Автоматический регулятор возбуждения для синхронной машины Советский патент 1983 года по МПК H02P9/14 

(54) АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР ВОЗБУЖДЕНИЯ ДЛЯ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах автоматического управления возбуждением синхронных машин.

Известен автоматический регулятсф юабуждеиая синхронных машин, содержащий устройство измерения отклонения напряжения синхронной машины от задан« кого значения, сумматор с тремя входами, выход которого подключен к управляющему входу силовой части системы возбуждения. Вьщ}д устройства измерения отклонения напряжения синхронной машины от заданного значения подключен к первому входу сумматора, второй вход сумматора непосредственно, а третий вход через дифференциатор подключён к выходу иом ительного органа частоты напряжения синхронной машины, который имеет схему измерения частоты напряжения синхронной машины, сглаживающий фильтр и выходной усилитель.

Это устройство позволяет регулировать, возбдгждение синхронной маштшы в

Фогнквин отклонения напр5аокения, отклоне. ния и производной частоты напряжения синхронной машины. В нем измерение частоты напряжения осуществляется поочередным зарядом конденсатора в каж5 дый полупериод через транзисторный ключ от стабилизированного источника н последующего его разряда. Коммутация транзисторного ключа осуществляется синхронно с измеряемой частотой напряжения.

Среднее значение тока заряда конденсатора пропорционально измеряемой частоте напряжения 1 .

Недостатком данного устройства явля15ется низкая чувствительность схемы измерения при сравнительно высоком уровне пульсаций выходного напряжения. Для сглаживания пульсаций устройство допопнительно содержит сглаживакипий фильтр, имеющий сравнительно большую инероион.ную постоянную, что приводит к уменьшению быстродействия автоматического регулятора возбуждения, а следовательно ухудшает качество регулирования синхронной машины. Известен также авто латический регулятор возбуждения синхронной машины, содержащий как аналогичзаые блоки и каналы регулирования по отклсянению напря жения от заданного значения, по отклонению к производной частоты напряжения синхронной машины. В этом устройстве измерительный ор гак частоты напряжения синхронной машины содержит преобразователь входного на 1ряже1П1я, нуль-орган, одновибратор; две ключевые схемы, интегратор, запоми нающий конденсатор, повторитель напряЛенин.. Это устройство позволяет регули1Х вать возбуждение синхронной машины в функции тех же параметров, что и в предыяушем устройстве 1J . Введение в измерительный орган частоты интегратора для измерения полупериода входного напряжения и зап 4инак шей емкости для ксашга и запоминания напряжения, пропорционального полуперио ду входнохч) напр51жения позволило нескол ко уменьшить величину переменной составляющей на выходе тельного органа частоты. Это позволило уменьшить постошо ю времени каналов регу- лирования по отклонению и производной частоты автоматического регулятора возбуждения за счет исшоочения сглаживающего фильтра со сравнительно бота шой постоянной времени.. В результате, удалось упростить конструкдшо, повысить надежность и (быстродействие автсялаш- ческого регулятора возбуждения По гсана- лам регулирования по отклов шю и производной частоты, что в свою очередь позвошшо улучипггь качество J)вryлиpoвa нвя синхрсжной машины 21 . Недостатком этого устройства являет ся сравнительно низкое качество регулгаровання, вызванное тем, что измерительный орган частоты измеряет один полупериод входного напряжения. В результате, автоматический регулятор воз ж дения по каналам регулирования по от клоненюо и производной частоты имеет время чистого запаздывания, равное пери оду напряжения. Это ухудшает качество регулирования синхрсшной машины. Следует также отметить, что из-еа конечных значений выходного и входного сопротивлений соответственно транзирторнсиго клкича и повторителя напряжения, а также погрешности емкости запоминакшшго ксщденсатора после ДНИХ, будет разряжаться, что приводит при введении в работу каналов регулирования по отклонению и производной частоты напряжения синхронной машины к появлению пульсаций на выходе автоматического регулятора возбуждения и на управляющем входе силового блока. В случае применения в качестве силового блока тиристорного преобразователя наличие пульсаций на его управляющем входе приводит к большой несимметрии управляющих импульсов и как следствие к неравномерной загрузке тиристорного преобразователя. Это приводит к выходу из строя отдельных тиристоров и тирис- торного