов, причем группы соединения каждого трансформатора могут быть самые различные, но

обеспечивающие взаимный сдвиг напряжений вторичных обмоток, необходимый для стабилизации их суммарного напряжения

Unm.flon.

Уменьшение массогабаритных показателей подвозбудителя позволяет упростить его конструкцию путем охвата якорем муфты, соединяющей вал синхронной машины с валом возбудителя. Размещение токопод- водом постоянного тока, проходящих через

соединительную муфту в продольных пазах, выполненных на ее цилиндрической поверхности, и установка якоря подвозбудителя вокруг указанной муфты позволяют, в свою очередь, сократить длину вала блока синхронная машина-возбудитель, благодаря че-л му снижается вибрация блока, повышается надежность бесщеточной синхронной машины, сокращается расход металла на вал. Нафиг.1 изображена схема предложеннота устройства бесщеточной синхронной машины; на фиг.2 - конструктивное исполнение подвозбудителя.

Устройство бесщеточной синхронной машины 1 (фиг.1) содержит вращающийся

управляемый выпрямитель 2, выводы постоянного тока которого подключены к обмотке возбуждения 3 синхронной машины 1 через обмотку возбуждения 4 подвозбудителя 5; возбудитель 6, обмотка якоря 7 которого

подключена к выводам переменного тока вращающегося управляемого выпрямителя 2; автоматический регулятор возбуждения 8, информационные входы которого связаны с якорной обмоткой 9 синхронной машины 1 через согласующие трансформаторы

тока 10 и напряжения 11; неуправляемый выпрямитель 12, входом постоянного тока подключенный к выводам обмотки возбуждения 13 возбудителя 6, а входом переменного тока соединенный с промежуточными выводами от части витков обмотки якоря 14 подвозбудителя 5; второй управляемый выпрямитель 15, выходом постоянного тока подключенный к выводам обмотки возбуждения 13 возбудителя 6, а входом переменного тока связанный с фазными выводами якорной обмотки 14 подвозбудителя 5; блок управления тиристорами 16, управляющий вход которого связан с выходом автоматического регулятора возбуждения 8, а выход подсоединен к управляющему входу второ- гоуправляемого выпрямителя 15; первый 17 и второй 18 гтГ-фазных трансформатора, при этом первичная обмотка 19 первого трансформатора 17 подключена к фазным выводам якорной обмотки 14 подвозбудм геля 5, а первичная обмотка 20 второго трансформатора 18 подключена к независимому т -фазному источнику питания переменного тока 21, каждая вторичная обмотка 22,24 первого трансформатора соединена последовательно и согласно с аналогичной вторичной обмоткой 23,25 второго трансформатора, образуя две гтГ-фазных группы, фазные выводы одной из которых связаны с входом питания автоматического регулятора возбуждения 8, а другой с входом питания блока управления тиристорами 16 второго управляемого выпрямителя.

На фиг.2 якорь 26 с обмоткой 27 подвозбудителя 5 охватывает муфту 28, соединяющую вал 29 синхронной машины 1 с валом 30 возбудителя 6 и токоподвод 31.

На фиг.1 не показана система управления вращающимся управляемым выпрямителем 2. Она может быть выполнена любым из известных способов.

Устройство работает следующим образом.

Предположим в качестве синхронной машины используется синхронный турбогенератор. Начальное возбуждение турбогенератора осуществляется за счет явления самовозбуждения возбудителя б подачей в его обмотку возбуждения 13 от независимого источника 21 через трансформаторы 17,18 и выпрямители 12,15 тока определенной величины. При этом вращающийся управляемый выпрямитель 2 открыт, а питание автоматического регулятора возбуждения 8 и блока управления тиристорами 16 выпрямителя 15 в начальный момент пуска осуществляется от независимого источника 21. Заданный уровень выходного напряжения синхронного турбогенератора

1устанавливается и поддерживается с помощью автоматической системы регулирования, содержащей автоматический регулятор 8, выходной сигнал которого последовательно воздействует на управляющий вход вращающегося выпрямителя 2, обмотку возбуждения 3 турбогенератора 1. Регулирование напряжения возбудителя 6 осуществляется через подвозбудитель 5, не0 управляемый выпрямитель 12 и управляемый выпрямитель 15. В рабочем режиме, включая и номинальный, выпрямитель 15 закрыт. Во всех режимах турбогенератора 1, кроме режима форсировш возбуждения,

5 минимальное перевозбуждение возбудителя б поддерживается автоматически на одном уровне через часть обмотки якоря подзозбудителя 5, выбранную согласно выражения (2), и неуправляемый выпрямитель

0 12.

