Энергетическая установка

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для совершенствования систем возбуждения энергетических установок с электрическими машинами большой мощности, применяемых преимущественно на АЭС. Целью изобретения является повышение надежности. Устройство содержит основную синхронную машину 1 и установленные на ее валу первый вспомогательный генератор 4, обмотка якоря которого через первый вращающийся управляемый выпрямитель 2 подключена к обмотке 7 возбуждения синхронной машины. Устройство содержит также второй вспомогательный генератор 26, неподвижная якорная обмотка 28 которого подключена через второй (неподвижный) управляемый выпрямитель 20 и щеточно-контактный узел также к обмотке возбуждения основной синхронной машины. Совместная работа двух систем управления обеспечивает текущее регулирование возбуждения основной синхронной машины бесконтактным способом с помощью первого вспомогательного генератора 4, а форсировку возбуждения через щеточно-контактный узел - с помощью второго вспомогательного генератора 26 и управляемого выпрямителя 20. Кроме того, такое построение устройства позволяет в нормальном режиме работы обеспечить оптимальные режимы работы щеточно-контактного узла и снизить ток через контактные кольца от первого вспомогательного генератора 4. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИМИ ТИЧРСНИХ

РЕСПУБЛИН

09! OD

61 87 А1 р1) Н 02 P 9/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ

40 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4389216/24-07 (22) 09.03.88 (46) 30,04.90. Бюл. Р 16 (71) Научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт тяжелого. эпектромашиностроения (72) Ю.Е.Савельев (53) 621.3!3,32:621.316.722(088.8) (56) Глебов И.А. Системы возбуждения мощных синхронных машин. Л.: Наука, 1979, с.96-105.

Кильдишев В ° С. и др. Тиристорные бесщеточные возбудители мощных синхронных машин. — Электрические станции, 1987, Р ll, с.61-65.

Авторское свидетельство СССР

9 1188842, кл. Н 02 P 9/14, 1985.

Ковальков Г.А. и др. Испытания тиристорной бесщеточной системы возбуждения турбогенератора 300 МВт.

Электрические станции, 1984, Ф 5. (54) ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА (57) Изобретение относится к электротехнике и предназначено для совершенствования систем возбуждения энергетических установок с электрическими машинами большой мощности, применяемых преимущественно на АЭС. Целью изобретения является повышение надежности.

Устройство содержит основную синхронную машину l и установленные на ее валу первый вспомогательный генератор 4, обмотка якоря которого через первый вращающийся управляемый выпрямитель 2 подключена к обмотке 7 возбуждения синхронной машины. Устройство содержит также второй вспомогатель- ный генератор 26, неподвижная якор- Е ная обмотка 28 которого подключена через второй (неподвижный) управляемый выпрямитель 20 и щеточно-контактный узел также к обмотке возбуждения основной синхронной машины..Совмест1561187 ная работа двух систем управления обеспечивает текущее регулирование возбуждения основной синхронной машины бесконтактным способом с помощью первого вспомогательного генератора 4, а форсировку возбуждения через щеточно-контактный узел — с помощью второго вспомогательного генератоИзобретение относится к электротехнике, а именно к энергетическим усЪ тановкам, содержащим синхронные маши ны.большой мощности, например турбогенераторы, и устройство для управле- .ния ними

Целью изобретения является повыше- 20 ние надежности.

На фиг.l приведена йринципиальная схема возбуждения энергетической установки и узлов для синхронной маши ньц на фиг,2 — нагрузочная характеристика устройства; на фиг.3 - диаграммы выпрямленного напряжения на обмотке возбуждения синхронной машины; на фиг.4 — принципиальная схема потенциального распределителя сигнала; на фиг.5 — идеальные характеристики потенциального распределителя сигнала.

Энергетическая установка содержит основную синхронную машину 1 (фиг.1),. первый управляемый выпрямитель 2, расположенный на вращающейся части агрегата и выводами переменного тока подключенный к первой якорной обмотке 3, первый вспомогательный синхрон- 0 ный генератор 4, обмотка 5 возбуждения которого подключена к выходу усилителя 6. Выводы постоянного тока первого управляемого выпрямителя 2 подключены к обмотке 7 возбуждения основной синхронной машины l. В схеме имеются первое 8 и второе 9 контактные кольца, подключенные соответственно к положительному и отрицательному полюсам первого управляемого выпрямителя 2. На схеме (фиг.1) изображен дополнительный синхронный генератор 10, якорная обмотка Il которого через блок 12 формирования импульсов подключена к управляющему входу

55 первого управляемого выпрямителя 2, а его первая 13 и вторая 14 взаимноперпендикулярные обмотки индуктора соединены с выходом синусно-косннусра 26 и управляемого выпрямителя 20.

Кроме того, такое построение устрой» ства позволяет в нормальном режиме работы обеспечить оптимальные, режимы работы щеточно-контактного узла и снизить ток через контактные кольца от первого вспомогательного генератора 4. 5 ил. ного функционального преобразователя !5. Имеется автоматический регулятор 16 возбуждения, первый и второй информационные входы которого связаны с выходами датчиков 17 напряжения и 18 тока якорной обмотки 19 основной синхронной машины 1. Второй управляемый выпрямитель 20 положительным и отрицательным полюсами подключен соответственно к первому 8 и второму 9 контактным кольцам черен первый 21 и второй 22 щеточные аппараты..управляющий вход второго управляемого выпрямителя 20 связан с выходом второго блока 23 управления.

