Устройство для возбуждения синхронной машины Советский патент 1979 года по МПК H02P9/14 

1

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано ДЛЯ возбуждения бесщеточных синхронных двигателей и генераторов, и.меющих возбудитель переменного тока с выпрямителем, выполненным по нулевой схеме.. ,

Известны устройства, содержащие синхронную электрическую .машину, возбудитель неременного.тока и вращающийся полупроводниковый выпрямитель, установленный на валу синхронной машины между якорем возбудителя 11/)бмоткой возбуждения сн.чхрошюй машины. Для зани1ты от перенапряжений, возникающих на обмотке возбуждения при пуске ИЛИ других асинхронных режимах, а также для создания необходимого врашаюн1его момента в них примсмены управляемые вентили, включаемые встречно-параллельно вентилям выпрямителя ИЛИ обмотке возбуждения и закорачивающие последнюю при возникновении перенапряжении (1.

Недостатком .известного устройства яв.|яется то, что при подаче тока возбуждения в процессе синхронизации при открытом шунтирующем тиристоре, через него и

2разрядное сопротивление может замыкаться выпрямленный ток возбудителя, что препятствует его закрытию и увеличивает время ввода мащины в работу.

Наиболее близкил) техническим решением К изобретению является устройство ДЛЯ возбуждения синхронной , содержащее возбудитель с m-фазной якорной обмоткой переменного тока, выпрямитель, выполненный по т-фазной нулевой схеме и соединенный с якорной обмоткой возбудителя, тиристор, включенный встречно-параллельно одному из вентилей выпрямителя, н разрядный резистор 2.

Недостатком известного устройства является то, что при синхронизации явнополюсного двигателя с небольшим моментом на валу не происходит устойчивого закрытия тиристора с помощью ЭДС якоря возбудителя. Это происходит из-за того, что независимо от полярности полюса ротора по отношению, к полю возбуждения ЭДС,на0 в роторе двигателя, приводит к включению тиристора и затуханию возникшего тока со скоростью, определяемой постоянными контуров ротора двигателя и возбудителя. Включение возбуждения возбудителя в этот момент привбдйт к ToivLy, Что выпрямленный ток возбудителя начинает протекать через тиристор и возбудитель подает в режим короткого замыкания. Машина .остается невозбужденно до тех пор, пока составляющая тока тиристора, определяемая энергией, запасенной в роторе, не снизится до величины тока удержания, и ток обмотки возбуждения не примет положительного значения. После этого тиристор закроется и начнется процесс нор:мального возбуждения. Процесс затухания переменной составляющей тока ротора двигателя может длиться от единиц до нескольких десятков секунд. Все это время машина остается без возбуждения, что затягивает процесс нормального возбуждения, а тиристор, возбудитель и вентили выпрямителя нагружаются значительными токами короткого замьп ания. Помимо указанных явлений, в рассматриваемой системе возбуждения на зажимах обмотки возбуждения возбудителя в синхронном режиме возникают значительные перенапряжения, вьгзываемые протеканием пе, ременного тока ротора через фазы возбудителя. Перенапряжения представляют опас..:.ность для низковольтной обмотки возбужде,-н«я возбудителя ,и вентилей статического - выпрямителя, питающего эту обмотку. Поэтому обмотка должна быть замкнута на -коротко или на некоторое сопротивление. В закороченной обмотке возникает пульсирующий ток, который наводит в фазах возбудителя значительные ЭДС, изменяющиеся с частотой, обратно пропорциональной скольжению. Под действием этих ЭДС в обмотке якоря возникают токи, замыкающиеся через тиристор. Эти токи дополнительно нагружают тиристор и выпрямитель, являясь для возбудителя токами короткого замыкания. В системе возбуждения бесщеточного син хронного двигателя фирмы «ЛЕС предусмотрена также установка разрядного резистора, включаемого последовательно с обмоткой возбуждения двигателя между ней и вращющимся выпрямителем. Этот резистор по окончании пуска закорачивается так назы-Ваемым последовательным тиристором, включающимся с помощью стабияитронной цепочки после появления выпрямленного напряжения. Этот резистор ускоряет процесс -затухания переменной составляющей тока .р9тор:а, но не предотвращает протекания токов короткого замыкания через розбуди теяь, вентили вращающегося выпрямителя и тиристор, включаемый встречно-параллёльно одному из вентилей выпрямителя. Кроме того, система усложняется наличием Другого, последовательного тирист{ ра, шунтирующего разрядный резистор в режиме нормального возбуждения. При этом последовательный тиристор должен быть рас661708считан на пропуск полного тока возбуждения, достигающего для средних и крупных синхронных машин 300-500 А. Все это удорожает и усложняет конструкцию, увеличивая габариты системы возбуждения. Целью изобретения является повышение надежности и упрощение системы возбуждения синхронной машины. Для этого разрядный резистор включает- , ся последовательно между катодом тиристора и фазой якорной обмотки возбудителя. . Такое включение резистора, величина сопротивления которого обеспечивает закрытие тиристора в любом асинхронном режиме, в каждом периоде переменного тока ротора, позволяет существенно снизить межфазные токи короткого замыкания возбудителя и. обеспечить нормальную синхронизацию машины. При этом отпадает необходимость во включении между выпрямителем и одним из зажимов обмотки , возбуждения синхронной машины резистора и шунтирующего его последовательного тиристора с его цепями управления, что упрощает и удешевляет систему возбуждения. На чертеже представлено устройство возбуждения электрической машины, электрическая схема. Устройство содержит обмотку 1 возбуждения синхронной машины 2, которая подключена одним своим зажимом к плюсу выпрямителя 3, выполненного по ш-фазной (в частности, трехфазной) нулевой схеме выпрямления, а другим - к средней точке якорной обмотки 4 возбудителя переменного тока. Встречно-параллельно одному из вентилей преобразователя установлен тиристор 5, последовательно с которым включен разрядный резистор 6. По конструктивным сображениям это сопротивление целесообразно включать между тиристором и фазой .возбудителя, так как в,этом случае все вентили, включая тиристор, могут быть установлены на общем охладителе. Управляющий электрод тиристора посредством стабилитрона 7 подключен к аноду этого же тиристора. В цепь управляющего электрода тиристора могут быть включены также другие полупроводниковые элементы с нелинейной вольт-амперной характеристикой,-напржмер, динистор, симметричный ограничитель перенапряжений и т.п. Сопротивление 8 шунтирует управляющий переход тиристора, повышая его помехоустойчивость. Между анодом и катодом тиристора для снижения крутизны напряжения, прикладываемото к тиристору, влючена RC-цепочка 9. Ука занная цепь может быть подключена прямо на зажимы обмотки ротора. RC-цепь выполняет также функции ограничения коммутационных перенапряжений выпрямителя. Параллельно обмотке 10 возбуждения возбудителя устновлен защитный элемент И, ограничивающий перенапряжение на ее зажимах в асинхронных режимах. В качестве защитного элемент.а могут быть применены полупроводниковые приборы со стабилитронной характеристикой, резисторы, и т. п. Найболее эффективно применение стабилитронов, выполняющих в асинхронных режимах роль ограничителя перенапряжений, а. в режимах возбуждений - шунтирующего, управляемого выпрямителя 12 питания обмот-. ки возбуждения возбудителя, что позволяет существенно повысить коэффициент мощности и расширить диапазон регулирования выпрямителя 12. Работа устройства аналогична. работе обычной схемы возбуждения синхронной машины. В начальный момент пуска в токе ротоpa синхронной машины 2 возникает апери одическая составляющая,амплитуда и знак которой определяются первоначальным положением ритора относительно статора и моментом включения. В связи с несимметричным характером схемы в цепи ротора возникнет постоянная составляющая тока, бключениё тиристора 5 происходит всегда после перехода тока ротора через ноль и возникновения перенапряжения на зажимах обмотки возбуждения такой амплитуды и длительности, при которых ток управления достигнет тока открытия. Включ,ения разрядного резистора 6 последовательно с тиристором 5 позволяет ограничить ток через тиристор 5 в каждый период до величины, обеспечивающей его устойчивое закрытие, что позволяет ограничить время его открытого состояния в процессе синхронизации, предотвратить токи короткого замыкания.

