УСТРОЙСТВО для ВОЗБУЖДЕНИЯ СЙНХРОННбЙ МАШИНЫ Советский патент 1969 года по МПК H02P7/10 

Предложенное устройство относится к системам возбуждения синхронных машин, которые имеют защиту обмоток и вентилей при асинхронных режимах и авариях, а также систему управления и регулирования.

В существующих электромашинных, ионных или полупроводниковых системах возбуждения синхронных машин функции защиты обмотки возбуждения, и возбудительного устройства ог .перенапряжений, возникающих при асинхронных режимах, а также гашение поля ротора осуществляются с помощью разрядников, линейных и нелинейных сопротивлений, полупроводниковых переключателей и т. п. При этом на защитных элементах выделяются значительные энергии, что требует достаточно мощных устройств. Кроме того, в системах возбуждения с традиционными схемами защиты класс вентилей должен быть выше, чем это требуется но условиям форсировочного режима, так -как обратное напряжение па вентилях определяется напряжением питания преобразователя « напряжением на зажимах обмотки возбуждения в переходных режимах.

Наиболее близкое устройство по сравнению с нредложенным содержит мутатор яа унравляемых полупроводниковых вентилях и систему управления, составленную из блоков формирования импульсов на выпрямление, переключения полярности и регулятора напряжения возбуждения.

Предложенное устройство более совершенно, так как можно осуществить ресинхронизацию,

регулирование напряжения сети и предотвратить опасные повреждения обмоток машины и вентилей при асинхронных режимах работы машины и авариях. Это достигается введением блоков формирования имлульсов на преобразование частоты и поиска режима, вход которого соединен с датчиками тока и напряжения обмотки возбуждения, а выход подключен к входам указанного блока формирования импульсов на выпрямление и блока формирования импульсов на преобразование частоты, причем выходы этих блоков включены на унравляюшие электроды вентилей.

На фиг. 1 дана структурная схема устройства для возбуждения синхронной машины; на

фиг. 2 принципиальные схемы силовой части устройства для возбуждения синхронной машины, блока формирования импульсов на преобразование частоты и блока поиска режима; на фиг. 3 показана осциллограмма работы мутатора в режиме преобразования частоты.

Предложенное устройство для возбуждения синхронной машины СМ (фиг. 1) состоит из мутатора М и системы управления, содержащей блоки формирования импульсов на преобпульсов, на выпрямление ФИВ, выходного усилителя импульсов У, поиска режима ПР, переключения полярности ПП, регулятора напряжения возбуждения РНВ, датчики тока ДТ и напряжения ДЯ обмотки возбуждения и источник пптания ИП блоков системы управления. Мутатор М может быть выполнен па симисторах, встречно-параллельно включенных тиристорах или полностью управляемых вентилях по тфазной нулевой или мостовой схемам. Мутатор М подключен к обмотке возбуждения синхронной машины СМ, включаемой с помощью контактов масляного выключателя ВМ.

На фиг. 2, а, б, в приведены принципиальная схема силовой части устройства для возбуждения синхронной машины и принципиальные схемы блока формирования импульсов на преобразование частоты ФИПЧ и блока поиска режима ПР.

Принципиальные схемы остальных блоков, которые могут быть построены любым известным способом, например на полупроводниковых элементах и трансформаторах, опущены.

Мутатор М состоит из согласующего трансформатора ТР и симисторов BI, В, В, собранных по трехфазной нулевой схеме. Датчики тока ДТ И напряжения ДН включены в цепь обмотки возбуждения, а трансформаторы тока ТТ и напряжения ТН - в цепь статора синхронной машины СМ. Блок формирования имнульсов на преобразование частоты ФИПЧ для трехфазной нулевой схемы состоит из шести каналов, каждый из которых формирует управлящий импульс для определенной фазы и полуволны питающего напряжения в зависимости от величины, полярности и частоты напряжения на зажимах обмотки возбуждения. Все каналы построены идентично. На фиг. 2 приведена также принципиальная схема двух каналов для обеих полярностей напряжения фазы А. Рассмотрим структуру и принцип действия одного канала фазы Л, например для положительной полуволны фазного напряжения. Канал состоит из трансформаторов Трл, Трв, Tpi и транзисторов TI, TZ, Тз, Т. На входе канала суммируются напряжения, пропорциональные соответственно напряжениям на зажимах обмотки возбуждения (точки а и Ь и фазы А таким образом, что транзистор TI открывается тогда, когда напряжение с датчика ДН превысит напряжение фазы А. На базы транзисторов Га и Гд, включенных по схеме «И, подаются напрял ения, пропорциональные напряжениям фаз А и В, причем фаза В повернута на 180°.

