Устройство для автоматического регулирования возбуждения бесщеточных синхронных машин

Устройство для автоматического регулирования возбуждения бесщеточных синхронных машин

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

< 73633О (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 1801,77 (21) 2438501/24-07 с присоединением заявки Нов (23) Приоритет— (51)М. Кд.

Н 02 P 7/52

HP 9/38

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий

Опубликовано 2505,80. Бюллетень М 19

Дата опубликования описания 30 . 05. 80 (53) УДК 621.313. .333(088.8) (72) Авторы изобретения

М. 3 Канторович, Л. 3. Мадорский, К „В. Лапаев, И. С. Николаева и В. M. Фукс (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ

ВОЗБУЖДЕНИЯ БЕСЩЕТОЧНЫХ СИНХРОННЫХ МАШИН

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для автоматического регулирования возбуждения бесщеточных синхронных машин, роторная обмотка возбуждения которых подсоединена через вращающийся выпрямитель к обмоткам переменного тока обращенного синхронного возбудителя. Статическая обмотка возбуждения возбудителя подключена к управляющему выпрямителю, который установлен на стороне вторичных обмоток промежуточного транс-. форматора. Первичные обмотки указанного трансформатора подсоединены к шинам статора синхронной машины. 15

Известно устройство для регулирования возбуждения синхронных машин с подсоединением обмотки возбуждения возбудителя через выпрямители к зажимам статора синхронной машины (1). 20

Это устройство обеспечивает требуемое самовозбуждение при начальном пуске и устойчивое регулирование в эксплуатационных режимах — параллельную работу машин, сброс и наброс нагрузки. Однако в режимах коротких замыканий питающее напряжение на зажимах статора исчезает и для поддержания требуемого по условиям срабатыва-. ния максимальных защит уровня возбуж-30 дения в схему введены дополнительные элементы, в частности, силовые трансформаторы тока, первичные обмотки которых включены последовательно с обмотками статора регулируемой синхронной машины. Указанные элементы обладают значительными габаритами, что ухудшает конструктивные показатели и увеличивает вес возбудительного оборудования.

Более эффективными по стоимости, габаритам и схемным достоинствам оказываются устройства, работа которых основывается на выявлении третьих. гармонических составляющих в напряжении на статоре при коротких замыканиях.

Однако габариты указанных элементов составляют значительную по объему часть возбудительного оборудования, практически не используемую в нормальных режимах работы, так как расчетные мощности выбираются по условиям обеспечения заданных кратностей тока статора синхронной машины в режимах коротких замыканий.

Наиболее близким техническим ре)нением к предлагаемому изобретению является устройство для автоматического регулирования возбуждения синхронных

/36330 машин, содержащее синхронный возбудитель, якорная обмотка которого через выпрямитель соединена с обмоткой возбуждения синхронной машины, а обмотка возбуждения возбудителя подключена к выходу статического выпрямителя с встречно-параллельно включенным тиристором, причем вход выпрямителя соединен со вторичной обмоткой силового трансформатора, первичная обмотка которого включена на линейное напряжение синхронной машины, компаундирующий дроссель с двумя обмотками и регулятор напряжения соединенный с входом тиристора (2).

Это устройство также имеет завышенные массо-габаритные показатели I5 из-за плохого использования элементов, рассчитанных на аварийные режимы„ и, кроме того, не обеспечинает ограничение величины тока при несимметричных коротких замыканиях, чтс QQ снижает надежность устройства.

Цель изобретения — снижение массогабаритных показателей и повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что якорная обмотка синхронной машины выполнена с выведенной нейтралью, в устройство введены дополнительный полупроводниковый ключ переменного тока и Аок блокировки, а на трансформаторе размещена дополнительная первичная обмотка, включенная через ключ между нейтралью машины и одним из концов основной первичной обмотки трансформатора, другой конец которой подключен к якорю генератора чере"= одну обмотку компаундирующего дросселя, вторая обмотка которого соединена с входом укаэанного блока блокировки, выход которого подключен к управляющему переходу полупронодниконо- 40 го ключа переменного тока.

На чертеже представлены основные элементы устройства для автоматического регулирования возбуждения бесщеточных синхронных машин, выполненного согласно изобретению.

В качестве синхронной машины рассматривается генератор, статорные обмотки которого обозначены 1, 2 и 3.

Роторная обмотка возбуждения гене- з0 ратора 4 через вращающийся выпрямитель

5 подсоединена к обмоткам 6, 7 и 8 ":еременного тока, обращенного синхронного возбудителя, имеющего статическую обмотку 9 возбуждения <индукторную обмотку) .

Силовой возбудительный трансформа-, тор 10 со стороны первичных обмоток

11 и 12 связан со статорными зажимами, и с нейтралью генератора через симистор 13 и компаундирующий дрос- 6Q сель 14. Вторичные обмотки 15 и 16 силового трансформатора подсоединены к индукторной обмотке возбудителя 9 и к статическому силовому выпрямителю на неуправляемых вентилях 17 и 18, 65

Вентиль 18 шунтирован оптотиристором

19, содержащим силовой переключающий прибор 20 и светодиод 21. Другая вторичная обмотка 22 силового трансформатора подсоединена к упранляющему ныпрямителю, составленному иэ диода

23 и указанного светодиода 21. Нагрузкой управляющего выпрямителя является резистор 24, включенный последовательно с полупроводниковыми коммутаторами на транзисторах 25 и 26, баэо-эмиттерные переходы которых соединены с регулятором 27 напряжения и с элемен-ами блока ограничения тока короткого замыкания.