преобразователя в делом. Гаким образом, использование данного устройств, ва снижает надежность системы регулирования. Наиболее близким техническим реше|нием к изобретению является атхэматический регулятор возбуждения синхронной машины, содержащий силовой блок системы возбуждения с управляющим входом, блок измерения отклонения на- дряжёазая синхронной машины от згщан- ного значения, сумматор с тремя входами, выходвкоторого подключен к управляющему входу силового блока системы возбуждения, а первый вход - к выходу бпока измерения отклонения напряжения синхронной машины от заданного значения, второй вход непосреяственно, а третий вход через дифференциатор подключены к выходу измерительного органа частоты синхронной машины; измерительный орган частоты, включающий преобразователь входного згапряжения с двумя выходами, суммирующий усилитель, вход которого соединен с выходом блока начальной уставки; два идентичных канала измерения, каждый из которых содержит псшторитель напряжения с запоминающим кб1щеисатором на входе, первый и второй транзисторные ключи с основньо т и управляющими входами, нуль-орган, входом подключенный к одному из выходов преобразователя входного напряжения, Интегрщ пощий конденсатор, одной обкяадкой подключенный у. основным вхог дам первого и: второго транзисторных ключей, а другчэй обкладкой подключенный к выходу второго транзисторного ключа, дкфферешшрующаа цепь первым выводом подюшоченная к выходу нульоргана н к управляющему входу первого транзисторного ключа ; зарвдиый резистор, одним выводом подключенный к основным входам первого и второго транзисторных ключей, a другим вьтодом - к первому выводу первого источника питания, являющийся для обоих каналов измерения з . Известное устройство позволяет рюгу- лировать возбуждение сшсчхмшой машины в функции отклонения напряжения, отклонения и производной частоты напряжения синхронной машины, В известном устройстве, ввиду нашгчия в измерительном органе частоты двух идентичных каналов измерения, обеспешвается измерение длительности обоих полупериодов входного напряжения. В результате, время чист го запаздывания каналов регулирования по отклонению и производной частоты, уменьшилось в 2 раза по сравнению с известным. При этом увеличилось быстро действие автоматического регулятора возбуждения по указанным каналам регулирования. Однако ввиду того| что электрические параметры однотипных элементов, ВХОД5ШП1Х в каналы измерения отличаются друг от друга, напряжение на заломинаюшем конденсаторе в каждом канале измерени55 отличается друг от дру га. Это приводит к появлению пульсаций в выходном напряжении измерительного органа частоты, а следовательно и на ъы ходе автоматического регулятора, что приводит к ухудшению качества регулирования синхронной машины. Недостатком данного устройства является сравнительно низкая чувствительность измерительного органа частоты напряжения синхронной машины. Объясняется это тем, что в процессе измерения длительности полупериода входного налрт жения заряд интегрирующей емкости происходит в течение всего полупериода и меряемого налряжентш и от одного однополярного источншса. В результате, крутизнй напряжения на интегрирующей емко ти, определяющая чувствительность канала измерения, сравнительно мала. Компенсировать низкую чувствительность каналов измерения, а следовательно, и измерительного органа частоты, можно путем последующего усиления его BbixojDtного напряжения в каналах отклонения и производной частоты напряжения автоматического регулятора воз твдения. Но при этом пропорционально усилению полезного сигнала увеличится уровень пуль саций напряжения на выходе автоматического регулятора возбуждения и на управляющем входе силового блока, что также снижает надежность системы автоматического регулирования нэ-ав. болышой нескмметрии управляющих импульсов силового блока тиристорного преобразователя и как следствие к неравномерной загрузке Т1фисторного преобразователя. Это пр1шодит к выходу из строя отдельных Т1фисторов и тиристорного преобразователя в целом. Кроме того, большой уровень пульсаш1Й на выходах каналов отклонения и производной частоты на- пряжения может привести к тому, что сумматоравтоматнческого регулятора возбуждения выйдет на нелинейную зону,, что эквивалентно выходу последнего из строя и снижешпо надежности системы автоматического регулирования. Испол зование предлагаемого устройства снижает качество регулирования синхронной машины, так как не позволяет увеличить коэффициенты усиления по каналам отклонения и производной частоты напряжения синхронной