УСТРОЙСТВО ДЛЯ СИНХРОНИЗАЦИИ ДВУХ СИНХРОННЫХ ГЕНЕРАТОРОВ Советский патент 1969 года по МПК H02J3/42 

Данное изобретение относится к области автоматического управления синхронными генераторами небольшой мощности и представляет собой устройство для синхронизации двух синхронных генераторов, в котором каждая фаза одного генератора соединена с тремя фазами другого генератора через тиристоры, включенные последовательно с секциями токоограничивающего реактора и управляемые автоматическим блоком, состоящим из трех каналов, каждый из 'которых содержит формирователи импульсов, схему совпадения, схемы запуска и гашения тиристоров и схему задержки, например ждущий мультивибратор.

Целью изобретения является повышение надежности. Это достигается в результате того, что вход одного формирователя импульсов каждого из трех каналов автоматического блока соединен с фазой первого генератора, общей для трех каналов, вход другого - с одной из трех фаз второго генератора, а выходы указанных формирователей через ключи подключены к входам схемы совпадения, выходы которой подсоединены к схеме гашения тиристоров, а через схему задержки - к схеме их запуска.

При включении генератора на синхронизацию через реактор на него действует электромагнитный момент, обусловленный переходными токами между генераторами:

m_c=M_c (t) sin[Θ(t)]

где М_с (t) - амплитудное значение момента.

При совпадении фазных векторов напряжения генераторов, угол Θ между ними равен нулю; момент М_с тоже равен нулю. Изменение угла Θ отсчитывается в предположении исходного сочетания фаз: a₁÷a₂, b÷b₂, с₁÷с₂.

С ростом угла Θ момент m_c растет, достигая своей максимальной величины, затем уменьшается и меняет знак, оставаясь отрицательным в промежутке изменения угла Θ от π до 2π.

Но, если исходное сочетание фаз поменять по достижении углом Θ значения Θ=120° на a₁÷c₂, b₁÷a₂, с₁÷b₂, по достижении углом Θ значения Θ=240° на a₁÷b₂, b₁÷c₂, с₁÷a₂, а при угле Θ=360° - на исходное сочетание фаз, то синхронизирующий момент останется определенно положительной функцией. Во всем промежутке времени синхронизации двух генераторов через реактор момент m_c будет выполнять работу, способствующую подгонке частот генераторов и их вхождению в синхронизм.

Отрицательное действие момента m_c (разгон генераторов в промежутке изменения угла Θ от π до 2π) исключено.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 показана зависимость синхронизирующего момента от угла Θ при изменении последовательности фаз генератора; на фиг. 3 - принципиальная схема управления силовыми тиристорами по одному каналу управления; на фиг. 4 - диаграмма напряжений в узловых точках схемы управления.

Управляющее устройство фазосинхронизатора выполнено на полупроводниковых приборах, но не содержит триодов, работающих в линейном режиме, а целиком состоит из спусковых схем и по существу представляет собой схему совпадений. Для подачи команд на изменение последовательности фаз генераторов используются моменты совпадения фазы а₁ напряжения первого генератора с фазами а₂, b₂, с₂ напряжения второго генератора, что соответствует значениям угла Θ=0, 120 и 240°.

Фазосинхронизатор содержит формирователи 1-6 импульсов в каждом из трех каналов управления, ключи 7-9, три схемы совпадения 10-12, трансформаторы 13-15 в цепях гашения тиристоров, ждущие мультивибраторы 16-18, трансформаторы 19-21 в цепях открытия тиристоров, автономные источники 22-30 питания постоянного тока, узлы управляющих тиристоров 31-39, силовые симметричные тиристоры 40-48 и секции 49-54 токоограничивающего реактора.

