Синхронная электрическая машина с устройством для ограничения перенапряжений Советский патент 1993 года по МПК H02K19/36 H02K11/00 

ел

с

Использование: бесщеточные системы возбуждения синхронных машин. Сущность изобретения: устройство для ограничения перенапряжений ротора содержит блоки ва- ристоров. Каждый блок размещен в отдельном корпусе, закрепленном на несущем колесе вентильного выпрямителя, 3 ил.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для ограничения перенапряжений, возникающих на роторе бесщеточного возбудителя синхронной машины - турбогенератора, синхронного компенсатора или двигателя. Причинами возникновения перенапряжений являются коммутации роторных вентилей вращающегося бесщеточного возбудителя, а также аварийные процессы в основной синхронной машине - асинхронный ход, несинхронное включение в сеть, пуск и т.д.

Известно устройство для ограничения высокочастотных коммутационных перенапряжений на роторных диодах и тиристо- рах вращающегося выпрямителя, выполненное в виде цепочек R-C, подключаемых параллельно роторным вентилям и устанавливаемых на вращающемся выпрямителе. Их недостатком является то, что они не ограничивают низкочастотные аварийные перенапряжения со стороны ротора основной синхронной машины, возникающие при аварийных режимах, описанных выше. Кроме того, повреждение цепочек R-C может привести к аварии бесщеточного возбудителя, В частности, несколько таких аварий произошло на бесщеточных возбудителях турбогенераторов мощностью 1000 МВт Калининской и Запорожской АЭС,

Для ограничения аварийных перенапряжений в бесщеточных системах возбуждения турбогенераторов применяются вакуумные разрядники с сопротивлениями, подключаемые к вращающемуся выпрямителю через вспомогательный щеточно-кон- тактный аппарат ввиду больших центробежных ускорений ротора при частоте вращения п 3000 об/мин и диаметре 1 м (до 70000 м2/с). Недостатком этого устройства является то, что оно не ограничивает коммутационные перенапряжения и необVIоо о о о

00

ходимо применение щеточно-контактного аппарата.

Наиболее близким к предлагаемому решению является защитное сопротивление, подключаемое к выводам вращающегося выпрямителя и обмотки возбуждения синхронного компенсатора. Ввиду малой частоты вращения и соответственно центробежных ускорений (750 об/мин) оно установлено на вращающейся части и выполнено в виде ленты, намотанной на обод ротора, рядов и слоев. Его недостатком является то, что оно не ограничивает коммутационные перенапряжения, в нем постоянно выделяются потери и оно не может быть использовано при больших центробежных ускорениях (п 3000 об/мин).

Целью изобретения является повышение надежности, расширение области применения.

Указанная цель достигается тем, что в синхронной электрической машине с устройством для ограничения перенапряже- .ний, подключенным к обмотке ротора и размещенным на выпрямителе возбудителя машины, устройство ограничения перенапряжений снабжено установленными каж- дый в своем корпусе блоками варисторов с двумя электродами на блок, один из которых служит основанием блока, а другой пропущен через отверстие корпуса, причем между варисторами в блоке и вторым электродом установлена демпфирующая прокладка из изоляционного материала, варисторы соединены с вторым электродом с помощью плавкой вставки и поджаты-к первому через демпфирующую прокладку с помощью, например, тарельчатой пружины, которая опирается на корпус с его внутренней стороны,

Новизна предлагаемого технического решения заключается в новой совокупности признаков, при взаимодействии сообщающих объекту новое свойство, заключающееся в обеспечении надежного функционирования варисторов, благодаря которому возможно достижение сверхсуммарного положительного эффекта, а именно повышение надежности, расширение области применения. Исключение хотя бы одного из признаков,может привести к повреждению вращающегося выпрямителя, бесщеточного возбудителя. Таким образом, можно констатировать существенность заявляемых отличий,

На фиг. 1 представлена схема размещения устройства; на фиг. 2, 3 - сечение устройства, соответственно продольное и поперечное.

