Устройство для компенсации падения напряжения у генераторов агрегата Ильгнера Советский патент 1933 года по МПК H02K7/20 

Принцип работы агрегата Ильгнера, применяемого для смягчения ударов в сзти от двигателей, служащих для непосредственного привода механизмов, состоит в употреблении промежуточного маховичного мотор-гекератора. При увеличении силы тока (или тормозящего м6мента) в приводном двигателе агрегат начинает уменьшать скорость, вследствие чего вступают э действие маховые массы маховика и электрических машин, сидящих на валу агрегата. Псслздние (маховые массы) создают дополнительный вращающий момент агрегата. Это непремеяное условна-снижать скорость-приводит к отрицательным последствиям для приводного двигателя. В самом деле, если у генераторов остается неизменным возбуждение при падении их скоростл, напряжение иж падает, а отсюда неизбежное следствие-гпадение скоэости первичного

С Е

двигателя , что в свою очередь приводит к уменьшению производительности данного устройства.

Пусть, например, имеется прокатный реверсивный стан, катающий в течение 20 проходов слиток. В течение 10-20 прохо253

дов неизбежно имеет место, вследствие загрузки маховика, падение скорости и напряжения генераторов, следствием чзго будет пониженная скорость двигателя у прокатного стана.

Предлагаемое изобретение имеет основной задачей кс мпенсацию последствий падения скорости генераторов путем введения дополнительного потока возбуждения в их магнитную систему. Задача устройства-ввести допоЛ ительный поток так, чтобы напряжение было постоянной величиной или зависело исключительно от изменения потока возбуждения гекераторов при помощи главного рь1чага управления.

Обозначим ЕО-напряжение главных гекераторов при по.ном их возбуждении и пол ЮМ числе оборотов агрегата Ильгнера; EI-то же напряжение при наинизшем числе оборотов агрега.та Ильгнера, /of-ток возбуждения генераторов arperaiTa Ильгнера при действии лишь основного возбудите.1я, т.-е. такой ток возбуждения, который при наивысшем числе оборотов агрегата ,дает поток Фо1 опрзделяюп|ий напряже|1ке (или э.д.с.) о. При пониженном числе оборотов току 1(1 соответствует напряжение EI. Слрдует заметить, что напряжениз EI будет несколько нижз величи71

ны i o-вследствие

размагничиваю ощего действия реакции якоря.

Определим, какую составляющую потока возбуждения надо дополнительно ввести, чтобы получить E Eo const. Пренебрежём прздварительно влиянием реакции якоря генератора

I 1

Af Eo-Fi-fo (

г/ тг 1

jt-f 1 - JCf о /

По

где AJE-падение напряжения от уменьшения скорости генератора. Очевидно, что

Ео-СпоФо; 1 Сп1Фо;Д СФо(по-щ), следовательно поток Фь при котором

Е JEfl const, должен быть большз Фо в отношении

- (так как Сп Ф,, следовательно, «1

ni

1

Если учесть реакцию якоря генераторов, то, очевидно, можно притти к заключению, что Аф должно быть несколько больше, а именно:

Задача предлагаемого устройства- ввести дополнительный поток ДФ или ДФ.

Современная схема Леонарда - Ильгнера весьма часто трактуется как квадратичная система Леонарда. Под этим понимается следующее. Генераторы агрегата Ильгнера питаются током возбуждения не прямо от сети, а от специального мотор-генераторного устройства. Последнее обычно состоит из 1) асинхронного двигателя мощностью 100-200 кет, 2) двух генераторов возбуждения (в дальнейшем именуемых возбудителями), из которых один служит для возбуждения генераторов Ильгнера, а второй-для возбуждения двигателя у прокатного стана (иди шахтного подъемника), 3) генератора, дающего напряжение шинам возбу ждения возбудителей; этот генератор в дальнейшем именуется вторичным возбудителем. Меняя сопротивление в депи возбудителей, тем самым мы меняем поток генератора Ильгнера или приводного двигателя со всеми вытекающими из этого последствиями.

На чертеже фигЛ изображает схему предлагаемого устройства; фиг. 2-видоизменение этой схемы.

Основным в схеме являются: главный асиихронный двигатель 7 агрегата Ильгнера (мощностью обычно 1500-4000 кет); один или, как обычно , несколько генераторов 2; примененная согласно изобретению машина-тахометр 5. Последняя представляет собой машину постоянного тока, имеющую или просто независимое возбуждение, или независимое плюс сериесное возбуждение. Это возбуждение имеет назначением компенсировать реакцию якоря и потому должно давать в случаях наибольшей нагрузки машины J составляющую в 5-15°/о общего потока.

