Устройство для возбуждения бесщеточной синхронной машины Советский патент 1982 года по МПК H02P1/50 H02P9/08 

(Б) УСТРОЙСТВО для ВОЗБУЖДЕНИЯ БЕСЩЕТОЧНОЙ

I

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах для возбуждения бесщеточных синхронных электрических , в частности двигателей, компенсаторов при пуске и ресинхронизации последних и бесщеточных генераторов при самосинхронизации.

Известны устройства для возбуждения синхронных электрических машин, содержащие источник постоянного тока для питания обмотки возбуждения электрической машины, элементы-управления подачей возбуждения в функции тока статора или времени пуска и регулятор тока возбуждения р1. ;

Недостатком этих устройств является то, что они не обеспечивают минимальное время синхронизации и .выбор момента подачи возбуждения. Это приводит к значительным колебаниям тока.

Известны также устройства для возбуждения синхронных электрических СИНХРОННОЙ МАШИНЫ

машин, в которых подача возбуждения осуществляется в функции скольжения, что позволяет более точно осущест- ; вить синхронизацию С21.

Однако применение этих устройств для возбуждения бесщеточных синхронных электрических машин, где отсутствует возможность непосредственного измерения тока ротора, невозможно.

Наиболее близким к предлагаемому

10 по технической сущности является устройство для возбуждения бесщеточной синхронной машины, содержащее возбудитель переменного тока, якорная цепь которого через выпрямитель подtsключена к обмотке возбуждения синхронной машины, силовой орган управления, подключенный к якорной цепи синхронной машины, пуско-защитную цепь, подключенную параллельно

20 обмотке возбуждения синхронной машины, и схему подачи возбуждения, : включающую последовательно соединенные между собой преобразователь сигнала, усилитель, блок синхронизации и исполнительный орган, блок сброса, выход которого подключен к одному из входов исполнительного органа, а вход блока сброса подключен к одному из выходов исполнительного органа, источник питания обмотки возбуждения возбудителя и внешний узел управления и защиты t3.

Недостатком этого устройства является наличие электрической связи между силовой частью источника питания .обмотки возбуждения и измерительным органом схемы подачи возбуждения. Наведенные в обмотке возбуждения возбудителя ЭДС могут достигат более 1500 В, а потенциометрические датчики не обеспечивают надежную защиту от перенапряжения. Разделительный дроссель, конденсатор фильтра выпрямителя, автотрансформатор, входящие в состав устройства, усложняют схему устройства и являются достаточно громоздкими . при значительных токах возбуждения.

Кроме того, данное устройство не может быть использовано при мостовой схеме вращающегося выпрямителя, обладает большой сложностью, поскольку в блок синхронизации входят и блок самосинхронизации и логический элемент И. Отсутствует возможность автоматического и дистанционного управления возбуждением, в синхронном режиме, не обеспечивается необходимая за-35 ная

щита обмотки возбук{дения возбудителя высоких значений наведенной ЭДС.

Цель изобретения - поышение надежности и расширение функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем что возбудитель снабжен дополнительной -обмоткой, расположенной в его магнитной системе по поперечной оси и введен блок управления, а блок сброса снабжен дополнительными тремя входами и одним дополнительным выходом, причем дополнительная обмотка подключена к входу преобразователя сигнала, выход исполнительного органа схемы подачи возбуждения соединен с источником питания через блок управления, первый из дополнительных входов блока сброса подключен к выходу преобразователя сигнала, второй дополнительный вход блока сброса соединён с выходом усилителя схемы подачи возбуждения, а третий дополнительный вход блока сброса подключен к выходу внешнего узла управления и защиты, дополнительный выход блока сброса соединен с управляющим входом силового органа управления, Кроме того, в устройство введен дополнительный блок защиты от перенапряжения, включенный параллельно обмотке возбуждения возбудителя, а выпрямитель

выполнен по мостовой схеме соединения вентилей, пуско-защитная цепь выполнена на тиристорах, подключенных к двум фазам якорной цепи возбудителя.

На фиг, 1 представлена блок-схема устройства для возбуждения бесщеточной синхронной машины; на фиг. 2 схема соединения пуско-защитной цепи при выполнении выпрямителя по мостовой схеме.

