Устройство для гашения поля электрической машины Советский патент 1979 года по МПК H02P9/12 

1

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к электрооборудованию судов, и может быть использовано для защиты мощных электрических машин при внутренних коротких замыканиях, а также для защиты распределительных устройств, сетей и потребителей .электроэнергии от действия токов внешнего короткого замыкания электрических генераторов.

Известны устройства для гашения поля, при срабатывании которых ток обмотки возбуждения проходит через активное сопротивление или в виде электрической дуги через деиоппую решетку 1.

Устройство с деиоипой решеткой эффективно, так как в течение всего процесса гашения поля к обмотке возбуждения навстречу току возбуждения приложено практически постояппое напряжение, равное падению напряжения на дуге. Причем это напряжение может быть равным предельно допустимому по условию сохранения прочности электрической изоляции обмотки возбуждения. Такое устройство содержит первый коммутирующий элемент, включенный последовательпо с обмоткой возбуждения машины и источником тока возбуждения, нелинейный элемент (деионная решетка с электрической дугой), падение напряжения на котором не

зависит от протекающего через него тока и который ч&рез второй коммутирующий элемент подключен параллельно первому коммутирующему элементу или обмотке возбуждения.

Недостатком известного устройства является сравнительно низкое быстродействие его, обусловленное тем, что коммутирующие элементы выполнены контактными с электромеханическим приводом.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для гашения поля электрической машины, содержащее первый коммутирующий элемент, управляющий электрод которого соединен с выходом блока управления, нелинейный элемент п емкостной элемент, состоящий из конденсатора, шунтированного диодом и блоком заряда 2.

Целью изобретения является расширение области применения и повышения надежности.

Для этого в устройстве для гашения поля электрической машины, содержащем первый коммутирующий элемент, управляющий электрод которого соединен с выходом блока управления, нелинейный элемент и емкостной элемент, состоящий из конденсатора, шунтированного диодом и блоком заряда, дополнительно введен второй коммутирующий элемент, емкостной элемент содержит дополнительный конденсатор, .соединенный последовательно с упомянутым конденсатором, нелинейный и емкостной элементы соединены параллельно между собой и последовательно с вторым коммутирующим элементом, управляющий электрод которого подключен ко второму выходу блока управления, а первый коммутирующий элемент шунтирует цепь нелинейный, емкостной элементы и второй коммутирующий элемент и предназначен для подключения последовательно с обмоткой возбуждения, причем в качестве коммутирующих элементов использованы управляемые вентили (тиристоры).

На фиг. 1 приведена схема одного из вариантов устройства гашения поля, фиг. 2- схема бесконтактного нелинейного элемента, фиг. 3 - схема емкостного элемента.

Первый тиристор 1 включен последовательно между обмоткой возбуждения 2 и источником 3 тока возбуждения. Бесконтактный нелинейный элемент 4 через второй тиристор 5 включен параллельно первому тиристору 1 (фиг. 1). Параллельпо пелинейному элементу 4 подключен предварительно заряженный емкостной элемент 6 с указанной (фиг. 1) полярностью напряжения. Ко входу блока 7 управления коммутирующими элементами подключен выход датчика 8, реагирующего на короткое замыкание цепи якоря электрической машины, а его выходы подключены к катодам и управляющим электродам первого и второго тиристоров (1,5).

Если источник тока возбуждения выполнен в виде системы прямого компаундирования, работающей в режлме источника тока, то с целью защиты этого источника от перенапряжения, его выход шунтирован третьим тиристором 9, управляющий электрод которого соединен с управляющим электродом тиристора 5. Падение напряжения на нелинейном элементе не зависит от величины тока, протекающего через него. Величина этого напряжения достигает (0,6-0,7) t/исп, где Uacn - испытательное напряжение обмотки возбуждения электрической мащины. В качестве нелинейного элемента 4 может быть использован, например, кремниевый ограничитель напряжения или последовательное соединение таких элементов. Если мощность, рассеиваемая в нелинейном элементе в процессе гащения поля, превосходит допустимую для кремниевых ограничителей напряжения величину, то в качестве нелинейного элемента можно применить (фиг. 2) последовательное соединение источника 10 постоянного тока с постоянным по величине напряжением и вентиля 11, причем этот вентиль включен в непроводящем по отношению к полярности напряжения источника 10 направлении. В качестве источника 10 целесообразно применить предварительно заряженную батарею конденсаторов, например, электролитических. При этом снижаются мощность источника, который в таком случае предварительно заряжает эту батарею, и динамическое сопротивление нелинейного элемента.