Магнитная система машины 5 должна быть ненасыщенной во всех случаях, причем для сохранения пропорциональности, между ее основным независимым током возбуждения и напряжением желательно создание полной компенсации двух противоположных факторов: сериесного возбуждения и реакции якоря. Напряжение машины тахометра при наивысшей ее скорости равно напряжению машины вторичного возбуждения.

На оси возбудительного агрегата, приводимого во вращение двигателем Р, устанавливается дополнительно машина б. Эта имеет две обмотки возбуждения W: 1) шунтовую, 2) независимую. Обе значим индексами:

а все факторы и величины, связанные непосредственно с ге:{еэаторами Ильгнера;

б-то же с возбудителем генераторов 2-2;

в-то же с возбудителем 7 приводного двигателя 4,

г-то же с вторичным возбудителем 8;

d-то же с машиной-тахометром ,5;

е-то же с дополнительной машиной возбудительного агрегата;

ж--то же с приводным двигателем у.

Ранее было выведено, что

Дф« Ф1«-ф/ Ло1(), ni,

Заметим, что По ni ni.

машины- вводить дополнительную составляющую напряжения при падении скорости агрегата Ильгнера

.±.,«

а:

|0ОД а понимается сопротивление обмот1си полюсов генераторов со включением

сопротивления проводников,

и т. д.).

; а - Л/Л) а .

Zo - Ь Фо

(Ф1° - Фо) (Ф1°-Фо);

ф„° :ф„«|Ло ; J;

. C,(k,)o,,.,(.).

Чтобы получить эту дополнительную составляющую напряжения, необходимо ввести в магнитную систему машины 6 поток Фе; этот поток в машина 6 будгт индуктирован уравнительным током мажду машинами и 3.

Известно, что при скорости По°

.

Ф

но при скорости П)

е, .й;

о

HL V

Де е„ 1 Ток, проходящий по цзпи 5 н 8, равен

А 5

Де ..

в)

под Ге понимается сопротивление обмотки независимого возбуждения машины 6; ig СФ Се (машина 6 при всех условиях ненасыщена), ко

e.(

.)cv.K-i),

n,

)

г, С/о«г„

ni

Однако, при учзтз насыщения системы полюсов генераторов придется ввести большую составляющую Де Так как предварительный расчет этого фактора затруднителен, то вводим компенсацию этой совпадающей посредством дополнительного потока машины 6. Этот поток получается благодаря шунтовому возбуждению указанной машины. Шунт настраивается так, что при наинизшей скорости генераторов . Поток этой составляющей пропорционален Д.

Де

где г е-сопротивление шунтовой обмотки машины б; так как ток возбуждещ1я машины

, а « +«+«У ia-- ---- -напряжение машины 6; - напряжение машины 5, получающееся в результате действия потока, сснованного на потенциометрич;ском (уравлительлом) действии э. д. с. машины 4 и р. - напряжение, возникшее благодаря шунтовой обмотке машины. В развернутом виде

. е -ЬС1«Ф,по +С/Ф.%. , -.

l-a

Если бы компенсация насыщения генератора посредством шунтовой обмотки оказалась нежелательной, то возможно тех же результатов добиться снятием сериесной обмотки машины или дажз; включением этой обмотки так, чтобы она размагничивала машину 5 и, следовательно, усиливала разность г - л Таким образом, компенсацию падения напряжения генераторов агрегата мсжно производить поср iflCTBOM потенциометрического соединения машины-тахометра, сидящей на валу этого агрегата, с какимнибудь источником постоянного напряжения. В данном случае, простейшим источником постоянного напряжения является вторичный возбудитель.

Что касается введения дополнительных обмоток на дополнительный возбудитель генераторов и на машину-тахометр, то это рзшается в каждом конкретнрм случае или 1) введением дополнительного серлесного возбуждения, ориентированного согласно или против независимого возбуждения машины-тахометра, или

2)введением шунтовогв возбуждения дополнительной машины возбудителя генераторов Ильгнера.

Соврзмзнное управление реверсивными электродвигателями связано в первуй очерздь с их быстрым возбуждением.

В самом дэлз, время работы двигателя в одном направлении колеблется от 2-3 до 10 секунд. Кривая роста напряжения на зажимах двигателя относительно медленна. Это явлзние вполне объясняется тем, что напряжение растат по закону t/- t

r 1 +

(при С О, когда / :: 0).

