Регулятор напряжения синхронного генератора электромашинного преобразователя

 

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей регулятора напряжения (РН), повышение надежности электромашинного преобразователя (ЭП) путем обеспечения ограничения тока при коротком замыкании в выходной цепи синхронного генератора (СГ). ЭП содержит приводной двигатель 2, СГ 3 и получает питание от сети через пускатель 1. РН включает в себя корректор 9 напряжения и дополнительный корректор 20, обеспечивающий изменение выходного напряжения СГ в зависимости от частоты этого напряжения при пуске и останове ЭП. СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЗАКЛЮЧАЕТСЯ ВО ВВЕДЕНИИ ТОКОИЗМЕРИТЕЛЬНОГО УЗЛА СГ и выполнении корректоров 9, 20 таким образом, чтобы при коротких замыканиях в цепи нагрузки СГ происходило ограничение выходного тока СГ, и выполнении пускателя 1 с входом 34 аварийного с временной задержкой отключения ЭП. Аварийное отключение ЭП позволяет в случае, если не сработала селективная защита цепей нагрузки при коротком замыкании с заданной выдержкой времени, обесточить ЭП. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (П) А2 (504 Н 02 Р /38 44

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И (ЛНРЫТИЯМ

ПРИ П(НТ СССР (61) 813661 (21) 4243279/24-07 (22) 13.05.87 (46) 30. 11 ° 89. Бюп. У 44 (71) Научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт электрических машин постоянного тока Прокопьевского завода

"Электромашина" (72) А.П.Инешин и В.А.Гордовой (53) 621.313.323:621.316.722(088 ° 8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 813661, кл. Н 02 P 9/38, Н 02 P 9/44, 1979.

2 (54) РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ СИНХРОННО.

ГО ГЕНЕРАТОРА ЭЛЕКТРОИАШИННОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ (57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей регулятора напряжения (РН), повышение надежности электромашинного преобразователя (ЭП) путем обеспечения ограничения тока при коротком замыкании в выходной цепи синхронного генератора (СГ) ° ЭП содержит приводной двигатель 2, СГ 3 и получает

1525857

10 питание от сети через пускатель 1.

РН включает в себя корректор 9 напря жения и дополнительный корректор 20, обеспечивающий изменение выходного напряжения СГ в зависимости от частоты этого напряжения при пуске и останове ЭП. Сущность изобретения заключается во введении токоизмеритель" ного узла СГ и выполнении корректоров 9, 20 таким образом, чтобы при

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в замкнутых системах автоматического регулирования выходного напряжения синхронных генераторов электромашин- 20 ных преобразователей энергии, применяемых в качестве автономных источников питания бортовых сетей судов, самолетов и других объектов.

Цель изобретения — расширение 25 функциональных возможностей регулятора напряжения и повышение надежности электромашинного преобразователя путем обеспечения ограничения тока при коротком замыкании в выход- 30 ной цепи синхронного генератора и его ограждения от длительного воздействия тока глухого короткого замыкания, упрощение устройства.

На фиг.1 представлена принципиальная схема регулятора напряжения; на фиг.2 — временные диаграммы работы электромашинного преобразователя ф, с регулятором напряжения.

Первичный источник электроэнер- 40 гии, например трехфазная сеть переменного тока А, В, С, промышленной частоты (50 Гц), связан посредством пускателя 1 со статорной цепью приводного, например, асинхронного дви- 45 гателя 2 электромашинного преобразователя, содержащего также выходной синхронный генератор 3, имеющий жесткое механическое соединение ротора с ротором приводного двигателя 2. 50

Выходная статорная цепь синхронного генератора 3 связана, например, кабельной линией 4 электропередачи генерируемой энергии переменного тока повышенной частоты (обычно 400 Гц) 55 с клеммами 5 нагрузки синхронного генератора.

