Устройство для возбуждения асинхронизированной синхронной машины

 

Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения - повышение эксплуатационной надежности путем выполнения устройства бесщеточным. Устройство содержит циклокоммутатор 2, вспомогательный трехфазный секционированный синхронный генератор 12, автоматический регулятор 14 напряжения, датчик 19 скольжения, датчики частоты напряжения 20 энергосистемы и вращения вала 21, асинхронный генератор 22 с шестифазной обмоткой ротора, три формирователя 24 - 26 импульсов, преобразователь 27 частоты, три нуль-органа 29 - 31, датчики 32 - 34 тока, три селектора 35 - 37 длительности паузы импульсов и формирователь логических сигналов, реализующий следующую функциональную зависимость выходного сигнала от входных: Y = X<SB POS="POST">1</SB><SP POS="POST">.</SP>X<SB POS="POST">2</SB>+X<SB POS="POST">2</SB><SP POS="POST">.</SP>X<SB POS="POST">3</SB>+X<SB POS="POST">1</SB>X<SB POS="POST">3-</SB>. 2 З.П.Ф-ЛЫ. 7 ИЛ.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

COLWIAËÈCTÈ×ЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1534744 А 1 (511 5 Н 02 Р 9 14

q с 1,. ъ 13 (, 1, 1к 1и Ф г"

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4258103/24-07 (22) 08.06.87 (46) 07.01.90. Бюл. У 1 (71) Научно-исследовательский, про= ектно-конструкторский и технологический институт тяжелого электромашиностроения Харьковского. завода

"Электротяжмаш им.В.И.Ленина (72) Ю.Е. Савельев, С.В. Быков, Ю.В ° Зозулин и Ю.А. Козлов (53) 621.313.32.621.316.722(088.8) (56) Зозулин Ю.В, и др. Электрические характеристики ротора мощной асинхронизированной машины. — Электротехническая промышленность, 1983, вып.8 (150), с. 3, 4.

Еременко В.Г. и др. Методика анализа процесса, формирования напряжения возбуждения в специальном эле-, ктромагнитном каскаде.-Труды МЭИ, вып. 436, M., МЗИ, 1979, с.125-136. !

2 (54) УСТРОЙСТВО Д11Я ВОЗБУЖД?НИЯ АСИНХРОНИЗИРОВАННОЙ СИНХРОННОЙ МАП1ИНЫ (57) Изобретение относится к электротехнике. Цель изобретения — повышение эксплуатационной надежности путем выполнения устройства бесщеточным. Устройство содержит циклокоммутатор 2, вспомогательный трехфазный секционированный синхронный генератор 12, автоматический регулятор 14 напряжения, датчик 19 скольжения, датчики частоты напряжения 20 энергосистемы и вращения вала 21, асинхронный генератор 22 с шестифазной обмоткой ротора, три формирователя 24-26 Я импульсов, преобразователь 27 частоты, три нуль-органа 29-31, датчики

32-34 тока, три селектора 35-37 длительности паузы импульсов и формирователь логических сигналов, реализуюI

1534744 щий следующую функциональную зависимость выходного сигнала от входных. Y — Х Х + Х Х +Х, ° Х

2 з.п.ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам ля возбуждения асинхронизированных инхронных машин.

Цель изобретения — повышение эксплуатационной надежности устройтва для возбуждения асинхронизироанной синхронной машины путем выпол° ° ения его бесщеточным.

На фиг. 1 представлена функциоальная схема устройства; на фиг.2 ринципиальная схема формирователя пульсов на фиг.. 3 — вариант исполения датчиков тока на фиг. 4 — схеа селектора длительности паузы имt ульсов; на фиг. 5 — схема формироателя логинеских сигналов; на фиг.б — 25 иаграммы процесса формирования имульсов управления электронными клюами1 на фиг.7 — диаграммы фармироваия напряжения ротора асинхронизи-, ованной синхронной машины.

Источники питания всех статических лементов схемы (на фиг.1 не показа!

) могут быть решены любыми известыми способами, например, с помощью, рансформаторов, подключенных первич35 ыми обмотками к силовому выходу асин1ронизированной синхронной машины.

