Устройство для реверсивного бесщеточного возбуждения синхронной машины

 

Изобретение относится к электротехнике . Целью изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения работы синхронной машины как в режиме компенсатора, так и в режиме двигателя. Указанная цель достигается, тем, что в устройство для реверсивного бесщеточного возбуждения синхронной машины введены преобразователь частоты 43, фазорегуляторы 48,49, датчик частоты вра

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (51) 4 Н 02 Р 9/!4 1/50

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) !188842 (21) 4)e2006/?4(22) !е.1-2.86 (46) !5.06.88. Бил. Р 22 (71) Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт тяжелого электромашиностроения Харьковского завода

"Электротяжмаш" им. В.И.Ленина (72) Ю.Е.Савельев, Г.А.Ковальков, Ю.В.Зозулин, Е.Е.Юдин и Э.А.Каспаров (53) 621 ° 313.322.013.8.55 (088.8) (56),Авторское свидетельство СССР

У 1188842, кл. Н 02 P 9/14, 1985..80„„14033 5 A 2 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕВЕРСИВНОГО БЕСЩЕ ТОЧНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННОЙ КАШИН Ь( (57) Изобретение относится к электротехнике. Цельш изобретения является расширение функциональных возможностей путем обеспечения работы синхрон" ной машины как в режиме компенсатора, так и в режиме двигателя, Указанная цель достигается тем, что в устройство для реверсивного бесшеточного возбуждения синхронной машины введены преобразователь частоты 43, фаэорегуляторы 48,49, датчик частоты вра 1403335 щения 51 синхронной машины (СМ) 1, блок задержки 53, управляемые ключи

44, 45, 50, 54, 55, 56, а каждый дополнительный генератор g,(10) снабжен третьей обмоткой возбуждения

46,(47). Б результате с помощью этого устройства возможен последовательный пуск СМ 1 до некоторой частоты вращения путем соответствующей коммутации указанных ключей. В начале

Изобретение относится к электро; технике и может быть использовано в системах электроснабжения, компен-. сации реактивной мощности и т.д.

Цель изобретения — расширение . функциональных возможностей путем обеспечения работы синхронной машины как в режиме компенсатора, так и в режиме двигателя. 1О

На чертеже представлена принципиальная схема предлагаемого устройства для реверсивного бесщеточного возбуждения синхронной машины.

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

Устройство для реверсивного бесщеточного возбуждения синхронной машины 1 содержит первый 2 и второй 3 вращающиеся тиристорные преобразователи, входами переменного тока под" ключенные 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.

Первый 9 и второй 10 дополнительные генераторы установлены на валу синхпроцесса пуска ротор CM 1 с помощью тиристорньгх преобразователей 2,3 замыкается накоротко. Под воздействием асинхронного момента ротор CM 1 разворачивается до номинальной частоты вращения. Повышение частоты вращения до значения выше номинального и сйнхронизация CM 1 с сетью (работа в .режиме компенсатора) осуществляется по схеме частотного пуска. 1 ил. раиной машины 1 H якорными обмотками 11 и 12 связаны через первую !3 и вторую 14 системы формирования импульсов управления с управляющими входами первого 2 и второго 3 вращающихся тиристорных преобразователей.

Первый 9 и второй 10 дополнительные генераторы имеют каждый первую 15(16) и вторую !7(18) обмотки возбуждения, смещенные в пространстве на угол

90 эл.град. Первая 15 и вторая 17 обмотки возбуждения первого дополнительного генератора 9 через соответствующие первый 19 и второй ?О усилители, охваченные обратной связью по току, и первый синусный 21 и первый косинусный 22 функциональные преобразователи связаны с первым выхо" дом коммутатора 23, второй выход которого связан с первой 16 и второй

18 обмотками возбуждения второго до- полнительного генератора 10 соответственно через второй синусный 24 и второй косинусный 25 функциональные преобразователи, а также третий 26 и четвертый 27 усилители, охваченные обратной связью по току, Первый и второй управляющие входы коммутатора

23 связаны с выходами соответственно первого 7 и второго 8 датчиков тока возбуждения, а информационный вход— с выходом автоматического регулятора 28, первыми управляющими входами связанного с выходами датчиков напряжения 29 и тока 30 синхронной машины 1, а вторыми управляющими входами - с первым 7 и вторым 8 датчиками тока возбуждения синхронной машины 1.