В тот момент, когда открыты транзисторы Т, TZ, TZ, открывается транзистор T. и в первичной обмотке / импзльсного трансформатора Tpi, включенной в коллектор транзистора T, формируется импульс, который поступает в выходной усилитель У (не показан) и далее на управляющий электрод F вентиля В мутатора М. Второй канал фазы А отличается тем, что обмотки трансформаторов Трл п Тр

а также напряжение, пропорциональное Hanpsiжению на обмотке возбуждения (точка с датчика ДН, повернуты на 180° по отношению к напряжениям трансформаторов первого канала. Имнульс, сформированный в трансформаторе Tpz, поступает через усилитель У также на управляющий электрод / вентиля В.

Блок поиска режима ПР предназначен для переключения вентилей мутатора Ж из режима преобразования частоты в выпрямительный режим и наоборот в зависимости от режима работы синхронной машины. Блок ПР состоит из схемы определения заданной величины скольжения, схемы определения перенапряжений на зажимах обмотки возбуждения (появления наведенной а. д. с.), схемы определения полярности тока в обмотке возбуждения и схемы переключения блоков ФИПЧ и ФИВ.

Схема определения заданной величины скольжения состоит из триггера иа транзисторах TS-TQ, генератора «пилы на транзисторе T-J и / С-цепочке и формирователя импульсов на транзисторе Т и трансформаторе Тр. Измерение скольжения производится сравнением длительности полуволны напряжения, поступающего с датчика (точка аи в), и времени заряда конденсатора С. В момент, когда конденсатор зарядится до напряжения, достаточного для открытия транзистора Гд, в первичной обмотке трансформатора Грз формируется импульс, поступающий в схему переключения блоков ФИВ и ФИПЧ.

Схема определения перенапряжений представляет собой «ключ, состоящий из транзистора Гд, трансформатора Tp и схемы «ИЛИ на диодах Д и Да, на вход которой подается напряжение обеих полярностей с датчика напряжения ДН (точки а, с). Схема определения полярности тока в обмотке возбуждения состоит из формирователя импульсов на транзисторе Гю и импульсного трансформатора rps. Вход схемы подключен к датчику тока ДТ (точки d, е). Назначение датчика тока - предотвращение междуфазных коротких замыканий в случае выполнения мутатора на симисторах ,и определение момента перехода тока в обмотке возбуждения через ноль при реверсировании возбуждения.

Схема переключения блоков ФИВ и ФИПЧ содержит триггер на маломощном тиристоре УВ и транзисторе Гц, цепь включения указанного триггера, состоящую из транзистора и вторичной обмотки // трансформатора Тр, цепь сброса, содержащую транзистор Т и вторичные обмотки трансформаторов Тр и Грз, одностабильный триггер на транзисторах 7(4-Tjs и транзисторы включения питания блоков ФИВ и ФИПЧ Tis-Tn.

