Устройство реверсивного безщеточного возбуждения синхронной машины

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для бесщеточного возбуждения синхронных машин. Целью является повышение надежности и снижение массогабаритных показателей. Устройство содержит синхронную машину 1 с обмоткой 6 возбуждения, вращающиеся тиристорные преобразователи 2 и 3 и дополнительный генератор 9 с якорной обмоткой 10 и двумя обмотками 15 и 16 возбуждения , смещенными в пространстве на 90 эл. град, и связанными через uD (Л со а о 4;;

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU,» 13617 4 (511 4 Н 02 Р 9/14, 9/30

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Й АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4133387/24-07 (22) 15.10.86 (46) 23.12.87. Бюл. ¹ 47 (71) Научно-исследовательский, про-. ектно-конструкторский и технологический институт тяжелого электромашиностроения Харьковского завода

"Электротяжмаш" им. В.И.Ленина (72) Ю.Е.Савельев, В.В.Кононенко, !

О.В.Зозулин и В.В.Кузьмин (53) 621.313.32:621.316.722(088.8) (56) Кильдешев В.С. и др. Многофазный тиристорный бесщеточный возбуди- . тель турбогенератора мощностью

300 МВт. Электротехническая промышленность, сер. Электрические машины, 1982, вып. 11(14) °

Патент Великобритании № 1042757, кл. Н 02 Р 3/90. 1966. (54) УСТРОЙСТВО РЕВЕРСИВНОГО БЕСЩЕТОЧНОГО ВОЗБУЖПЕНИЯ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ ъ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для бесщеточного возбуждения синхронных машин. Белью является повышение надежности и снижение массогабаритных показателей. Устройство содержит синхронную машину 1 с обмоткой 6 возбуждения, вращающиеся тиристорные преобразователи 2 и 3 и дополнительный генератор 9 с якорной обмоткой

10 и двумя обмотками 15 и 16 возбуждения, смешенными в пространстве на, 90 эл. град. и связанными через управляемые переключатели полярности сигнала связаны с выходом автоматическиго регулятора 23 возбуждения.

2 ил.

1361704 косинусный 19 и синусный 20 функциональные преобразователи с соответствующими переключателями 22 и 21 полярности. Первый 21 и второй 22

Изобретение относится к электро-. технике, в частности к устройствам бесщеточного возбуждения синхронных машин.

Пель изобретения — повышение надежности и снижение массогабаритных показателей.

На фиг.1 приведена принципиальная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — диаграммы, иллюстрирующие работу устройства.

Для упрощения источники питания для всех статических элементов схемы не показаны. Они могчт быть решены любыми известными способами, например, с помощью трансформаторов, подключенных первичными обмотками к силовому выходу синхронной машины.

Устройство реверсивного бесщеточг ного возбуждения синхронной машины

1 содержит первый 2 и BTODQH 3 вращающиеся тиристорные преобразователи, входами переменного тока подключенные к якорной обмотке 4 вспомогательного генератора 5 переменного тока, а первыми объединенными выходами разноименной полярности — непосредственно к одному из выводов обмотки 6 возбуждения синхронной машины. Другой вывод обмотки 6 возбуждения связан с вторыми разноименными выходами первого 2 и второго 3 вращающихся тиристорных преобразователей соответственно через первый 7 и второй 8 датчики тока возбуждения.

Дополнительный генератор 9 установлен на одном валу с синхронной машиной 1 и якорной обмоткой 10 и связан через первую систему 11 Формирования импульсов чправления и первый прерыватель 12 импульсов с управляющим входом первого вращающегося тиристооного преобразователя 2, а через вторую систему 13 формирования импчльсов и второй прерыватель 14 импчль2 сов — с управляющим входом второго вращающегося тиристорного преобразователя 3..

Дополнительный генератор 9 имеет первую 15 и вторую 16 обмотки возбуждения, смещенные в пространстве на

90 эл. грап. Первая 15 и вторая 16 обмотки возбуждения дополнительного генератора 9 через соответствующие

10 первый 17 и второй 18 усилители, охваченные обратной связью по току. косинусный 19 и синчсный 20 функциональные преобразователи, первый 21 и второй 22 управляемые переключатели полярности сигнала связаны с выходом автоматического регулятора 23 возбуждения, IIpDBbMH управляющими входами связанного с выходами датчиков напряжения 24 и тока 25 синхронной машины

20 1, а вторыми управляющими входами— с первым 7 и BTopbIM 8 датчиками тока возбуждения синхронной машины 1, например, через третий 26 и четвертый

27 усилители.

