Устройство для автоматического регулирования возбуждения бесщеточных синхронных машин Советский патент 1980 года по МПК H02P7/52 H02P9/38 

1

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для автоматического регулирования возбуждения бесщеточных синхронных маишн, роторная обмотка возбуждения которых подсоединена через вращающийся выпрямитель к обмоткам переменного тока обращенного синхронного возбудителя. Статическая обмотка возбуждения возбудителя подключена к управляющему выпрямителю, который установлен на стороне вторичных обмоток промежуточного транс-, форматора. Первичные обмотки указанного трансформатора подсоединены к шинам статора синхронной машины.

Известно устройство для регулирования возбуждения синхронных машин с подсоединением обмотки возбуждения возбудителя через выпрямители к зажимам статора синхронной машины 1.

Это устройство обеспечивает требуемое самовозбуждение при начальном пуске и устойчивое регулирование в эксплуатационных режимах - параллельную работу машин, сброс и наброс нагрузки. Однако в режимах коротких замыканий питающее напряжение на зажимах статора исчеза ет и для по.1щержания требуемого по условиям срабатывания максимальных защит уровня возбуждения в схему введены дополнительные элементы, в частности, силовые трансформаторы тока, первичные обмотки которых включены последовательно с обмотками статора регулируемой синхронной машины. Указанные элементы обладают значительными габаритами, что ухудшает конструктивные показатели и увеличивает вес возбудительного рудования.

Более эффективными по стоимости, габаритам и схемным достоинствам оказываются устройства, работа которых основывается навыявлении третьих.

15 гармонических составляющих в напряжении на статоре при коротких замыканиях.

Однако габариты указанных элементов составляют значительную по объему часть возбудительного оборудования, практически не используемую в нормальных режимах работы, так как расчетные мощности выбираются по условиям обеспечения заданных кратнос25 тей тока статора синхронной машины в режимах коротких замыканий.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому изобретению является устройство для автоматического

