УСТРОЙСТВО для РЕГУЛИРОВАНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ И ГАШЕНИЯ ПОЛЯ СИНХРОННЫХ Л\АШИН Советский патент 1969 года по МПК H02P9/14 

Известные устройства для регулирования возбуждения и гашения поля еинхроных машин, содержащие подвозбудитель, вентильный иреобразовательч, выполненный по мостовой схеме и включа1ош,ий одинаковые управляющие ячейки по числу плеч преобразователя, фазорасщенитель и автоматический регулятор возбуждения, сильно усложнены из-за необходимости осуществления специальных каиалов связи для передачи сигпалов управления на вентили вращающегося преобразователя.

Предложенное устройство устраняет указанный недоетаток за счет того, что вход каждой из указанных управляющих ячеек подключен к силовой цепи вентиля в плече моста, а выход-к цепи уиравления того же вентиля, причем каждая ячейка содержит элемент, задающий фазовое положение импульса управлеппя в функции величины и частоты напряжения силовой цепи, определяемой автоматичееким регулятором возбуждения, включенным в цепь фазорасщепителя, соединенного с обмоткой возбуждения иодвозбудителя. Кроме того, указанный элемент, задающий фазовое положение импульса управления, выполпеп, напри;иер, в виде двух сердечников из Л1агнитного материала с прямоугольной нетлей гистерезиса, первичные обмотки которых соединены последовательно

между сооои и включены в катодную цепь вентиля, анод которого соединен непосредственно с общей точкой двух включе1и1ых последовательно между собой вторичиых обмоток первого сердечника и через сонротивлеиия - с началом вторичной обмотки второго сердечника, конец которой подключеи через встречно-включенный диод к концу первичной обмотки того же сердечника и через сопротивления - к своему началу, причем начало одной из вторичных обмоток первого сердечника подключепо через диод и сопротивление к катодной цепи указанного вентпля и через другое сопротивление и динистор - к управляющей цепи того же вентиля, а конец - через сопротпвление соединен с началом вторичной обмотки второго сердечника.

На фиг. 1 дана принципиальная электрическая схема устройства для регулирования возбуждеиия и гашеиия поля синхронных машин; на фиг. 2, 3, 4 - варианты исполнения управляющпх вентилями ячеек.

Подвозбудитель / (фиг. 1) питает напрял ением повышениой частоты преобразователь частоты 2, например фазорасщепптель, который вырабатывает трехфазный пере.мепньи ток рег лируемого напряжения и частоты, подаваемый на раснределенную обмотку возбуждения возбудителя 3.

При этом на выходе возбудителя генерируется напряжение, частота которого равна алгебраической сумме частот напряжения фазорасщенителя и частоты, соответствующей скорости враш,ення вала турбогенератора, а величина напряжения зависит от величины тока и частоты на выходе фазорасщепителя.

Переменное напряжение возбудителя 3 через иреобразователь 4 подается на обмотку 5 возбуждения турбогенератора 6.

Регулирование возбуждения и частоты иа выходе фазорасщепителя происходит в функции сигналов, поступающих от автоматического регулятора возбуждения 7.

Преобразователь 4 состоит из вентилей (тиристоров) (j, включенных, например, по мостовой схеме, и узла управления, состоящего из шести одинаковых схемных ячеек 8. В схемой ячейке (фиг. 2) в катодную цепь вентиля В включены последовательно обмотка 9 сердечника 10, выполиеииого из материала с прямоугольной петлей гистерезиса, и обмотка // сердечпика 12, выполненного также из материала с прямоугольной петлей гистерезиса. Начало обмотки 9 подключено к катоду вейтиля BI. Две обмотки 13, 14 сердечника 10 соединены между собой последовательно. Начало обмотки 13 через диод 15 и ограничительное сопротивление 16 подключеио к катоду вептиля BI, а иараллельно сопротивлепию 16 подключена цепь из соедииеииых последовательно ограпичительного сопротивления 17, динистора 18 и перехода «электрод управлеиия - катод вентиля BI. Конец обмотки 13 соединен с началом обмотки 14 и с анодом вентиля BI. Конец обмотки 14 через ограничительное сопротивлеиие 19 соединен с началом обмотки 20 сердечника 12, а начало обмотки 20 через ограничительное сопротивлеиие 21 соединено с анодом вентиля Si. Конец обмотки 20 соединен через встречио-включенный диод 22 с концом обмотки )/. Параллельно обмотке 20 включено разрядное сопротивлеиие 23. Схема работает следуюп 1им образом: при иодаче напряжения на аноде очередного вентиля, иапример BI, который должен вступить в работу, появляется положительное напряжение. Через обмотку 13, диод 15 и сопротивление 16 начинает нротекать намагничивающий ток. Главная доля напряжения приходится на обмотку 13, ток ограничен, падение ианряжения иа сопротивлении 16 невелико, динистор 18 заперт и па электрод управления вентиля В сигнал не поступает. Когда магнитный поток в сердечнике 10 достигает величины, отвечающей насыщению сердечника (состояние «1, все, напряжение прикладывается к еопротивлению 16, динистор 18 отпирается и па электрод управления вентиля BI иодается отпирающий сигнал, который Нереводит его в отпертое состояние. Включаюищйся аиодиый ток неремагничивает сердечиики 10 и 12 в состояние «О. После окончания протекания ирямого тока к обмоткам 14 и 20 прикладывается обратное нанряжение вентиля