Устройство содержит также пятый усилитель 31, охваченный обратной связью

140333 по току, выходом подключенный к обмотке 32 возбуждения вспомогательного генератора 5 переменного тока,первый 33 и второ" 34 датчики магнитно5 го поля, встроенные соответственно в обмотки возбуждения первого 9 и второго 10 дополнительных генераторов, первый 35 и второй 36 управляемые ключи, включенные между первым и вторым выходами коммутатора 23 и соответственно входами первых 21 и

22 и вторых 24 и 25 функциональных преобразователей. Управляющие входы первого 35 и второго 36 управляемых ключей подключены соответственно к выходам второго 34 и первого 33 датчиков магнитного поля, В устройство введены также управляемый переключатель 37 полярности сигнала и соединенный с его выходом нелинейный делитель 38 напряжения„ первый и второй выходы которого соединены соответственно с информационным входом коммутатора 23 и входом пятого усилителя 25

31, при этом информационный вход управляемого переключателя 37 полярности сигнала соединен с выходом автоматического регулятора 28 возбуждения, а его управляюцие входы — с выходами З0 первого 7 и второго 8 датчиков тока возбуждения синхронной машины 1, например через шестой 39 и седьмой 40 усилители. Управляемый переключатель

37 полярности сигнала может содержать командный орган 41 и переключающий орган 42. Кроме того, устройство содержит преобразователь 43 частоты, соединенный с синхронной машиной 1 через третий управляемый ключ 44.Синх- о ронная машина 1 подключается к энергосистеме через четвертый управляемый ключ 45. Первый 9 и второй 10 дополнительные генераторы имеют также каждый третью 46(47) обмотки возбуждения переменного тока. Каждая третья

46 и 47 обмотки возбуждения первого

9 и второго 10 дополнительных генераторов связаны с источником переменного напряжения (не показан) через первый 48 и второй 49 фазорегуляторы соответственно и пятый управляемый ключ 50, первый управляющий вход которого подключен к информационному выходу третьего управляемого ключа

44. В устройство введен датчик 51 частоты вращения, выход которого через компаратор 52 подключен к второму управляющему входу пятого управ.—

5 ф ляемого ключа 50 и входу блока 53 задержки. Выход блока задержни связан с управляющим входом шестого управляемого ключа 54, включенного в место связи между пятым усилителем

31 и обмоткой 32 возбуждения вспомогательного генератора и с первым управляющим входом седьмогб управляемого ключа 55, включенного в место связи, например второй обмотки 16 возбуждения дополнительного генератора 10 и источником постоянного тока (не показан). Второй управляющий вход седьмого управляемого ключа 55 связан с информационным выходом четвертого управляющего ключа 45. В устройство введен также восьмой управляем-;й ключ 56 гключенный между перль:и выходом нелинейного делителя 38 и информационным входом коммутатора 23, управляюций вход которого подключен к информационному выходу четвертого управляемого ключа 45.

Устройство работает следующим образом.

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

При пуске синхронной машины -1 третий управляемый ключ 44 находится во включенном состоянии, а четвертый управляемый ключ 45 выключен. В этом случае преобразователь 43 частоты подключен к силовым выводам синхронной машины 1. Отключенное состояние четвертого управляемого ключа 45 вызывает появление на его информационном выходе сигнала, вызывающего отключение седьмого 55 и восьмого 56 управляемых ключей. Включенное сос-. тояние третьего управляемого ключа

44, вызывает появление на его информационном выходе сигнала, вызывающего включение пятого 50 управляющего ключа. При этом третьи обмотки 46 и

47 возбуждения первого 9 и второго

10 дополнительных генераторов оказываются подключенными к источнику переменного напряжения соответственно через первый 48 и второй 49 фазорегуляторы, что вызывает возникновение вращаюшегося магнитного поля в зазоре

5 6 тора 10 к источнику постоянного тока, что вызывает возникновение неподвижного магнитного поля в зазоре второго дополнительного генератора 10 и как следствие формирование управляющих импульсов для второго вращающегося тиристорного преобразователя 3 через формирователь 14 импульсов, обеспечивающих его полное открытие.

