Автоматический регулятор возбуждения для синхронной машины Советский патент 1982 года по МПК H02P9/30 

(54) АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР ВОЗВУЖДЕНИЯ ДЛЯ СИНХРОННО МАШИНЫ

I

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для управления током возбуждения синхронных машин, преимущественно для синхронных двигателей.

Известен автоматический регулятор возбуждения для синхронных машин, содержащий фазочувствительный фильтр, фазоимпульсные генераторы, подключенные к цепям управления тиристорного преобразователя, причем выход одного из каналов фазоимпульсного генератора включен в цепь управления прерывателем дискретного фильтра ИД. /

Недостатком этого регулятора является необходимость фазировки входной цепи датчика напряжения и соответствующего фазоимпульсного генератора.

При изменении фазировки трансформатора напряжения, возникающего, например, в результате ремонта, необходимо производить переключение входных цепей ключевого элемента дискретного фильтра на другой фазоимпульсный генератор, что усложняет эксплуатацию регулятора. .

Известен другой автоматический регулятор возбуждения для синхронной машины, содержащий модулятор амплитуды пилообразного напряжения, ключевой преобразователь непрерывного напряжения в ступенчатое (дискретный быстродействующий фильтр), генератор непериодических импульсов, предназначенный для управления дискретным фильтром. На вход регулятора подключены трансформаторы напряжения и тока статора синхронной машины L21.