Si. Под действие.м этого напряжения начинает протекать ток через обмотку 20 и сопротивление 21. При этом до перемагничивания сердечника 12 в состояние «1 напряжение на сопротивлении 21 мало, а ноэтому током, протекающим по обмотке 14, можно нрактически пренебречь.

После насыщения сердечника 12 обратное напряжение веитиля В прикладывается к обмотке 14 н к сопротивлению 19. При этом начинается перевод сердечника W из состояния «О в состояние «1. При достаточной величине и длительности ириложеиия напряжения сердечник 10 к )1ачалу очередной рабочей части полупериода также будет полиостью перемагничен, и сигнал на электрод уиравления вентиля BI поступит в момент, следующий непосредственно за началом ноявления на аноде положительного наиряжения.

Если иапряжеиие и частота на входе вентильного преобразователя 4 (фиг. 1) за счет изменения иапряжения п частоты на выходе фазорасщепителя будут изменяться нропорциональио (например, возрастать нри форсировке возбуждения), величина угла отиирания вентилей BI-Вц преобразователя в выпрямительно.м режиме практически не измеиится, так как воздействие на ердечпики 10 и 12 (фиг. 2), выражаемое в вольт-секундах, сохранится. Если, иапример, увеличить частоту на входе преобразователя в большей мере, чем напряжение, или уменьшить напряжение в большей мере, чем частоту таким образом, чтобы за время приложения обратного напряжепия вентиля (изменение магнитного состояния сердечника 10 не будет полностью завершаться), появится задержка сигнала управления на время, необходимое для завершения неремагничиваиия сердечника 10 приложеиие.м прямого напряжения к об.мотке 13. Вследствие того, что при увеличении угла отпирания вентиля (ири условии непрерывпости протекаиия постоянного тока в схеме) длительность приложения обратного наиряження сокрапдается, начальное увеличение угла будет продолжать возрастать. Наличие таKoio рода положительной обратной связи делает систе.му в онределеином диапазоне чувств1ггельной к сравнительно небольшим изменениям иараметров питающего иапряжения. Увеличеиие угла задержки отпираиия веитиля будет ироходить до тех пор, пока умепьшающиеся вольт-секунды обратного напряження, прикладываемого к вентилю после прекращения протекания но нему рабочего тока, станут недостаточны для перевода сердечника 12 из состояния «О в состояние «I. При этом обмотка 14 практически уже не будет оказывать влияния на величину угла отнираиия ве1ггиля Вь а вре.мя иеревода сердечиика 10 из состояния «О в состояиие «1 и угол отнирания будут зависеть от вольт-секунд положительного напряжения на вентиле. Соответств юи 1,им выбором пара.метров обмотки 13 и еердечинка 10 обесиечивается получение требуемого значения угла запаздывания отпирания вентиля. При этом преобразователь будет работать в инверторном режиме. Возврат к выпрямительному режиму может быть осуодествлен соответствующим увеличением напряжения или уменьшением частоты на его входе. Требуемая скорость перевода из режима в режим обеспечивается соответствующим выбором параметров элементов схемы и соотнощений напряжения и частоты на входе. Схемная ячейка для управления вентилями преобразователя может выполняться так, как это показано на фиг. 3, и содержать диод 15, ограничительные сопротивления 16, 17, динистор 18 и один насыщающийся сердечник 10, включение которого отличается тем, что конец обмотки 14 соединен с концом обмотки 9 через ограничительное сопротивление 19, стабилитрон 24 и встречно-включенный диод 25.

Кроме того, схемная ячейка может быть выполнена так, как показано на фиг. 4, содержать диоды 15, 22, ограничительные сопротивления 16, 17, динистор 18, разрядное сопротивление 23 и два сердечника 10 и 12, и отличаться тем, что вторичная обмотка 13 сердечника 10 через ограничительное сопротивление 21 соединена с диагональю постоянного тока моста, выполненного на диодах 26-29, а в диагональ переменного тока моста включено ограничительное сопротивление 30, и, кроме того, указанная диагональ одной стороной подключена к аноду вентиля В, а другой - к диоду 15 и началу обмотки 20 сердечника 12.