Наличие тока i в обмотке 32 возбуждения вспомогательного генератора при частоте вращения п ротора синхронной машины 1 вызывает появление

ЭДС в якорной обмотке 4, включение в выпрямительном режиме второго вращающегося тиристорного преобразователя 3 и протекание постоянного тока в обмотке 6 возбуждения синхронной машины 1, Частота вращения ротора синхронной машины 1 доводится до некоторого значения п п „ (n„ — номинальная скорость вращения) и после чего преобразователь 43 частоты отключается от синхронной машины 1 третьем управляемым ключом 44. Сигнал на информационном выходе управляемого ключа

44, действующий в этом случае на отключение пятого управляемого ключа 50, не влияет на его положение, так как управляемый ключ 44 находится в отключенном состоянии.

Под действием момента на валу, обусловленного потерями холостого хода в синхронной машине 1, ротор начинает выбегать (тормозиться). В определенный момент времени осуществляется форсировка возбуждения вспомогательного генератора 5 по цепи: автоматический регулятор 28, переключатель 37, .делитель 38 напряжения, усилитель 31, шестой управляемый ключ 54, обмотка 32 возбуждения.

Вследствие этого осуществляется форсировка тока в обмотке 6 возбуждения и напряжение синхронной машины 1 начинает возрастать. При достижении напряжения синхронной машины 1 номинального значения возбуждение вспомогательного генератора 5 по обмотке 32 снижается до величины х„, соответствующей току холостого хода

Х °, в обмотке 6 возбуждения синх хх ронной машины, а синхронная машина синхрониэируется и подключается к сети, благодаря включению четвертого управляемого ключа 45 (цепи синхронизации на фиг.! не показаны).

5 140333 первого 9 и второго 10 дополнительных генераторов, и как следствие формирование управляющих импульсов для первого 2 и второго 3 вращающихся тирис5 торных преобразователей через формирователи 13 и 14.

Под воздействием асинхронного момента синхронная машина 1 разворачивается до заданной частоты вращения и . Разворот синхронной машины 1 до частоты вращения п, происходит при замыкании обмотки 6 возбуждения накоротко, что обеспечивается благодаря поочередной работе первого 2 и второ- 15 го 3 вращающихся тиристорных преобразователей, коммутирующих ЭДС скольжения в обмотке 6 возбуждения, а фаэорегуляторы 48 и 49 после настройки их обеспечивают согласованную подачу 2р импульсов управления. При этом, так как шестой управляемый ключ 54 находится в отключенном состоянии, обмотка 32 возбуждения вспомогательного генератора 5 не обтекается током, 25

ЭДС в якорной обмотке 4 вспомогательного генератора 5 отсутствует.

При достижении ротора синхронной машины, 1 заданной частоты вращения

n©, сигнал на выходе компаратора 52, чр входом подключенного к датчику 51 частоты вращения, вызывает отключе-ние пятого управляемого ключа 50 и как следствие отключение третьих обмоток 46 и 47 первого 9 и второго

10 дополнительных генераторов от источника переменного напряжения, вы" зывающие исчезновение магнитного поля в зазоре первого 9 и второго 10 дополнительных генераторов и управ" 4р ляющих импульсов для первого 2 и второго 3 врац1ающихся тиристорных преобразователей. Одновременно сигнал на выходе компаратора 52 с выдержкой времени, задаваемой блоком 53 эадерж- 4б ки, гарантирующ1ей полное запирание первого 2 и второго 3 вращающихся тиристорных выпрямителей, осуществляет включение шестого 54 и седьмого

55 управляемых ключей. Включение шес- 5р того управляемого ключа 54 обеспечивает подключение обмотки 32 возбуждения вспомогательного генератора 5 к пятому усилителю 31 и возбуждение последнего током i,.

Включение седьмого управляемого ключа 55 обеспечивает подключение, например, второй обмотки 16 возбуждения, второго дополнительного генера7 14

Включение четвертого управляемого ключа 45 приводит к появлению на его информационном выходе сигнала, который осуществляет включение восьмого 56 и отключение седьмого 55 управляемых ключей. Включение восьмого управляемого ключа 56 обеспечивает возбуждение второго 10 дополнительного генератора по цепи: регулятор 28 — переключатель 37 полярности, делитель 28 напряжения, восьмой управляемый ключ 56, коммутатор 23, второй управляемый ключ 36, функциональные преобразователи 24 и 25, усилители 26 и 27, обмотки 16 и 18 возбуждения. Отключение седьмого управляемого ключа 55 приводит к отключению второй обмотки 16 возбуждения второго дополнительного генератора

10 от источника постоянного тока. Таким образом, после включения четвертого управляемого ключа 45 устройство включается в работу по штатной схеме.