Устройство содержит коммутатор 28, первый и второй управляющие входы которого связаны с выходами соответственно первого 7 и второго 8 датчиков тока возбуждения, а информационЗ0 ный вход - с выходом автоматического регулятора 23 возбуждения. В устройство введены первая 29 и вторая 30 системы формирования сигналов, управляющие входы которых подключены соЗ ответственно к первому и второму выходам коммутатора 28, при этом первые выходы первой 29 и второй 30 систем формирования сигналов соответст- . но подключены к управляющим входам

40 первого 21 и второго 22 переключателей полярности сигнала, а вторые выходы через первый 31 и второй 32 передатчики сигнала — к управляющим входам первого 12 и второго 14 прерывателей импульсов.

1361704

Первый прерыватель 12 импульсов может содержать прерывающий 33 и командный 34 органы. Второй прерыватель импульсов 14 может содержать прерывающий орган 35 и командный 36 органы. Первый управляемый переключатель 21 полярности сигнала может содержать переключающий 37 и командный 38 органы. Второй управляемый переключатель 22 полярности сигнала может содержать переключающий 39 и командный 40 органы.

Устройство работает следующим образом.

Для конкретности при описании работы устройства принимаем синхроннчю машину 1 синхронным компенсатором, что соответствует наиболее тяжелым условиям работы системы возбуждения, требующим равноценной работы системы при различной полярности токов возбуждения в обмотке 6 возбуждения.

Пусть в режиме выдачи реактивной мощности работает первый врашаюшийся тиристорный преобразователь 2. В этом случае в зависимости от сигналов с датчиков напряжения 24 и тока 25 синхронной машины 1 автоматический регулятор 23 возбуждения выдает сигнал управления, который поступает на информационный вход коммутатора

28 и объединенные информационные входы первого 21 и второго 22 управляемых переключателей. полярности сигнала. При этом задействован датчик 7 тока возбуждения, который через третий усилитель 26 воздействчет на первый управляющий вход коммутатора 28.

Полярность аналогового сигнала на выходе автоматического регулятора

23 возбуждения, поступающего на информационный вход коммутатора 28, в этом случае такова, что при наличии сигнала от датчика 7 тока возбужде-.. ния на первом управляющем входе коммутатора 28, на первом выходе коммутатора 28 появляется логический сигнал "Включить", который через первую систему 29 формирования сигналов, первый передатчик 31 сигнала приводит первый прерыватель 12 импульсов во включенное состояние. Включенное состояние прерывателя 12 обеспечивает прохождение импульсов от первой системы 11 формирования импульсов к управляющим входам первого вращающегося тиристорного преобоазователя

2. При этом на втором выходе коммутатора 28 появляется сигнал "Отключить", который через вторую систему

30 формирования сигналов, второй передатчик 32 сигнала обеспечивает отключение состояния второго прерывателя 14 импульсов. Отключенное состояние прерывателя 14 делает невозможным

10 прохождение импульсов от второй сис-. темы 13 формирования импульсов к управляющим входам второго вращающегося тиристорного преобразователя 3.

Таким образом, второй вращающий15 ся тиристорный преобразователь 3 за-. крыт. Сигнал "Включить" на первом выходе коммутатора 28 через первую системч 29 формирования сигналов и сигнал Отключить" на втором выходе

20 коммутатора 28 через вторую системч

30 формирования сигналов проводят соответственно первый 21 и второй

22 управляемые переключатели полярности сигнала в такое положение, при котором обеспечивается необходимое согласование выхода автоматического регулятора 23 возбуждения с входами косинчсного 19 и синусного 20 преобразователей, при котором зависимосЗ0 ти токов I и I 6 в первой 15 и второй 16 обмотках возбуждения цопол. нительного генератора 9 имеют вид макс cos (1)

Т16 Тмакс sin где Т„„- максимальное значение то" ка возбуждения дополнительного генератора;

К вЂ” коэффициент пропорциональности;

U — выходной аналоговый сигнал управления на выходе автоматического регулятора 23 возбуждения, 45 Знак + соответствует регулированию угла управления первого вращающегося тиристорного преобразователя 2.

Зависимости (1) при работе перво-. ° го вращающегося тиристорного преобразователя 2, изображенные на фиг.2г

Формируются косинусным 19 и синусным

20 функциональными преобразователями и усилителями 17 и 18. Такой закон б5 изменения токов во взаимно перпендикулярных обмотках возбуждения 15 и

16 дополнительного генератора 9 дает .линейную зависимость угла поворота результирующего вектора магнитного

136 1704

20

35

45

55 поля дополнительного генератора 9 от выходного сигнала U автоматичес11 кого регулятора 23 возбуждения, а следовательно, и угла с управления тиристорами первого вращающегося тиристорного преобразователя 2, Зависимость сС„ = f(U ) для первого вра-.