Устройство для возбуждения асинхроНизированной синхронной машины 1 содержит циклокоммутатор2,вкгпачающий в себя первый З,второй 4 и третий 5 неуправляемые выпрямители,в цепи постоянного тока которых включены соответственно первый б, второй 7 и третий 8 электронные ключи, выводы переменного 45 тока которых подключены к началам первой 9, второй 10 и третьей 11 трехфаэных групп якорной обмотки вспомогательного трехфазного секционированного генератора 12,сдвинутым относительно друг друга на угол 2n/3. Каждая группа 9, .10 и 11, в свою очередь, составлена иэ трех секций, принадлежащих трем различным фазам, и подключена концами в соответствии с их чередованием к выводам для подклкчения трехфазной обмотки ротора 13 асинхронизированкой синхронной машины 1.

Расположенный на неподвижной части устройства автоматический регулятор

14 возбуждения информационными входами подключен к выходам измерительных трансформаторов напряжения 15 и тока

16 статорной обмотки 17 асинхронизи- > рованной синхронной машины 1, а выходом связан с обмоткой 18 возбуждения синхронного генератора 12; В схему введен датчик 19 скольжения, первый и второй информационные входы которого связаны соответст:венно с выходами датчиков частоты напряжения 20 энергосистемы и враЩения вала 21 асинхронизированной машины 1.

В схему введен также дополнительный асинхронный генератор 22 с шестифазной обмоткой ротора 23, механически связанного с ротором синхронного генератора 12. Три формирователя 2426 импульсов входами соединены с роторной обмоткой 23 асинхронного генератора 22, а выходами -- с управля- емыми входами соответствующих электрон ных ключей 6-8. Введенный в схему преобразователь 27 частоты выходом подключен к трехфаэной обмотке статора

28 асинхронного генератора 22, а входом — к выходу датчика 1 9 скольжения. При этом синхронный .12 и асинхронный 22 генераторы выполнены с одинаковыМ количеством полюсов с асинхронизированной синхронной машиной 1, а циклокоммутатор 2, якорные обмотки 9-11 синхронного генератора

12 и формирователи 24-26 импульсов. расположены на вращающейся части устройства.

В схеме имеются первый 29, второй

30 и третий 31 нуль-органы, соответственно связанные с выходами введенных первого 32, второго 33 и третьего 34 датчиков тока первого 3, второго 4 и третьего 5 неуправляемых выпрямителей циклокоммутатора 2. В схеме предусмотрены первый 35, второй 36 и третий 37 селек.оры длительности паузы импульсов, а также формирователь 38 логических сигналов. Первый, второй и третий входы формирователя логических сигналов связаны где Q — угловая частота напряжения энергосистемы;

И вЂ” угловая частота вращения

1 вала асинхронизированнаго

5 153474 через первый 35, второй 36 и третий

37 селекторы длительности паузы импульса соответственно, с первым

29 вторым 30 и третьим 31 нуль-орга-.

У

5 нами, а выход — с дополнительным входом релейной защиты автоматического регулятора 14 возбуждения, Первый 6, второй 7 и третий 8 электронные ключи, могут содержать командные 39-41 и переключающие 42-44 органы.

Асинхронизированная синхронная машина 1 подключается статорный обмоткой 17 к энергосистеме через тран- 15 сформатор 45. Шестифазная обмотка ротора 23 асинхронного генератора 22 содержит первую 46, вторую 47, третью 48, четвертую 49, пятую 50 и шестую 51 фазы, сдвинутые относитель- 20 но друг друга на угол й/3 (фиг.,2).

Каждый формирователь 24-26 импульсов выполнен в виде двух конденсаторов 52 и 53, двух пороговых элементов 54 и 55 и трансформатора 56, 25 вторичная обмотка которого подключена к управляемому входу соответствующего электронного ключа 6, 7 и 8 циклокоммутатора 2. Первая и вторая первичные обмотки трансформатора 56 под- 30 ключены через пороговые элементы 54 и 55 к выводам двух соответствующих фаз обмоток ротора 23 асинхронного генератора 22. Параллельно выводам каждой фазы 46-51 включен конденса35 тор 52 или 53.

