Сериесный синхронный компенсатор

Иллюстрации

Сериесный синхронный компенсатор (патент 67146)
Сериесный синхронный компенсатор (патент 67146)
Сериесный синхронный компенсатор (патент 67146)
Сериесный синхронный компенсатор (патент 67146)
Показать все

Реферат

 

ph B714B

Класс 21d, 42о, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ЗАВИСИМОМУ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Г. Е, Пухов

СЕРИЕСНЫЙ СИНХРОННЫИ КОМПЕНСАТОР

Заявлено 13 сентября 1943 г. за № 237(323066) в Народный Комиссариат электропромышленности СССР

Основное авт. св. № 66581

При передаче мощности переменным током встречается ряд трудностей, связанных главным образом с требованиями устойчивой параллельной .работы электрических станций, что, в свою очередь, ставит задачу нейтрализации действия части индуктивного сопротивле.ния электрической цепи. Чтобы уничтожить влияние индуктивного сопротивления линии электропередачи, можно ввести последовательно в цепь некоторую дополнительную э.д.с. так, чтобы последняя компенсировала э.д.с. самоиндукции. В этом заключается идея сериесной компенсации индуктивности.

В работах по сериесной компенсации указывается на то, что сиихронная машина для устойчивой работы ее в качестве сериесного синхронного компенсатора в режиме компенсации индуктивности должна снабжаться мощным стабилизирующим синхронным двигателем, а для регулирования фазы э.д.с. компенсации.при изменении фазы тока, текущего по лин ии, она должна иметь поворотный статор. Далее делается вывод о практической непригодности синхронной машины для целей сериесной компенсации.

В основном авт. св. № 66581 был описан сериеоный синхронный компенсатор, выполненный с неподвижным (неповоротным) статором, для чего ротор компенсатора снабжался двумя обмотками возбуждения, расположенными под углом друг к другу и питаемыми токами, соотношение между которыми неавтоматически или автоматически изменяется для поворота оси суммарного магнитного потока относительно осей обмоток.

Предметом настоящего изобретения является усовершенствованная модификация компенсатора по указанному авторскому свидетельству, в которой номинальная мощность стабилизирующего двигателя может

М 67146: быть сделана меньшей, чем мощность .компенсатора. Эта цель достигается тем, что обмотки возбуждения компенсатора получают ток возбуждения от преобразователя частоты, сидящего на. общем с компенсатором валу и возбуждаемого от серлесного трансформатора в цепи статора компенсатора.

На фиг. 1 изображена электрическая схема предлагаемого.компенсатора; на фиг. 2 — потенциальная диаграмма на коллекторе преобразователя частоты; на фиг..3, 4 и 5 — диаграммы магнитных потоков ма. шин агрегата.

Последовательно в линию электропередачи включен трансформатор Тс, ко вторичной обмотке которого присоединена обмотка статор компенсатора К, представляющего собой синхронную машину с неявно выраженными полюсами, отличающуюся от обычной тем, что на роторе ее имеются две обмотки возбуждения, расположенные под 90 эл. относительно друг друга. Обмотки возбуждения ротора компенсатора питаются через преобр азователь частоты ПЧ от специального трансформатора возбуждения Т,. Компенсационный агрегат приводится во вращен ие синхронным электродвигателем М, обмотка возбуждения которого питается от возбудителя.BM. Щетки 1, 1 преобразователя частоты .расположены под 90 эл. относительно щеток 2, 2 . Ротор компенсатора, преобразователь частоты, ротор стабилизирующего двигателя и якорь возбудителя двигателя жестко насажены на общий вал агрегата.

Ротор компенсатора должен вращаться в сторону, .противоположную вращающемуся магнитному потоку преобразователя частоты.

Для того чтобы,ком пенсатор представлял собой эквивалентную емкость, необходимо:

1. Напряжение на его зажимах должно опережать ток на 90 .

2. Напряжение на зажимах ком пенсатора должно быть пропорциональным току в линии.

3. Работа ком пенсатора должна быть устойчивой в положении компенсации индуктивности, т. е в схеме должны иметься силы, препятствующие опрокидыванию ротора на угол 180 эл. в положение максимального значения магнитной энергии, в котором компенсатор представлял бы собой эквивалентную индуктивность, а не емкость.

