Устройство для возбуждения синхронной машины Советский патент 1993 года по МПК H02P9/30 

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано для автоматического регулирования тока возбуждения синхронных электрических машин во всех отраслях народного хозяйства, где они используются.

Цель изобретения - упрощение, повышение надежности и качества регулирования.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства для возбуждения синхронной машины, на фиг. 2 - схема одного канала блока им- пульсно-фазового управления и его связи с остальными узлами и элементами устройства, а на фиг. 3 - временные диаграммы напряжений и токов на элементах устройстве при его работе.

Устройство для возбуждения синкрон- ной машины (фиг. 1) включает в себя блок импульсно-фазового управления (БИФУ) 1, блок автоматического регулирования тока возбуждения 2, блок защиты 3 и управляемый тиристорный преобразователь 4, подключенный к обмотке возбуждения синхронной машины 5. БИФУ 1 содержит три идентичные схемы формирования импульсов управления 6, 7 и 8. выходы каждой из которых соединены с управляющими электродами тиристоров 9,10 и 11 преобразователя 4, БИФУ 1 содержит также трансформатор синхронизации 12, первичные

00

00

о 4

oDwor:; которого соединены треугольни-с первым и вторым входами блока защиты 3.

ком, а вторичные - звездой. Последователь-на третий вход которого подключается выно с каждой вторичной обмоткой включеныходной сигнал датчика асинхронного хода

потенциометры 13, 14, 15. Движки потенци-37.

ометров через диоды 16, 17, 18 и резисторы5 Входом датчика 35 напряжения статора 19, 20, 21, подключены к соответствующимсинхронной машины служит выход раздели- схемам 6, 7 и 8 формирования импульсовтельного трансформатора 38, а входом дат- управлений. КаждаяЧчз этих схем (на фиг. 2чика 36 тока возбуждения является сигнал, изображена только схема 8) состоит из фор-снимаемый с шунта 39. («ироезтйля импульсов и импульсного уси-Ю Устройство работает следующим обра- лителг), причем формирователь импульсовзом. В рабочем режиме на вторичных обмот- предстзЕшяет собой ждущий мультивибра-ках трансформатора синхронизации 12 тор, выполненный на однопереходномблока импульсно-фзэового управления 1 по- транзмсторе оптопары 22, Ширина импуль-являются фазные напряжения, сдвинутые са мультивибратора определяется величи-15 на 30 эл. град, по отношению к соответству- ной емкости 23, Усилитель выполнен нающим напряжениям, поступающим на ано- транзисторе 24, нагруженном на импульс-ды силовых тиристоров 9, 10 и 11. ный трансформатор 25, Выводы вторичнойВременные диаграммы напряжений на ано- обмотки трансформатора 25 подключены кдах тиристоров приведены на фиг. 3 а. Фа- управляющему электроду тиристора 11.20 зовый сдвиг обусловлен включением Импульсные трансформаторы схем форми-первичных обмоток трансформатора 12 по рователей импульсов б и 7 подключены ксхеме треугольника. Часть напряжения соуправляющим электродам тиристоров 9и 10ответствующей фазы с движков потенцио- соответственно.метров 13, 14, 15 через диоды 16, 17, 18

Светоизлучающий диод оптрона 2225 поступает на аноды светоизлучающих дио- шунтируется элементом 26, управляемымдов оптопар, входящих в схемы 6, 7, 8 фор- зыходом блока защиты 3. Этот же выходмирования импульсов управления. блока защиты 3 управляет аналогичнымиДиаграммы токов, протекающих через све- элементамм, шунтирующими выводы свето-тодиоды, включенные в фазы А, В и С вто- диодов s схема/ формирования импульсов30 ричной обмотки трансформатора 12, 6 и 7. 8 качестве шуктрирующих элементовприведены на фиг. 3 б, в иг соответственно. могут использоваться нормально открытыеРаботу схем формирования рассмотрим контакты pare либо ключи, выполненные нана примере схемы 8, включенной в фазу С Столярных или МОП-транзисторах. Блок(фиг. 2). Схемы формирования 6 и 7 работа- защиты включает в себя таймер и пороговые35 ют аналогично.