Устройство для возбуждения бесщеточной синхронн1эй машины содержит возбудитель 1 переменного тока(фиг.1), выход вращающегося выпрямителя 2 которого подключен к обмотке 3 возбуждения синхронной машины k, и пускозащитную цепь 5..Якорные цепи синхронной машины 4 через силовой орган ;6 управления подключен к сети. 06|мотка 7 возбуждения возбудителя 1

соединена с выходом источника 8 питания и блоком 9 защиты от перенапря.жений. На магнитопроводе индуктора возбудителя 1 размещена дополнительОбмотка 10 подключена к преобразователю 11 сигнала, выход которого через усилитель 12 соединен с входом блока 13 синхронизации и одним из входов блока 1 сброса. Выход усилителя 12 соединен с вторым входом блока 14 сброса. Выход блока 13 синхронизации подключен к входу исполнительного органа 15, один из выходов которого соединен с блоком 16 управления, а другой выход - с третьим входом блока 14 сброса. На четвертый вход блока сброса подается сигнал от внешней схемы управления и защиты,

а второй выход-блока 14 сброса соединен с другим, входом исполнительного органа 15. Выход блока 16 управления подключен к входу источника 8 питания обмотки возбуждения возбудитеЛЯ; , Блок 13 синхронизации может быть выполнен, например, в виде блока 17 самосинхронизации, вход которого соединен с выходом усилителя 12, а выобмотка/10 датчика тока ротора.

ход - G ОДНИМ ИЗ входов логического элемента ИЛИ 18, на другой вход которого подается сигнал с выхода усилителя 12. Выход логического элемента ИЛИ 18 соединен с одним из входов логического элемента И 19, другой вход которого подключен к выходу блока 20 скольжения, входом подключенный к выходу усилителя 12, Выход логического элемента 19 является выходом блока 13 синхронизации.

В случае выполнения выпрямителя 2 возбудителя 1 по мостовой схеме (фиг. 2) .соединения вентилей и при выполнении пуска защитной цепи 5 на тиристорах 21 и 22, последние подключают к двум фазам 23 якорной цепи возбудителя 1.

Устройство работает следующим образом.

В переходном режиме, например при пуске синхронного двигателя, индуктируемая в обмотке ротора ЭДС создает переменный ток, одна из полуволн которого замыкается через якорную обмотку возбудителя 1 (положительная - для нулевой схемы вращающе гося выпрямителя, отрицательная для мостовой схемы). В силу электромагнитной связи дополнительной обмотки 10, выполняющей функции датчика тока ротора, с полем возбудител в датчике тока наводится ЭДС, пропорциональная этому току. Так как одна из полуволн т.ока ротора замыкается либо через пуско-защитную цепь 5 (нулевая схема выпрямителя), либо через выпрямитель 2 (мостовая схема выпрямителя, то в сигнале датчика тока образуется пауза. По чередованию и длительности пауз и наведенной ЭДС можно производить оценку, величины скольжения и углового положения ротора и по достижении заданных значений осуществить подачу возбуждения. Полученный таким образом сигнал поступает на преобразователь, где он выпрямляется сглаживается, фильтруется и при необ ходимости регулируется по величине. Далее сигнал поступает на усилитель 12, где он преобразуется в прямоугольные импульсы постоянной амплитуды. Сформированный таким образом сигнал вводится в блок 13 синхронизации. В блоке 20 измерения скольжения производится измерение длительности или паузы, или прямоугольного

импульса и сравнение с эталонной уставкой, соответствующей заданному (критическомуУскольжению. По достижении заданной уставки происходит пропуск сигнала на вход логического элемента И 19, где происходит также его запоминание. На второй вход элемента И сигнал поступает непосредственно с усилителя 12 (либо через

элемент ИЛИ 18)

Таким образом, формирование си1- нала на выходе элемента И может быть осуществлено в момент перехода тока ротора через нуль. Если вхождение

в синхронизм происходит сразу после затухания отрицательной полуволны тока ротора, то на выходе датчика. Ю тока, а следовательно, и усилителя 12 сигнал отсутствует. В этом случае

сигнал на второй вход элемента И поступает от блока 17 самосинхронизации, выполненного, например, аналогично блоку измерения скольжения, но имеющего уставку, превышающую по времени эталонную уставку блока измерения скольжения. С выхода элемента И 19 сигнал поступает на исполнительный орган 15, который обеспечивает запуск блрка 16 управления, работу тиристоров преобразователя источника 8 питания и тем самым возбуждение возбудителя и синхронного двигателя. Блок 1 сброса осуществляет возврат схемы подачи возбуждения в исходное положение и тем самым снятие возбуждения по сигналу из внешней схемы управления и защиты. Формирование сигнала на сброс может быть осуществлено в самом блоке по факту возникновения длительного асинхронного режима (сигнал с выхода усилителя 12) или внутр-еннего повреждения возбудителя (сигнал с выхода преобразователя 11). Необходимость последней защиты может возникнуть при малых нагрузках на валу машины, не приводящих к выпадению ее из синхронизма. При нормальном процессе синхронизации появление сигнала на выходе блока 1 сброса предотвращается запретом на срабатывание, созданным исполнительным органом 15 и соответствующей временной задержкой внутри самого блока. Защита обмотки возбуждения возбудителя и вентилей выпрямителя источника питания осуществляется бло-:

ком 9 защиты от перенапряжений, выполненном, например, на стабилитроне или тиристоре.