На фиг. 3 приведен вариант исполнения первого 32, второго 33 и третьего

34 датчиков тока. Каждый из датчиков состоит из магнитного сердечника 57, 40 имеющего П-образную форму. В зазоре магнитного сердечника 57 помещен датчик 58. Принцип действия датчика основан на измерении магнитного доля, создаваемого токопадводящими шинами. 45

Дпя этой цели шина 59 с током (например с током ? от первого неуп9 равляемого выпрямителя 3) располагается вокруг вала 60 в виде петли.

Изоляционный вкладыш 61 помещается 50 между примыкающими сторонами шины 59.

Конструктивно магнитные сердечники

57 первого 32, второго 33 и третьего

34 датчиков тока аксиально смещены друг относительно друга вдоль оси вала 55

59 для съема информации с соответствующей шины.

На фиг.4 представлен вариантпринципиальной схемы селекторов длительности паузы импульсов 35, 36 и 37. В состав каждого селектора входят линия 62 задержки входного сигнала на время t, определяемое выражением — е (1}

3f, где t допустимое время работы асинхронизированной синхронной машины в aaapM- ном режиме, определяемое расчетным путем

f - частота выходного напряжения, а также логические элементы НЕ 63 и

И 64.

Второй 36 и третий 37 селекторы длительности паузы импульсов аналогичны первому 35.

В состав формирователя 38 логических сигналов (фиг.5) входят логические элементы И 65-67 и ИЛИ 68.

Формирователь 38 логических сигналов реализует следующую функциональ- ную зависимость выходных сигналов от входных:

У = 1< Х + Хг Х + Хт Хэ 7

Хф у К у

Х вЂ” сигналы соответственно на

3 первом, втором и третьем входах

Y — сигнал íà его выходе.

Устройство работает следующим образом.

Для конкретности при описании работы устройства принимаем асинхронизированную синхронную машину 1 асинхронизированным синхронным генератором.

В соответствии с сигналами датчика 21 частоты вращения вала асинхронизированного синхронного генератора

1 и датчика 20 частоты напряжения энергосистемы на выходе датчика 19 скольжения формируется сигнал, обеспечивающий на выходе преобразователя

27 частоты переменное напряжение статорной обмотки 28 дополнительного асинхронного генератора 22 час.— тотой <д= ы, — ар = sv,, (г) 1534744 синхронного генератора;

S — скольжение .

При питании обмотки статора 28 асинхронного генератора 22 переменным током частотой $я частота пере5 менного напряжения роторной обмотки

23 не зависит от частоты вращения

Я. вала асинхронизированного генераjP тора 1 и равна д, т.е. равна часто- 10 о те, напряжения энергосистемы., Напряжение фаз роторной обмотки

23 асинхронного генератора 22 преобразуется с помощью формирователей

24-26 импульсов в управляющие импуль- 15 сь первым 6, вторым 7 и третьим 8 электронными ключами циклокоммутатор 2.

Процесс формирования управляющих (тключающих и включающих) импульсов первым 6, вторым 7 и третьим 8 электронными ключами происходит следующим образом.

Под воздействием напряжения соответствующей ч1 азы роторной обмотки 23, 25 п икладываемого к конденсатору 52 (фиг.2), происходит заряд последнего

Пфи достижении напряжения на конденс4уоре 52 равного пороговому пороговьй элемент 54 включается, что при- 3р ! в 1дит к образованию цепи для разряда конденсатора 52 на соответствующую первичную обмотку трансформатора 56, В итоге на вторичной обмотке трансформатора 56 формируется включающий

35 импульс соответствующего электронного ключа 6, 7 или 8 циклокоммутатора 2.

Отключающий импульс формируется под воздействием напряжения фазы обмотки ротора 23, прикладываемого к конденсатору 53.Следует иметь ввиду, что напряжения фаз обмотки 23, прйкладываемые к конденсаторам 52.и 53, сдвинуты относительно друг друга на угол Ф /3. При этом процесс форми- 45 рования отключающего импульса аналОгичен процессу формирования включающего импульса. Между включающим и отключающим импульсами соответствующего электронного ключа существует yrол 2Т/3.

