Устройство для стабилизации напряжения синхронного генератора Советский патент 1946 года по МПК H02P9/44 H01F21/00 

Известно, что синхрОННьи генератор с постоянными Магнитами имеет перед обычным синхронным генератором существениое /преимущество, заключающееся в отсутствии возбудителя, контактных колец и т. д.

Однако генератор с постоянными магнитами имеет резко падающую внещнюю характериснику. В то же время, вследствие отсутствия у генератора обмотки возбуждения, обычные регуляторы напряжения не .могут быть здесь применены.

Для -стабилизации напряжения oHHXpoHBOirO генератора с постоянными магнитами (предлагалось включать параллельно с генератором трансформатор с насыщенной магнитной цепью,i

Применение одного насыщенного трансформатора, присоединенного к генератору параллельно, позволяет уменьшить диапазон колебания напряжения за счет резкого увеличения тока намагничивания при уменьщении нагрузки и увеличении напряжения и, наоборот, уменьщения тока намагничивания при увеличении нагрузки и уменьщении напряжения на зажимах генератора.

Однако в этом случае уменьщение колебания напряжения или, вернее, стабилизация напряжения в нужных пределах достигается тем, что генератор должен быть рассчитан на большой балластный реактивный ток и, следовательно, рассчитан на знач.ительно больщую мощность, чем1 полезная .мощность нагрузки. При ПОЛНОЙ нагрузке в обмотке якоря будет проходить ток. величина которого будет определяться величиной тока нагрузки плюс величина нам.агничивающего тока трансформатора, которая у трансформатора с насыщенным сердечником будет достаточ1но больщой. При этом. чем1 больщая требуется точность стабилизации, тем величина тока намагничивания будет больше.

Далее предлагалось для той же цели включать последовательно с генератором емкость; однако такое включение емкости (может стабилизировать напряжение на зажимах нагрузки при условии, что л:,, ла, r/CAd - полный продольный реактанс генератора, а Хе - реактивное сопротивление емкости.

Предлагались также схемы стабилизаторов, в которых в комбинации фигурируют оба элемента: и последовательно включенный конденсатор, и параллельно включенный насыщенный трансформатор. Однако такая схема ие обеспечивает стабилизации; npHMeHeHiHe конденсаторов, включенных последовательно в цепь, 1пде имеются элементы с насыщенной железной магнитной цепью, в частности, трансформатор с насыщенным сердечником, приводит к большим ослож1нениям: а) в виде многократного увеличения тока намагничивания, искажения криво й тока намагничивания и искажения кривой напряжения во вторичной обмотке трансформатора, которое приводит ,к перенапряжениям во вторичной цепи трансформатора, б) к явлениям резонанса напряжения. Оба эти явления ири.водят не к стабилизации, а к нарушению работы системы, т. -е. к аварийному режиму.

Наконец, предлагалась схема стабилизатора, В которой к зажимам генератора параллельно приключег трансформатор (с ненасыщенным сердечником), ко вторичной цепи которого приключены конденсаторы. Эта схема также не может обеопечить стабилизации напряжения. Здесь трансформатор служит лишь, для того, чтобы повысить напряжение на конденсаторах (для уиМеньшения их емкости) и в процессе стабилизации не участвует; схема замещения -этого стабилизатора будет состоять лишь из конденсаторов, присоединенных к генератору. Такая схема не может обеспечить стабилизацию, так как при уменьшении напряжения ток в конденсаторах уменьшается, в то время как необходимо, чтобы эта величина возрастала. Если же для регулировки напряж€1ния применить контактор для иэменения числа витков трансформатора, то тогда теряются все преимущества бесконтактной регулировки..

Данное изобретение основывается на использовании, в щелях стабилизации напряжения синхронного генератора с постоянными магнитами, стабилизатора, состоящего - в эквивалентной схеме-из параллельно соединенных индуктивности с насыщенным сердечником и емкости 1И включаемо го йараллельно на зажимы стабилизируемого генератора. Емкость и индуктивно сть подбираются так, чтобы номинальном напряжении машины при холостом ходе в цепи стабилизатора имел место резонанс тока и, следовательно, ток индуктивности был полностью скомпепсирован емкостным током конденсаторов. Прц р-еЖй1М е нагрузки на зажимах генератора. ПОД влиянием внутреннего реактанса, напряжение будет стремиться к уменьШению. Но при небольшом у.меньшении напряжения на зажимах тенератора ток в дросселе, под влиянием уменьшения насыщения, .нагчнет резко уменьшаться, а ток конденсаторов останется почти без изменения. В результате, суммарный ток стабилизатора, будучи чисто емкостньим, начнет значительно возрастать, тем самым компенсируя реактивное падение напряжения генератора и стабилизируя на его зажим ах напряжение.