Обмотка Ь возубждения синхронного генератора 3, шунтированная некоротких замыканиях в цепи нагрузки

СГ происходило ограничение выходного тока СГ, и выполнении пускателя

1 с входом 34 аварийного с временной задержкой отключения ЭП. Аварийное отключение ЭП позволяет в случае, если не сработала селективная защита цепей нагрузки при коротком замыкании с заданной выдержкой времени, - обесточить 3II. 2 з.п. ф-лы, 2 ил. линейным разрядным сопротивлением 7, подключена к вьмоду управляемого усилителя мощности 8 регулятора напряжения, выполненного, например, в виде блока фазового компаундирования с его питанием выходным напряжением и током силовой цепи генератора 3. Вход корректора 9 напряжения связан измерительным однофазным кабелем 10 с клеммами 5 нагрузки.

Корректор 9 напряжения содержит понижающий трансформатор 11, первичной обмоткой подключенный к выходу измерительного кабеля 10, а двумя вторичными обмотками связанный соответственно с измерительным органом 12 действующего значения напряжения и с выпрямителем 13, подключенным посредством выходного сглаживающего, например, Т-образного

R-С-фильтра 14 цепи питания промежуточного широтно-импульсного усилителя 15 мощности корректора 9 напряжения. Потенциометр 1Ь уставки номинального выходного напряжения синхронного генератора связывает при этом выход измерительного органа 12 корректора напряжения с входом его промежуточного усилителя 15, имеющего для обеспечения устойчивости внутреннюю R-С-цепь динамической коррекции и вьмодом

17 связанного с первым входом вентильной логической схемы ИЛИ 18, подключенной выходом к управляющему входу 19 усилителя мощности 8 регулятора.

Дополнительный корректор 20 напряжения также содержит понижающий трансформатор 21, первичная обмотка которого подключена к вьмодной статорной цепи синхронного генерато ра 3, а вторичная обмотка связана через Г-образный R-С-фильтр 22 с ния, причем вход дополнительного выпрямителя 36 подсоединен к входу измерительного органа 22 дополни5 тельного корректора 20 напряжения, первый вывод выхода дополнительного напряжения 36 — к первому крайнему выводу дополнительного потенциометра 37, а второй вывод выхода — к первому выводу добавочного входа 35 вышеуказанного измерительного органа, связанному с выводом выпрямительного моста 29, имеющим одинаковую (отрицательную) с вторым выводом дополнительного выпрямителя 36 полярность; и через источник 38 опорного напряжения к первому выводу выхода измерительного органа дополнительного корректора 20 с вторым выводом выхода, подключенным к среднему выводу дополнительного потенциометра 37, второй крайний вывод которого соединен.с вторым выводом добавочного входа 35 измерительного ор25

Статические и переходные режимы работы электромашинного преобразователя с регулятором напряжения, обеспечивающим последовательно частот30 но-зависимое регулирование напряжения при пуске или выбеге агрегата, стабилизацию заданного номинального значения выходного напряжения в установившемся режиме, ограничение на заданном уровне кратности величины тока при коротком замыкании с временной задержкой отключения пускателя, поясняются временными диаграммами на фиг.2, где на условных вре4р менных участках . iПускii, "Pa6oTa "Короткое замыкание" и "Выбег" со. ответственно показаны график изменения частоты вращения Q (t) электромашинного преобразователя 2-3

45 (фиг.2,А), график изменения действующего значения выходного напряжения

U (t) синхронного генератора На клеммах 5 его основной нагрузки (фиг.2,б), график изменения выходного широтно-импульсного напряжения

U>(t) основного корректора 9 действующего значения напряжения.регулятора (фиг.2,в), график изменения выходного широтно-импульсного напряжения U (t) дополнительно2о го (частотно-зависимого) корректора 20 напряжения регулятора (фиг.2,г), график изменения действующего значения выходного TOKa I>(t) статорной

5 1525857 измерительным органом. Дополнительный корректор 20 также имеет промежуточный широтно-импульсный усилитель мощности 23 с внутренней R-Сцепью динамической коррекции, связанный выходом 24 с вторым входом вентильной логической схемы ИЛИ 18.