Предположение о работе второго 3 вращающегося тиристорного преобразователя при пуске после подачи возбуждения вспомогательного генератора 5 является условным. После синхронизации с сетью синхронная машина 1 может работать либо в режиме выдачи реактивной мощности, либо в режиме потребления.

В режиме выдачи реактивной мощности предполагали работающим первый вращающийся тиристорный преобразователь 2. В этом случае в зависимости от сигналов с датчиков 29 и 30 напряжения и тока синхронной машины 1 автоматический регулятор 28 возбуждения выдает сигнал управления, часть которого через нелинейный делитель

38 напряжения и восьмой управляемый ключ 56 поступает на информационный вход коммутатора 23. При этом задействован датчик 7 тока возбуждения, который через шестой усилитель 39 воздействует на первый управляющий вход коммутатора 23 и при этом, пропускает сигнал с выхода автоматического регулятора 28 возбуждения (через нелинейный делитель 38 напряжения и восьмой управляемый ключ 56 на вход первого синусного 21 и первого косинусного 22 функциональных преобразователей, сигналы с выхода которых усиливаются первым 19 и вторым 20 усилителями и поступают в пер03335 8 вую 15 и вторую 17 обмотки возбуждения первого дополнительного генератора 9, сдвинутые в пространстве на угол 90 эл.град. и создающие магнит5 ное поле в зазоре с амплитудой,пропорциональной сумме квадратов синуса и косинуса одной и той же величины, т ° е. постоянной независимо от величи 0 ны управляющ1его сигнала. Угол в пространстве результирующего вектора магнитного поля, определяемый синусом и косинусом сигнала с первого выхода нелинейного делителя 38 оказывается пропорциональным этому сигналу. Соответственно временной угол

ЭДС, наводимых в якорных обмотках 11 первого дополнительного генератора

9, оказывается также пропорциональным сигналу с первого выхода нелинейного делителя 38 напряжения (сигналу с выхода автоматического регулятора

28 возбуждения). При постоянной во времени ЭДС в якорной обмотке 4 вспо25 могательного генератора 5 переменного тока ЭДС якорной обмотки 11 первого дополнительного генератора 9 чере3 первую систему 13 формирования импульсов управления воздействует на

З0 цепи управления первого вращающегося тиристорного преобразователя 2 с соответствуюцим углом регулирования, который определяет величину тока в обмотке 6 возбуждения синхронной ма35 шины 1. Такие процессы были бы характерны при постоянстве тока в обмотке 32 возбуждения вспомогательного генератора 5 переменного тока. В действительности сигнал с второго выхо4О да нелинейного делителя 38 напряжения, через пятый усилитель 31 и шестой управляемый ключ 54 изменяет ток в обмотке 32 возбуждения, что влияет на амплитуду ЭДС вспомогательного генератора 5 переменного тока.

Соответственно ток обмотки 6 возбуждения синхронной машины будет определяться не только углом регулирования, но и амплитудой ЭДС вспомога50 тельного генератора S переменного тока. При форсировке сигналом от автоматического регулятора 28 возбуждения происходит полное открытие ключей первого вращающегося тиристорного преобразователя 2 и одновременно, 55 форсировка дополнительного генератора S переменного тока.

Режим гашения поля при работе первого вращающегося тиристорного преI0

9 140333 образователя 2 протекает следующим образом.

В соответствии с ситуацией в энергосистеме автоматический регулятор

28 изменяет выходной сигнал на противоположный (отрицательный). Нелинейный делитель 38 напряжения распределяет его таким образом, что пятый усилитель 31 переводит обмотку

32 возбуждения в режим работы с i а сигнал с первого выхода нелиней;ного делителя 38 переводит первый вращаюц1ийся тиристорный преобразова,тель 2 в инверторный режим, В резуль- 15 тате происходит гашение поля в обмот, ке 6 возбуждения синхронной машины 1, что фиксируется с помощью датчика 7 ,измерения тока. Сигнал поступает на первый управляющий вход коммутатора