Электромагнитная инзрция цепи, связанной с регулировкой скорости, есть функция 1) коэфициента самоиндукции и сопротивления магнитной системы первичного возбудителя генератора, 2) коэфициента самоиндукции и сопротивл ния магнитной системы генератора.

Видоизмененная cxiMa по фиг. 2-для компенсации падения напряжения генераторов при падении скорости агрегата Ильгнера заключает в себе возбудительный агрегат, состоящий из 1) возбудителя 5 первичного возбуждения генератора (индекс 6), 2) возбудителя 8 первичного возбуждения двигателя (индекс г),

3)машины вторичного возбуждения /5 (индекс д), 4) машины - тахометра 4 (индекс е).

Возбудитель 5включен последовательно с главным возбудителем б и им;ет две обмотки возбуждения: шунтовую обмотку возбуждения /2 и обмотку возбуждения Е, питаемую регулиру iMbiM током от шин возбуждения возбудителя 73.

Машина 4 имеет две обмотки возбуждения и два рода возбуждения:

1) питаемое от шин возбудителя /5- постоянное независимое возбуждение. ОбмоТка эта построена с нарочито большим коэфициентом самоиндукции (с большим числом тонких витков). Принципиально возможно приключить сюда некоторое сопротивление для увеличения продолжительности роста тока в этой обмотке в момент включения. В течение работы ток этой обмотки постоянен;

2) обмотку независимого возбуждения, ток в которой есть (функция скорости главного двигате.1я (или пропорциональной этой скорости какой-нибудь другой величины, например, напряжения главных генераторов).

Процесс работы установки при этой схеме происходит следующим образой.

Нормальная работа. Напряженке на зажимах генераторов 3, 3 (индекс а) есть функция их скорости и потока. Механи1м изменения потока связан уравнениями, приведенными ранее.

Физическая основа такова; возбудитель 5 имеет суммарный поток, складывающийся из двух указанных вышз составляющих.

Действие составляющей, зависящей от скорости генераторов, следующее: в момент окончания пускового периода имеет место поток машины-тахометра, создаваемый, во-первых, обмоткой независимого возбуждения, питаемой от шин вторичного возбуждения (ток все время постоянный, создающий поток, равный 70% общего потока этой машины 4), вовторых,-обмоткой независимого возбужде| ия, питаемой током, величина которого остается постоянной и дающей 30% общег потока машины 4.

PeoctiaT управления имеет контакты сопротивления в цепи возбуждения этой обмотки. Механизм действия таков: при перестановке главного рычага управления увеличивается ток возбуждения возбудителя 5 (принцип Леонарда), что в результате дает увеличение напряжения генераторов. Последнее приведет -к увеличению тока возбуждения в машине-тахометре.

Численные соотношения таковы:

а-напряжение на зажимах генератора;

-- - ток возбуждения машиаы-тахометра;

, е

е-сопротивление обмотки возбуждения и всех дополнительных реостатов этой цепи. Очевидно, цля

г - const.

