Способ управления возбуждением бесщеточной электрической машины и устройство для его осуществления

Способ управления возбуждением бесщеточной электрической машины и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Е.Я. Бухштабер, 6.М. Андреев, А.Д.Машихин, М.П. Аскинаэи, В.С. Краснов и В.М. шугрин (72) Авторы изобретения (7l) Заявитель (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЕМ БЕСЩЕТОЧНОЙ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к электро-- технике и может быть использовано в устройствах для управления током возбуждения бесщеточных машин, выполненных в виде двухмашинного агрегата ос" новной машины и ее возбудителя. 5

Известно устройство, реализующее способ регулирования возбуждения электрической машины, по которому ток возбуждения основной машины регулируется за счет изменения напряжения на якор" ных обмотках возбудителя, соединенных через неуправляемый выпрямитель с обмоткой возбуждения основной машины.

В цепь обмотки возбуждения возбудите-.

t5 ля включен регулятор напряжения, осуществляющий непрерывный контроль. эа напряжением основной машины (l ).

Недостатками этого способа являются большие постоянные времени регулирования, что приводит к затягиванию переходных процессов.

Известно также устройство, реализующее способ управления возбуждением

2 бесщеточных электрических машин, при котором возбудитель служит для питания управляемого выпрямителя, соеди ненного с -обмоткой возбуждения основной машины. Управление током возбуждения производится за счет регулирования напряжения на выходе управляемого выпрямителя. Сигналы управления на тиристоры передаются через вращающиеся трансформаторы или конденсаторы от схемы управления, расположенной на статоре f2 3, В этом случае повышается быстродействие, но значительно увеличивается конструктивная сложность машины и ее габариты иэ-эа наличия узлов передачи импульсов на каждый тиристор.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению являешься способ управления возбуждением бесщеточных электрических машин, состоящих иэ основной машины и возбудителя, при котором сигнал на включение и отключение управ974544 ляемого ключа, регулирующего ток возбуждения основной машины, получают при непрерывном измерении контролируемого параметра.

Способ реализуется устройством для управления возбуждением бесщеточной электрической машины, состоящей из основной электрической машины и возбудителя, у, которых обмотка возбуждения основной электрической машины че- 10 рез вращающийся управляемый выпрямитель подключена к выводам фаз якорной обмотки возбудителя, управляемый выпрямитель с тиристорами в анодной группе, подключенный к выводам фаз якорной обмотки возбудителя, при этом управляющие электроды тиристоров через разделительные диоды объединены и соединены с анодами тиристоров через управляемый ключ, а обмотка возбуждения возбудителя через регулятор подключена к источнику тока возбуждения (3 3.

Нед6статком данного способа также является сложность передачи управляющих сигналов на управляемый ключ, что приводит к усложнению и снижению надежности.

Цель изобретения — упрощение и повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что при снижении величины контролируемого параметра ниже напряжения уставки модулируют ток возбуждения возбудителя напряжением повышенной частоты, выделяют из напряжения якорнои обмот35 ки возбудителя напряжение повышенной частоты и этим напряжением осуществляют управление управляемым ключом, а при превышении величины контролируемого параметра величины уставки моду40 ляцию тока возбуждения возбудителя прекращают. Кроме того, при постоянном токе возбуждения измеряют максимальное значение амплитуды напряжения якорной обмотки возбудителя, фик- 4 сируют значение угла с максимальной

1: амплитудой, включают источник модулирующего напряжения и корректируют сдвиг фазы тока так, чтобы для фиксированного угла амплитуда напряжения якорной обмотки имела наименьшее значение, при этом частота модуляции напряжения равна удвоенному произведению собственной частоты ЭДС якорной обмотки возбудителя на число фаз той И же обмотки.

Причем при превышении величины контролируемого параметра, одновременно с прекращением модуляции тока возбуждения возбудителя отключает ток возбуждения возбудителя.