Устройство для ограничения перенапряжений ротора синхронной машины содержит блоки варисторов 1 (фиг, 1), установленные в окне 2 на внутренней поверхности несущего колеса 3 вращающегося выпрямителя совместно с диодами и другими элементами.

Каждый элемент устройства ограничения перенапряжений содержит блок вари0 сторов 1, включающий в себя один или несколько варисторов, основание 4, являющееся одновременно одним из электродов (нижним), плавкую вставку предохранителя 8, изолирующую прокладку 7, проводник 9,

5 изолирующую втулку 11, пружину 12, второй электрод 5 (верхний), корпус 6. Причем варисторы 1 положены на основание 4, нижний слой предохранителя, выполненный из проводящего материала в виде диска, уло0 жен на верхнюю поверхность варисторэ, а верхний слой предохранителя имеет плавкую вставку 8, выполненную в виде утонь- шения проводящего материала, и соединяется с помощью проводника 9 с вер5 хним электродом 5 блока варисторов, Верхний и нижний слой предохранителя изолированы друг от друга прокладкой 7. Детали элемента устройства ограничения сжаты тарельчатой пружиной 12 через изо0 лирующую втулку 11 с помощью корпуса б, который прикрепляется к основанию 4.

Тарельчатая пружина 12 применена для осуществления нормированного усилия прижатия контактов при отсутствии враще5 ния и неподвижном устройстве. Втулка 11 служит для равномерной передачи давления пружины 12 на верхнюю поверхность предохранителя и изолирования пружины от нее. Прокладка 7 изолирует оба слоя про0 водящего материала предохранителя друг от друга.

Устройство ограничения перенапряжений работает следующим образом.

Если величина напряжения на диодах

5 или на выходе выпрямителя превосходит величину напряжения ограничения варистора, по нему начинает протекать ток, а напряжение ограничивается,

При электрическом пробое блока вари0 сторов 1 по п ре дох ps кителю 8 протекаетток короткого замыкания, отключающий поврежденный блок варисторов.

При этом в случае возникновения электрической дуги корпус 6 предотвращает

5 проникновение дуги к токоведущим частям вращающегося выпрямителя и предупреждает развитие кругового огня.

При механическом разрушении блока варисторов 1 корпус б, Б который он помещен, предотвращает разлетание осколков

вариаторов и повреждение вращающегося выпрямителя.

Элементы конструкции устройства: пружина 12, изолирующая втулка 11, корпус 6, демпфирующая прокладка 7, нижнее осно- вание 4 и винтовое соединение необходимы для осуществления прижима и электриче- ского контакта при неподвижном роторе синхронной машины, например, при пуске синхронного компенсатора или двигателя. При этом в роторе синхронной машины возникают перенапряжения, которые необходимо ограничивать при помощи блока варисторов 1. Прокладка7 осуществляет выравнивание давления на блок варисторов и предотвращает его раздавливание.

Технико-экономический эффект от применения в синхронных электрических машинах устройства ограничения перенапряжений заключается в следую- щем..

Появляется возможность использовать устройство для ограничения высокочастотных коммутационных перенапряжений и, следовательно, отказаться от роторных це- почек R-C. Расширяется область применения устройства, повышается надежность машины.

Появляется возможность устанавливать устройство ограничения высокочастот-

ных коммутационных и низкочастотных аварийных перенапряжений на роторе высокооборотных синхронных машин (л 3000 об/мин).

Исключаются электрические потери, постоянно выделяющиеся в защитном сопротивлении, повышаются надежность и КПД.

Формула изобретения Синхронная электрическая машина с устройством для ограничения перенапряжений, подключенным к обмотке ротора и размещенным на несущем колесе вентильного выпрямителя машины, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, устройство ограничения перенапряжений снабжено установленными каждый в своем корпусе блоками варисторов с двумя электродами на блок, один из которых служит основанием блока, второй электрод пропущен через отверстие корпуса, между варисторами в блоке и вторым электродом установлена демпфирующая прокладка из изоляционного материала, варисторы соединены с вторым электродом с помощью плавкой вставки и поджаты к первому электроду через демпфирующую прокладку, на; пример, тарельчатой пружиной, которая опирается на корпус с его внутренней стороны.