Независимый источник постоянного тока 25 связан с цепью питания дополнительного корректора напряжения 23. Он выполнен, например, в виде выпрямительного блока, подключенного к выходной цепи переменного тока пускателя 1 посредством понижающего трансформатора. При этом, благодаря подключенной выходной диодной схеме 26 разделения цепей, источник постоянного тока 25 одновременно используется для начальной подпитки обмотки 6 возбуждения синхронного генератора 3, чем обеспечивается его дальнейшее самовозбуждение через усилитель мощности 8 в переходном процессе пуска электромашинного преобразователя.

Кроме того, регулятор напряжения содержит трансформатор тока 27, потенциометр 28, выпрямительный мост 29, R-С-фильтр 30, транзисторный ключ 31 и диод 32, причем первичная обмотка трансформатора тока

27 включена последовательно в силовую цепь синхронного генератора 3, а вторичная — подключена к крайним выводам потенциометра 28, средний и один из крайних выводов которого соединены с входом выпрямительного моста 29, выходными выводами подключенного к входу Г-образного R-Сфильтра 30, выходом связанного с коллектором и эмиттером транзисторного ключа 3 1. Управляющая цепь база — эмиттер транзисторного ключа

31 связана с выходом выпрямителя 13.

Коллектор и эмиттер транзисторного ключа 31 соединены с выводами

33, предназначенными для подключения к входу 34 аварийного с временной задержкой отключения пускателя

1 электромашинного преобразователя, а также с выводами 35 добавочного входа измерительного органа до- полнительного корректора напряжения 20. При этом измерительный орган дополнительного корректора напряжения 20 выполнен на дополнительных выпрямителе 36, потенциометре

37 и источнике 38 опорного напряже1525857 цепи синхронного генератора 3 преобразователя (фиг ° 2,д).

При этом на начальном интервале

0 + t переходного процесса пуска электромашинного преобразователя пускатель 1 обеспечивает подачу электроэнергии на приводной двигатель 2 преобразователя, а также питание независимого источника 25 постоянного тока, производящего посредством выходной диодной схемы разделения 26 начальную подпитку цепи обмотки 6 возбуждения синхронного генератора 3 и питание усилителя мощ- 15 ности 23 дополнительного корректора напряжения 20. Благодаря этому происходит по мере увеличения частоты вращения (t) агрегата (фиг.2,а) форсированное возбуждение синхронного генератора 3, дальнейший рост выходного напряжения U>(t) которого сдерживается по примерно линейному, частотно-зависимому закону U /ß

const (фиг.2,б), воздействием дополнительного корректора 20 напряжения, выходной широтно-импульсный сигнал U2 (t) которого по его выходу 24 проходит через правый по схеме на фиг.1 вентиль вентильной логической схемы ИЛИ 18 на управляющий вход 19 усилителя мощности 8 регулятора напряжения (фиг.2,г). Транзисторный ключ 31 при этом открыт, ввиду чего выпрямитель 36 частотно-зависимого измерительного органа 22 дополнительного корректора напряжения 20 непосредственно (через открытый транзистор 31) связан с край ними выводами потенциометра настройки 37, установка которого выбирает40 ся по отношению к номинальной установке потенциометра настройки 16 корректора 9 на 5-10 большей, чем обеспечивается необходимое упреждающее воздействие дополнительного корректо45 ра 20 на начальном этапе пуска преобразователя по сравнению с действием корректора 9 напряжения, выходной сигнал которого находится на низком (нулевом) уровне (фиг,2,в) вплоть 50

Ф. до момента времени t = t когда выходное напряжение синхронного генератора не достигает номинального значения U -= -U „ при значении

5 частоты вращения Q< = 0,9-0,95И«ом 55

1 1

На заключительном интервале t< переходного процесса пуска преоб2 разователя, когда его частота вращечия увеличивается до номинального и установившегося значения 43„ „ (фиг.2,а), вступает в действие корректор 9 напряжения, который с повышенной степенью точности стабилизирует на заданном номинальном уровне U „ „ выходное напряжение синхронного генератора непосредственно на клеммах 5 его нагрузки (фиг.2,б) путем подачи широтно-импульсного сигнала U>(t) с выхода 17 корректора 9 через левый по схеме на фиг.1 вен- тиль вентильной логической схемы

