Генераторный источник переменного тока Советский патент 1993 года по МПК H02J3/18 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в энергосистемах, содержащих асинхронные машины, в частности асинхронизированные турбогенераторы.

Целью изобретения является стабилизация напряжения и оптимизация коэффициента мощности генератора источника переменного тока.

На фиг. Т приведена принципиальная схема источника электроэнергии переменного тока; на фиг. 2 изображена возможная структурная схема автоматического регулятора коэффициента трансформации; на фиг. 3 - естественные характеристики асинхро- низированного турбогенератора мощностью 200 МВт в асинхронном режиме с закороченными обмотками возбуждения.

Генераторный источник (фиг. 1) содержит асинхронизированный генератор 1, подключенный к энергосистеме через трансформатор 2 с регулируемым коэффициентом трансформации..

Автоматический регулятор коэффициента трансформации 3 первым и вторым входами подключен к входам датчиков напряжения генератора 4 и источника 5 соответственно. На схеме изображен приводной механизм 6 устройства переключения ответвлений обмоток трансформатора 2 (на фиг. 1 не показано). Первый и второй входы приводного механизма 6 подключены к первому Больше и второму Меньше выхо00 GJ

S

XI

со

дам первого автоматического регулятора коэффициента трансформации 3. В схему введены второй автоматический регулятор коэффициента трансформации 7, датчики частоты вращения ротора 8 и напряжения генератора 9, датчик скольжения 10, управляемый ключ 11, логические элементы ИЛИ 12 и НЕ 13. Управляемый ключ 11 может содержать переключающий орган 14 и командный орган 15.

Первый и второй выходы второго автоматического регулятора коэффициента трансформации 7 подключены к первому и второму входам приводного механизма 6 и первому и второму входам элемента ИЛИ 12. Выход элемента ИЛИ 12 подключен к входу элемента НЕ 13, выход которого подключен к управляющему входу управляемого ключа 11, переключающий орган 14 которого включен в место связи выходов первого автоматического регулятора 3 с входами приводного механизма 6. Выход датчика скольжения 10 подключен к входу второго регулятора 7, а выходы датчиков частоты вращения 8 и напряжения генера- тора 9 подключены к первому и второму входам датчика скольжения 10 соответственно.

Регулятор 7 (фиг. 2) может содержать измерительный элемент 16, выдающий сиг- нал рассогласования, входом подключенный к выходу датчика скольжения 10, а выходом к входам первого 1.7 и второго 18 компараторов, формирующих зону нечувствительности. Выходы компараторов 17,18 подключены соответственно к первому и второму входам логического устройства 19, первый и второй выходы которого соединены соответственно с управляющими входами выходных первого Больше 20 и второго Меньше 21 реле выходы которых подключены к первому и второму входам приводного механизма 6.

Устройство работает следующим образом. Допустим, что асинхронизированный генератор 1 подключен к сети неограниченной мощности Vo cosnt и работает в неуправляемом асинхронном режиме, т.е. без возбуждения. В этом случае электромагнитное поле в зазоре создается за счет потреб- ления реактивной мощности из сети, и в проводящих контурах ротора наводятся вихревые токи частоты скольжения. Взаимодействие токов, наведенных в роторе, с полем в воздушном зазоре обуславливает появление тормозящего асинхронного момента. При некотором скольжения устанавливается равновесие между моментом турбины и асинхронным моментом генератора.

Допустим, что скольжение генератора S0 таково, что обеспечивается максимальный коэффициент мощности cos (фиг. 3). В этом случае сигнал рассогласования на выходе измерительного моста 16 AS находится в пределах зоны нечувствительности AS ASmax, и сигналы на выходе второго регулятора 7 отсутствуют.

Наличие логических нулей на входах логического элемента ИЛИ 12 вызывает появление логического О на его выходе, что в свою очередь вызывает появление логической 1 на выходе элемента НЕ 13 и включение управляемого ключа 11. Первый регулятор коэффициента трансформации подключается к входам приводного механизма 6.

Если напряжение статора генератора 1 находится за пределами зоны нечувствительности регулятора 3, что приводной механизм 6 изменяет коэффициент трансформации трансформатора 2 в нужную сторону. Уменьшение (увеличение) ко; эффициента .трансформации приводит к увеличению (уменьшению) напряжения генератора.

Изменение коэффициента трансформации трансформатора 2 будет происходить до тех пор, пока напряжение статора генератора не окажется в пределах зоны нечувствительности редуктора 3.

В процессе регулирования напряжения статора будет изменяться соответствующим образом активная и реактивная мощность генератора и соответственно коэффициент мощности.

Однако если при этом скольжение генератора будет находится в пределах зоны нечувствительности второго регулятора коэффициента трансформации 7, то изменяющиеся значения коэффициента мощности будут сохраняться оптимальными.