На фиг. 6 приведены формы токов

I 3, I p, I через переключающие органы 42, 43 и 44 соответственно первого 6, второго 7 и третьего 8 электронных ключей, т.е. токов íà выходе первого 3„ второго 4 и третье.го 5 неуправляемых выпрямителей циклокомщгтатора 2. На фиг.6 изображена диаграмма включающих и отключающих импульсов тока i — i „. электронных клю. чей 6, 7 и 8.

Формирование выходного напряжения циклокоммутатора 2 осуществляется благодаря периодическому подключению к выходным шинам циклокоммутатора 2 первой 9, второй 10 и третьей 11 трехфазных групп якорной обмотки вспомогательного секционированного синхронного генератора 12 соответственно первым 6, вторым 7 и третьим 8 электронными ключами (фиг.7).

На диаграммах фиг. 7 приводятся следующие обозначения:

U — напряжение якорной обмотки вспомогательного секпионированного синхронного возбудителя 12;

1 g () 1,цд .1 чз — импульсы управления первым

6, вторым 7 и третьим 8 электронными ключами.

В первой 9, второй 10 и третьей 11 трехфазных группах якорной обмотки вспомогательного трехфазного секционированного генератора 12 индуктируется ЭДС с частотой, определяемой скоростью вращения вала асинхронизированного синхронного генератора 1

Юр

При частоте переключения первого

6, второго 7 и третьего 8 электронных ключей, равной И, на входе трехфазной обмотки ротора 13. асинхронизированного синхронного генератора 1 формируется напряжение UP с частотой скольжения Q (фиг. 7) ипи (- о Р

2п что позволяет -независимо от колебаний частоты вращения приводного вала асинхронизированного синхронного генератора 1 получать на его статорной обмотке 17 напряжение стабильной частоты

Яо. (Приводной двигатель на фиг. 1 не показан}. !

В зависимости от величины сигналов с датчиков тока 16 .и напряжения 15 на выходе автоматического регулятора

14 возбуждения формируется напряжение, под воздействием которого в обмотке 18 возбуждения вспомогательного трехфазного секционированного синхронного генератора 12 протекает постоянный ток, соответствующий заданному

1534744

10 уровню напряжения и тока асинхронизированного синхронного генератора, В аварийном режиме, например, при отсутствии включающих импульсов уп:равления на одном из электронных клю5 чей 6,7 или 8 на фазе роторной обмотки 13 асинхронизированной синхронной машины 1 появляются провалы длительностью 113 периода выходной частоты, что приведет к изменению спектрального состава в кривых напряжения и тока, уменьшению намагничивающей силы ротора 13 асинхронизированного синхронного генератора 1 и необходимости снижения мощности.

Отсутствие включающих импульсов управления, например, на электронном ключе 6 приводит его к отключенному состоянию, что вызывает длительное отсутствие тока I> и сигнала на выходе первого датчика 32 тока, т.е. входе первого нуль-органа 29 (фиг.1).

В результате этого длительность сигнала логического . 0 на входе пер- 25 вого селектора длительности паузы импульсов 35 становятся больше что вызывает появление на его выходе

I сигнала X логической "1", поступающей на первый вход формирователя 38 логических сигналов.

В соответствии с временной диа1 рВММоН -токов I g H -Т ц BTopoI"o 4 H третьего 5 неуправляемых выпрямителей (фиг.б) в каждый момент времени на входах второго 36 и третьего 37 селекторов длительности паузы импульсов поступает сигнал логического

Ов длительностью

Зй

40 о (например, на входе второго селектора 36)и сигнал логической "1"(на входе третьего селектора 37) соответствующий длительности протекания тока I через датчик 34 тока. Это приводит к формированию на выходе второго селектора Зб длительности паузы импульсов сигнала Х> логического "0", на выходе третьего селектора 37 сигнала Х логической "1 .

В результате на выходе формирователя 38 логических сигналов .:. появляется логический сигнал "1, воздействующий на дополнительный вход релейной защиты автоматического регулятора 14 возбуждения. По сигналу логической

"1" автоматический регулятор 14 воз° буждения ограничивает выходную мощность асинхронизированного синхронного генератора 1 .путем соответствующего уменьшения тока в обмотке 18 возбуждения секционированного синхронного генератора 12.

