Автоматический регулятор возбуждения Советский патент 1976 года по МПК H02P9/30 

1

Изобретение относится к области электротехники, а именно к устройствам управления электрическими синхронными машинами путем регулирования возбуждения.

Известен автоматический регулятор возбуждения синхронного генератора, в котором в качестве параметра регулирования угол сдвига между измеряемым и опорным напряжениями. К этому регулятору не требуется подвода цепей от углеизмеряемой машины 1. В качестве измеряемого напряжения в нем используют напряжение, которое формируют путем векторного суммирования напряжения, пропорционального напряжению генератора, и напряжения, пропорционального падению напряжения в компенсирующем резисторе. Величину сопротивления резистора выбирают равной величине синхронного сопротивления генератора.

Недостатком этого регулятора является ограниченность реализуемых законов, только по углу нарузки и напряжению статора.

Известен автоматический регулятор возбуждения синхронного двигателя, представляюш;ий собой быстродействуюш,ий регулятор на пряжения, уставка которого непрерывно корректируется при помощи медленно действующего астатического регулятора реактивного тока 2. Пока уровень напряжения в сети не превышает допустимого, регулятор обеспечивает выдачу заданного среднего реактивного тока. При повышении напряжения в сети уставка постепенно доходит до верхнего предела и регулятор реактивного тока перестает влиять на регулирование. Недостатком этого регулятора является также ограниченность реализуемых законов (по напряжению и реактивному току). Из известных автоматических регуляторов

возбуждения наиболее близким к изобретению по технической сущности является регулятор, содержащий трансформаторы напряжения и тока, модулятор напряжения, вход которого соединен с трансформатором напряжения,

прерыватель, коммутирующий вход которого соединен со входом модулятора, коммутирующий выход - с фиксатором величины модулируемого напряжения в момент включения прерывателя, и элемент включения прерывателя,

выход которого соединен с управляющим входом прерывателя 3.

Недостатком прототипа является весьма ограниченное количество законов регулирования. В нем реализуется регулироваине по напряжению и углу между фазами напряжения и тока. Условия применения синхронных машин, в частности двигателей, разнообразны и требуется в ряде случаев регулирование по реактивному току, активному току, углу нагрузки, полному току, по напряжению с зоной нечувствительности.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей регулятора без увеличения числа датчиков, а также устранение воздействий помех сети.

Поставленная цель достигается тем, что вход элемента включения прерывателя соединен с трансформатором напряжения, а трансформатор тока через переключающиеся соединения связан со входом элемента включения прерывателя, выходом модулятора напряжения и коммутирующим входом прерывателя.

При подсоединении элемента включения прерывателя к трансформатору тока, соединении модулятора и прерывателя, а также суммировании сигналов напряжения и тока на элементе включения прерывателя с большим весом сигнала тока получаем закон регулирования прототипа по напряжению и углу между фазами напряжения и тока статора. Изменение веса сигналов напряжения и тока статора в пропорции поперечного индуктивного сопротивления машины в относительных единицах дает регулирование по напряжению и углу нагрузки (углу поворота ротора). Увеличение веса сигнала напряжения дает регулирование только по напряжению. Подсоединение трансформатора тока между модулятором напряжения и прерывателем обеспечивает регулирование по реактивному и активному току.

Соединение модулятора напряжения и трансформатора напряжения выполнено через фильтр однополупериодного действия, а соединение этого модулятора с прерывателем - через нелинейный элемент.

Фильтр однополупериодного действия сглаживает высокочастотные помехи сети, не внося ни запаздывания, ни инерционности, так как измерение производится прерывателем раз в период. Наличие нелинейного элемента на выходе модулятора вводит зону нечувствительности по напряжению, тем самым исключая реакцию возбуждения на незначительные или нежелательные колебания напряжения сети. Кроме того, прерыватель может переключаться в схему диода. Одновременное подсоединение трансформатора тока между модулятором и прерывателем и переключение прерывателя в схему диода дает регулирование по полному току. В этом случае элемент включения прерывателя не используется, что упрощает стройство.

На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого регулятора.

Автоматический регулятор возбуждения упавляет электрической машиной 1. Регулятор одключен к трансформатору 2 тока статора трансформатору 3 напряжения статора. Собтвенно регулятор содержит разделительный рансформатор напряжения 4, соединенный с езистором 5, а тот, в свою очередь, - с онденсатором 6 и диодом 7, образующим ильтр высших гармонических однополупереходного действия. Кроме того, регулятор содержит стабилитрон установки 8, подключенный к выходу фильтра на элементах 6 и 7 и к нелинейному элементу - стабилитрону 9, модулятор пилообразного напряжения на резисторе 10 и конденсаторе 11, которые соединены со стабилитроном 8; прерыватель 12, подключенный к запоминающему конденсатору 13 и входу повторителя 14; элемент включения прерывателя 15, например блокинг-генератор, входы которого соединены с резисторами 16 и 17, а резистор 16 связан с трансформатором 4; согласующий трансформатор тока 18, клеммы 19-26, соединение между которыми может

осуществляться, например, перемычками.

Клеммы 19 и 20 являются выводами вторичной обмотки трансформатора тока 18; клемма 21 - вход элемента 15 через резистор 17; клемма 22 - общая точка питания схемы

регулятора («корпус); клемма 23 - выход модулятора на элементах 10, 11; клемма 24 - коммутируемый выход прерывателя, фиксирующего конденсатора 13 и входа повторителя 14; клемма 26 - базовый управляющий

вход прерывателя. Выход повторителя 14 является выходом регулятора и воздействует на возбудитель 27.