Рассмотрим работу блока поиска режима при пуске синхронной машины. В момент включения машины замыкается блок-контакт масляного выключателя ВМ. Тиристор УВ закрыт, триггер на транзисторах Тц-Т не включен и транзистор включения питания блока ФИПЧ TIQ открыт. В блоке ФИПЧ формируются импульсы на открытие вентилей мутатора М в режиме преобразования частоты. После того как скольжение машины достигнет заданной величины, в трансформаторе Тр- будет сформирован импульс и подан через транзистор TIS на управляющий электрод тиристора УВ, последний откроется и переключит триггер на транзисторах Тц-Г,, в результате чего откроется транзистор Т и закроется транзистор TIB. Питание с блока ФИПЧ будет снято, а на блок ФИВ подано. Импульсы блока ФИВ переведут мутатор в режим выпрямления, и обмотка возбуждения нолучит питание, после чего синхронная машина входиг в синхронизм. При появлении на зажимах обмотки возбуждения напряжения, превышающего напряжение возбуждения, что может случиться при выпадении машины из синхронизма, в схеме определения перенапряжений блока ЯР формируется импульс, который через вторичную обмотку // трансформатора Тр поступает на базу транзистора TI. Транзистор 13 закорачивает базу транзистора Г,,, включенного в анодную цепь тиристора УВ, и выключает последний. Триггер на транзисторах закрывается, транзистор TIQ включает питание блока ФИПЧ, а транзистор. Т,-; снимает питание с блока ФИВ. В результате мутатор переходит в режим преобразования частоты и .предотвращает перенапряжения в цепи обмотки возбуждения. При исчезновении причины выпадения машины из синхронизма втягивание машины в синхронизм происходит так же, как при пуске.

При необходимости быстрого развозбуждения машины или режима отрицательного возбуждения мутатор сначала переводится в режим преобразования частоты посредством отключения питания тиристоров УВ контактом масляного выключателя ВМ или каким-либо иным контактом схемы электроснабжения, а подача отрицательного возбуждения осуществляется блоком переключения полярности /7/7 при спадании тока в обмотке возбул дения до нуля.

На фиг. 3 дана осциллограмма работы мута.тора в режиме преобразования частоты, где Uf-напряжение на обмотке возбуждения; i - ток в той же обмотке; zl, 4, h - токи, протекающие через вентили мутатора.

Напряжение Uf представляет собой отрезки синусоид, амплитуда которых практически равна амплитуде фазных э. д. с. вторичных обмоток трансформатора ТР. Ток i , создаваемый пульсирующей с частотой скольжения э. д. с., наводимой в обмотке возбуждения, преобразуется в трехфазный ток промыщленной частоты (токи Il, 12, is). Таким образом, мутатор и

обмотка возбуждения образуют непрерывную цепь тока, предотвращая появление перенапряжений. Мутатор в режиме преобразования частоты работает на противо-э. д. с., вводимую

трансформатором ТР. Это равносильно введению в цепь обмотки возбуждения разрядного сопротивления. Величина эквивалентного разрядного сопротивления определяется величиной, вводимой противо-э. д. с. Ток if практически представляет собой синусоиду с изменяющейся частотой и симметричен относительно оси. Поэтому он не имеет постоянной составляющей, что позволяет избежать провала в кривой момента.

Таким образом, применение предложенного устройства для возбуждения синхронной машины позволяет упростить снловую часть за счет ликвидации специальных защитных устройств, возложив функции защиты на мутатор,

причем энергия скольжения отдается в сеть, а не рассеивается в разрядном контуре. Кроме того, с помощью предложенной системы управления можно осуществить все основные режимы синхронной машины: пуск, номинальный

режим, ресинхронизацию, быстрое гашение поля, реверсирование тока возбуждения измеменением режима работы мутатора. Для синхронных компенсаторов устройство позволяет наиболее просто осуществить работу не только в режиме выдачи реактивной мощности, но и в режиме потребления при отрицательном токе возбуждения. Синхронный компенсатор с таким возбудительным устройством является наиболее эффективным в поддержании необходимого уровня напряжения сети.

Предмет изобретения

Устройство для возбуждения синхронной машины, содержащее мутатор на управляемых полупроводниковых вентилях (например, симисторах) и систему управления, составленную из блоков формирования импульсов на выпрямление, переключения полярности и регулятора напряжения возбуждения, отличающееся тем, что, с целью ресинхронизации, регулирования напрялсения сети и предотвращения опасных повреждений обмоток машины и вентилей, применены блоки формирования импульсов на преобразование частоты и поиска режима, вход которого соединен с датчиками тока и напряжения обмотки возбуждения, а выход - к входам указанного блока формирования импульсов на выпрямление и блока формирования импульсов на преобразование частоты, причем выходы этих блоков включены на управляющие электроды вентилей.

MB

/z 8,9 г(4