элементы, входы которых являются входамиПоскольку светодиоды являются элеблока защиты 3, э выходы подключены кментами с выраженной нелинейностью, то

аходу таймера, выходкой сигнал таймера по-при обратном смещении они не подсвечиваслупает на выход блока защиты,ются, а при прямом - не выдают выходного

Соединенные емеете катоды еветоизлу-40 светового сигнала, если величина тока смечающих диодов отроков, входящих в схе-щения меньше некоторого порогового знамы 6, 7 и 8 формирования импульсовчения. При достижении положительной

управления, подключены к переменному ре-полуволной тока синхронизации, поступаюзистору, соединенному с эмиттером регули-щего на анод светодиода, этого порога, сверующеготранзистора 28 (фиг. 1). Коллектор45 тодиод загорается и включает

транзистора 28 связан с общей точкой сое-фототранзистор оптопары 22, входящий в

динения вторичных обмоток трансформато-схему одностабильного мультивибратора.

ра синхронизации 12. База транзистораПоследний генерирует импульс, поступаюподключена к выходу операционного усили-щий на усилитель, содержащий транзистор

теля 29, охваченного цепочкой обратной50 24 и импульсный трансформатор 25. С втосвязи 30, обеспечивающей требуемый за-ричной обмотки трансформатора импульс

кон регулирования. Входом усилителя явля-подается на управляющий электрод тириется суммирующая цепь, составленнаястора 11 (9 и 10 для схеме и 7 формирования

резисторами 31,32 и 33, причем резистор 31импульсов). Импульсы на управляющих

подключен к потенциометру 34, задающему55 электродах тиристоров 9.10 и 11 приведены

величину тока возбуждения синхронной ма-на фиг. 3 д. е. ж соответственно. Момент

шины, резистор 32 связан с выходом датчи-генерации управляющего импульса, т. е. его

ка 35 напряжения статора, а резистор 33положение на временной оси относительно

соединен с выходом датчика 36 тока возбуж-питающего напряжения, определяется то- дения. Выходы датчиков 35 и 36 соединены ком через светомзя акнций диод. Величина

этого тока зависит от степени открытия регулирующего транзистора 28, входящего в блок регулирования 2. Транзистор 28совместно с операционным усилителем 29 обра- зуют преобразователь напряжения в ток. Изменения напряжения на входе операционного усилителя преобразуются в изменения тока через светоизлучающие диоды. В качестве примера на фиг. 3 б показаны пун- ктиром различные величины амплитуд положительнойполуволны тока синхронизации, протекающего через светоизлучающие диоды оптронов. Величина тока Inop., соответствующая порогу срабатывания оптронов, изображена на фиг. 3 б, в и г прямой линией, параллельной оси абсцисс. Импульсы управления генерируются в моменты пересечения этой линии полуволной тока синхронизации. На фиг. 3 б точками 1, 2 и 3 указаны моменты генерации импульсов для различных амплитуд полуволн тока.

Требуемая величина тока возбуждения задается потенциометром 34. При измене- нии какого-нибудь контролируемого параметра, например, уменьшении тока ротора, выходной сигнал датчика тока 36, поступающий на вход блока автоматического регулирования 2, вызывает дополнительное открывание транзистора 28. Токи через све- тоизлучающие диоды оптопар 22 увеличиваются, момент генерации импульсов управления тиристорами преобразователя наступает раньше (смещается из т. 2 на фиг. 3 б, в т. 1), а ток возбуждения увеличивается. Аналогично происходит регулирование по напряжению статора машины.

Однако при возникновении аварийной ситуации, например при падении напряжения на статоре ниже некоторого заданного уровня, выходной сигнал датчика 35 переводит возбудитель в режим форсирования тока ротора, а в блоке защиты 3 вызы вает срабатывание порогового элемента, запускающего таймер. Если по истечении уста- новленного времени напряжение на статоре не восстановится, таймер инициирует выходной сигнал блока защиты 3, который вызывает срабатывание элементов 26, шунтирующих светоизлучающие диоды on- топар 22 блоков формирования импульсов 6,7 и 8. Генерация импульсов прекращается и возбудитель отключается. Восстановление номинального напряжения на статоре синхронной машины до истечения установ- ленного времени вызывает сброс таймера и отключение возбудителя не происходит. Возникновение асинхронного хода вызывает запуск таймера по сигналу датчика 37. но с меньшим временем выдержки. В остальном процесс протекает аналошчно выше описанному. В случае появления короткого замыкания в цепи ротора синхронной машины выходной сигнал датчика 36 тока ротора вызывает срабатывание порогового элемента в блоке защиты 3, который, минуя таймер, включает шунтирующие элементы 26 в схемах формирования импульсов управления 6, 7 и 8. Подача импульсов на управляющие электроды тиристоров преобразователя 4 блокируется и возбудитель отключается.