При замкнутых попарно клеммах 19 и 21, 22, 23 и 24 напряжение статора через трансформаторы 3 и 4 подается на RC-фильтр 5, 6. После фильтра сглаженная от помех синусоида срезается диодом 7. На диоде 7 остается отрицательная полуволна напряжения. Конденсатор 6 полностью перезаряжается

положительной полуволной до напряжения прямого падения на диоде 7. Отрицательная полуволна проходит стабилитрон уставки 8. Разница между амплитудой отрицательной полуволны на конденсаторе 6 и напряжением

пробоя стабилитрона 8 - вершина полуволны - заряжает конденсатор 11. Конденсатор 11 разряжается через резистор 10, образуя пилообразное напряжение с крутым фронтом заряда конденсатора 11 вершиной полусинусоиды и пологим фронтом разряда конденсатора через резистор 10. Если изменяется напряжение статора, то изменяется пропорционально амплитуда пилообразного напряжения и наклон его. При значительном увеличении напряжения статора открывается стабилитрон 9 и пилообразное напряжение на элементах 10, 11 перестает изменяться.

Таким образом, вводится зона нечувствительности: пилообразное напряжение изменяется пропорционально напряжению статора только ниже заданного резистором 5 уровня. Этот уровень может быть выбран, например, таким, чтобы регулятор реагировал на изменение напряжения статора только вниз от номинального, или только вниз от значения, соответствующего форсировке.

Прерыватель 12 кратковременно подсоединяет запоминающий конденсатор 13 к напряжению пилообразной формы («пиле) на элементах 10, 11. На выходе повторителя 14 получаем постоянное напряжение с минимальными (десятые доли процента) пульсациями.

Это напряжение пропорционально напряжению «пилы в момент импульсного открытия прерывателя 12. Когда сумма синусоидальных сигналов на резисторах 16 и 17 в основном пропорциональна току (резистор 17 дает значительно больший сигнал, чем резистор 16), элемент 15 генерирует импульс запуска, фаза которого соответствует фазе тока. Изменение фазы запуска прерывателя 12 изменяет напряжение запоминания на конденсаторе 13 из-за наклона «пилы. Следовательно, выход регулятора на повторителе 14 реагирует на изменение напряжения и фазы тока статора.

Если преобладает сигнал через резистор 16, то фаза включения прерывателя определяется только напряжением статора, неизменна по отношению к «пиле - имеет место регулирования по напряжению.

Если выбрать фазы трансформаторов 3 и 2 так, что вектора напряжения и тока перпендикулярны при коэффициенте мощности машины 1, равном единице, и номинальной ведичине тока статора, а также резисторы 16 и 17 взять в соотношении, чтобы сигнал напряжения относился к сигналу тока обратно пропорционально поперечному реактивному сопротивлению машины, то фаза включения элементом 15 прерывателя 12 будет пропорциональна углу нагрузки машины - углу поворота оси ротора относительно поля статора. Получаем регулирование по напряжению и углу нагрузки.

При попарном замыкании клемм 19 и 23, 20 и 24 к напряжению «пилы добавляется синусоида тока, а фаза включения элемента 15 совпадает с фазой напряжения статора. На конденсаторе 13 теперь запоминается сумма сигналов. Один пропорционален напряжению, второй равен мгновенному значению синусоиды тока в момент перехода напряжения через нуль на резистор 16, т. е. произведению амплитуды тока на фазу его по отношению к напряжению запуска элемента 15. Выбирая соответствующие фазы включения трансформаторов 2 и 3, можно получить пропорциональность чисто реактивному току, чисто активному или их сумме. Закон реактивного тока получается, когда прерыватель включается в момент перехода синусоиды тока через нуль при

коэффициенте мощности машины, равном единице, а закон активного тока, - когда при том же режиме машины на конденсаторе 13 фиксируется амплитуда сигнала синусоиды

тока, вырабатываемой трансформатором 18.

Если изъять из схемы элемент 15 и замкнуть клеммы 25 и 26, то прерыватель 1 станет диодом и совместно с конденсатором 13 образует «пиковый фильтр, выход которого пропорционален сумме «пилы и амплитуды тока трансформатора 18.

Формула изобретения

1. Автоматический регулятор возбуждения синхронных машин, содержащий трансформаторы напряжения и тока, модулятор напряжения, вход которого соединен с трансформатором напряжения, прерыватель, коммутирующий вход которого соединен с выходом модулятора, коммутирующий выход - с фиксатором величины модулируемого напряжения в момент включения прерывателя и элемент включения прерывателя, выход которого соединен с управляющим входом прерывателя, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей регулятора, вход элемента включения прерывателя соединен с трансформатором напряжения, а

трансформатор тока через переключающиеся соединения связан со входом элемента включения прерывателя, выходом модулятора напряжения и коммутирующим входом прерывателя.

2. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью устранения воздействий помех питающей сети, соединение трансформатора напряжения и модулятора выполнено через фильтр однополупериодного действия, а

соединение модулятора с прерывателем - через нелинейный элемент.

3. Регулятор по п. 1, отличающийся тем, что, с целью упрощения устройства, прерыватель снабжен переключающимся в схему

диода соединением.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Авт. св. № 319035, кл. Н 02р 9/14, 1967.

2.Авт. св. № 162879, кл. Н 02р 9/14, 1963. 3. Авт. св. № 235155, кл. Н 01 р 9/34, 1966

(прототип).