в период нормальной работы двигателя у стака необходимо г увеличивать пропорциолальйо росту Ее, что и достигается путем установки соответствующих ступеней сопротивления на общем реостате управления. При этих условиях суммарный поток машины-тахометра постоянен, и уравнительный ток системы 4-/5 есть функция только скорости генераторов. Конструктивное осуществление - этого принципа весьма просто. Для компенса-(ии разности времени в Еа изменении--, вследствие большей инерции цепи возбудитель 5-генераторы 3, можно располагать контакты соответствующих сопротивлений Ге с некоторым запаздыванием в пространстве по окружности реостата управления. Таким образом, получятся, что (1 возрастет одновремелно с ростом Ге. Впрочем, это услойие можно жестко не фиксировать. Таким образом, управле ше по предложенной схеме дает определе шую завксимость между скоростью генераторов и их потоком,- зависимость следует закону, приведенному выше в части рассуждений относитзльло первой схемы. Надо добавить, что для получе 1ия прямолинейного характера этой зависимости необходимо или сделать полюса машины 5 большегс) сечения, чем это дает нормальный расчет машин, или вве,стй дополнительную шунтовую обмотку в машине 5. Проще, конечно, первое. д Г 1 fit б(,), -Г- бТ б таким образом е в момзнт пуска будет бб так как г из условия составляющей потока) максимум 30-40% ст rg,o eg бубыстро;дет расти очень быстро; затем ток будет падать, вследствие роста е, во-первых, из-за большой инерции (специально увзличенной) цепи г и, во-вторых, из-за медленного роста второй составляющей потока Ф (последнее объЧто касаегся ;;асыщёния генераторов 3-3, то здесь лучший путь - это увеличение сечения их полюсов и магнитной системы. Далее рассматривается процесс быстрого возбуждения. Благодаря специально повышенной инерции цепи возбуждения машины-тахометра рост напряжения на зажимах ее будет замедлен. Это относится к независимому постоянному возбуждению. Что касается независимого пгрем:нного возбуждения, то ток в цепи его будет расти от О до номинальной величины 4 -- и в дальнейшед оставаться ПОСТОЯННЫМ. Если просуммировать эти два потока, то будет иметь место рост напряжения по следующему закону: «./(Ф«. ф... Но так как напряжение машины 5 растет пропор : ионально потоку ее, то ( б) поток Ф есть функция постоянных цепи независимого возбуждения (цзпи, гд 3 ток регулируется рзостатом). Фд есть дополнительный поток, равный ф. С О6J где Tg - сопротивление цепи возбуждения машины У, но е (Ф1 + Фз ) «е Cg . / б4-С а-(Ф1 + Фа).С .„ / Р . йбI ясняется инерцией цепи возбуждения гзнзраторов и их первичного возбуждения), то рост. напряж;ния на зажимах первичного возбудителя интенсивен. Таким образом, посредством введения дополнительного возбуждения первичного возбудителя гензраторов достигается, вопервых, компенсация падения скорости агрегата Ильгнера в отношении напряжения генератора и, во-вторых, быстрое возбуягдение ихИ то и другое осуществляется дополнительную машину-тахометр, сидящую на валу агрегата Ильгнера и имеющую двойное возбуждение. Первая , цепь возбуждения питается непосредственно от гензратора. вторичного возбуждения, вторая-от напряжения основных генераторов Ильгнера. При этом первая цепь имеет искусственно повышешенную электромагнитнз го инерцию (осуществляется посредством обмотки возбуждения с малым сечением и большим числом BtfTKOB), а вторая имеет тоже значительную инерцию, благодаря прэдвключенному сопротивлению, так как напряжение генератора 600-700 вольт. Кромг того, рост напряжения во второй обмотке обусловлен инерцией магнитной цзпи генераторов и возбудителя.

Для регулирования токов возбуждения возбудителя о и возбудителя 7 двигателя 4, а такжз для включения обмоток возбужден: главных генераторов на повышенное напряжзниз применен аппарат управления /Л Последний содержит:

1)контакты //-72 сопротивления цепи возбуждения машины б ( соединены с врзбужде-.ием машины 6),

2)контакты J3 сопрот:теления в цепи возбуждения машины 7,

3)контакты 14-15, служащие для перем ны направления тока в машине 5.

Для получелия напряжзния машиьы 5 независимо от напряжения 20-21 цримзке I аппарат /б, работающий по при..ципу пр2 боров Депре. Аппарат состоит -ИЗ подв/тжной катушки с постоя;пш1М магнитом. На оси этой катушки сидит стг-ржеаь 77 с двумя щетками. Щетки при движении замыкают пластины 18-19. К пластине 18 подведены концы обмотки возбуждения машины 5. Пластины 19 соединены с шинами возбуждения возбудителя. При изменении напряжения20-27 кагушка повертывается и щетки скользят по контактным секторам 18-79,колтакты которых связаны с различными сопротивлениями. Следовательно, при движении щеток измеляется ток в соответствующей цепи (v) машины 3.

В течение нормальной работы генераторов сопротивлзт.ие в ц :пиУ падает прямо пропорциолально углу поворота щзток.

Следовательно,

ху

o-t 1П -

18-19

«зска двигателя 4, когда

быстрее возбуждение генеконтактяые секторы 77-18

включают - злачитбльное Сопротивлзние в цепь возбужделия v и тогда

ХУ

г. 18-19

вследствие чего идет сильный уравнительный ток в обмотке W. При достижении E20-2I порядка 20-30 /о от нормального зкач::йке ris-i9 делается постоянным.

Прибор Тб может быть заменен дополнением к аппарату 10 двух кол гц с парой щзток. Тогда соответственное изменение возбужделия V будет регулироваться вручную. В видоизмененной схеме приме:: ен аппарат управления С, снабже ;ный контактами 16, 16 (фиг. 2) сопротивлений, включаемыми в цепь возбуждения машины 6, причем контакты имеют области АВ быстрого возбуждения и АС регулирования нсрмальнсго возбужде, .ия. По контактам 16 скользят щетки 20-21, связанные с цепью возбужделия машины 6,

Контакты 16 в части АС связаны с

шинами

Контакты 77 и щетка 26 регулируют тек возбуждения. Машина 8, контакты 18-18 и щетки 22-23 связаны с-Дсполнктельным возбуждением (возбудителем 5), контакты 19-79 и щетки 24-25 - с тем же возбудителем.