В устройстве для осуществления предлагаемого способа на роторе возбудителя размещены последовательно соединенные между собой фильтр, однофазный трансформатор и выпрямитель, при этом вход фильтра подключен к фазам якорной обмотки возбудителя, а выход выпрямителя к входу управления управляемого ключа, кроме того дополнительно введен источник модулирующего сигнала, который соединен с обмоткой возбуждения возбудителя, а также в том, что фильтр выполнен в виде многофазного неуправляемого выпрямителя, к выходу которого параллельно подключены резистор и через конденсатор первичная обмотка однофазного трансформатора. Кроме того, источник модулирующего сигнала совмещен с регулятором тока возбуждения и состоит из импульсного регулятора постоянного тока с синхронизирующим входом, который соединен с датчиком частоты вращения ротора.

Причем с целью упрощения импульсного регулятора постоянного тока он состоит из однотиристорного прерывателя постоянного тока, включенного последовательно с обмоткой возбуждения возбудителя, которая в обратном направлении зашунтирована тиристором, при этом управляющие электроды тиристора прерывателя и шунтирующего тиристора объединены и подключены к выходу датчика частоты вращения ротора..

На фиг. ) приведена принципиальная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - кривые напряжения в некоторых точках устройства для реализации данного способа; на фиг. 3 -принципиальная схема одного из вариантов выполнения импульсного регулятора тока, совмещенного с источником модулирующего сигнала. Устройство для регулирования возбуждения бесщеточного генератора состоит из генератора 1, на роторе которого расположена обмотка возбуждения 2, соединенная с якорными обмотками 3 возбудителя через управляемый выпрямитель 4. Обмотка возбуждения возбудителя 5 подключена к регулятору возбуждения 6. Выпрямитель 4 содержит катодную группу вентилей 7, выполняющую функцию источника постоянного напряжения и анодную группу 8.

5 9745 состоящую из тиристоров. Шунтирующий диод 9 включен параллельно обмотке возбуждения 2. Между управляющими электродами тиристоров 8 и анодами этих же тиристоров включен управляемый ключ 10. Управление ключом 10 производится от схемы управления, фильтр

11 которой выполнен на неуправляемом многофазном выпрямителе 12, соединенном с фазами якорной обмотки 3 возбу- >4 дителя. Выход выпрямителя 12 соединен через конденсатор 13 с первичной обмоткой однофазного трансформатора 14.

Параллельно выходу выпрямителя 12 включен нагрузочный резистор .15. Вторич- 1 ная обмотка трансформатора 14 подключена и двухполупериодному выпрямителю

16, выход которого гэдключен к входу управляемого улюча 10 Источник 17модулирующего напряжения повышенной час-20 тоты подключен к источнику синхронизирующего сигнала — датчику частоты 18 вращения ротора. Выход источника 17 соединен с первичной обмоткой 19 тренсформатора 20 через тиристор 21, вто- 35 ричная обмотка 22 трансформатора включена последовательно с обмоткой возбуждения 5. На фиг. 3 показан вариант выполнения системы возбуждения при . совмещении регулятора возбуждения и усилителя источника модулирующего:на- пряжения в одном устройстве. Одновен- . тильный тиристорный прерыватель постоянного тока 23 соединен с тиристором 21, который шунтирует обмотку возбуждения 5. Рабочий тиристор 24 пре35 рывателя 23 контролируется с помощью коммутирующего конденсатора 24. Управляющие переходы тиристоров 24 и 26 подключены к вторичной обмотке 22

10 . трансформатора 20. Графики фиг. 2 последовательно, начиная с графика фиг. 2а показывают эпюры тока возбуждения при наличии модуляции, 26- напряжение якор. ных обмоток возбудителя, 2 в,, b --. .суммарное искажающее напряжение фаэных

ЭДС при трехфазном выполнении возЬудителя, 2е,ж, з - пульсации выпрямленного напряжения.

Устройство для регулирования возбуждения бесщеточных электрических машин работает следующим образом.

При значениях контролируемого параметра ниже значения сигнала уставки включен тиристор 21 и синусоидальное напряжение от источника 17 подается с первичной обмотКи 19 на вторичную обмотку 22 трансформатора 20 и создает в обмотке возбуждения 5

44 пульсирующий ток (как показано на фиг. 2а) . Этот ток искажает фазные

ЭДС обмотки 3 ротора (см. кривые фиг. 26,в, ). ).