Регулятор реализует два закона регулирования - по напряжению статора и по углу . При регулировании по углу v синхронизация генератора импульсов производится трансформатором тока, фаза которого должна быть однозначно определена относительно напряжения, поданного на вход безынерционного фильтра. При неправильНОЙ фазировке устойчивость работы устройства нарушается. Недостаток устройства - указанна необходимость фазировки напряжений входных трансформаторов, что также усложняет эксплуатацию. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является автоматический регулятор возбужде. ния для синхронной машины, содержащий трансформаторы напряжения и тока, входы которых соединены с фазами якорных цепей синхронной машины, модулятор напряжения, вход которого соединен с трансформатором напряжения, .прерыватель, коммутирую щий вход которого соединен с выходом модулятора, а коммутирующий выход со динен с фиксатором величины модулиру емого напряжения в момент включения прерывателя, фазоимпулъсный усилитель , вход которого подключен к выходу фиксатора величины модулируемого напряжения, генератор импульсов, выходной усилитель которого соединен с управляющим входом прерывателя, синхронизирующий вход генератора импульсов соединен с выходами трансфор маторов напряжения и токЬ 1зД. Регулятор реализует регулирование по напряжению статора,, углу if5 ме ду напряжением и током статора, по реактивному и активному току, углу нагрузки 9. Недостатком этого устройства явля ется необходимость предварительной синхронизации положения импульса генератора импульсов и пилообразного напряжения модулятора при выполнении всех упомянутых законов регулирования, за исключением регулирования по напряжению. Генератор импульсов выполнен в виде блокин -генератора и фаза его .выходных импульсов жестко связана с синхронизирующим напряжением, плавное изменение фазы импульсов в широких пределах невозможно. Это требует точной фазировки напряжений., поступающих на вход эегулятора из трансформаторов напряжения и тока. Точные направления векторов датг чиков напряжения и тоКа обычно указа ны в инструкциях по экспулатации на возбудители серии ТВУ-320 и ТЕ8-320 в которых используется регулятор возбуждения. В некоторых случаях выполнение требований инструкции при74водит к необходимости изменения схем подключения измерительных трансформаторов в комплектных распределительных устрой :твах. Если в результате ремонта или переключений в аппаратуре высоковольтной сети двигателя фазировка трансформаторов тока и напряжения, подключенных к регулятору, изменяется, то нарушается устойчивость работы возбудителя. Цель изобретения - упрощение эксплуатации и повышение качества регулирования.Поставленная цель достигается тем, что генератор импульсов дополнительно снабжен источником пилообразного напряжения,источником регулируемого постоянного напряжения и двухвходовым компаратором, на один вход компаратора подключен выход источника регулируемого постоянного напряжения, а выход компаратора соединен с входом выходного усилителя генераторов импульсов, при этом вход источника пилообразного напряжения является синхронизирующим входом генератора импульсов.1 На фиг. 1 приведена.принципиальная схема регулятора возбуждения; на фиг. 2 - эпюры напряжений в схеме регулятора; на фиг. 3-5 векторные диаграммы напряжений в регуляторе и на его входах. Регулятор возбуждения состоит из датчика 1 напряжения, в состав которого входят трансформаторы 2 и 3 напряжения, соединенные через фильтр из конденсатора, резистора 5 и диода 6, входом модулятора напряжения, выполненного на.стабилитронах 7 и пилообразующей цепи 8 и 9. Выход модулятора подключен к коммутирующему входу прерывателя 10, коммутирующий выход которого соединен с фиксатором tt величины модулируемого напряжения в момент включения прерывателя. Запоминающим элементом фиксатора -11 является конденсатор 12. Генератор 13 импульсов, в состав которого входят установочные резисторы I и 15, связанные с источником синхронизирующих напряжений, ; вместе с базовой цепью транзистора 16 образуют синхронизирующий вход генератора 13 импульсов. Транзистор 16 вместе с RC-цепью 17 и 18 выполняет роль источника пилообразного напряжения, соединенного выходом с 59 входом компаратора на транзисторе 19 к другому входу которого подключен источник 20 регулируемого.постоянного напряжения, выход которого связан с входом выходного усилителя генератора импульсов. Выходной усилитель состоит из транзисторов 21 и 22, нагрузкой которых является первичная обмотка импульсного трансформатора 23, вторичная обмотка 2k которого подключена к управляющему входу .прерывателя 10. Переключатели 25 и 26 режимов регулирования предназначены для выбора режима работы регулятора возбуждения. Входные цепи регулятора подключены к трансформаторам тока 27 и 28 и напряжения 2 синхронного двигателя 29. Обмотка 30 возбуждения двигателя 29 подключена на вход тиристорного выпрямителя 31, на управляющие электроды которого поступают импульсы из фазоимпульсного усилителя 32. Цепь управления фазой усилителя 32 подключена к выходу фиксатора 11 величины модулируемого, напряжения. Режим работы генератора выбирается переключателями 25 и 26 и изменением вели.