Блок-ограничения короткого замыкания содержит два измерительных трансформатора 28 и 29 тока, трехфазный мостовой выпрямитель 30 на диодах 31 — 36, фильтрующий конденсатор

37 и регулируемый резистор 38 установки.

В состав блока также входят амплитудный дискриминатор на диодно-конденсаторной схеме, содержащей конденсатор 39, диод 40 и стабилитрон 41.

Блок 42 управления симистором шунтиронан транзисторным ключом 43, к которому подключен ограничитель напряжения, содержащий фильтрующий конденсатор 44, стабилитрон 45 и регулируемый резистор 46 уставки.

Резистор 46 подключен на стороне ныпрямленного напряжения к выпрямителю 47, питаемому от обмотки 48 на компаундирующем дросселе 14. К обшей гочке соединения фильтрующего конденсатора 44 и стабилитрона 45 подсоединены через разделительный диод 49 коллекторные выводы полупроводниковых коммутаторов на транзисторах 25 и 26. Эмиттер-базовые переходы транзисторов 26 и 43 шунтированы нагруэочными резисторами 50 и 51. В коллекторную цепь транзистора 43 включен резистор 52. устройство работает следующим образом.

Напряжение на вторичной обмотке

15 силового трансформатора 10 выпрямляется вентилями 17 и 18 и подается на индукторную обмотку 9. Ток в обмотке 9 максимален при заданном напряжении питания и закрытом оптотиристоре 20. При открытом оптотиристоре ток н обмотке 9 уменьшается. Минимальная величина тока определяется реактивным сопротивлением питающей обмотки 15 и активным сопротивлением обмотки 9. Напряжение на роторных обмотках б, 7 и 8 возбудителя, выпрямляемое вращающимся выпрямителем

5, поступает в обмотку возбуждения

4 синхронного генератора. Т-ким образом, коммутацией оптотиристора 20 задается требуемый по режиму ток возбуждения генератора.

Оптотиристор управляется светозлементом 21, образующим совместно

736330

tG

f5

60 нения резистора 38 и конденсатора 37, подключаются вентили 35 и 36, в тс g5 с диодом 23 схему управляющего выпрямителя, коммутация вентилей в котором совпадает с коммутацией вентилей силового выпрямителя на вентилях 17 и 18. Укаэанное свойство сохраняется при изменении формы и частоты питающего напряжения, что важно при аномальных режимах работы, в том числе при коротких замыканиях {к.э,) .

Если при холостом ходе и в обычных эксплуатационных режимах напряжение на вторичных обмотках 15 и 22 трансформатора 10 практически неизменено и определяется соотношением витков укаэанных обмоток, первичной обмотки 12 и параметрами компаундирующего дросселя 14, то в режимах к.з. напряжение на обмотках 15 и 22 зависит от вида к.з. и программы коммутации симистара 13. При глухом трехфазном к.3. и включенном симисторе напряжение на первичной обмотке ll трансформатора 10 имеет утроенную по отношению к основной частоту. Величина напряжения в указанном режиме зависит от типа и конструкции используемого синхронного генератора.и может меняться в значительных пределах. Тем не менее управление симистором 20 производится тем же способом, что и в нормальных режимах, так как соблюдается синхронизация коммутационных интервалов работы вентилей 21 и 23 управляющего выпрямителя и вентилей

17 и 18 силовых.

Включение вентилей 21 и 23, работающих на нагрузочный резистор 24, производится транзисторным коммутатором 26; 3, оба коммутатара управляются по закону широтноимпульсной модуляции контролируемых сигналов, т. е. измеренные отклонения текущих значений напряжения и тока от заданных уставками значений, преобразующиеся регулятором 27 напряженки и блоком ограничения токов к.э. в широтно-модулированные сигналы, подаются на база-эмиттерные цепи транзисторов 25 и 26. Следовательно, интервалы замкнутых состояний коммутаторов 25 и 26 соответствуют интервалам подсоединения нагрузки к управляющему выпрямителю на светодиоде 21 и диоде. 23 и совпадают с временными отрезками.

Измерение текущего значения тока статара ведется при помощи двух трансформаторов 28 и 29 тока, вторичные обмотки которых подключены к трехфаэному мостовому выпрямителю по схеме, представленной на чертеже. Указанное подключение обеспечивает измерение наибольшей полуволны тока при любых видах к.э., например при большем токе, протекающем во вторичной обмотке трансформатора 29, в цепь нагрузки, составленную иэ параллельного соедивремя как меньший по абсолютной вели"ине ток вс вторичной обмотке трансформатора 28 замыкается через вентили 31 и 35, причем так вентиля 35 равен разности вторичных токов трансформаторов 29 и 28.