3 щающегося тиристорного преобразователя 2 приведена на фиг.2б, при этом ток возбуждения синхронной машины

1 в обмотке 6 возбуждения изменяется в соответствии с характеристикой

I = f(U ), приведенной на фиг.2а, от максимального значения одной по- . лярности до максимального значения другой полярности.

В соответствии с новой ситуацией в энергосистеме автоматический регулятор 23 возбуждения изменяет выходной сигнал U на противоположный (отрицательный), что приводит к переводу первого вращающегося тиристорного преобразователя 2 в инверторный режим работы (фиг,2б). В результате происходит гашение поля в обмотке

6 синхронной машины 1, что фиксируется с помощью цепи обмотка 6 - датчик, 7 — усилитель 26. Сигнал по этому каналу поступает на первый управляющий вход коммутатора 28. При нулевом сигнале по току возбуждения синхронной машины 1 инвертирование первого вращающегося тиристорного преобразователя 2 закончено, но магнитное поле за счет тока демпферных контуров ротора синхронной машины

1 еще не погасло.

Для полного его гашения необходим отрицательный ток в обмотке 6 возбуждения синхронной машины 1. Если при нулевом сигнале по TQKv сигнал от автоматического регулятора 23 возбуждения остается отрицательным. на,первом выходе коммутатора 28 сигнал

"Включить меняется на сигнал Отключить", а на втором выходе — сигнал

"Отключить" меняется на сигнал "Включить". Снятие с первого выхода коммутатора 28 сигнала "Включить" сопровождается отключением первого прерывателя импульсов 1.2 по цепи коммутатор 28 — система 29 — передатчик

31 и запретом прохождения импульсов от первой системы 11 Формирования импульсов к управляющим входам первого вращающегося тиристорного преобразователя 2 Снятие с первого выхода коммутатора 28 сигнала "Включить" также сопровождается переключением первого управляемого переключателя

21 полярности сигнала по цепи коммутатор 28 — система 29 — орган 38 в положение, обеспечивающее переход устройства на характеристику Т,. =

f (U ) (фиг. 2в) .

10 Появление на втором выходе коммутатора 28 сигнала "Включить" сопровождается включением второго прерывателя 14 импульсов bio цепи коммутатор 28 — система 30 — датчик 32— орган 36 и разрешением прохождения импульсов от второй системы 13 Формирования импульсов к управляющим входам второго вращающегося тиристор-, ного преобразователя 3. Появление на втором выходе коммутатора 28 сигнала

"Включить" также сопровождается переключением второго управляемого переключателя 22 по цепи коммутатор

28 — система 30 — орган 40 в положение, обеспечивающее переход устройcTBB HG характеристику I = f(Uy) (Фиг.2в).

Отключение первого 12 и включение второго 14 прерывателей импульсов, переключение первого 21 и второго

22 управляемых переключателей полярности сигнала приводит к отключению первого вращающегося тиристорного преобразователя 2 и вступлению в работу второго вращающегося тиристорного преобразователя 3 в выпрямительном режиме (фиг.2б), обеспечивающем отрицательный ток в обмотке 6 возбуждения синхронной машины 1.

Другие режимы работы устройства о суще ствл яют ся анало гично .

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет при простоте исполнения и .высокой надежности обеспечить хорошие массогабаритные показатели. Это достигается благодаря использованию дополнительного генератора 9, обмотка 10 якоря которого связана с управляющими входами первого 2 и второго 3 вращающихся тиристорных преобразователей через первый 12 и второй 14 прерыватели импульсов, а первая 15 и вторая 16 обмотки возбуждения дополнительного генератора связаны с выходами автоматического регулятора 23 возбуждения соответственно через усилитель 17, косинусный преобразователь 19, первый управляемый переключатель 21 по1361704 лярности сигнала и усилитель 18, синусный преобразователь 20, второй управляемый переключатель 22 полярности сигнала.

Датчики 7 и 8 тока возбуждения синхронной машины !предполагают электромагнитную передачу сигнала при -. протекании полного тока I6 или — I6 по обмотке 6 возбуждения. Дополнительный генератор 9 имеет на индукторе распределенные по закону синуса обмотки (синусные), а на якоре имеем зубцы, число которых равно или крат,— но числу фаз вспомогательного генератора 5 переменного тока, причем каждый зуб имеет развитую в тангенциальном напвавлении головку и технологически или механически минимальную тонкую ножку, на которую одета фаза обмотки 10 якоря. За счет использования насыщения тонкой ножки

ЭДС в фазе якоря имеет пикообразную

Форму импульса во времени при синусоидальной форме магнитодвижущей силы обмоток 15 и 16 возбуждения в пространстве, т.е. реализуется магнитное формирование импульса в самом дополнительном генераторе 9.