В устройство дополнительно введен неуправляемый выпрямитель 24, расположенный на вращающейся части агрегата, выводы переменного тока которого подключены к дополнительно введенной второй якорной обмотке 25 первого вспомогательного генератора 4. В устройство также введен второй вспомогательный синхронный генератор 26, обмотка 27 .возбуждения которого связана с выходом неуправляемого выпрямителя 24, а якорная обмотка 28 — с выводами переменного тока второго управляемого выпрямителя 20.

В устройство введен трехпороговый блок 29 распределения сигналов, вход которого подключен к управляющему выходу автоматического регулятора 16 возбуждения. Первый, второй и третий выходы блока 29 подключены соответственно к входу синусно-косинусного функционального преобразователя 15, к входу блока 23 управления и входу усилителя 6.

Устройство работает следующим образом.

Допустим, что синхронная машина 1 работает в качестве синхронного-турбогенератора.

l561I87

Допустим также, что напряжение на выходе первой якорной обмотки 3 первого вспомогательного синхронного генератора 4 ниже, чем на выходе якорной

5 обмотки 28 второго вспомогательного синхронного генератора 26.

Условимся называть первый управляемый выпрямитель 2 рабочим, а второй управляемый выпрямитель 20 форсировочным.

Работа устройства в этом режиме происходит следующим образом.

В зависимости от сигналов с датчиков 17 и 18 напряжения и тока синх- !5 ронной машины 1 автоматический регулятор 16 возбуждения выдает сигнал управления Uy который с первого выхода блока 29 поступает на вход синусно-косинусного функционального преобразователя 15, который осуществляет преобразование входного сигнала таким образом, что токи на выходе преобразователя 15 в первой 13 и второй 14 обмотках индуктора дополнитель- 5 ного генератора 10 изменяются по закону

Т оэ -пЩ > (1)

Iè= ХосозИ1м! где Iä — ток на обмотках индуктора; коэффициент усиления.

Таким образом, первая !3 и вторая 14 обмотки, сдвинутые одна относительно другой на 90 эл.град., создают магнитное поле в зазоре дополни35 тельного генератора 10 с амплитудой, пропорциональной сумме квадратов синуса и косинуса одной и той же величины, т.е. постоянной, независимо от величины управляющего сигнала.

Угол в пространстве результирующего вектора магнитного поля, определяемый синусом и косинусом сигнала с первого выхода блока 29, оказывается пропорциональным этому сигналу. Соответственно временной угол электродвижущих сил (ЭДС),наводимых в якорных обмотках 11 дополнительного генератора 1О, оказывается также пропорциональным сигналу с первого выхода блока 29 (сигналу с выхода автоматического регулятора 1 6 возбуждения),При постоянной во времени ЭДС в якорной обмотке 3 первого вспомогательного синхронного генератора 4

ЗДС якорной обмотки 11 дополнитель55 ного синхронного генератора 10 через блок 12 формирования импульсов воздействует на цепи управления первого управляемого выпрямителя 2 с соответствующим углом регулирования, который определяет соответствующую величину тока в обмотке возбуждения синхронной машины 1.

Дополнительно к описанному процессу сигнал с второго выхода блока 29 через усилитель 6 изменяет ток в обмотке 5 возбуждения.

В соответствии с величиной тока в обмотке 5 возбуждения первого синхронного вспомогательного генератора 4 в его второй якорной обмотке 25 наводится ЭДС, которая выпрямляется с помощью неуправляемого выпрямителя 24 и вызывает протекание постоянного тока в обмотке 27 возбуждения второго вспомогательного синхронного генератора 26.

Наводимая ЭДС в обмотке 28 якоря второго вспомогательного синхронного генератора 26 выпрямляется с помощью второго управляемого выпрямителя 20.

Угол регулирования второго управляемого выпрямителя 20 изменяется в соответствии с сигналом с второго выхода блока 29 с помощью второго блока 23 управления.

Таким образом, ток в обмотке 7 возбуждения синхронной машины l. от второго управляемого выпрямителя 20 определяется не только амплитудой ЭДС в обмотке 28 якоря второго вспомогательного синхронного генератора 26, но и углом регулирования второго управляемого выпрямителя.

В обмотке 7 возбуждения синхронной машины l протекает сумма токов, определяемая вь.ходным током первого управляемого выпрямителя 2 и второго управляемого выпрямителя 20.

С помощью блока 29 (подбором его элементов 30-43) характеристики, на которые настраивается устройство в рассматриваемом режиме работу, имеют вид, изображенный на фиг.2, где ток в обмотке 7 возбуждения синхронной машины 1 от первого управляемого выпрямителя 2; I — ток в обмотке 7 возбуждения синхронной машины 1 от второго управляемого выпрямителя 20; I — ток в обмотке 7 возбуждения от первого 2 и второго 20 управляемых выпрямителей; i — ток в обмотке 5 возбуждения первого вспомогательного синхронного генератора 4.

Кривая I < соответствует диодному режиму работы первого управляемого

61187 8 форсировка возбуждения первого вспо) могательного синхронного генератора 4 по цепи 16-29-6-5 и второго вспомогательного синхронного генератора 26 по цепи 16-29-6-5-25-24-27 °

До точки пересечения кривой I u

Т2 процесс изменения тока от первого управляемого выпрямителя 2 происходит по кривой I (фиг.2,.точка а), а затем по кривой I< (точка б).

Ток от второго управляемого выпрямителя 2ц.изменяется по кривой Т до о точки с

В точке с происходит нарастание тока выхода второго yïðàâëÿåìîão выпря/ мителя Е и одновременное спадание до нуля тока от первого управляемого выпрямителя I . