Устройство для автоматического регулирования реактивной мощности синхронной машины Советский патент 1981 года по МПК H02P9/10 H02J3/18 

Изобретение относится к области электротехники, а именно к регулиро-ванию режимов синхронных машин, преимущественно быстродействующих синхронных компенсаторов. Оно может использоваться также в установках с синхронными электродвигателями. Предлагаемое устройство может при меняться преимущественно в системах электроснабжения металлургических за водов, где для улучшения качества электроэнергии в сетях с резкопеременной и ударной нагрузкой, создавае мой источниками питания главных электроприводов и вспомогательных ме ханизмов прокатных станов, дуговыми электропечами и т.п., используются специальные быстродействующие синхронные компенсаторы. Известно, что качество электроэнергии регламентируется и одним из наиболее важных его показателей явля ется стабильность величины напряжения. Нестабильность напряжения отрицательно сказывается на работе потре бителей и ведет к экономическому уще бу. Нестабильность напряжения в зависимости от скорости его изменения ха рактеризуется отклонениями и колебаниями. Известно, что быстрые изменения напряжения в питающей сети являются более вредными для потребителей, чем медленные. Это особенно относится к таким распространенным видам потребителей, как освещение, радио и электронная аппаратура, системы автоматики и устройства вычислительной техники. Поэтому ограничения, накладываемые на быстрые изменения напряжения (колебания), являются более жесткими, чем на медленные изменения (отклонения). Для повышения качества электроэнергии в сетях с ударными и резкопеременными нагрузками применяются быстродействующие синхронные компенсаторы также синхронные двигатели с быстродействующей системой возбуждения .и прочие регулируемые источники реактивной мощности, которые одновременно служат для повышения коэффициента мощности узла нагрузки. Как известно, для выполнения быстродействующим синхронным компенсатором или синхронным двигателем задачи по улучшению качества электроэнергии он должен работать .в режиме при котором переменная составля1ог щая его тока в каждый момеит времени противоположна по знаку и пропорцййнальна по величине сумме реактивHbix токов прочих потребителей. Для осуществления такого режима на вход систекы автоматического регулирования подают сигнал задания реактивного тока, пропорциональный сумме реактивных токов прочих потребителей.

В процессе эксплуатации вследствие увеличения реактивного тока потребителей, соответствующего увеличения сигнала задания реактивного тока на входе системы регулирования и, следовательно, увеличения реактивного тока синхронной машины либо вследствие ухудшения условий охлаждения, либо вследствие неблагоприятного сочетания этих факторов может произойти нагрев обмоток машины до опасной температуры, что является причиной преждевременного износа изоляции или даже полного выхода ее из строя. По этим причинам температуру нагрева необходимо ограничивать, сохранив по возможности условия для выполнения синхронной машиной задачи уменьшения изменений питающего напряжения, вызываемых изменениями реактивной нагрузки прочих потребителей.

Известно устройство.для автоматического регулирования синхронного компенсатора, в котором при перегрузках предусмотрено регулируемое ограничение верхнего предела тока возбуждения за счет ограничения выходного сигнала регулятора реактивного тока для защиты от перегрева 1.

Недостаток известного устройства состоит в том, что при перегрузках происходит ограничение выходного сигнала регулятора реактивного тока. Поскольку этот сигнал является заданием регулятору тока возбуждения, то синхронный компенсатор переходит в режим работы с постоянным значением тока возбуждения и поэтому перестает реагировать на изменения сигнала: задания на входе регулятора реактивного тока, вследствие чего изменения наНряженир на шинах узла нагрузки, вызываемые изменениями реактивной нагрузки потребителей, возрастают, т.е. качество электроэнергии снижается.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для автоматического регулирования реактивной мощности синхронной

машины 2 .

Это устройство содержит регулятор реактивного тока, вход которого подключен к выходу датчика реактивного тока и ограничитель сигнала задания, подключенный к задающему входу регулятора реактивного тока и соединений с блоком определения нагрева.

Ограничитель предоставляет собой звено .с характеристикой типа регулируемое насыщение. Возбудительная система включает возбудитель, регулятор тока возбуждения и датчик тока возбуждения.

Устройство работает следующим образом.

Если нагрев машины не достигает опасного (или заранее выбранного) значения, то уровень ограничения сигнала задания реактивного тока, создаваемый ограничителем, достаточно велик, сигнал задания реактивного тока поступает на вход регулятора реактив,ног6 тока без ограничения и синхронная машина работает с опережающим реактивным током, величина которого соответствует сигнсшу задания. Благодаря этому уменьшаются изменения напряжения, вызываемые изменениями реактивной нагрузки потребителей. Если же происходит нагрев синхронной машины до опасной или заранее выбранной температуры, то на-выходе блока определения нагрева появляется соответствующий сигнал, который уменьшает уставку (.уровень ограничения) ограничителя, что приводит к ограничению макдсимума сигнала задания на входе регулятора реактивного тока,. Поскольку ограничение сигнала задания при этом осуществляется сверху, то в первую очередь ограничивается его переменная составляющая, вследствие чего синхронная машина при нагреве в первую очередь прекращает компенсировать переменную составляющую реактивного тока потребителей.. В результате на шинах узла нагрузки начинают проявляться°изменения напряжения, вызываемые изменениями реактивной нагрузки потребителей, т.е. качество электроэнергии снижается. Таким образом, известное устройство при нагреве синхронной машины не обеспечивает высокого качества электроэнергии.