машины с целью у/ гчшения демпфирования качаний в энергххзиствме в послеаварийных режимах. Целью изобретения является повышение надежности и улучшение качества регулирования путем улучшения демпфирования качаний в послеаварийных режимах. Указанная цель достигается тем, что в каждый канал измерения измерительного органа частоты дополнительно введены одновибратор, третий транзисторный ключ, имеющий основной и управляющий входы, формирователь управляющих импульсов и второй ошюполярньЁК источник питания, при этом в каждом канале измерения второй вьтод дифференцирующей цепи подключен к входу формирователя управляющих импульсов, выход которого соединен с управляющим входом третьего транзисторного ключа, основной вход этого ключа подключен к основным входам первого и транзисторных ключей, а выход третьего транзисторноГО ключа подключен к входу повторитеЛи напряжения и к одной из обкладок запоминающего конденсатора, другая обкладка которого соединена с выходом первого транзисторного ключа, управляю ший вход второго транзисторного ключа соединен с выходом одновибратора, вход которого соединен с выходом нуль-органа, выход повторителя напряжения каждого канала измеренна подключен к входу суммирующего усилителя, выход второго транзисторного ключа каждого кана ла измерения подключен к первому вьгаоду второго одвополярного источника шатания, при этом вторые выводы обоих источников питания объединены между собой, образуя общую точку, к которой подключен выход первого транзисторного ключа каждого канала измерения. На чертеже схематгмески изображен автоматический регулятор возбуждения для синхронной машины. Автоматический регулятор возбуждения синхронной машины содержит блок 1 измерения отклонения напряжения синх ронной машины от заданного значения, сутйматор 2 с входамтг 3-5, выход которого подключен к управляющему входу силового блока 6 системы возбужг дения. Первый вход 3 сумматора 2 подключен к выходу блока 1 измерения от клонения напряжения синхронной мацпшы от задшшого значения. Второй вход 4 сумматора 2 непосредственно, а третий вход 5 через дифференциатор 7.подключены к выходу измерительного органа 8 частоты напряжения синхро1Шой машины. Измерительный орган 8 частоты напряжения синхронной машины содержгнт преобразователь 9 входного напряжения с двумя выходами 1О и 11, два идентич ных канала 12 и 13 измерения, каждый из которых, например канал 12 измерения, содержит нуль-оргбш 14, входом подключе}шый к выходу 10 преобразователя 9 входного напряжения. Выход нуль органа 14 подключен к входу одновибратора 15, входу дифференцирующей цепи 16 и управляющему входу 17 первого транзисторного ключа 18. Основной вход 19 транзисторного ключа 18 подключен к основному входу 2О второго транзисто ного ключа 21, к одной обкладке 22 miT грируюшего конденсатора 23, другая обкладка 24 которого подключена к выходу 25 второго транзисторного ключа 21. Управляющий вход 26 вто.рого транзистор ного ключа 21 подключен к выходу одновибратора 15. Выход дифференцирующей цепи 16 подключен к входу формирователя 27 управляющих импульсов, выход которого подключен к управляющему входу 28 третьего транзисторного ключа 29, Основной вход 30 третьего транзисторуного ключа 29 подключен к основному входу 20 второго транзисторного ключа 21. Выход 31 третьего транзисторного ключа 29 подключен к входу повторителя 32 напряжения и к одной обкладке 33 запом1шающего конденсатора 34. Другая обкладка 35 конденсатора 34 подключена к выходу 36 первого транзисторного ключа 1В, образуя общую точку. Обкладка 22 интегрирующего конденсатора 23 через зарядный резистор 37 подключена к вьгооду 38 первого ошюполярного истошшка 39 питания, являющегося общим для обоих каналов 12 и 13 . Обкладка 24 1штегр1Ч |ующего ко1щенсатора 23 подключена к вьшоду 4О второго однополярного источника 41 питания, являющегося ободгм для обоих каналов 12 и 13 измерения. Вьшод 42 первого однополярного источника 39 подключен к вьшоду 43 второго однополярного источника 41 питания и к обшей точке. Выходы повторителей 32 напряжений обоих каналов 12 и 13 измерения подключены к входу суммирующего усилителя 44. К этому входу подключен также выход блока 45 начальной уставки. Выход суммирующего усилителя 44 является выходом измерительного органа 8 напряжения. Aвтoмaт гчecкий регулятор возбуждения для синхронной машины работает следующим образом. Напряжение синусоидальной формы с выводных клемм С1а1хрошюй машины поступает на вход преобразователя входного 9 напряжения, на выходах 1О и 11 которого напряжения синусовдальной формы сдвинуты друг относительно