Допустим, что режим работы энергосистемы изменили так, что требуется увеличение активной мощности генератора 1.

При увеличении мощности турбины увеличивается скольжение ротора, растет потребление реактивной мощности, что вызывает падение напряжения на шинах генераторе, что в свою очередь приводит к еще большему увеличению скольжения и падению коэффициента мощности.

Допустим, что скольжение ротора изменилось таким образом, Что рассогласование на выходе измерительного моста 16 (фиг. 2) выйдет из.зоны чувствительности ( Д8 ASmax). На втором выходе логического устройства 19 появится сигнал. который через выходное реле меньше 21

будет воздействовать на приводной механизм 6 таким образом, чтобы уменьшить коэффициент трансформации трансформатора 2 и увеличить напряжение на шинах генератора 1. Одновременно с вступлением в работу второго регулятора 7 на одном из входов элемента ИЛИ 12 появится сигнал логический 1, который приведет к появлению сигнала 1 на входе логического элемента НЕ 13. На выходе элемента НЕ 13 появится сигнал логический О, который приведет к отключению управляемого ключа 11 и в конечном итоге к выходу из работы первого регулятора коэффициента трансформации 3.

Увеличение напряжения на шинах генератора 1 приведет к уменьшению скольжения и увеличению cos p . При вхождении сигнала рассогласования Д5 в зону нечувствительности, сигнал на втором выходе ре- гулятора 7 исчезнет, что приведет к появлению на выходе элемента ИЛИ 12 логического О, а на выходе элемента НЕ 13 появление логической 1. Управляемый ключ 11 включится и снова введет в работу первый регулятор 3,

Приводной механизм 6 при этом не будет приведен в действие только в случае, если напряжение на шинах генератора находится в зоне нечувствительности регуля- тора 3. В противном случае изменение коэффициента трансформации будет осуществляться уже под воздействием регулятора 3, аналогично описанному выше.

Аналогично происходит процесс регулирования при уменьшении скольжения ниже допустимого (по условиям оптимальности ). Только в этом случае работает первый выход логического устрой- ства 19 второго регулятора 7 и выходное реле Больше 20. При этом приводной механизм увеличивает коэффициент трансформации трансформатора 2.

Все элементы схемы, изображенной на фиг. 1, являются общеизвестными злемен- тами, сведения о которых изложены в технической литературе.

Датчик частоты напряжения генератора 9 представляет собой измерительный трансформатор напряжения.

В качестве регуляторов 3,7 может быть использован регулятор коэффициента трансформации. Для регулятора 3 использовать сигнал пропорциональный напряжению, а для регулятора 7 - сигнал, пропорциональный скольжению.

Управляемый ключ 11 может быть реализован на базе электромеханического реле либо на базе бесконтактных тиристорных переключателей,

Логические элементы ИЛИ 12 и И 13 также общеизвестны.

Формула изобретения Генераторный источник переменного тока, содержащий асинхронизированный генератор, подключенный к энергосистеме через трансформатор с регулируемым коэффициентом трансформации, первый автома- тический регулятор коэффициента трансформации, первым и вторым входами подключенный к входам датчиков напряжения генератора и выходного напряжения источника соответственно, приводной механизм устройство переключения ответвлений обмоток трансформатора, первый и второй входы которого подключены к первому и второму выходам первого автоматического регулятора коэффициента трансформации соответственно, отличающийся тем. что в него дополнительно введены второй автоматический регулятор коэффициента трансформации, датчики частоты вращения ротора и напряжения генератора, датчик скольжения, управляемый ключ, логические элементы ИЛИ, НЕ, при этом первый и второй выходы второго автоматического регулятора коэффициента трансформации подключены к первому и второму входам приводного механизма, первому и второму входам элемента ИЛИ, выход которого подключен к входу элемента НЕ, выход элемента НЕ подключен к управляющему входу управляемого ключа, выход которого включен между выходом первого регулятора и входами приводного механизма, выход датчика скольжения подключен к входу второго автоматического регулятора, выходы датчиков частоты вращения ротора и напряжения генератора подключены к первому и второму входам датчика скольжения соответственно.

кЈь

//

Область использования в турбогенера- торахЈсинхронизированного типа с ззкоро- ченными обмотками возбуждения, работающими в неуправляемом асинхронном режиме. Сущность изобретения: регулирование коэффициента трансформации осуществляется посредством двух регулято- , ров, один из которых связан с индикатором скольжения, а второй - с индикатором напряжения. Переключатель обеспечивает алгоритм взаимодействия обоих регуляторов. 3 ил. (/

i

WD-J

з K2

Фиг. 1

&

/7

ом/о

6

tf

Фиг. 2

M

8

20

aкб

2f

-

CufM&ft V ЬООО- №

300Q..

№t «rfOOO

о1 о

Us

ttf S%.