Применительно к возбуждению мощны.х синхронных мащин предлагаемое устройство позволяет осуществлять:

1)Режим нормальной работы с регулированием возбуждения путем изменения в определенном диапазоне напряжения на выходе фазорасщепителя при неизмененной частоте или за счет одновременного изменения частоты и напряжения на выходе фазорасщепителя, а также последовательности чередования фаз. Параметры элементов схемы управления вентилями преобразователя выбираются такими, чтобы изменения питающего напряжения и частоты при регулировании возбуждения генератора в нормальном режиме практически не приводили к изменению угла отпирания вентилей. Это обеспечивает устойчивое регулирование без изменения режимов автоколебаний и малые пульсации тока в цепи нагрузки преобразователя.

2)Режим форсировки возбуждения. При этом повышаются величина напряжения и частота на выходе фазорасщепителя с условием сохранения номинального значения тока

в обмотке возбуждения возбудителя.

Это приводит к тому, что напряжение и частота на входе вентильного преобразователя возрастают пропорционально. Углы отпирания вентилей остаются неизменными и близкими к миннмалыному значению. В связи с увеличением напряжения на выходе вентильного преобразователя возрастает ток в обмотке возбуждения синхронной машины, чем достигается форсировка поля. Быстродействие высокое, поскольку воздействие на процесс происходит с временем задержки, соответствующим иолуперподу нанряжения подвозбудителя.

3) Режим гашения ноля. При этом новышается частота на входе преобразователя при сохранении нанряжения (в нормальном режиме) или снил ается напряжение при сохранении повышенного значения частоты (в режиме форсировки). При этом быстро увелишнзается угол рег лирования и преобразователь переходит в инверторный режпм. Переход к нормальному режиму возбудителя после гашения поля происходит автоматически после снижения частоты ннтающего нанрян ения.

К достоинствам предложенного устройства можно отнести:

1)Четкое отпирание вентилей преобразователя, питагощего обмотку возбуждения, имеюи ю большую нндуктивность как в выпрямительном, так и в ииверторном режиме работы нри относительно простой схеме управления.

2)Быстрое, практически бсзынерционпое регулированне нанряжения возбуждения в нормальном режиме и малые пульсации тока в об.мотке возбуждния, поскольку вентили преобразователя работают с малыми углами.

3)Быстрая, безынерционная форсировка возбуждения при мощности возбудителя, выбираемой по номинальному режиму возбуждения, за счет одновременного изменення нанряжения и частоты в обмотке возбуждег1ия возбудителя.

4)Быстрое гаше1П1е поля путем перевода вентильного нреобразователя в инверторный режим и переход к нормальному режнму возбуждения при переходе преобразователя в выпрямитель н ы и р еж и м.

Предмет изобретения

1. Устройство для регулирования возбуждения и гашения поля синхронных машин, содержащее нодвозбудитель, вентильный преобразователь, выполненный по мостовой схеме и включающий одинаковые управляюш 1е ячейкп по числу плеч преобразователя, фазорасщепнтель и автоматический регулятор возбуждения, отличающееся тем, что, с целью упрощения и повыщения надел ностп, вход каждой из указанных унравляющих ячеек подключен к снловой цепи вентпля в плече моста, а выход - к цени управления того же вентиля, иричем каждая ячейка содержит элемент, задающий фазовое положенне импульса управления в функцин величины и частоты напряжения силовой цени, определяемой автоматическим регулятором возбуждення, включенным в цепь фазорасщепнтеля, соединенного с обмоткой возбуждсння нодвозбудителя.

2. Устройство по п. 1, огличаюи(сеся тем, что указанный элемент, задаюнщй фазовое положение импульса управления, выполнен, например, в виде двух сердечников из магнитного материала с прямоугольной петлей гнстеризнса, первичные обмотки которых соединены последовательно между собой и включены в катодную цепь вентиля, анод которого соединен со средней точкой двух включенных последовательно между собой вторичных обмоток первого сердечника и через сонротивfv(Ш (Ш

, i.

.

v:H- л-П

I

.J

лення - с началом вторичной обмотки второго сердечника, конец которой подключен через встречно-включенный диод к концу первичной обмотки того же сердечника и через сопротивления - к своему началу, прнчем 1ачало одной из вторичных обмоток первого сердечника подключено через диод и соответственно сопротивление н носледователыю включенные сопротивление и динистор к катоду вентиля и к управляющему электроду этого же вентиля.

б; fe f%i

/i