30 регулирования возбуждения синхронных машин, содержащее синхронный возбуди тель, якорная обмотка которого Ч(эрез выпрямитель соединена с обмоткой воз буждения синхронной машины, а обмотка возбуждения возбудителя подключен к выходу статического выпрямителя с встречно-параллельно включенньзм тиристором, причем вход выпрямителя со единен со вторичной обмоткой силовог трансформатора, первичная обмотка ко торого включена на линейное напряжение синхронной машины, компаундирую дий дроссель с двумя обмотками и регулятор напряжения соединенный с вхо дом тиристора 2. Это устройство также имеет завышенные массо-габаритные показатели из-за плохого использования элементов, рассчитанных на аварийные режимы, и, кроме того, не обеспечивает ограничение величины тока при несимметричных коротких замыканиях, что снижает надежность устройства. Цель изобретения - снижение массо габаритных показателей и повышение надежности. Поставленная цель достигается тем что якорная обмотка синхронной машин выполнена с выведенной нейтралью, в устройство введены дополнительный полупроводниковый ключ переменного тока и &ПОК блокировки, а на трансФорматоре размещена дополнительная первичная обмотка, включенная через ключ между нейтралью машины и одним из концов основной первичной обмотки трансформатора, другой конец которой подключен к якорю генератора через одну обмотку компаундирующего дроссе ля, вторая обмотка которого соединена с входом указанного блока блокировки, выход которого подключен к уп равляющему переходу полупроводниково го ключа переменного тока. На чертеже представлены основные элементы устройства для автоматического регулирования возбуждения бесще точных синхронных машин, выполненного согласно изобретению. В качестве синхронной машины pcicсматривается генератор, статорные об мотки которого обозначены 1, 2 и 3. Роторная обмотка возбуждения гене ратора 4 через вращающийся выпрямите 5 подсоединена к обмоткам б, 7 и 8 п ременного тока, обращенного синхронного возбудителя, имеющего статическ обмотку 9 возбуждения (индукторную обмотку). Силовой возбудительный трансформа тор 10 со стороны первичных обмоток 1.1 и 12 связан со статорными зажимами,, и с нейтралью генератора через симистор 13 и компаундирующий дроссель 14. Вторичные обмотки 15 и 16 силового трансформатора подсоединегша к индукторной обмотке возбудителя 9 и к статическому силовому выпрямителю на неуправляемых вентилях 17 и 18 ентиль 18 шунтирован оптотиристором 19, содержащим силовой переключающий прибор 20 и светодиод 21. Другая втоичная обмотка 22 силового трансфоратора подсоединена к управляющему выпрямителю, составленному из диода 23 и указанного светодиода 21. Нагрузкой управляющего выпрямителя являетя резистор 24, включенный последовательно с полупроводниковыми коммутаторами на транзисторах 25 и 26, базо-эмиттерные переходы которых соединены с регулятором 27 напряжения и с элементами блока ограничения тока короткого затчыкания. Блок-ограничения короткого замыкания содержит два измерительных трансформатора 28 и 29 тока, трехфазный мостовой выпрямитель 30 на диодах 31-36, фильтрующий конденсатор 37 и регулируемый резистор 38 установки. В состав блока также входят амплитудный дискриминатор на диодно-конденсаторной схеме, содержащей кондеЕ1сатор 39, диод 40 и стабилитрон 41. Блок 42 уТтравления симистрром шунтирован транзисторным ключом 43, к которому подключен ограничитель напряжения, содержащий фильтрующий конденсатор 44, стабилитрон 45 и регулируемый резистор 46 уставки. Резистор 46 подключен на стороне выпрямленного напряжения к выпрямителю 47, питаемому от обмотки 48 на компаундирующем дросселе 14. К обшей точке соединения фильтрующего конденсатора 44 и стабилитрона 45, подсоединены через разделительный диод 49 коллекторные выводы полупроводниковых коммутаторов на транзисторах 25 и 26. Эмиттер-базовые переходы транзисторов 26 и 43 шунтированы нагрузочными резисторами 50 и 51, В коллекторную цепь транзистора 43 включен резистор 52. Устройство работает следующим образом. Напряжение на вторичной обмотке 15 силового трансформатора 10 выпрямляется вентилями 17 и 1В и подается на индукторную обмотку 9. Ток в обмотке 9 максимален при заданном напряжении питания и закрытом оптотиристоре 20. При открытом оптотиристоре ток в обмотке 9 уменьшается. Минимальна1Я величина тока определяется реактивным сопротивлением питающей обмотки 15 и активным сопротивлением обмотки 9. Напряжение на роторных обмотках б, 7 к 8 возбудителя, выпрямляемое вращающимся выпрямителем 5, поступает в обмотку возбуждения 4 синхронного генератора. Таким образом, ког-Ф утацией оптотиристора 20 задается требуемый по режиму ток возбуждения генератора. Оптотиристор управляется светоэлементом 21, образуюитм совместно

с диодом 23 схему управляющего выпрямителя, коммутация вентилей в котором совпадает с коммутацией вентилей силового выпрямителя на вентилях 17 и,18. Указанное свойство сохраняется при изменении формы и частоты питающего напряжения, что важно при аномальных режимах работы, в том числе при коротких замыканиях (к.з.). Если при холостом ходе и в обычных эксплуатационных режимах напряжение на вторичных обмотках 15 и 22 TjgaHCформатора 10 практически неизменено и определяется соотношением витков указанных обмоток, первичной обмотки 12 и параметрами компаундирующего дросселя 14, то в режимах к.з, напряжение на обмотках 15 и 22 зависит от вида к.з. и программы коммутации симистора 13, При глухом трехфазном к.з. и включенном симисторе напряжение на первичной обмотке 11 трансформатора 10 имеет утроенную по отношению к основной частоту. Величина напряжения в указанном режиме зависи от типа и конструкции используемого синхронного генератора- и может меняться в значительных пределах. Тем не менее управление симистором 20 производится тем же способом, что и в нормальных режимах, так как соблюдается синхронизация коглмутационных интервалов работы вентилей 21 и 23 управляющего выпрямителя и вентилей 17 и 18 силовых.