В формирующих устройствах фазные напряжения превращаются в последовательности остроконечных импульсов, образующихся в начале каждого периода. В дальнейшем фазосинхронизатор управляется этими импульсами, что исключает влияние разности амплитуд и формы кривой напряжения синхронизируемых генераторов на фиксирование момента совпадения их фаз. Управляющие остроконечные импульсы подаются на схемы совпадения 10-12 «И» в каждом из трех каналов управления. При совпадении импульсов от двух формирователей в одном из каналов управления схема «И» этого канала выдает сигнал нуля угла Θ между фазами a₁-а₂, a₁-b₂ или a₁-с₂. Напряжение из схемы «И» подается через трансформаторы 13-15 на гашение работающих тиристоров и на ждущие мультивибраторы 16-18, которые задерживают сигнал на время, равное примерно полупериоду проходящего через силовые тиристоры переменного тока. С мультивибраторов импульс управления через трансформаторы 19-21 подается на открытие управляющих тиристоров 31-33, 34-36 или 37-39, которые стоят в цепи управления силовыми тиристорами 40-48. Управление силовыми тиристорами осуществляется от автономных источников 22-30 питания постоянного тока. Силовые тиристоры включены последовательно с секциями 49-54 токоограничивающего реактора.

На фиг. 3 приведена принципиальная схема управления фазосинхронизатором по каналу управления от фаз a₁÷a₂. В нее входят формирователи 1 и 2 импульсов (триоды 55-56 и 57-58), схема «И» совпадение импульсов (триоды 59-60), трансформатор 13, мультивибратор на триодах 61-62, трансформатор 19, источник 22 питания постоянного тока и управляющий тиристор 31 (цепь управления одним силовым тиристором 40), шунтирующие триоды 63-64.

Формирователи импульсов через схему «И» и трансформатор 13 импульсами вызывают (при Θ=0) гашение тиристоров в каналах управления по фазам a₁-b₂ и a₁-с₂, а через мультивибратор и трансформатор 19 импульсами открывают тиристоры 31-33, которые замыкают цепи источников питания 22-24 и открывают силовые симметричные тиристоры 40-42 в цепи переменного тока, соединяя фазы в последовательности а₁-а₂, b₁-b₂, с₁-с₂ (на схеме изображены только управляющий тиристор 31, источник питания 22 и силовой тиристор 40). Гашение тиристора 31 (аналогично и других управляющих тиристоров) производится через шунтирующий триод 63 или 64 импульсами от каналов управления по фазам a₁-b₂ или a₁-с₂ в зависимости от знака скольжения.

На фиг. 4 дана диаграмма напряжений в узловых точках канала управления. Формирователи преобразуют фазные напряжения U_a1 и U_a2 в прямоугольные импульсы U₁ и U₂ длительностью периода переменного напряжения, а затем в последовательность остроконечных импульсов U_ф1 и U_ф2. При совпадении импульсов U_ф1 и U_ф2 схема «И» вырабатывает сигнал нуля угла Θ-U_r, который подается на гашение работающих тиристоров и одновременно на мультивибратор, где через время задержки t_зад вырабатывается импульс U₀ на открытие тиристоров.

Для выполнения в период синхронизации требований по качеству электроэнергии устройство обладает токоограничивающим реактором, который рассчитан на токи при угле Θ=120°, что снижает габариты и вес реактора по сравнению с реактором при грубой синхронизации. Наличие секционного реактора исключает возможность прямого короткого замыкания между фазами одного генератора в аварийных случаях (например, при выходе из строя силового тиристора).

Процесс фазной синхронизации генераторов заканчивается при Θ=Θ₀ в любом из трех сочетаний фаз. По отношению к исходному сочетанию фаз - это углы Θ₀, 120°+Θ₀, 240°+Θ₀. Применяемые в практике автоматы для шунтирования реактора соединяют фазы в исходном сочетании и в этом случае при пользовании автоматами шунтировки можно соединить фазы при углах между ними 120°+Θ₀ или 240°+Θ₀. Это недопустимо из условий качества электроэнергии. Поэтому необходимо наличие автомата шунтировки, который бы шунтировал устройство фазной синхронизации в любом из трех возможных сочетаний фаз.

Устройство для синхронизации двух синхронных генераторов, в котором каждая фаза одного генератора соединена с тремя фазами другого генератора через тиристоры, включенные последовательно с секциями токоограничивающего реактора и управляемые автоматическим блоком, состоящим из трех каналов, каждый из которых содержит формирователи импульсов, схему совпадения, схемы запуска и гашения тиристоров и схему задержки, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности, вход одного формирователя импульсов каждого из трех каналов соединен с фазой первого генератора, общей для трех каналов, вход другого - с одной из трех фаз второго генератора, а выходы указанных формирователей через ключи подключены к входам схемы совпадения, выходы которой подсоединены к схеме гашения тиристоров, а через схему задержки - к схеме их запуска.