Для достижения быстрого роста капряже:1ия на зажимах генераторов 5 произ, водятся следующие сперации: возбужден:.:е основного возбудителя б включено на щетки 20-27. Щетки 20-21 скользят по контактам 16-17. На контакт 16 в областх АВ включены отрицательньШ полюс машины 9 и через щетку 2# положительный полюс машины отрицательный полюс машины 13 соедикен с плюсом шин. Благодаря этому обмотка возбуждения машины 6 находится под двойным напряжением. Следствие этого- быстрый реет напряжения на щетках машины б. Одновременно с этим независимее возбуждение машины 5 включается так: на щетку 22 через область быстрого возбуждения контактов 75 ток идет в минус шин, затем из плюса шин че:ез сектор быстрого возбуждения контактов 18 в щетку 23, а оттуда в обмотку независимого возбуждения машины 5. Следователь, о, Hi3aBiiCHMoe возбуждение машины 5 оказывается под током. Бда

годаря atOMy появляется напряжение на щетках машины 3, складывающееся с напряжением машины б. Результатом будет повыше шее напряжение в воабуждении генераторов 3-3, а отсюда и быстрый рост напряжения на их щетках.

При переходе на режим нормальной работы, т. е. в область контактов АС, имеет место такой путь тока возбуждения, машины 6: щетка 2/, сектор АС контактов 76, минус шин, плюс шин, сектор АС контактов J6, щетка 20 возбуждения машины 6.

Независимое возбужде:ше машины 5 получает такую схему: возбуждение ма. шины 5, щетка 23, сектор АС контактов /5, минус шин, плюс шин, сектор Л С контактов J9, щетка 24, плюс машины 13, минус машины 75, сектор АС контактов 75, щетка 22, возбуждение машины 3. Следовательно, уравнительный ток будет обусловлен разностью потенциалов щетки 2 и щетки 22.

Предмет изобретения.

1. Устройство для компенсации падения напряжения у генераторов агрегата Ильгнера, отличающееся применением насаженной на вал главных генераторов 2-2 агрегата Ильгнера машины-тахометра 5, снабженной двумя обмотками возбуждения, питаемыми одна непосредствелно от шин ге.;ератора вторичного возбуждения 8, другая-от зажимов главных генераторов 2-2, каковая машина включена последовательно с одною из обмоток W возбудителя б главных генераторов, соединенной с шинами г.енератора вторичного возбуждения 8 с той целью, чтобы в период уменьшения скорости вращения агрегата Ильгнера создавать дополнительный магнитный поток в возбудитзле 6 главных генераторов (фиг. 1).

2.Видоизменение охарактеризованного в п. 1 устройства, отличающееся применением дополнительного возбуд7лтеля 5, включение го последовательно с главным возбудителем 6 и с,-:абженного одной шунтовой обмоткй возбуждения 72 и друге и сбмоткой возбуждения , питаемой регулируемым током от шин возбуждения возбудителя /J, причем последовательно с последней обмоткой возбуждения включена машина-тахометр 75, имеющая, креме обмотки независимого возбуждения, сбмотку последе вательного возбуждения (фиг. 2).

3.Приме лениз при охарактерлзованном в п. 1 устройстве работающего по принципу приборов Депре аппарата 7(5, состоящего из неподвижного первичного магнита и подвижной катушки, механически связанной со стержнем 77, каковой стержень снабжен двумя щетками, скользящими по контактным секторам /5-J9 и предназначенными вводить в iienb возбуждения машины-тахометра 5 то или иное сопротивление в зависимости от напряжения главных ге.-:ераторов (фиг. 2).

4.Применение при охарактеризованном в п. 1 устройстве аппарата управления JO, предназначенного регулировать токи возбуждения возбудителя б и в:збудителей 7 двигателя 4, а такж; включать обмотки возбуждения главных генераторов на повышеивсе напряжение, с целью быстрого возбуждения последних при разгоне двигатзля.

5.Применение при охарактеризованном в п. 2 устройстве аппарата управления С, предназ.гачзнного регулировать ток возбуждения возбудителя, включать обмотку возбуждения главного возбудителя б генераторов на повышелисе напряжение с целью быстрого возбуждения главных генераторов, а также менять направлгни; вращения двигателя.

Фиг. 1