ИЛИ 18 на управляющий вход 19 усилителя мощности 8 регулятора (фиг.2,в) °

Выходной сигнал U (t) дополнительного корректора 20 напряжения при этом вынужденно находится на низком (нулевом) уровне ввиду увеличения частоты вращения до номинальной при одновременном ограничении выходного напряжения синхронного генератора 3 на заданном номинальном уровне, что при неизменной величине напряжения источника 38 опорного напряжения приводит к уменьшению выходного выпрямленного сигнала измерительного органа дополнительного корректора 20 и вызывает отпирание выходного транзистора его широтно-импульсного усилителя мощности 23.

Далее, начиная с момента времени — t приема номинальной нагрузки (фиг.2,д), когда к клемме 5 подключается нагрузка преобразователя, наступает его установившийся длительньп< режим работы, характеризующийся потреблением выходного номинального тока синхронного генератора 3 его нагрузками 5 и стабилизацией номинального уровня действующего значения напряжения, производимого корректором 9, напряжения, воздействующим на усилитель мощности 8 регулятора напряжения. При этом выходной сигнал сглаживающего R-С-фильра 30 шунтируется открытым транзисторным ключом и таким образом ни на цепь

33, ни на выводы 35 добавочного входа измерительного органа дополнительного корректора напряжения 20 не попадает.

Однако дополнительный корректор

20, благодаря его питанию от независимого источника 25 постоянного тока, подготовлен к возможному функционированию эТого устройства в роли регулятора — стабилизатора величи9 15258 ны выходного тока синхронного генератора при возникновении короткого замыкания на клеммах 5 его нагрузки.

l0

В случае же возникновения "глухоIl го короткого замыкания, не отключаемого собственной селективной токовой защитой нагрузок, после отсче15 та необходимой выдержки времени пускатель 1 отключает приводной двигатель 2 от питающей сети А, В, С, и тем самым предотвращает синхронный генератор 3 от повреждения длительным воздействием тока короткого замыкания. Происходящий при этом преходный процесс выбега и остановки электромашинного преобразователя характеризуется (при отключенной короткозамкнутой нагрузке) частотно-зависимым законом снижения выходного напряжения синхронного генератора 3, обеспечиваемого действием дополнительного корректора 20 (фиг,2, а,б,г).

Таким образом, за счет введения токоизмерительного узла 27-28-29-30 выходной сигнал которого избирательно вводится транзисторным ключом 31 на добаво иный вход измерительного органа дополнительного корректора напряжения и на управляющий вход аварийного с временной задержкой отключения пускателя, обеспечивающего

40 расширение функциональных возможностей электромашинного преобразователя путем ограничения тока при коротком замыкании и защита синхронного генератора от длительного воз45 действия тока короткого замыкания.

При этом использована простая схема измерительного органа дополнительного корректора напряжения.

50Формула из обре тения

Такой режим, отражен на интервале t+ — c графиков на фиг.2, когда ввиду короткого замыкания практически до нулевого уровня снижается напряжение V (t) на клеммах 5 (фиг.2,б), связанных измерительным кабелем 10 с первичной обмоткой понижающего трансформатора 11 корректора 9 напряжения ° При этом обесточивается управляющая базо-эмиттерная цепь транзисторного ключа 31.