В качестве емкостного элемента 6 может быть использован конденсатор или (фиг. 3) последовательное соединение двух конденсаторов 12 и 13. Конденсатор 13 предварительно заряжен от маломощного источника с большим внутренним сопротивлением с указанной (фиг. 3) полярностью и шунтирован вентилем 14. В процессе гашения поля напряжение на конденсаторе 13 падает до нуля и ток возбуждения проходит через вентиль 14. При этом источник, заряжающий конденсатор 13, защищен от высокого напряжения, которое появляется на нелинейном элементе 4 и конденсаторе 12.

Предлагаемое устройства гашения поля может быть применено как для синхронных машин, так и для машин постоянного тока с шунтовым или независимым возбуждением, как для двигателей, так и для генераторов.

Для возбуждения электрической машины от блока управления 7 подается импульс на управляющий электрод тиристора 1. Тиристор 1 включается и присоединяет обмотку возбуждения 2 к источнику 3 тока возбуждения. При этом тиристор 9 находится в выключенном состоянии. По обмотке возбуждения 2 начинает проходить ток возбуждения, электрическая мащина возбуждается.

От маломощных источников заряжаются емкостной элемент 6 и батарея конденсаторов 10, причем напряжение на последней достигает допустимой величины (0,6- -0,7) t/исп. Эти источники могут быть независимым, они могут получать питание от цепи якоря электрической машины.

Вептили 11 и 14 не проводят ток, так как включены встречно по отношению к напряжениям на конденсаторах 10 и 13. Между анодом и катодом тиристора 5 приложено в прямом направлении напряжение, равное напряжению емкостного элемента 6. Когда на управляющий электрод тиристора 5 подается отпирающий импульс от блока управления 7, этот тиристор переходит во включенное состояние. Одновременно с ним переходит во включенное состояние тиристор 9 и закорачивает выход системы прямого компаундирования, предотвращая возникновение в ней перенапряжений. тиристор 1 протекает ток в непроводящем для него направлении и переводит его в выключенное состояние.

Когда тиристор 1 переходит в выключенрюе состояние, ток возбуждения начинает протекать, сначала разряжая емкостной элемент, а потом перезаряжая его в обратном паправлении. При этом происходит заряд конденсатора 12 через вентиль 14. Ток возбуждения поддерживается за счет индуктивности обмотки возбуждения и индуктивной связи ее с другими обмотками машины. При малой емкости конденсатора 12 (единицы или десятки микрофарад) напряжение на нем быстро возрастает и за время порядка долей микросекунд достигает напряжения, при котором начинает пропускать ток нелинейный элемент 4 (напряжение на конденсаторе 12 достигает величины напряжения батареи конденсаторов 10, вентиль 11 переходит в проводящее состояние). Дальнейший рост напряжения на конденсаторе 12 ограничен напряжением нелинейного элемента 4. Так как это напряжение направлено встречно току возбуждения и имеет величину предельно допустимую по условию прочности электроизоляции обмотки возбуждения, то ток возбуждения резко уменьшается, достигая нулевого значения за несколько микросекунд. При этом тиристор 5 переходит в выключенное состояние, процесс гашения поля закончен.

Конденсатор 12 с течением времени разрядится через обратное сопротивление вентиля 14 и нелинейный элемент 4. При необходимости для ускорения процесса разряда конденсатора 12, он может быть шунтирован достаточно большим (сотни килоом - несколько мегом) сопротивлением.

Устройство гашения поля возвращается к исходному состоянию и может быть повторно использовано для возбуждения электрической машины путем подачи импульса на управляющий электрод тиристора 1 и последующего гашения поля путем подачи импульса на управляющий электрод тиристора 5.

Использование устройства позволяет значительно снизить расходы на изготовление

судовых электростанций, на производство ремонтных работ, повысить надежность и экономичность работы электростанций.

Формула изобретения

Устройство для гашения поля электрической машины, содержащее первый коммутирующий элемент, управляющий электрод которого соединен с выходом блока управления, нелинейный элемент и емкостной элемент, состоящий из конденсатора, шунтированного диодом и блоком заряда, отличающееся тем, что, с целью расширения области применения и повышения надежности, в него дополнительно введен второй коммутирующий элемент, емкостной элемент содержит дополнительный конденсатор, соединенный последовательно с упомянутым конденсатором, нелинейный и емкостной элементы соединены параллельно между собой и последовательно с вторым коммутирующим элементом, управляющий электрод которого подключен ко второму выходу блока управления, а первый коммутирующий элемент шунтирует цепь нелинейный, емкостной элементы и второй коммутирующий элемент и предназначен для подключения последовательно с обмоткой возбуждения, причем в качестве коммутирующих элементов использованы управляемые вентили.

Источники информации, принятые во внилание при экспертизе

1.П. А. Мещанинов, «Автоматизация судовых электроэнергетических систем, изд. «Судостроение, 1970, рис. 28.

2.Авторское свидетельство СССР № 394906, кл.Н 02 Р 9/12, 1973.

1

4...-J

Уиг.З