Таким образом, изобретение позволяет повысить эксплуатационную надежность устройства возбуждения асинхронизированной синхронной машины путем выполнения его бесщеточным и исклю- чения аварийных ситуаций при неисправностях циклокоммутатора.

Формула изобретения

1. Устройство для возбуждения асинхронизированной синхронной машины, содержащее циклокоммутатор, вклкчающий в себя первый, второй и третий неуправляемые выпрямители, в цепи постоянного тока которых включены соответственно первый, второй и третий электронные ключи, а выводы перемен- . ного тока которых подключены к началам первой, второй и третьей трехфазной групп якорной обмотки вспомогатель-. ного трехфазного секционированного cHFIхронного генератора, сдвинутым относительно друг друга на угол 2«/3, каждая группа, в свою очередь, составлена из трех секций, принадлежащих трем различным фазам, и подключена концами в соответствии с их чередованием к выводам для подключения трехфазной обмотки ротора асинхронизированной синхронной машины, расположенный на неподвижной части устройства автоматический регулятор возбуждения, информационными входами подключенный к выходам измерительных трансформаторов напряжения и тока статорной обмотки асинхронизированной синхронной машины, а выходом связанный с обмоткой возбуждения cHHxpoHHoro генератора, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности путем выполнения устройства возбуждения бесщеточным, введены датчик скольжения, первый и второй информационные, входы которого связаны соответственно с выходами введенных датчиков частоты напряжения энергосистемы и вращения вала асинхронизпрованной синхронной машины, дополнительный.асинхронный генератор с шестифазной обмоткой ротора, механически связанного с рото-. ром синхронного генератора, три формирователя импульсов, входами соеди1534744

l2 ненные с роторной обмоткой асинхронного генератора, а выходами — с управляющими входами соответствующих элеKTpoHHblx ключей, расположенный на неПодвижной части устройства преобра5 эователь частоты, выход которого подключен к трехфазной обмотке статора синхронного генератора, а вход — к

ыходу датчика скольжения „.при этом инхронный и асинхронный генераторы

Выполнены с одинаковым количеством полюсов с асинхронизированной синхронной машиной, а циклокоммутатор, корная обмотка синхронного генераора и формирователи импульсов распоожены на вращающейся, части устрой тва.

2, Устройство по í..1, о т л и— а ю щ е е с я тем, что каждый форирователь импульсов выполнен в виде вух конденсаторов, двух пороговых лементов и трансформатора, вторичая обмотка которого подключена:;к 25 правляющему входу соответствующего лектронного ключа циклокоммутатора, первая и вторая первичные обмотки— подключены через пороговые элементы выводам двух, сдвинутых относитель- 3()

Но друг друга на угол /6, обмоток якоря асинхронного генератора, параллельно выводам каждой из которых

1 включен конденсатор.

3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью исключения аварийных ситуаций при неисправностях циклокоммутатора, дополнительно введены первый, второй и третий нуль-органы, соответственно связанные с выходами введенных первого, второго и третьего датчиков тока первого, второго и третьего неуправляемых выпрямителей циклокоммутатора, первый, второй и третий селекторы длительности паузы импульсов, формирователь логических сигналов, первый, второй и третий входы которого связаны через первый, второй и третий селекторы длительности паузы импульса соответственно, с первым, вторым и третьим нуль-органами, а выход — с дополнительным входом релейной защиты автоматического регулятора возбуждения, причем формирователь логических сигналов реализует следующую фнукциональную зависимость выходных сигналов от входных

7 = Х„Х + Х X> + Х„ Х,где Х„Х, X> — сигналы, соответственно на первом, втором и третьем входах, а Y сигнал на выходе формирователя логических сигналов. б

Щ О 1

1534744

1534744

Фиа. б

А р. 7

Редактор А. Шандор

- Заказ 56 Тираж 447 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при 1 KIIT СССР 113035, Москва, 7N-35, Раушская наб., д. 4!5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. 1 агнрнна, 101 и-ю

Цiв 4fc

i rdy

Составит ель В . Гудов ский

Техред М.Дидик Корректор С.1!1екмар