друга на 18О эл. град. Под действием напряжения, поступающего на вход нуль-органа 14 первого канала 12, измеряющего длительность положительного полуперио- да входного напряжения, на выходе нульоргана 14 формируется биполярный сигнал прямоугольной формы, по частоте и скважности совпадающий с входным измеряемым напряжением. В момент перехода выходного напряжения нуль-органа 14с положительной на отрицательную полярность закрывается первый транзисторный ключ 18, подготавливая цепь заряда интегрирующего конденсатора 23. Одновременно с этим вступает в работу одновибратор 15, который формирует прямоугольный импульс положительной поляра кости длительностью 2-3 мсек, под действием которого открывается второй тран. зисторный ключ 21, который щунтирует интегрирующий конденсатор 23. В результате, вдтегрируюший конденсатор 23, ранее заряженный, разряжается в течение времени действия импульса одновибратора 15. После окончания формирования положительного импульса одновибратором 15закрывается второй транзисторный ключ 21, тем самым обеспечивая заряд интегрирующего конденсатора 23 от втог рого однополярного отрицательного ис- тоштоса 41 яиташ1я и первого ofliioiioJiap кого положительного истопшка 39 тггаюш, который продолжается до изменения полярности напряже1П1я, снимаемого с выхода нуль-оргаиа 14, В момент смены полярности напряжения с выхода нуль-органа 14 с отрицательной на положительную открывается первый транзисторный ключ 18. При этом заряд интегрирующего конденсатора 23 прекращается. Одновременно с гхгим на выходе дифференцирующей цепи 16 формируется узкий имггульс, поступающий на формирователь 27 управляющих импульсов. ка выходе которого формируется положительной полярности длительностью ЗО-100 мсек. Под действием этого импульса открывается третий транзисторный ключ 29 и напряжение с щего конденсатора 23, пропоршюнальное длительности полупериода входного измеряемого напряжения, поступает на запрми нающий конденсатор 34. После окончания формирования импульса формирователем 27 управляющих тпипульсов третий транзисторный ключ 29 закрывается и напряжение на запоминающем конденсаторе 34 сохраняется до следующего цикла рабо- ты третьего ключа 29. Цикл работы кана ла измерения повторяется после смены полярности напряже1щя свыхода нуль-органа 14 с положительной на отрицательную. Напряжение с запомтшающего конденсатора 34 поступает через повторитель 32 напряжения с входным сопротивлением порядка десятков МОм на вход суммирующего усилителя 44. На этот же вход суммирующего усилителя 44 поступает напряжение с выхода второго канала 13 измерения. С помощью суммирующего усилителя 44 напряжение с выхода первого канала 12 игмерения, пропорциональное длительности положительной полуволны измеряемого напряжения, и напряжение с выхода второго канала 13 измерения, пропорциональное длительности отрицательной полуволны входного напряжения, суммируются и сравниваются б напряжением пропорциональиым номинальной частоте напряжения синхронноймашшь, снимаемым с выхода блока 45 начальной уставки. Напряже ние, пропорциональное отклонению частоты напряжения синхронной мащины от номинального значения с выхода суммиру ющего усилителя 44 измерительного оргена частоты 8, поступает на второй вход 4 сумкштора 2. С выхода дифферен циатора 7 напряжение, пропорциональное производной отклонения частоты напряжения сшгхро шой мащины от iioNflfflanbHoft, поступает на третий 5 вход сумматора 2. С выхода устройства 1 измерения отклонекия напряжешга напряжение пропортго)тпьное отклонению напряжения синхрошгой машины от номинального значения, поступает на первый вход 3 сумматора 2. HanpsDKeirae управлеасия с выхода суьтматора 2 поступает на управляюнгкй вход силового блока 6 системы возбуждения и тем самым регулируя возбуждение cimx- ронной мштшы в фуюсшга отклонения напряжения, отклонения н производной частот напряжения с шхрошюй машиньи Благодаря введешпо в каждый канал измере шя измерительного органа частоты автоматггческого регулятора возбуждения формирователя управляющих импульсов, третьего транзисторного ключа, имеющего основной и управляющий входы одновибратора и второго однополярного источника питания, общего для обоих каналов измерения, обеспечивается в каждом канале в процессе измерения полуволны входного напряжения заряд интегрирующего конденсатора от отряиательного до положительного значения на- пряжетгая. При этом в каждом канале измерения заряд интегрирующего конденсатора начинается не с момента смены полярности полуволны входного напряжения, а с вьщержкой времши, определяемой длительностью