Этот основной принцип, согласно изобретению, осуществляется в усовершенствованной форл1е -выполнения: для уменьшения емкости конденсаторОВ стабилизатора цоследние включаются через трансформатор и в.место независимо-й индуктивности с -насыщенным сердечнико.м используется этот же повысительный трансфор матор,. который выполняется с насыщенны сердечником.

Для того случая, когда напряжение холостого хода генератора н-есколько отличается от заданного ном инального напряжения, первичная обмотка трансформатора может иметь дополнительные витки и отводы, подобно автотрансформатору, чтобы на зажимах нагрузки было бы возможно установить необхОДИмое напряжение.

Изложенное поясняется чертежом, на фиг. 1 которого показан.а электрическая схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - та же схема для трехфазного генератора. На чертеже обозначено: Г-генератор переменнопо тока -с возбуждением от постоянных 1магн.итов, Т - трансформатор с насыщенной

мапнитной цепью, К -конденсаторы, Д - дроссели. Я - зажимы нагрузим.

Эквивалентная схема (или схема замещения) системы Т - Д - К. нр€дставляет собой контур, состоящий из параллельных емкости и индуктивности, имеющий насыщенный магнитопровод и включенный на генератор Г параллельно. Указанное выше замечание о резонансе токов, наступающем ири холостом ходе генератора с постоянными магнитами, касалось именно схемы замещения. В действительности, в схемах фиг. 1 и 2 резонанс токов наступает в первичной обмотке трансформатора Т, причем в резонанс вступают намагничивающий ток трансформатора и приведениый к первичвой обмотке ток конденсаторов. При условии такого резонанса трансформатор при холостом ходе генератора .потребляет лищь незначительный активный ток, соответствующий потерям трансформатора и конденсаторов.

При. нагрузкеГенератора, три незначительном падении напряжения (2-4%), трансформатор начинает потреблять опережающий (емкостный) ток тем больше, чем 1бо.льше падение напряжения. Именно наличие этого тока и позволяет удержать напряжение па должном уровне. Таким образом :в предложенной схеме трансформатор и коиденсапоры обеспечивают автоматическое изменение емкостного тока, т. е. автоматическую ко мпенсацию реактивного тока нагрузки. Очевидно для получения указанной автоматичности паралютры трансформатора и конденсаторов должны быть выбраны в жестком соответствии с параметрами генератора

(э. д. с. холостого хода, ток короткого замыкания, продольный и поперечный реактансы и т. д.).

Ненасыщенные дроссели Д согласно данной схеме подбираются так, чтобы наступал резонанс напряжений для 5-й и 7-й гармонической, т. е. для пятикратной и семикратной частоты {по отнощению к основной частоте), что необходимо для обеспечения фильтрующего действия фильтрдросселеч. При таком выборе дросселей исключается всякая возможность резсьнанса напряжений основной частоты, нежелательность которого была указана выше.

Предмет изобретения

Устройство для . стабилизации напряжения синхронного генерЯтора с возбуждением постоянными, магнитами, состоящее из трансформатора с насыщениьш сердечником, приключенного к генератору параллельно, отличающееся тем, что во вторичную цепь трансформатора включены соединенные последовательно конденсаторы и дроссели, так соразмеренные, чтобы при номинальном напряжении генератора (во время холостого хода) в цепи трансформатора имел место резонанс токов и ток в первичной обмотке трансформатора был минимальных. а при уменьшении напряжения, вызываемом нагрузкой, означенный резонанс нарушался вс,1едствие уменьшения насыщения и в первичной обмотке трансформатора появлялся емкостный ток, компенсирующий реактивное падение напряжения в генераторе и тем самым стабилизирующий напряжение на зажимах последнего.

№ 66346

I Т Г

Шл