Искажающее напряжение выделяется на первичной обмотке трансфоратора 14, выпрямляется выпрямителем 16 и включает управляемый ключ 10. В результате этого через один из диодов включается один из тиристоров анодной группы 8, напряжение на катоде которого имеет наибольшее отрицательное значение. К обмотке возбуждения 2 прикладывается выпрямленное напряжение и в ней происходит нарастание тока.

Пока на выходе выпрямителя имеется напряжение ключ 10 находится во включенном состоянии и выпрямитель 4 работает как неуправляемый. При достижении контролируемым параметром значения сигнала уставки и превышение его, тиристор 21 запирается. В обмотке возбуждения 5 исчезают пульсации тока, и поэтому напряжение на фазах становится синусоидальным. В результате этого исчезает (или снижается до допустимо малой величины) напряжение на выходе выпрямителя 12 и ключ

10 запирается. Запираются управляемые вентили группы 8, а ток возбуждения замыкается через шунтирующий диод 9 и начинает спадать со скоростью, обусловленной постоянной времени цепи обмотки возбуждения.

Снижение контролируемого параметра ниже значения уставки приводит к включению тиристора 21, и процесс повторяется описанным образом.

Устройство передачи импульсов управления работает наиболее эффективно, если на всех фазах момент макси-. мума неискаженной синусоиды соответствует минимальному .значению пульсирующего тока возбуждения. Это значит, что пульсация тока возбуждения должна осуществляться с шестикратной частотой относительно синусоидальной фазной ЭДС при постоянном потоке, и сфазирована относительно этого напряжения„ как показано на фиг. 2.

Очевидно, что включением и выключением ключа 10 можно осуществлять плавное регулирование тока возбуждения основной машины в заданном диапазоне даже при неизменном значении постоянной составляющей тока в обмотке возбуждения возбудителя.

Однако процесс регулирования будет лучше снизится расход энергии на воз1

974544 буждение и, соответственно нагрев возбудителя, если одновременно с выключением переменной составляющей отключать и постоянную составляющую тока возбуждения. В этом случае при увеличении длительности включенного состояния тиристора 2 1 растет и постоянная составляющая тока возбуждения возбудителя и, следовательно, синусоидальная составляющая. основной гармоники фаз- !О ных ЭДС обмотки 3 ротора.

Предпочтительным вариантом, значительно упрощающем устройство, являет- ся совмещение источника модулирующего сигнала с регулятором тока возбуж- 15 дения, при этом для Усиления сигналов модуляции целесообразно использовать однотиристорный прерыватель постоянного тока (фиг. 3).

Конкретная схема выполнения преры- 26 вателя 23 не принципиальна, может использоваться двухобмоточный дроссель на насыщающемся сердечнике (как показано на фиг. 3) или однообмоточный дроссель на сердечнике или. воздушный. 2S

Обмотка возбуждения- 5 шунтируется тиристором 24 (возможно с включением части обмотки дросселя прерывателя 23), Разнополярные импульсы от датчика частоты 18 усиливаются и при включенном 3Q тиристоре 21 поступают на первичную обмотку 19 трансформатора 20. Со вторичной обмотки 22 импульсы поступают на управляющие электроды тиристоров

24 и 26, включая один из них и запирая друге й.

Так, если включается тиристор 26, то тиристор 24 запирается. В течение времени перезаряда конденсатора 25 к обмотке 5 приложено напряжение источ- 0 ника постоянного напряжения 7 в кон-. це этого интервала тиристор 26 запирается и ток протекает через конденсатор 25 и заряжает его. Управляющий им пульс с обмотки 22 включает шунтирующий тиристор 24 и запирает тиристор

26. Скорость снижения тока в обмотке .

5 уменьшается. Запирание тиристора 21 исключает возможность включения тиристоров и приводит к снижению тока в об-. мотке 5, развозбуждению возбудителя (до значения остаточного напряжения), 4однако прежде всего выключение тиристора 21 приводит к запиранию трехфаз" ного управляемого выпрямителя 4 и снижению возбуждения в обмотке 2 основной машины.

Реализация устройства и управления устройством по данному способу позволяет устранить специальное устройство для передачи сигнала управления на ротор, что значительно упрощает и повышает надежность системы электроснабжения.

