Система возбуждения для синхрон-НОй МАшиНы Советский патент 1981 года по МПК H02P9/14 H02K19/36 

(54) СИСТЕМА ВОЗБУЖДЕНИЯ ДЛЯ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах возбуждения для синхронных электрических машин.

Известны системы возбуждения для синхронных электрических машин, в которых питание обмотки возбуждения осуществляется током, пропорциональным величине напряжения и тока нагрузки генератора. Такие системы содержат трансформаторы тока и напряжения, которые через статический преобразователь подключены к обмотке возбуждения 1.

Недостатками этих систем являются сложность регулирования, большой вес и габариты из-за большого количества входяших в систему элементов.

Известны другие системы возбуждения для синхронных электрических машин, в которых для повышения экономических и энергетических показателей используется энергия высших гармонических магнитного поля электрической машины. Для выявления высших гармонических на якоре электрической машины совместно с основной обмоткой расположена дополнительная обмотка, выполненная с числом пар полюсов, пропорциональным номеру высшей гармонической. Эта обмотка через статический преобразователь подключена к обмотке возбуждения генератора 2.

Недостатком известной системы возбуждения является малая величина тока и напряжения дополнительной обмотки, а следовательно, и тока возбуждения на холостом ходу и в области малых токов нагрузки.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является система возбуждения для синхронной машины, содержащая на якоре основную и дополнительную многофазные обмотки, каждая из которых соединена в звезду и снабжена нулевым выводом, статический преобразователь, к выходу постоянного тока которого подключена обмотка возбуждения синхронной машины, а вход переменного тока подключен к фазным выводам дополнительной многофазной обмотке якоря 3.

Недостатками известного устройства являются низкие компаундирующие свойства, технологическая и конструктивная сложность изготовления обмоток с различным числом полюсов, а также ограниченный диапазон регулирования по току и напряжению для электрических машин с широким диапазоном из,енения тока нагрузки.

Целью изобретения являются повышение диапазона регулирования и улучшение технико-экономических показателей.

Это достигается тем, что дополнительно введены соединенные в мостовую многофазную группу нелинейные элементы и управляемый преобразователь, причем дополнительная многофазная обмотка якоря смеш.ена относительно основной многофазной обмотки якоря на 30 эл. град.,фазные выводы дополнительной многофазной обмотки якоря соединены с фазными выводами основной многофазной обмотки якоря через группу нелинейных элементов, вход переменного тока управляемого преобразователя подключен между нулевыми выводами основной и дополнительной многофазных обмоток якоря, а выход постоянного тока управляемого преобразователя соединен с обмоткой возбуждения. Группа нелинейны: ; элементов может быть выполнена на полупроводниковых диодах или составлена из частотных фильтров.

На чертеже приведена принципиальная схема системы возбуждения для сиьхронной электрической машины.

Система возбуждения содержит :,01юлнительную трехфазную обмотку 1, имеющую фазовый сдвиг осей одноименных фаз по отношению к основной обмотке 2 на 30 эл. град., группу диодов 3, двухполупериодный полууправляемый однофазный преобразователь 4, группу управляемых вентилей 5, соединенные с обмоткой 6 возбуждения.

Напряжение третьей гармонической снимается с нулевых выводов Ot и Oj обмоток 1 и 2, выводы которых подсоединены к группе диодов 3, образуя замкнутую электрическую цепь для тока третьей гармонической.

Переменное напряжение третьей гармонической подано на полууправляемый преобразователь 4, с помош,ью которого энергия третьей гармонической поля возбуждения преобразуется в энергию постоянного тока, подаваемого в обмотку 6 синхронной машины.

Величина напряжения третьей гармонической пропорциональна току нагрузки синхронной машины по основной частоте,поэтому выпрямленный ток преобразователя 4 является компаундируюшим. Часть тока возбуждения, пропорциональная напряжению синхронной машины по основной частоте, подается в обмотку возбуждения по цепи, состояшей из группы управляемых вентилей (тиристоров) 5.

Трехфазные по основной частоте обмотки 1 и 2 для утроенной частоты представляют собой однофазные обмотки с тремя параллельными ветвями каждая, при этом сдвиг фазных напряжений утроенной частоты обмоток 1 и 2 составляет 90 эл. град.

Система возбуждения работает следующим образом.

Фазные напряжения дополнительной обмотки 1 и основной обмотки 2 по частоте с первой гармонической магнитного поля не

взаимодействуют, поскольку в их цепи находятся диоды, работающие по циклу двенадцатипульсной схемы. В то же время для фазных напряжений третьей гармоники обмоток 1 и 2 всегда существует несколько проводящих диодов, позволяющих суммироваться упомянутым напряжениям с учетом фазового сдвига в 90 эл. град.

В режиме самовозбуждения генератора с токовой нагрузкой, изменяющейся от нуля до номинального значения, энергия в обмотку 6 поступает по цепи, регулируемой тиристорами 5. Процесс самовозбуждения развивается за счет наличия остаточного напряжения генератора по основной частоте. Условия развития, скорость нарастания и устойчивость возбуждения при этом характерны для известных систем самовозбуждения по напряжению.

Иначе происходит возбуждение генератора (синхронной машины) с характерной токовой нагрузкой, типа тяговой, т. е. такой, когда ток возбуждения должен быть

обеспечен при очень низких значениях напряжения и максимальных токовых нагрузках. В этом случае первоначальный импульс энергии в обмотку возбуждения достигается за счет постоянного источника, подключаемого к обмотке на время, равное постоянной времени синхронного генератора с закороченными обмотками статора.

В дальнейшем ток возбуждения обеспечивается за счет энергии третьей гармоники магнитного поля реакции обмотки 2 генератора.

По мере выхода генератора на более высокое напряжение управляемые тиристоры преобразователя 4 регулируются таким образом, чтобы в определенной точке гиперболической характеристики обеспечивался плавный перевод нагрузки на цепь тиристоров 5.

Практическая безннерционность управления тиристорами обеспечивает быстродействие системы возбуждения, достаточное для генераторов с мягкими внешними характеристиками.

С небольшими изменениями в законах управления тиристорами система возбуждения может обеспечить работу синхронных двигателей, начиная от втягивания в синхронизм при номинальном токе нагрузки и кончая холостым ходом.

Изобретение может быть использовано и в тех случаях, когда функции основной и дополнительной обмоток несет на себе одна обмотка синхронной машины, выполненная в виде двух трехфазных ветвей, смещенных одна относительно другой на 30 эл. град.