Транзисторный ключ 31 закрывается и выходной сигнал постоянного тока токоизмерительного узла поступает на добавочный вход 35 измерительного органа дополнительного коррек- тора 20 и по цепи 33 — на вход аварийного с временной задержкой отключения пускателя 1. Уставка потенциометра настройки 28 выбирается таким образом, чтобы заданная (обычно 3кратная по отношению к номинальному) величина тока короткого замыкания, протекающего по первичной обмотке трансформатора тока 27, вызывала бы на выходе потенциометра 37 величину напряжения постоянного тока, равную величине напряжения источника 38 опорного напряжения. Это соответственно приводит к появлению выходного широтно-импульсного сигнала дополнительного корректора 20 (фиг ° 2,г), связанного выходом 24 через вентильную логичекую схему ИЛИ

18 с управляющим входом 19 усилителя мощности 8 регулятора, работающего при этом в режиме автоматической стабилизации выходного тока короткого замыкания синхронного генератора

3 (фиг.2,д). Если своевременно, в момент времени t no фиг.2, срабатывает селективная токовая защита, отключающая поврежденный участок короткозамкнутой нагрузки, то синхронный генератор 3 вновь восстанавливает в момент времени t номинальный уровень напряжения V (t) на клеммах 5 (фиг.2,б), контролируемых вновь вступающим в действие основным корректором напряжения 9. Таким образом, на относительно коротком временном интервале t — t6 происходит переходный процесс восстановления выходного напряжения синхронного генератора после отключения участка с короткозамкнутой нагрузкой, после чего выходной ток синхронного генератора 3 устанавливается на уровне несколько меньшем, чем номинальный (фиг ° 2,д) с учетом отключения селективной токовой защитой короткозамкнутой нагрузки преобразователя, 1. Регулятор напряжения синхронного генератора электромаш|юного преобразователя по авт.св. !! - 8 1366 1, о т л и ч а ю щ и Й с я тем что с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения ограничепия тока при коротком замыкании, в выходной цепи синхронного

11 152 генератора введены независимый источник постоянного тока, измеритель ный трансформатор тока, потенциометр, выпрямитель, выпрямительный мост, К-С-фильтр, транзисторный ключ, измерительный орган дополнительного корректора напряжения выполнен с добавочным входом постоянного тока, причем первичная обмотка трансформатора тока включена последовательно в силовую цепь генератора, а вторичная подключена к крайним, выводам потенциометра, средний и один из крайних выводов которого соединены с входом выпрямительного моста, вход R-С-фильтра подключен к выходным выводам выпрямительного моста, а выход — к коллектору и эмиттеру транзисторного ключа, соединенным соответственно с выводами добавочного входа измерительного органа дополнительного корректора напряжения, управляющая цепь транзисторного ключа связана с выходом выпрямителя, соединенного входом через понижающий трансформатор с зажимами для подключения к нагрузке генератора, независимый источник постоянного тока связан с цепью питания дополнительного корректора напряжения..

2. Регулятор напряжения по п.1, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности преобразователя путем предотвращения

5857 12 синхронного генератора от длительного воздействия тока короткого saмыкания, коллектор и змиттер транзистора соединены с выводами, предназначенными для подключения к входу аварийного с временной задержкой отключения пускателя электромашинного преобразователя.

3. Регулятор напряжения по п.1, отличающийся тем, что, с целью упрощения, измерительный орган дополнительного корректора напряжения выполнен на дополнительных выпрямителе, потенциометре и источнике опорного напряжения, причем вход дополнительного выпрямителя подсоединен к входу измерительного органа дополнительного корректора напряжения, первый вывод выхода — к первому крайнему выводу дополнительного потенциометра, а второй выводвыхода — к первому выводу добавочного входа вышеуказанного измерительного

2д органа, связанному с выводом выпрямительного моста, имеющим одинаковую с вторым выводом дополнительного выпрямителя полярность, и через источник опорного напряжения к первому

3О выводу выхода измерительного органа дополнительного корректора напряжения, с вторым выводом выхода, подключенным к среднему выводу дополнительного потенциометра, второй крайний вывод которого соединен с вторым выводом добавочного входа измерительного органа.

1525857 дийе

1 Рвота

Пуск

Фиг.l

Составитель А.Акимов

Редактор В.Ковтун Техред Л.Сердокова Корректор Л.Бескид

Заказ 7240/52 Тираж 551 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r Ужгород, ул. Гагарина, 101

AОРотког йама кание