Для выполнения первого условия необходимо щетки 1, 1 преобразователя частоты, через которые происходит питание первой обмотки возбуждения компенсатора, установить в таком положении, чтобы магнитное поле этой обмотки возбуждения при наиболее часто встречающемся угле сдвига между на пряжением и током в лин ии было направлено.против поля статора компенсатора. Ток во второй обмотке возбуждения, питающейся от щеток 2, 2 преобразователя частоты, будет в этом случае отсутствовать, так как щетки 2, 2 расположены под углом

90 эл. к щеткам 1, 1 . Это следует из рассмотрения потенциальной диаграммы по коллектору преобразователя частоты (фиг. 2), где для простоты рассмотрена двухполюсная схема. На фит. 3 изображена пространственная диаграмма магнитных потоков. Пусть Ԅ— магнитный поток преобразователя частоты (фиг. 2). Если магнитный поток статора ком пенсатора изменит свою фазу на угол Лу, относительно магнитного потока статора стабилизирующего двигателя (фиг. 4), то вследствие того, что преобразователь частоты питается через трансформатор Т „ магнитный поток преобразователя частоты тоже сдвинется на угол Ьгр относительно осей щеток. На щетках 1, 1 напряжение с О„,уменьшится до величины

U> —— Uò соз р № 67146

Величина напряжения на щетках 2, 2 составит

U U Мп ." (2) Обозначим

Ф, —,результирующий магнитный поток обмотки статора компенсатора;

Ф вЂ” то же, для стабилизирующего двигателя;

Ԅ— магнитный поток ротора двигателя;

Ф, — магнитный поток. первой обмотки возбуждения компенсатора;

Ф" — магнитный поток второй обмотки возбуждения компенсатора;

Ф, — результирующий магнитный поток обмоток ротора,компенсатора.

Магнитные потоки Ф и Ф, обмоток возбуждения будут в пределах прямолинейной части характеристик холостого хода пропорциональны напр|яжениям U, и U>.

Магнитные потоки Ф; и Ф, создадут равнодействующий магнитный поток ротора компенсатора, по величине равный (фиг, 4); у Ф,+Ф; =у (Ф,сов Шр) l(&,sin>ej* =Ф,... (3)

По на правлению же этот равнодействующий поток, очевидно, будет по-прежнему находиться в оппозиции к полю статора компенсатора.

Таким образом, оказывается, что благодаря наличию на роторе компенсатора двух обмоток возбуждения и питанию последних через преобразователь частоты, который в схеме выполняет роль регулятора величин токов возб ждения, фаза э.д.с., генерируемой компенсатором, не зависит от взаимного положения ротора и поля статора, и при любых синхронных режимах работы является компенсирующей эд.с.

Легко видеть, что и второе условие регулирования (пропорциональность тока в линии и э.д.с. компенсатора), благодаря питанию цепи возбуждения or трансформатора Т„тоже вы полняется в пределах прямолинейных участков характеристик намагничивания.

Если бы не существовало неизбежного запаздывания при установлении величин токов возбуждения компенсатора вследствие наличия индуктивности в цепи возбуждения, то возможность выполнения третьего условия (устойчивость движения ротора ком пенсатора) не вызывала бы сомнения. Мощность стабилизирующего синхронного двигателя

М могла бы быть взятой равной мощности потерь холостого хода всего агрегата, ибо cdM компенсатор не потреблял бы и не отдавал активной мощности, так как его э.д.с. мгновенно устанавливалась бы по фазе всегда под 90 эл. к току. Но так как цепь возбуждения обладает индуктивностью то возникает вопрос о требуемой величине мощности стабилизирующего двигателя.