Заявляемое устройство для возбуждения синхронной машины благодаря введению операционного усилителя с большим коэффициентом усиления в контур автоматического регулирования позволяет повысить точность и стабильность регулирования тока возбуждения, а также более просто, чем в известном устройстве, осуществлять заданные законы регулирования путем выбора обратной связи и подключения выходов необходимых датчиков с соответствующей полярностью к сумматору операционного усилителя.

Использование в заявляемом устройстве оптронных пар, светодиоды которых задействованы в схеме регулирования, а транзисторы - в схемах формирования импульсов управления тиристорами, приводит к упрощению этих схем, а также обеспечивает их электрическую развязку, что повышает надежность устройства для возбуждения.

Введение элементов, шунтирующих светодиоды оптронов, обеспечивает в данном устройстве простую и надежную блоки- ровку импульсов тиристорами при возникновении аварийной ситуации.

Формула изобретения 1. Устройство для возбуждения синхронной машины, содержащее тиристорный выпрямитель, выход которого подключен к обмотке возбуждения синхронной машины, блок импульсно-фазового управления тири- сторным выпрямителем, выполненным в виде регулирующего транзистора, резистора, синхронизирующего трансформатора, первые выводы соответствующих фаз выходной обмотки которого соединены с одним из выводов соответствующих диодов, и формирователя импульсов управления в каждом канале, суммирующий усилитель, входами подключенный к выходам задатчика величины тока возбуждения, датчиков напряжения статора и тока возбуждения синхронной машины, отличающееся тем, что, с целью упрощения, повышения надежности и качества регулирования, суммирующий усилитель выполнен в виде операционного

усилителя, охваченного цепью обратной связи, а каждый формирователь импульсов управления выполнен на основе релаксационного генератора на однопереходном фототранзисторе оптопары, светодиод которой первым выводом соединен с другим выводом соответствующего диода, а вторым - с первым выводом резистора, вторым выводом соединенного с эмиттером ре- гулирующего транзистора, коллектор которого подключен к объединенным вторым выводам фаз выходной обмотки синхронизирующего трансформатора, а база - к выходу операционного усилителя.

& t /ft

2. Устройство поп. 1,отличающее- с я тем, что введен блок защиты, датчик асинхронного хода и коммутирующие элементы по числу каналов блока импульснофазового управления, подключенные параллельно светодиодам оптопар указанного блока, при этом входы блока защиты подключены к выходам датчиков асинхронного хода, напряжения статора и тока воз0 буждения синхронной машины, а его выход - к управляющим входам коммутирующих элементов.

А в С А 6 С

Фиг

Сущность изобретения: устройство для возбуждения синхронных машин содержит тиристориый выпрямитель, блок импульс- но-фазового управления тиристорным вы- прямителем, блок защиты и блок автоматического регулирования воэбужде- , кия. Новым в устройстве для возбуждения является выполнение суммирующего усилителя в виде операционного усилителя, охваченного целью обратной связи, а формирователей импульсов управления на основе релаксационного генератора на од- нопереходном транзисторе оптопары, причем соединенные вместе первые выводы светодиодов каждой оптопары через резистор соединены с эмиттером регулирующего транзистора, база которого подключена к выходу операционного усилителя, а коллектор через обмотки трансформатора синхронизации соединен с вторыми выводами соответствующих светодиодов оптопар. Выходы датчиков регулируемых параметров подключены к входу операционного усилителя и входам блока защиты, связанного своим выходом с шунтирующими элементами, включенными параллельно светоизлуча- ющим диодам оптопар. Т з. п. ф-лы, 3 ил. Ј

к 8 с

te.3