Описанное устройство было реализовано при разработке опытных образцов электродвигателей типов СДБО-99/49 и СДКМ2-16-24-12.

Включение последовательно с параллельным тиристором резистора с сопротивлением, равным трехкратной величине активного сопротивления обмотки возбуждения двигателя, позволило ограничить время открытого состояния тиристора в процессе синхронизации с 3-5 с до 0,2-0,4 с, т. е. практически,временем длительности последней полуволны переменного тока ротора. При этом параллельный тиристор зйпирается сразу после спадания отрицательной полуволны тока ротора, чем предотвращались межфазные короткие замыкания.

Благодаря применению стабилитронов, удалось ограничить перенапряжения, достигавшие 1500 В, уровнем напряжения стабиУстройство для возбуждения синхронной машины, содержащее возбудитель с тфазной якорной обмоткой переменного тока, выпрямитель, выполненный по т-фазной нулевой схеме и соединенный с якорной обмоткой возбудителя, тиристор, включенный встречно-параллельно одному из вентилей выпрямителя, и разрядный резистор, отличающеесят ч, что, сцелью упрощения и повышения надежности, указанный разрядный резистор включен последовательно между катодом тиристора и фазой якорной обмотки возбудителя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США №,3098959, кл. 318-181,

23.07.63.

2. Бесщеточная система возбуждения, «Ротадукт для синхронных генераторов и двигателей средней мощности. - Ж-л «AEG Mitteitungen, 1968. № 3, с. 145- 148. лрации. В прямом,.направлении стабилитрЬн при возникновении перенапряжений. ш;унтировал обмотку и выполнял роль шунти-. рующего (нулевого) вентиля в нормальных режимах возбуждения. Осциллографированиё напряжения тиристора в режиме пуска двигателя показало, что скорость нарастания напряжения снизилась в несколы о десятков раз по сравненито со случаем, когда RC- цепочка не была включена. Включение разрядного резистора последовательно с параллёльным тиристором принципиально увеличивает несимметрию схемы по отношению к обмотке возбуждения машины. Однако исследования показали, что для крупных и средних синхронных двигателей и генераторов с возбудителем переменного тока синхронного типа не происходит сущестенного ухудшения моментной характеристики в области больших скольжений, а провал, в моментной характеристике от действия тормозного момента практически отсутствует. Указанные исследования проводились тео-. ретически с помощью ЭЦВМ и на натурных образцах, бесщеточных синхронных двигателей мощностью 200, 315 и 630 кВт. Таким образом, за счет исключения последовательного тиристора и его цепей управления и размещения разрядного резистора в цепи параллельного тиристора может . быть получен существенный экономический эффект. Формула изобретения

пз