Измерительный орган напряжения для автоматического регулятора тока возбуждения синхронной электрической машины Советский патент 1983 года по МПК G01R19/00 H02P9/14 

через диод подключен на вход фильтра 2 . Напряжение с вторичной обмотки трансформатора, пропорциональное напряжению на вьшодах генератора, выпрямляется с помощью полупроводни кового выпрямителя, после чего филь руется и поступает на нелинейный элемент, выполненный на стабилитронах и резисторах. При номинальном напряжении на выводах генератора напряжение в диа гонали нелинейного элемента равно нулю. В диагональ мо9та нелинейного элемента через сопротивление включе на обмотка управления суммирующего магнитного усилителя. При глубоких посадках напряжения на выводах гене ратора режим форсировки обеспечивается от вспомогательного источник В данном устройстве использование фильтра на выходе выпрямителя позво ляет уменьшить уровень пульсаций на ряжения на выходе измерительного ор гана, а включение нелинейного элемента на выход фильтра - исключить дополнительные обмотки в трансформа торе и магнитном усилителе. Недостатком этого устройства является увеличение постоянной времен измерительного органа напряжения пр снижении напряжения на выводах генератора, что снижает быстродействи автоматического регулятора возбуждения в этом режиме. Это обусловлен различием в постоянных времени заря да- и разряда конденсатора фильтра, которые вызваны односторонней прово димостью диодов выпрямителя и различием эквивалентного сопротивления вторичной обмотки трансформатора и нагрузки фильтра. Особенно это проявляется при глубоких посадках напр жения, к недостаткам следует отнести также увеличение уровня пульсаций в выходном напряжении измерительного органа напряжения в несимметричных режимах,что приводит к увеличению пульсаций напряжения на выходе автоматического регулятора возбуждения. Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является измерительный орган напряжения для автоматических регуляторов тока возбуждения синхронных машин, содержащкй измерительный узел, в состав которого входят входной трансформатор с первичной обмоткой и первой, второй и третьей вторичными обмотками, первая из которьзх выполнена с отводом от средней точки, и четыре транзистора, причем один крайний вывод первой вторичной обмотки соединен с коллектором первого транзистора, а другой крайний вывод той же обмотки соединен с коллектором второго транзистора, эмиттеры которых соединены соответственно с эмиттерами третьего и четвертого транзисторов, коллекторы которых объединены и образуют выход измерительного .узла, связанный с входом сглаживающего фильтра автоматического регулятора тока возбуждения, при этом вторая вторичная обмотка трансформатора подключена одним выводом к эмиттерам первого и третьего транзисторов, а другим выводом соединена с базами этих же транзисторов, третья вторичная обмотка трансформатора соединена аналогичным образом с вторьлм и четвертым транзисторами ГЗ. В данном устройстве на вход транзисторных схем и на их управляющие входы поступают напряжения, соответствующие векторной действующих значений фазных напряжений генератора. В результате, когда транзисторы в транзисторной схеме находятся в открытом состоянии, обеспечивается прохождение сигналов отрицательного и положительного знака, что позволяет снизить постоянную времени раз.ряда конденсатора при уменьшении величины измеряемого входного напряжения, тем самым несколько повысить быстродействие автоматического регулятора возбуждения. Тем не менее, быстродействие регулятора остается сравнительно низким, из-за наличия запаздывания, обусловленного тем, что напряжение на выходе измерительного органа напряжения пропорционально сумме значений фазных напряжений синхронной машины, К недостаткам данного устройства следует отнести также наличие сравнительно высокого уровня пульсаций выходного напряжения на выходе узла измерения, особенно в несимметричных режимах, обусловленную тем, что она выполняет функцию выпрямления входного напряжения аналогично двухполупериодной схеме выпрямления. в связи с этим форма и частота пульсаций выходного напряжения аналогичны форме и частоте выходного напряжения двухполупериодной схемы выпрямления. Пульсации приводят к асимметрии импульсов управления. При работе автоматического регулятора возбуждения с системой импу тьснофазового-управления с малой инерционностью тиристорного преобразователя асимметрия импульсов управления является причиной неравномерной загрузки тиристоров преобразователя и снижению его надежности. Для снижения уровня пульсаций необходимо увеличивать постоянную времени фильтра, что приводит к снижению быстродействия регулятора и ухудшению качества регулирования синхронной электрической машины. Цель изобретения - повышение качества электроэнергии за счет-повышения- быстродействия регулирования в несимметричных режимах. Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены дополнительные, аналогичные основному измер.-тельные узлы и общее число измерительных узлов равно числу фаз электрической машины, а средний вывод первой вторичной обмотки трансформатора каждого измерительного узла, кроме.последнего, соединен с выходом каждого последующего измерительного узла, вывод средней точки первой вторичной обмотки последнего измерительного узла подключен к второму входу сглаживающего фильт ра, при этом первичные обмотки всех входных трансформаторов соединены между собой, в звезду, а свободные выводы первичных обмоток предна начены для подключения к выводам фа якорных обмоток электрической машины, На чертеже представлена принципи альная схема измерительного органа напряжения для трехфазной синхронно электрической машины, . Измерительный орган напряжения содержтгд. основной измерительный узе 1 и два дополнительных измерительны узла 2 и 3, аналогичные основному. Каждый измерительный узел содержит транзисторные блоки 4 и 5, выполнен ные на транзисторах 6, 7 и 8, 9 соо ветственно, и входной трансформатор 10, Входной трансформатор 10 содержи первичную обмотку 11, и первую, вто рую и третью вторичные обмотки 12 14, Один крайний вывод 15 первой вт ричной обмотки 12 подключен к коллектору первого транзистора 6, а др гой ее крайний вывод 16 - к коллектору второго транзистора 8, эмиттер первого, третьего транзисторов б и 7 соединены между собой с одним выводом второй вторичной обмотки 13, другой ее вывод через резисторы 17 и 18 связан с базами указанных транзисторов. Один из выводов треть ей вторичной обмотки 14 соединен с эмиттерами второго и четвертого транзисторов 8 и 9, базы которых через резисторы 19 и 20 связаны с другим выводом вторичной обмотки 14 Коллекторы третьего и четвертого транзисторов 7 и 9 объединены и образуют выход в каждом измерительном узле, связаны с первым входом сглаживающего фильтра 21, второй вход которого связан с выходом средней точки первой вторичной обмотки 12 трансформатора 10 последнего измерительного узла 3, Средние- выводы 2 первой вторичной обмотки трансформатора измерительного узла 1 соединен с выходом измерительного узла 2. Первичные обмотки 11 трансформаторов измерительных узлов соединены между собой в звезду, а свободные выводы первичных обмоток трансфоЕ аторов предназначены для подключения к выводам фаз А, В, С якорных обмоток электрической машины. Выход сглаживающего фильтра 21 подключен к автоматическому регулятору 23 возбуждения тока электрической машины. Устройство работает следую цим образом. Напряжение с выводов А, В, С фаз якорных обмоток синхронной электрической машины поступает на первичную обмотку 11 трансформатора 10, Во вторичной обмотке 12 (выводы 15 и 16 относительно средней точки 22) и обмотках 13 и 14 наводятся ЭДС с противоположными знаками. Если, например, под действием входного напряжения на первичной обмотке.11 трансформатора 10 измерительного узла 1 на вторичной обмотке 12 (вывод 15, средняя -точка11 трансформатора 10 измерительного узла 1) наведется ЭДС положительная по знаку (плюс на выводе 15, минус на средней точке 22), а на обмотке 13 - ЭДС. такого же знака (плюс на эмиттерах, минус на базах транзисторов б и 7), то транзисторы 6 и 7 откроются. В результате ток от ЭДС, наведенной в обмотке, замыкается по следующему пути: вывод 15 вторичной обмотки 12 через открытые транзисторы б и 7 измерительного узла 1, входное сопротивление сглаживающего фильтра 21, средняя точка 22 вторичной обмОтки 12 измерите.льного узла 3, открытые транзисторы 8 и 9 измерительного узла 3, средняя точка 22 вторичной обмотки 12 трансформатора 10 измерительного узла 1, транзисторы 8 и 9 этого же узла, средняя точка 22 (в предположении, что на первичные обмотки 11 трансформаторов 10 измеpитeJrьныx узлов 2 и 3 поступают соответствующие напряжения и транзисторы 8 и 9 открыты), Одновременно на обмотках 14 измерительных узлов наводится ЭДС такого знака (плюс на базах, минус на эмиттерах транзисторов 8 и 9), при которой транзисторы 8 и 9 должны быть закрыты и пути тока от наведенных ЭДС во вторичной обмотке 12 (вывод 16, средняя точка 22) нет. При смене полярности входного напряжения на первичной обмотке 11 трансформатора 10 измерительного узла 1 на вторичной обмотке 12 наведенная ЭДС. меняет знак, аналогично меняется знак наведенной ЭДС в обмотках 13 и 14, При этом транзисторы б и 7 измерительного узла 1 находятся в закрытом состоянии, а транзисторы 8,9 -т в открытом В результате появится следующий пут протекания тока от ЭДС., наведенной BQ вторичной обмотке 12: вывод 16, открытые транзисторы 8 и 9, измеритель узла 1, входное