При этом до минимума упрощаются первая 11 и вторая 13 системы формирования импульсов, а именно в цепь управления каждого тиристора первого

2 и второго 3 вращающихся тиристорных преобразователей (кроме первого 12 и второго 14 прерывателей импульсов) последовательно включены диод, срезающий нерабочую полуволну ЭДС, стабилитрон, срезающий пологовую часть рабочей полуволны и выполняющий защиту от помех, и резистор, ограничивающий величину тока управления.

При использовании дополнительного генератора 9 с синусоидальной Формой ЭДС в обмотке 10 первая 11 и вторая 13 системы формирования импуль-. сов могут быть выполнены с использованием дроссслей насыщения для магнитного Формирования импульсов, Вспомогательный генератор, 5 переменного тока выполняется многофазным (число фаз 5), в котором в качестве обмотки 41 возбуждения используются электрически перпендикулярные обмотки, одна из которых распределенная, а другая сосредоточенная или распределенная на существенно меньший угол (в 2 раза и более) чем пер5

40 вая. Фазы якоря составляются из стержней или катушечных сторон, расположенных в одинаковом положении под полюсами с шагом, близким или равным дополнительному. В качестве автоматического регулятора 23 возбуждения может быть применен автоматический регулятор возбуждения сильного действия типа APB-СД, который в настоящее время применяется практически на всех мощных турбогенераторах и гидрогенераторах.

Третий 26 и четвертый 27 усилители служат для усиления (при необхо-. димости) сигналов с выходов первого

7 и второго 8 датчиков тока возбуждения синхронной машины. При этом первый и второй выходы первого 26 и второго 27 усилителей равноценны.

Первый 17 и второй 18 усилители имеют функцию усиления по мощности выходных сигналов косинусного 19 и синусного 20 функциональных преобразователей и могут быть выполнены, в частности, с использованием известных схем тиристорньгх преобразователей. Косинусный 19 и синусный 20 функциональные преобразователи осуществляют косинус" ное и синусное преобразование вы-" ходного сигнала автоматического реryлятора 23 возбуждения и могут быть выполнены с использованием элементов аналоговой техники.

Предлагаемое устройство может найти применение для возбуждения мощных асинхронизированных турбогенераторов синхронных компенсаторов и двигателей.

Формула изобретения

Устройство реверсивного бесщеточного возбуждения синхронной машины, 45 содержащее первый и второй вращаю щиеся тиристорные преобразователи, входами переменного тока подключен-. ные к якорной обмотке вспомогательного генератора переменного тока, а пер.

5р выми объединенными выходами раэноименной полярности - непосредственно к одно му из выводов обмотки возбуждения синхронной машины, другой вывод обмотки возбуждения связан с вторыми

55 разноименными выходами первого и второго вращающихся тиристорных преобразователей соответственно через первый и второй датчики тока возбуж0 дения, дополнительный генератор, 1361704

10 установленный на одном валу с синхронной машиной и якорной обмоткой, связанной соответственно с первой и второй системами формирования импульсов, дополнительный генератор имеет первую и вторую обмотки возбуждения, смещенные в пространстве на угол

90 эл. град., первая и вторая обмотки возбуждения дополнительного генератора через соответствующие первый и второй усилители, охваченные обратной связью по току, связаны с косинусным и синусным преобразователями, автоматический регулятор воз-...; буждения первыми управляющими входами связан с выходами датчиков напряжения и тока синхронной машины, а вторыми управляющими входами — с первым и вторым датчиками тока возбуждения синхронной машины, первый и второй управляющие входы коммутатора связаны с выходами соответственно первого и второго датчиков тока возбуждения, а информационный вход— с выходом автоматического регулятора возбуждения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей, а также повышения надежности, в него дополнительно введены первый и второй управляемые переключатели полярности сигнала,. объединенными информационными входами подключенные к выходу автоматического регулятора возбуждения, а выходами — соответственно к входам косинусного и синусного преобразователей, первая и вторая системы формирования сигналов, управляющие входы которых связаны с первым

10 и вторым выходами коммутатора, первые выходы первой и второй систем формирования сигналов связаны с управляющими входами первого и второго управляемых переключателей полярI5 ности сигналов соответственно, первый и второй передатчики сигналов, входы которых подключены соответственно к вторым выходам первой и второй систем формирования .сигналов, первый и

2О второй прерыватели импульсов, включенные в места связи соответственно между первой системой формирования импульсов с управляющим входом первого вращающегося тиристорного преоб>5 разователя и второй системой формирования импульсов с управляющим входом второго вращающегося тиристорно-. го преобразователя, управляющие входы первого и второго прерывателей

30 импульсов подключены к выходам первого и второго передатчиков сигналов соответственно.

1361704 ему

Составитель Е.Гольцова

Техред M.дидык Корректор Л.Патай

Редактор П.Гереши

Тираж 659 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 6302/56

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4