23. При нулевом сигнале по току инвертирование первого вращающегося тиристорного преобразователя 2 закон" чено, но магнитное поле за счет тока демпферных контуров ротора синхронной 25 машины 1 еще не погасло. Для полного его гашения необходим отрицательный ток в обмотке 6 возбуждения синхронной машины 1. Если при нулевом сигнале по току сигнал от автомати- 30 ческого регулятора 28 возбуждения остается отрицательным, то коммутатор

23 переключает сигнал с первого своего выхода на второй. Снятие сигнала с первого управляемого ключа 35 сопровождается переводом первого 19 и второго 20 усилителей в инверторный режим, т.е. гашением поля в первой

15 и второй 17 обмотках возбуждения первого дополнительного генератора

9 и снятием импульсов управления с первого вращающегося тиристорного преобразователя 2. Второй управляемый ключ 36 готов к работе, но он заблокирован сигналом на его управ- 4> ляющем входе и с выхода первого датчика 33 магнитного поля до тех пор, пока магнитное поле практически не погаснет. Это исклю,ает подачу импульсов управления На второй вращаю|цийся тиристорный преобразователь 3 пока не сняты импульсы с первого вращающегося тиристорного преобразователя 2.

Пока не снята блокировка с второго управляемого ключа 36, сигналы с первого датчика 7 (через шестой усилитель 39) и с выхода автоматического регулятора 28 возбуждения вызывают действие управляемого переключателя 37 полярности сигнала, который производит изменение сигналов на вхо де нелинейного делителя 38 напряжения. С выхода последнего через восьмой управляемый ключ 56, коммутатор

23 и второй .управляемый ключ 36 происходит полное открытие второго вращающегося тиристорного преобразователя, и одновременно через усилитель

31 и шестой управляемый ключ 54 производится форсировка тока в обмотке

32 возбуждения вспомогательного генератора 5 переменного тока. Данный режим работы реализуется только при снятии блокировки с второго управляемого ключа 36. Другие режимы работы в устройстве осуществляются аналогичным образом.

Таким образом, по сравнению с прототипом предлагаемое устройство выполняет дополнительно функцию пуска синхронной машины, т.е. расширяются функциональные возможности. Кроме того, синхронный возбудитель устройства имеет существенно меньшие габариты, чем синхронно-асинхронный двигатель-возбудитель, поскольку он рассчитан только на передачу мощности возбуждения по синхронному каналу, которая всегда меньше мощности, пода" ваемой по асинхронному каналу, а также в связи с тем, что с него снята функция пуска агрегата в целом. Следовательно, уменьшаются капиталовложения и улучшаются массогабаритные показатели, кроме того, повышается надежность благодаря исключения контакта трения в водородной среде (обычной для мощных синхронных компенсаторов).

Ф о р м у л а изобретения

Устройство для реверсивного бесщеточного возбуждения синхронной ма" шины по авт.св. 9 1188842, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения работы синхронной машины как в режиме компенсатора, так и в режиме двигателя, введены преобразователь частоты, два фаэорегулятора, датчик частоты вращения синхронной машины, компаратор, блок задержки, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой управляемые ключи, а каждый дополнительный генератор снабжен третьей обмот03335 12 шестого управляемого ключа, включенного между пятым усилителем и обмоткой возбуждения вспомогательного генератора переменного тока, и с первым управляющим входом седьмого управляющего ключа, включенного между одной иэ обмоток возбуждения одного из дополнительных генераторов и внешним источником постоянного тока, второй управляющий вход седьмого управляемого ключа соединен с информационным выходом четвертого управляемого ключа, восьмой управляемый ключ

1б включен между первым выходом делителя и информационным входом коммутатора, управляющий вход восьмого управляемого ключа подключен к информационному выходу четвертого управ20 ляемого ключа. 11 14 кой возбуждения, при этом преобразователь частоты служит для подключения к синхронной машине через третий управляемый ключ, четвертый управляемый ключ предназначены для включения в цепь синхронной машины, третья обмотка возбуждения каждого дополнительного генератора связана с источником переменного напряжения через соответствующий фаэорегулятор и пятый управляемый ключ, первый управляющий вход которого подключен к информационному выходу третьего управляемого ключа, а второй управляющий вход пятого управляемого ключа подключен к входу блока задержки и через компаратор к выходу датчика частоты вращения, выход блока задержки соединен с управляющим входом

Составитель В.Тарасов

Техред А.Кравчук Корректор В.Бутяга

?едактор Ю.Середа

Заказ 3003/54

Тираж 583 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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