Напряжение на резисторе 38, пропорциональное измеренному току, преобразуется амплитудным дискриминатором (диод 40 и конденсатор 39) в пилообразное напряжение. Пилообразное напряжение на. конденсаторе 39 сравнивается с напряжением пробоя стабилитрона 41. В интервалах, когда транзистор 26 открыт, подключается цепь светодиода, аптотиристор шунтирует вентиль 18 силового выпрямителя и ток в индукторной обмотке- уменьшается. Тем самым снижается ток короткого замыкания в цепи статора.

Подключение дополнительной секции

11 силового воэбудительного трансформатора 10 симисторам 13 производится по нескольким признакам.

Основным является наличие нагрузки на статоре синхронного генератора, так как блок управления симистором

42 питается через резистор 52 от трехФазного выпрямителя 30, подключенного к трансформаторам 28 и 29 тока. Если в режимах несимметричных коротких замыканий на обмотке 12 имеется достаточная величина линейного напряжения, та симистор 13 не включается, так как блок 42 в этом режиме зашунтирован открытым транзисторным ключом 4" .

Величина минимального напряжения при которой дешунтируется блок управления 42, определяется уставкай регулируемаго резистора 46.

Напряженке с движка резистора 46 подается на ограничитель напряжения, состоящий из конденсатора 44 и стабилитрона 45, При превышении указанным напряжением вели-ины напряжения стабили":àöèI стабилитрона 45 транзистор

43 насыщается и блокирует блок 42 управления. Тем самым исключается режим случайного включения симистора, при катарам основная часть мощности, развиваемая на обмотке 12 трансфор-. матора 10, рассеивается в контуре, состоящем из обмотки 11, симистора и обмотки 3 генератора.

Уставка резистора 46 выбирается иэ условий, во-первых, включения симистора 13 при исчезновении напряжения на статоре генератора, и, во-вторых, снятия импульсов управления с управляющего электрода симистара в нормальных режимах и несимметричных видах к.з., при которых сохраняется достаточное па условиям возбуждения генератора напряжение.

С учетам возможных видов к.з, наиболее достоверным сигналом о виде режима, является величина напряжения а обмотке 48 компаундирующего дрос736330

Формула изобретения

Тираж 78 3

ЦНИИПИ Эаказ 2284/11

Подписное

Филиал ППП Патент, r ужгород, ул. Проектная, 4 селя 14. Укаэанное напряжение выпрямляется выпрямителем 47 и подается на резистор уставки ограничителя 46.

Блокировка симистора производится также по признаку включения полупроводниковых коммутаторов 25 и 26, так как положительный потенциал через раэвяэывающий диод 49 и стабилитрон 45 в этом случае попадает ча базу транзистора 43.

Применение устройства для автоматического регулирования возбуждения бесщеточных синхронных машин позволяет уменьшить габариты силового воэбудительного оборудования. В первую очередь это относится к воэбудительному трансформатору. В предлагаемом устройстве он выполнен в виде однофазного трансформатора напряжения с секционированной первичной обмоткой, в то время как в известных устройствах компаундирбвания со встроенными возбудителями используются силовые трансформаторы тока и напряжения трехфазной конструкции, либо сборки оцнофаэных элементов, смонтированные в двух или трехфазные группы.

Применение несложной схемы управления позволяет устанавливать требуемую кратность тока короткого замыкания независимо от технологического отклонения расчетных и конструктивных параметров генератора, возбудителя и элементов регулирования,. в то время как в известных устройствах кратность тока к.э. меняется при незначительном изменении свойств электротехнических

= алей. и методов сборки трансформаторных катушек. Внедрение изобретения на любом электромашинном предприятии не требует специальной технологи«еской оснастки, Устройство для автоматического регулирования возбуждения бесщеточных синхронных машин, содержащее синхронный возбудитель, якорная обмотка которого через выпрямитель соединена с обмоткой возбуждения синхронной машины, а обмотка возбуждения возбудителя подключена к выходу статического выпрями1О теля с встречно-параллельно включенным тиристором, причем вход выпрямителя соединен с вторичной обмоткой силового трансформатора, первичная обмотка которого включена на линейное напряжение синхронной машины, компаундирую15 щий дроссель с двумя обмотками и регулятор напряжения, соединенный с входом тиристора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения массогабаритных показателей и повышения

Щ надежности, якорная обмотка синхронной машины выполнена с выведенной нейтралью, в устройство, введены дополнительный полупроводниковый ключ переменного тока и блок блокировки, а на трансформаторе размещена дополнительная первичная обмотка, включенная через ключ между нейтралью машины и одним из концов основной обмотки трансформатора, причем другой конец основной обмотки подключен к якорю генератора через одну обмотку компаундирующего дросселя, вторая обмотка которого соединена с входом указанного блока блокировки, выход которого подключен к управляющему переходу полупроводникового ключа переменного тока.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе.

1. Патент США М 3863137, кл. Н 02 Р 9/30, 1975.

40 2. Патент Польши Р 74076, кл. 21 d 6/01, 1975.