чины входных потенциометров 14 и 15. .Автоматический р егулятор возбуждения для синхронной машины работает следующим образом. Синусоидальное напряжение 33 (фиг. 2), поступающее на вход датчика 1 напряжения,- путем операций филь рации, отсечки диодом 6, ограничения стабилитронами 7, заряда и разряда RC-цепи 8 и 9 преобразуется в пилообразное напряжение 3, амплитуда и наклон которого .пропорциональны напряжению трансформатора 2 напря жения. Прерыватель 10 кратковременно присоединяет конденсатор 12 фиксатора 11 к напряжению пилообразной формы на конденсаторе RC-цепи. Н конденсаторе 12 и на выходе фиксатора .11 получаем постоянное напряжение 35 с минимальными пульсациями. Величина напряжения 35 пропорциональна напряжению З в момент импульсного открытия прерывателя 10 импульсом 36. Изменение фазы импульса изменяет напряжение запоминания на конденсаторе 12 из-за наклона пилообразного напряжения Следовательно, выходное напряжение 35 регулятора следит с частотой появления 76 импульсов 36 за изменением напряжения 33 и фазы импульса Зб. Импульс 36 поступает на вход прерывателя 10 из генератора 13 импульсов. Генератор импульсов выполнен фазосдвигающим с вертикальным управлением и содержит схему для преобразования синусоидального синхронизирующего напряжения в пилообразное, выполненную на транзисторе 16 и RC-цепи 17, 18. Пилообразное напряжение на конденсаторе RC-цепи 17, 18 сравнивается с. напряжением управления фазой импульса, подключенным к эмиттеру компаратора 19. При равенстве напряжения на конденсаторе RC-цепи 17, 18 и источника 20 компаратор 19 открывается, на выходе 2 импульсного усилителя генерируется импульс, который поступает на коммутирующий вход прерывателя 10. Фаза импульсов зависит как от фазы синхронизирующих напряжений, которые через потенциометры 1 и 15 по-даются на базу коммутирующего транзистора 16, так и от величины напря-. жения источника 20, при изменении амплитуды которого фаза импульса дополнительно может возрастать в диапазоне в 0-170 эл.град. При нулевом напряжении на втором входе генератора импульс на его выходе совпадает во времени с моментом перехода синхронизирующего напряжения 37 через ноль. Увеличение величи ны отрицательного напряжения источни ка 20 приводит к увеличению (})азы вплоть до 170 эл.град. (фиг. 2). Син-г хронизирующее напряжение 37 в общем случае является векторной суммой напряжений, поступающих из трансформаторов тока и напряжения. Выбор величин сопротивлений потенциометров k и 15 и положения переключателей 25 и 26 в зависимости от закона регулирования рассмотрен в работе 3. Для регулирования по напряжению статора переключатель 26 замкнут, переключатель 25 поставлен в нижнее положение, величины сопротивлений, потенциометров k и 15 таковы,что сигнал через потенциометр 15 преобладает.Тогда фаза и величина напряжения синхронизации определяется трансформатором 2 напряжения, и выходной сигнал регулятора зависит только от амплитуды напряжения статора синхронного двигателя 29. Для, регулирования по углу У пере ключатели 25 и 26 находятся в том ж состоянии, что при регулировании по напряжению, но синхронизирующее напряжение определяется преимуществен но током статора. В этом случае фаз импульса 36 следует за изменением фазы синхронизирующего напряжения и выходной сигнал регулятора реагирует на изменение напряжения и углаЧ. При регулировании по реактивному или активному току переключатель 26 разомкнут, переключатель 25 установлен в верхнее положение. На вход прерывателя 10 поступает в этом слу чае суммарное напряжение конденсатора КС-цепи 7, 8 и синусоиды тока. Фаза импульса 36 зависит только от напряжения трансформатора 2, а выхо нов напряжение 35 регулятора реагирует на изменения напряжения 33 и реактивной или активной составляющей тока статора в зависимости от положения импульса Зб на падающей ветви пилообразного напряжения 3. Если выбрать фазы трансформаторов 3 и 27 так, чтобы векторы напря жения и тока были бы перпендикулярны при СозЧ 1 и номинальной величине статора, а потенциометрами Т и 15 установить отношение сигнала напряжения к сигналу тока обратно пропорционально поперечному реактивному сопротивлению двигателя то фаза включения генератором 13 прерывателя 10 будет пропорциональна углу нагрузки двигателя, углу -в поворота оси ротора относительно по ля -статора. Получаем регулирование по напряжению и углу 9-. I, Установка импульса 36 в необхо цчцую по режиму.регулирования области пилообразного напряжения З производится выбором фазы синхронизи рующего напряжения 37 относительно напряжения 33 и дополнительно напряжением источника 20, При регулировании по углу f необходимо, чтобы импульс Зб был установлен при Cos С 1 на расстоянии 90 эл.