Включение вентилей 21 и 23, работающих на нагрузочный резистор 24, производится транзисторным коммутатором 26; в режимах к.з. оба коммутатора управляются по закону широтноимпульсной модуляции контролируемых сигналов, т. е. измеренные отклонения текущих значений напряжения и тока от заданных уставками значений, преобразующиеся регулятором 27 напряжения и блоком ограничения токов к.з. в широтно-модулированные сигналы, подаются на базо-эмиттерные цепи транзисторов 25 и 26. Следовательно, интервалы замкнутых состояний коммутаторов 25 и 26 соответствуют интервалам подсоединения нагрузки к управляющему выпрямителю на светодиоде 21 и диоде. 23 и совпадают с временными отрезками.

Измерение текущего значения тока статора ведется при помощи двух трансформаторов 28 и 29 тока, вторичные обмотки которых подключены к трехфазному мостовому выпрямителю по схеме, представленной на чертеже. Указанное подключение обеспечивает измерение наибольшей полуволны тока при любых видах к.в., например при большем токе, протекающем во вторичной обмотке трансформатора 29, в цепь нагрузки, составленную из параллельного соединения резистора 38 и конденсатора 37 подключаются вентили 35 и 36, в то

время как меньший по абсолютной величине ток во вторичной обмотке трансформатора 28 замыкается через вентили .31 и 35, причем ток вентиля 35 равен разности вторичных токов трансформаторов 29 и 28.

Напряжение на резисторе 38, пропорциональное измеренному току, преобразуется амплитудным дискриминатором (диод 40 и конденсатор 39) в пилообразное напряжение. Пилообразное наoпряжение на конденсаторе 39 сравнивается с напряжением пробоя стабилитрона 41. в интервалах, когда транзистор 26 открыт, подключается цепь светодиода, оптотиристор шунтирует вен5тиль 18 силового выпрямителя и ток в индукторной обмотке-уменьшается. Тем самым снижается ток короткого замыкания Б цепи статора.

Подключение дополнительной секции 11 силового возбудительного трансфор0матора 10, симистором 13 производится по нескольким признакам.

Основным является наличие нагрузки на статоре синхронного генератора, так как блок управления симистором

3

42питается через резистор 52 от трехфазного выпрямителя 30, подключенного к трансформаторам 28 и 29 тока. Если S режимах несимметричных коротких зa ыкaний на обмотке 12 имеDется достаточная величина линейного напряжения, то симистор 13 не,включается, так как блок 42 в этом режиме зашунтирован открытым транзисторным ключом 43.

.5

Величина 1минимального напряжения при которой дешунтируется блок управления 42, определяется уставкой регу-лируемого резистора 46.

Напряжение с движка резистора 46

0 подается на ограничитель напряжения, состоящий из конденсатора 44 и стабилитрона 45, При превышении указанным напряжением величины напряжения стабилизации стабилитрона 45 транзистор

43насыщается и блокирует блок 42

5 управления, Тем самым исключается режим случайного включения симистора, при котором основная часть мощности, развиваемая на обмотке 12 трансфор-. матора 10, рассеивается в контуре,

0 состоящем из обмотки 11, симистора

и обмотки 3 генератора.

Уставка резистора 46 выбирается из условий, во-первых, включения симистора 13 при исчезновении напряже5ния на статоре генератора, и, во-вторых, снятия импульсов управления с управляющего электрода симистора в нормальных режимах и несимметричных видах к.з,, при которых сохраняется достаточное по условиям возбуждения

0 генератора напряжение.

С учетом возможных видов к.з. наиболее достоверным сигналом о виде режима, является величина напряжения wa обмотке 48 компаундирующего дрос5