Известно, что процесс выпадения из синхронизма синхронных машин протекает сравнительно медленно. Это обстоятельство дает возможность предположить, что если скорость регулирования фазы э.д.с. ком пенсатора будет больше скорости выпадения ротора из положения минимума магнитной энергии, то устойчивая работа агрегата может происходить при величине амплитуды моментно-угловой характеристики мотора, меньшей максимальной мощности компенсатора При пренебрежении потерями холостого хода пространственная диаграмма магнитных потоков при установившемся движении может быть изображен а, как это показано на фиг. 3. При случайном отклонении от этого состояния равновесия, в котором система движется ino инерции, на некоторый угол появится опрокидывающий момент компенсатора iMon. № 67146 и тормозящий момент двигателя М,. Ввиду наличия регулирования фазы компенсирующей э.д.с. опрокидывающий момент будет равен (фиг. 5):

М,щ —— М з1п(ЬЬ вЂ” y).......... (4) где М вЂ” угол между продольной осью обмотки возбуждения стабилизирующего двигателя и осью магнитного потока статора его; ф — угол, тангенс которого определяется отношением магнитных потоков второй и первой обмоток возбуждения компенсатора, т. е. (8) Ф, tg)=, ......,..... (5)

Величина тормозного момента, очевидно, равна

М,=М sinЬЬ........... (6)

Избыточный момент, под влиянием которого происходит движение системы, равняется: M:Моп Мт ™с sill (К™т 81п Ь О.... (7)

Из рассмотрения уравнения (7) следует, что если угол будет возрастать быстрее угла А&, то даже при М„,(Мс при движении системы настан ет момент, когда опрокидывающий момент ком пенсатора сравняется, а затем станет меньше тормозящего момента двигателя, под влиянием которого система начнет возвращаться к первоначальному состоянию равновесия. Установившийся режим будет носить колебательный характер.

Постоянные времени цепи возбуждения являютоя определяющими при установлении необходимой величины мощности стабилизирующего двигателя. Этот вывод следует из,рассмотрения уравнения (7). Действительно, при определении угла g можно положить, что

t ф=ЛЬ (1 — е ) . и sin Ь О = Ь Ь, à sin (ЬЬ вЂ” ф)= Π— ф если ограничиться рассмотрением малых отклонений от положения равновесия. Тогда уравнение (7) можно переписать следующим о бразом:

ЬМ=(Мс e Мт) 48.......... (9)> из которого и следует, что чем меньше постоянная времени Т обмотки возбуждения, тем быстрее ЛМ стремится к нулю и тем, следовательно, меньше должна быть требуемая мощность стабилизирующего двигателя.

Преимущества предлагаемой схемы компенсации вытекают из того, что она не обладает в значительной мере ни одним из указанных выше недостатков сериесных синхронных компенсаторов. Эти преимущества кратко сводятся к следующим:

1. В предлагаемой схеме благодаря наличию на роторе компенсатора двух обмоток возбуждения отсутствует поворотный статор, ибо регулирование фазы э.д.с. совершается путем изменения величин токов в обмотках возбуждения.

2. Это регулирование величин токов в обмотках возбуждения благодаря питанию последних через преобразователь частоты от двух систем щеток, расположенных под 90 эл,, совершается автоматически и, что более важно, весьма быстро. Vs 67146

3. 1 ак следствие оказанного мощность приводного двигателя, которая в известных схемах сериесных синхронных компенсаторов должна быть взята большей мощности комленсатора, может в предлагаемой схеме быть взята меньше мощности компенсатора, что имеет, конечно, весьма немаловажное значение в смысле уменьшения капитальных затрат на компенсационную установку.

Предмет изобретения

Сериесный синхронный компенсатор по авт. св. № 66581, отличающийся тем, что, с целью уменьшения номинальной мощности вспомогательного двигателя путем автоматического регулирования угла опережения, обмотки возбуждения получают ток возбуждения от преобразователя частоты сидящего на общем с компенсатором валу и возбуждаемого от сериесного-трансформатора в цепи статора компенсатора. тс °

Ри2 Г

lpU2 4

-1im

=О ф5М н ф5С

Корректор И. А. Шпынева

Формат бум. 70X108 /gg

Тираж 200 экз

ЦБТИ при Комитете по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, М. Черкасский пер., д. 2/6.

11одп. к печ. 26/Х1-62 г

Заказ 3069

Объем 0,51 изд. л.

Цена 5 коп.

r. Владимир, типография Облполиграфиздата.

Редактор Дубинский Техред. А. Л. Резник

4 1 фС = С СО54 5 5 с ФС 5in 4 i г ат

Am в

1 ф фС