Прохождение сигнала асинхронного режима в возбудителях переменного тока с мостовой схемой вращающегося выпрямителя (фиг. 2) обеспечивается включением тиристоров 21 и 22 пускозащитной цепи возбудителя на разные фазы якорной цепи возбудителя, выполняющие роль первичной обмотки датчика 10 тока ротора в переходных режимах при протекании по ним отрицательной полуволны тока .ротора. Защитные резисторы выполняют роль ограничителя тюков короткого замыкания при подаче возбуждения, а также ускоряют гашение поля обмотки возбуждения при синхронизации машины с малым моментом сопротивления на валу. В случае необходимости аналогичное сопротивление может быть включено 8 цепь другого тиристора пуско-защитной цепи. Так как фазы 23 якор- ной цепи могут иметь достаточно боль-25 шое сопротивление, то защитные резисторы могут в ряде случаев не использоваться. При пуске машины, с моментом сопротивления на валу схема подачи возбуждения может быть упррщена за счет исключения блоков самосинхронизации, элементов ИЛИ, И, т.е. осуществить подачу возбуждения только в функции скольжения . Использование предлагаемого устройства для возбуждения бесщеточных синхронных машин позволяет пос.редст вом простой схемы осуществить подачу возбуждения в функции скольжения и при необходимости в функции углово го положенияротора, обеспечивая миж-1мальное время синхронизации, производить автоматическое управление возбуждением в различных режимах, осуществляя отключение машины или , сигнализацию. Все это повышает надеж ность работы машины и появляется воз можность использовать данное изобретение в машинах с вращающимся выпрямителем, выполненным по мостовой схе ме. . Формула изобретения 1. Устройство для возбуждения бес щеточной синхронной машины, содержащее возбудитель 1еременного тока,

якорная цепь которого через выпрямитель подключена к обмотке возбуждения синхронной машины, силовой орган управления, включенный на зажимы якорной цепи синхронной машины, пуско-защитную цепь, подключенную параллельно обмотке возбуждения синхронной машины,и схему подами возбуждения, включающую последовательно соединенные между собой преобразователь сигнала, усилитель, блок синхронизации и исполнительный орган, блок . сброса, выход которого подключен к одному из входов исполнительного органа, а вход блока сброса подключен к одному из выходов исполнительного органа, источник питания обмотки возбуждения возбудителя и внешний узел управления и защиты, отличаю-.

щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности и расширения функциональных возможностей, возбудитель снабжен дополнительной обмоткой, расположенной в магнитной Системе его индуктора по поперечной оси, и дополнительно введен блок управления, а блок сброса снабжен тремя дополнительными входами.й-одним дополнительным выходом, причем дополнитель-. ндя обмотка подключена к входу .преобразователя сигнала, выход исполнительного органа схемы подачи возбуждения .соединен с источником питания через блок управления, первый из дополнительных входов блока сброса подключен к выходу преобразователя сигнала, второй дополнительный вход блока сброса соединен с выходом усилителя схемы подачи возбуждения, а третий дополнительный вход блока сброса подключен к выходу внешнего узла управления и защиты, дополнительный выход блока сброса соединен с управляющим входом силового органа ynpiaBления. 2.Устройство по п. t, отличающееся тем, что в него дополнительно введен блок защиты от перенапряжения, включенный параллельно обмотке возбуждения возбудителя. 3.Устройство по п. 1, о т л и чающееся тем, что выпрямитель возбуждения выполнен по мостовой схеме соединения вентилей, пускозащитная цепь выполнена на тиристорах, подключенных к двум фазам якорной цепи возбудителя.

9 917287 10

Источники информации,2. Устройство тиристорного возбупринятые во внимание при экспертизедителя. Техническое описание и инст1. Лазарев Б.М. и др. Внедрениерукцмя по эксплуатации 1 ТЛ.579.046.

упрощенных схем пуска и защиты высо-ТО. М., 1977ковольтных синхронных двигателей.5 3. Патент США № 3582735,

М., Машиностроение, 19б9, с.Чб.кл. 318-176, 1971.