сопротивление сглаживающего фильтра 21, вторичные обмотки 12 (вывод 15, средняя точка 22), открытые транзисторы 6 и 7 измерительных узлов 2 и 3, средняя точка 22 вторичной обмотки 12 транс форматора 10 измерительного узла 1, Одновременно на обмотке 13 наводится ЭДС такого знака, при котором транзисторы 6 и 7 закрыты и пути то ка от наведенной ЭДС во вторичной обмотке 12 (вывод 15, средняя точка 22) нет. Аналогично вышеизложенному проис ходит работа измерительных узлов 2 и 3. В несимметричных режимах при посадке напряжения на одной из фаз измерительного напряжения снижается напряжение на первичной обмотке 11 трансформатора 10 измерительного уз ЭТОЙ фазы, В результате уменьшается величина ЭДС,наведенной в обмотках 13 и 14 этого узла, что приводит к уменьшению базового тока транзисторов 6-9 транзисторных блоков 4 и 5. При этом уменьшается коллекторны ток транзисторов 6 - 9, а так как выходы измерительных узлов 1-3 включены последовательно, то уменьшается и общий ток через входное сопротивление сглаживающего фильтра 21. В результате напряжение на его выходе уменьшается. В динамических режимах в момент посадки напряжения одной из фаз измеряемого напряжения базовый ток транзисторов 6-9 тран зисторных блоков 4 и 5 меняется практически мгновенно, поэтому прак тически мгновенноИзменяется напряжение на входе сглаживающего фильтра 2 1 . Благодаря выполнению измерительного органа напряжения с числом измерительных узлов, равным числу фаз синхронной электрической машины и соответствующему подключению их меж ду собой, появилась возможность изм рять минимальное действующее значение Измеряемых фазных напряжений. В результате в симметричных режи мах вйхолное напряжение измеритель ного органа напряжения практически соответствует вых|одному напряжению известных измерительных органов напряжений. В несимметричных же режимах, когда транзисторы измерительных узлов той фазы, напряжение которой занижено, начинают прикрываться, выходное напряжение измерительного органа изменяется практически мгновенно, что позволяет увеличить быстРодействие автоматического регулято ра возБуждения в несимметричных режимах и тем самым повысить качество регулирования синхронной электрической машины в этих режимах. Следует также отметить, что уровень пульсаций выходного напряжения в этих режимах не увеличивается, тем самым отпадает необходимость увеличения постоянной времени сглаживающего фильтра, что также с пособствует увеличению быстродействия, Формула изобретения Измерительный орган напряжения для автоматического регулятора тока возбуждения синхронной электрической машины, содержащий измерительный узел, в состав которого входят входной трансформатор с первичной обмоткой и первой, второй и третьей вторич:ными обмотками, первая из которых выполнена с отводом от средней точки, и четыре транзистора, причем один крайний вывод первой вторичной обмотки соединен с коллектором первого транзистора, а другой крайний вывод той же обмотки - с коллектором, второго транзистора, эмиттеры которых соединены соответственно с эмиттерами третьего и четвертого транзисторов, коллекторы которых объединены и образуют выход измерительного узла, связанный с входом сглаживающего фильтра автоматического регулятора тока возбуждения, вторая вторичная обмотка трансформатора подключена одним выводом к эмиттерам первого и третьего транзисторов, а другим выводом соединена с базами этих же транзисторов,третья вторичная обмотка трансформатора соединена аналогично с вторым и четвертым транзисторами, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повышения качества электроэнергии за счет повышения быстродействия регулирования, в несимметричных режимах, . введены дополнительные, аналогичные основному, измерительные узлы и общее число измерительных узлов равно числу фаз электрической машины, а средний вывод первой вторичной обмотки трансформатора каждого измеительного узла, кроме последнего, соединен с выходом каждого последующего измерительного узла, вывод средней точки первой вторичной обмотки последнего измерительного узла подключен к второму входу сглаживающего фильтра первичные обмотки всех трансформаторов соединены между собой в. звезду, а свободные выводы первичных обмоток предназначены для подключения к выводам фаз якорных обмоток электрической машины.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Быстродействующий регулятор напряжения РНА-60. Техническое описание. Минск, 1963, с. 6.

2.Автоматическое регулирование и управление в энергосистемах. Под

ред. Г.Р. Герценберга. Труды ВЭИ,

вып. 78. М., Энергия , 1968, с,2931.

3. Автоматический регулятор возбуждения АРВ-1 для синхронных генеjpaTOpOB ГОС-630. Принципиальная электрическая схема, чертеж ОБП. 35 С,194,завод Уралэлектро.тяжмаш , 1975.