8 номинальном режиме устройство работает аналогично. Перевозбуждение подвозбудителя 5 также минимально, как и возбудителя 6. На входы питания регулято5 ра 8 и блока управления 16 подается стабилизированное напряжение.

В режиме Асрсировки возбуждения тур- богеяерзтора 1 для обеспечения необходимого быстродействия осуществляют

0 одиоаремзньое регулирование токов возбуждения турбогенератора к возбудителя путем воздействия от регулятора 8 на управ- пяющие входы вращающегося выпрямителя

2и блока управления тиристорами 16 вы- 5 прямителя 15. Затем регулятор 8 обеспечивает ограничение тока ротора турбогенератора до требуемого значения в режиме форсировки.

Гашение поля турбогенератора осуще0 ствляют переводом вращающегося управляемого выпрямителя 2 в инверторный режим. При этом одновременно происходит и гашение поля возбудителя 6, так как уменьшается ток возбуждения подвозбуди5 теля 5. Вследствие того, что гашение поля возбудителя происходит медленнее гашения поля турбогенератора из-за невозможности перевода в инверторный режим управляемого выпрямителя 15 при наличии

0 неуправляемого выпрямителя 12, режим инвертирования вращающегося выпрямителя 2 происходит практически при неизменной ЭДС возбудителя.

Таким образом, улучшаются массогаба5 ритные показатели возбудителя и подвозбудителя, повышается надежность работы бесщеточной синхронной машины как за счет упрощения системы регулирования подвозбудителя и возбудителя, так и за счет уменьшения вибрации вследствие сокращения длины вала блока Синхронная машина- возбудитель.

Формула изобретения Бесщеточная синхронная машина, содержащая вращающийся управляемый выпрямитель, выводы постоянного тока которого подключены к обмотке возбуждения синхронной машины через обмотку воз- буждения подвозбудителя, а выводы переменного тока соединены с якорной обмоткой возбудителя, выводы обмотки возбуждения которого предназначены для подключения к блоку регулирования тока возбуждения, автоматический регулятор тока возбуждения, информационные входы которого связаны с выводами якорной цепи синхронной машины через согласующие трансформаторы тока и напряжения, и независимый m-фазный источник питания переменного тока, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и улучшения массогабаритных показателей, дополнительно введены неуправляемый выпрямитель, второй управляемый выпрямитель с блоком управления тиристорами, и два m-фазных трансформатора с двумя т- фазными вторичными обмотками каждый, а обмотка якоря подвозбудителя выполнена с

п1

1 б ж rv-vx. rvV. .

промежуточным выводом от части витков, при этом выходы постоя иного тока неуправляемого и второго управляемого выпрямителей подключены к выводам обмотки

возбуждения возбудителя, входы переменного тока неуправляемого выпрямителя подключены к промежуточным выводам якорной обмотки подвозбудителя. фазные выводы которой соединены с входами переменного тока второго управляемого выпрямителя, выход автоматического регулятора тока возбуждения соединен с управляющим входом блока управления тиристорами второго управляемого выпрямителя, первичная

обмотка первого трансформатора соединена с фазными выводами якорной обмотки подвозбудителя, первичная обмотка второго трансформатора подключена к. выводам m-фазного источника питания, а каждая вто

ричная обмотка одного трансформатора соединена последовательно и согласно с аналогичной вторичной обмоткой другого трансформатора, образуя две т-фазных группы, фазные выводы одной из которых

связаны с входом питания автоматического регулятора возбуждения, а другой - с входом питания блокз управления тиристорами второго управляемого выпрямителя.

10

Сущность изобретения: для повышения надежности работы бесщеточной синхронной машины, содержащей основной генератор, подвозбудитель и блоки управления токами возбуждения обеих машин, предложено обмотку якоря подвозбудителя выполнить с промежуточным выводом от части витков и подключить к этим выводам неуправляемый выпрямитель, а от полного числа витков питать управляемый выпрямитель, выходы выпрямителей подключить к обмотке возбуждения возбудителей, при этом блок управления управляемым выпрямителем и цепи питания автоматического регулятора тока возбуждения подключить к выходам трансформаторов, вторичныs обмотки которых соединены между собой определенным образом з две группы. Такое выполнение бесщеточной синхронной машины позволяет упростить систему регулирования, что повышает надежность и улучшает массогабаритные показатели. 2 ил.

Фиг.1

Фиг.2