Формула изобретения

1. Способ управления возбуждением бесщеточной электрической машины, состоящей из основной машины и синхронного возбудителя с вращающимся выпрямителем, при котором сигнал на включение и отключение управляемого ключа, регулирующего ток возбуждения основной машины, получают при непрерывном измерении контролируемого параметра, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и упроще-, ния, при снижении величины контролируемого параметра ниже величины уставки модулируют ток возбуждения возбудителя напряжением повышенной частоты, выделяют из напряжения якорной обмотки возбудителя напряжение повышенной частоты и этим напряжением осуществляют управление управляемым ключом, при превышении величины контролируемого параметра величины уставки модуляцию тока возбуждения возбудителя прекращают.

2. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что при постоянном потоке возбуждения измеряют максимальное значение амплитуды напряжения якорной обмотки возбудителя, фиксируют значение угла, соответствующего указанной амплитуде напряжения, включают источник модулирующего напряжения и корректируют сдвиг фазы тока так, чтобы для фиксированного угла амплитуда напряжения якорной обмотки имела наименьшее значение, причем частота модуляции напряжения равна удвоенному произведению собственной частоты ЭДС якорной обмотки возбудителя на число фаз этой же обмотки.

3. Способ по и. 1, о т л и ч а юшийся тем, что при превышении величины контролируемого параметра величины уставки одновременно с прекращением модуляции тока возбуждения возбудителя отключают ток возбуждения возбудителя.

4. Устройство для осуществления способа по пп. 1-3, содержащее основную электрическую машину, на валу которой установлен датчик частоты во9 9745 щения ротора, и возбудитель, обмотка возбуждения основной электрической машины через вращающийся управляемый выпрямитель подключена к выводам фаз, якорной обмотки возбудителя, управля- з емый выпрямитель выполнен с тиристорами в анодной группе вентилей, управляющие-электроды тиристоров через разделительные диоды объединены и через управляемый ключ соединены с анодами тиристоров, обмотка возбуждения воз5удителя подключена к источнику тока возбуждения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения и повыше..ния надежности, на роторе возбудите ля дополнительно размещены последовательно включенные фильтр, однофазный трансформатор и выпрямитель, причем вход фильтра подключен к фазам якорной обмотки возбудителя, а выход 20 выпрямителя — к входу управления управляемого ключа, дополнительно введен источник модулирующего сигнала, который соединен с обмоткой возбужде ния возбудителя. 25

5. Устройство по и. 4, о т л и ч аю щ е е с я тем, что в него введены резистор и конденсатор, а фильтр выполнен в виде многофазного неуправляемого выпрямителя, к выходу которого 30 параллельно подключены резистор и через конденсатор - первичная обмотка однофазного трансформатора.

6. Устройство по пп. 4 и 5, о т. л и ч а ю щ е.е с я тем, что источник1 э

10 модулирующего сигнала совмещен с регулятором тока возбуждения и состоит из импульсного регулятора постоянно го тока с синхронизирующим входом, который соединен с датчиком частоты вращения ротора.

7. Устройство по и. 6, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с,целью упрощения, регулятор постоянного тока составлен из однотиристорного прерывателя постоянного тока, включенного последовательно с обмоткой возбуждения возбудителя, которая в обратном нап-. равлении зашунтирована тиристором, причем управляющие электроды тиристора прерывателя и шунтирующего тиристора объединены и подключены к выходу датчика частоты вращения ротора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Электроснабжение летательных аппаратов. Под ред. Н. Т. Кородана. М., Машиностроение", 1975, с. 280.

2. Глебов А. А. и др. Передача управляющих импульсов к роторным тиристорам бесщеточного возбудителя турбогенератора. нБесщеточные системы возбуждения мощных турбогенераторов и синхронных компенсаторов". Л., 1977, с. 58-63 °

3. Вайсберг M. А. Тиристорные регуляторы напряжения синхронных генералов ров. Труды МИИТа, вып. 301, М., "Ма шиностроение", 1969, с. 48-54.

974544

Фиг3

Составитель А, Лебедев

Редактор А. Долинич Техред Е.Харитончик Корректор Г. Огар

Заказ 8732/76

Тираж 72 1 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4