Целью изобретения является повышение качества электроэнергии на шинах узла нагрузки при нагреве синхронной машины.

Эта цель достигается тем, что устройство для автоматического регулирования реактивной мощности синхронной машины, содержащее регулятор реактивного тока, к входу которого подключен выход датчика реактивного тока и блок определения нагрева, снабжено блоком опорного сигнала с характеристикой зона нечувствительности, вход которого подключен к выходу блока определения нагрева, а выход к входу регулятора реактивного тока.

На чертеже изображена принципиальная схема устройства для автоматического регулирования синхронной машины.

Синхронная машина 1 регулируется предложенным устройством, содержащим возбудительную систему 2, регулятор 3 3 еактивного тока, датчик 4 реактивного тока, блок 5 определения нагрева и блок 6 опорного сигнала.

Датчик реактивного тока включен в цепь статора синхронной машины, а его выход подключен к входу регулятора реактивного тока с полярностью, противоположной полярности сигнала (Зрг ) реактивного тока. Выход регулятора реактивного тока подключен к входу возбудительной системы. К задающему входу регулятора реактивного тока подключен блок 6 опорного сигнала, имеющий характеристику типа зойа нечувствительности, к входу которого, управляющему величиной зоны нечувствительности, подключен выход блока 5 определения нагрева,

устройство работает следующим образом.

Если нагрев синхронной машины не достиР опасного (или заранее выбранного значения, то величина зоны нечувствительности блока опорного сигнала равна нулю, сигнал задания реактивного тока Dpi. поступает на вход регулятора реактивного тока беспрепятственно и синхронная машина работает с реактивным током, величина которого соответствует сигналу задания, благодаря чему синхронная машина работает в режиме слежения за реактивным током потребителей и снижает те изменения напряжения в электрической сети ЭС, которые вызываются изменениями нагрузки потребителей. Если же в процессе эксплуатации установки вследствие длительного повышения сигналов задания реактивного тока, либо ухудшения условий охлаждения, либо неблагоприятного сочетания этих факторов произойдет нагрев синхронной машины до опасной или заранее выбранной температуры, то на выходе блока 5 определения нагрева появится соответствующий сигнал, который вызовет появление зоны нечувствительности блока опорного СИ1нала, что приведет к уменьшению сигнала задания на входе регулятора реактивного тока на величину зоны нечувствительности блока опорного сигнала и соответствующему уменьшению реактивного тока синхронной машины. При этом произойдет уменьшение греющих потерь синхронной машины и температура ее нагрева будет ограничена, но, поскольку уменьшение тока машины произойдет за счет уменьшения его постоянной составляющей, мгииина будет продолжать работать в режиме слежения за изменениями реактивного тока потребителей, благодаря чему будет обеспечено умень шение тех изменений напряжения электрической сети ЭС, которые вызывгцотся изменениями нагрузки потребителей.

Действительно, при перегреве синхронной машины сигнал задания реактивного тока в предлагаемом устройстве ограничивается снизу,.а поэтому в первую очередь ограничивается постоянная составляющая этого сигнала и соответственно в первую очередь ограничивается постоянная составляющая реактивного тока синхронной машины. В результате при срабатывании блока определения нагрева синхронная

0 машина в первую очередь уменьшает степень компенсации постоянной составляющей реактивного тока потребителей и продолжает компенсировать переменную составляющую, т.е. продолжает

5 уменьшать те изменения напряжения . (колебания, которые вызываются изменениями нагрузки потребителей, Благ9даря этому качество электроэнергии в электрической сети ЭС и при нагреве

0 синхронной машины продолжает остайаться на прежнем высоком уровне.

Блок опорного сигнала может быть реализован с помощью стабилитронов или диодов, включенных поодиночке или группами последовательно по отно5шению к задающему входу регулятора реактивного тока, либо с помощью регулируемого источника опорного напряжения, включенного по одной из известных схем.

0

Формула изобретения

Устройство для автоматического ре5гулирования реактивной мощности син хронной машины, содержащее регулятор реактивного тока, к входу которого подключен выход датчика реактивного тока, и блок определения нагрева,

0 отличающееся тем, что, с целью повышения качества электроэнергии при нагреве синхронной машины, снабжено блоком опорного сигнала с характеристикой зона нечувствительности, вход которого подключен к вы5ходу блока определения нагрева, а выход - к входу регулятора реактивного тока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

0

1,Оганьян Я,П, и др. Применение синхронных компенсаторов с быстродействующим тиристорным возбуждением для снижения влияния ударных нагрузок, Инструктивные указания по про5ектированию электротехнических проьишленных установок, 8, М,, Энергия. , 1971, с.13-16,

2,Авторское свидетельство СССР 598205, кл. Н 02 Р 7/36, 1974.