град. от вершины 38 пилообразного напряжения 3. В этом случае при изменении угла f в широком диапа зоне импульс не выходит за пределы экспоненциальной части пилообразного напряжения 3, что необходимо для устойчивой работы- регулятора в соответствии с принятой в тиристорных вoзбyд fтeляx синхронных машин регулировочной характеристикой. На фиг.2 приведен случай, когда в качестве синхронизирующего напряжения принято напряжение 37, поступающее из трансформатора 27 тока и отстающее на 30 эл,град. от напряжения 33 на выходе трансформатора 3 напряжения. Это соответствует тому, что при Cos 1 трансформатор напряжения подключен к линейному напряжению Ui- , а трансформатора тока в другую фазу статорной синхронизирующего напряжения 37 изменяется, однако импульс Зб устанавливается в нужную зону пилообразного напряжения З путем изменения напряжения источника 20, Примем, что трансформатор 2 напряжения постоянно подключен к линейному напряжению Цл , а синхронизация генератора 13 MMnyjribcoB осуществляется напряжением трансформатора 28 тока. Покажем, что при включении трансформатора тока в любую фазу импульс Зб может быть установлен в экспоненциальную зону пилообразного напряжения 3. Трансформатор 28 тока ,ен в фазу А (фиг. 3). В соотвегстзии с параметрами входного RC-фильтра датчика 1 напряжения, вершина 38 пилообразного напряжения сдвинута на 30 эл,град, в сторону опережения относительно вектора напряжения UA, . Вершине 38 соответствует (фиг, 3) вектор 39- Тогда угол 40 соответствует рабочей зоне пилообразного напряжения З, а угол 1 равен диапазону а сдвига импульса 36 напряжением источника 20. Углы 0 и 41 имеют общую зону и, следовательно, импульс 36 может быть установлен в рабочую область пилообразного напряжения, . Трансформатор 28 тока включен в фазу В (фиг, Л). В качестве синхронизирующего напряжения примем вектор Jt, сдвинутый на 180 эл,град.. При CosV .1 вектор синхронизирующего напряжения совпадает с вектором 39, угол k2 равен диапазону сдвига импульса. Углы kO и k2 имеют общую зону (практически совпадают), Трансформатор 28 тока включен в фазу С (фиг, 5). Угол 43 равен диапазону сдвига импульса. Углы 0 и 43 также имеют общие зоны. Во всех трех вариантах размер и положение общей зоны относительно вектора вершины пилообразного напряжения 39 достаточны для устойчивой работы регулятора при максимальном, диапазоне изменения угла Р . При регулировании по активному и реактивному току статора вектор тока обычно выбирается при Cos 1 отстающим от вектора напряжения на 30 или 210 эл.град. Установка импульса 36 в необходимую облает ь пилообразного напряжения 3 производится только напряжением источника 20, так как синхронизацк1Я импульса не зависит от тока и определяется напряжением трансформатора 3 напряжения. В качестве источника 20 напряжения может быть использован потенциометр.с ручной уставкой или дополнительный датчик постоянного напряжения О - 12В, 5 мА, включенный в систему автоматического регулирования возбуждения двигателя например выпрямленный сигнал трансформатора тока узла нагрузки углоизмерительного устройства - датчика уг ла « и т.п. Таким образом, введение в генератор 13 импульсов компаратора 19 с ис точником регулируемого постоянного напряжения, подключенного к второму входу компаратора, позволяет устра- нить в большинстве режимов регулирования необходимость точной фазиров ки векторо.в трансформаторов 2 и 28 и, кроме того, расширяет функционал ные возможности регулятора за счет введения в него дополнительных си{- налов управления постоянного напряжения малой мощности и стандартной величины. Кроме того, введение.дополнительного входа, управляемого напряжением для плавного изменения фазы импульса генератора ..13, позво ляет изменять коэффициент усиления и уставку рабочей точки регулятора электрическим сигналом за счет перемещения импульса по нелинейной ча ти пилообразного напряжения 3+Регулятор возбуждения предназначен для применения в тиристорных 710 возбудителях серии ВТЕ-320 для синхронных двигателей свыше 100 кВт, Формула изобретения Автоматический регулятор возбуждения для синхронной машины, содержащий трансформаторы напряжения и тока, входы которых соединены с фазами якорных обмоток синхронной машины, модулятор напряжения, вход которого соединен с выходом трансформатора напряжения, прерыватель, коммутирую-; щий вход которого соединен с выходом модулятора, а выход соединен с фиксатором величины модулируемого напряжения в момент включения прерывателя , фазоимпульсный усилитель, вход которого подключен к выходу указан ного фиксатора величины модулируемого напряжения, генератор импульсов, выходной усилитель которого соединен с управляющим входом прерывателя, синхронизирующий вход генератора импульсов соединен с выходами трансформаторов напряжения и тока, отличающийся тем, что, с целью упрощения эксплуатации и улучшения качества регулирования, генератор импульсов дополнительно снабжен источником пилообразного напряжения, источником регулируемого постоянного напряжения и двухвходовым компарато ром, на один вход компаратора подключен выход источника пилообразного напряжения, на другой вход подключен выход источника регулируемого постоянного напряжения, а выход компаратора соединен с входом выходного усилителя генератора импульсов, при этом вход источника пилообразного напряжения образует синхронизирующий вход генератора импульсов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 519836, кл. Н 02 Р 9/30, 1976.2.Авторское свидетельство СССР № 235155, кл. Н 02 Р.9/30, 19693.Авторское свидетельство СССР № , кл. Н 02 Р 9/30, 1976. -ЧИ

Су 3

ЗгИ

II

ij. V

35

fug. 2

%

(риг.З

to

ff2

39

АВ W

(pti.S

Рцг,