импульса одновибратора. Это позволило в каждом канале измерения значительно увеличить крутизну напряжения на интегрирующем конденсаторе, которая определяет чувствительность измерительного органа частоты автоматического регулятора возбуждения. Таким образом, увеличение крутизны напряжения на интегрирующем конденсаторе в каждом канале измерения, а также суммирование напряжений с выходов каналов измерения, позволило значительно увеличить чувствительность (в 8-10 раз) и значительно уменьщить величину пульсаций (в 5-10 раз) выходного напряжения измерительного органа частотът предлагаемого устройства по сравнению с известным устройством. Это позволило зна чительно увеличить (в 5-8 раз) коэффициенты усиления по каналам отклоне1пга и производной частоты напряжения предлагаемого автоматического регулятора воз уждезшя и тем самым повысить надежность и значительно улучщить качество регулирования синхронных машин. jLi9 Для синхронных двигателей, особенно работающих с резко переменной нагрузкой, повышение надежности и улучшение качества регулирования позволит более эффективно демпфировать качание ротора следовательно и колебания активной мощ ности, частоты и напряжения узла нагрузки. Для синхронных генераторов повышен надежности и улучшение качества регу- лирования позволит повысить статическу и динамическую устойчивости электропередачи, более эффективно демпфировать качания в энергосистеме в послеаварийных режимах. Формула изобретения Автоматический регулятор возбужде- ния для синхронной машины, содержащий блок измерения отклонения напряжения синхронной машины от задагшого значения, сумматор с тремя входами, вькод которого подключен к управляющему вхо ду силового блока системы возбуждения, а первый вход - к выходу блока измерения отпслонения напряжения синхронной I машины от заданного значения, второй вход непосредственно, а третий вход че- рез дифференциатор подключены к выходу измерительного органа частоты напряжения синхронной машины, включакмце преобразователь входного напряжения с двумя выходами, суммирующий усилитель, вход которого соединен с выходом блока начальной уставки, и два идентичньк канала измерения, каждый из которых включает повторитель с запоминающим конденсатором на вхоДе, первый и второй транзисторные ключи с основными и управляющими входами, нуль-орган, входом подключенньй к однса у из выходов преобразователя входного напряжения, интегрирующий конденсатор, одной обкладкой подключенный к основным входам первого и второго транзисторных ключей, выход второго транзисторного ключа сое«динен с другой обкладкой интегрирующего ковденсатора, управляющий вход первого транзисторного ключа подключен к выходу Чуль-органа и к одному вьтоду дифферентфующей цепи, основные входы первого и второго транзисторных ключей подкяк чены через заряди ью резисторы каждого канала измерения к первому вьтоду первого однополярного источника питания, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и улучшения качества регулирования, в каждый канал измерения измерительного органа частоты дополнительно введены одновибратор, третий транзисторный ключ с основным и управляющим входами, форм1фователь управляющих импульсов, и второй однополярный источник питания, причем в каждом канале измерения второй вывод дифференцирующей цепи подключен к входу формирователя управляющих импульсов, выход которого соединен с управляющим входом третьего транзисторного ключа, основной вход этого ключа подключен к основным входам первого и второго транзисторных ключей, а выход третьего транзисторного ключа подключен к входу повторителя напряжения и к одной из обкладок запомюшющего конденсатора, другая обкладка которого соединена с выходом первого транзисторного ключа, улфавляющий вход второго транзисторного ключа соединен с выходом одновибратора, вход которого соединен с выходе нульоргана, выход повторителя напряжения каждого канала измерения подключен к входу суммирующего усилителя, выход второго транзисторного клюэ а каждого канала измерения подключен к первому вьюоду второго однополярного источника питания, при этом вторые вьтоды обоих источников питазгая объединены между собой, образуя общую точку, к которой подключен выход первого транзисторного ключа каждого канала измерения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Автоматическое регулирование и управление в. энергосистемах.Труды ВЭИ. вып. 78, М,, Энерг-ия, 1968. 2.Автоматическое регулирование и управление в энергосистемах, вьш. 83 М., Энергия, 1977. 3.Авторское сввдетельство СССР ро заявке № 2715253/07, кл.Н 02 Р 9/14, 1978.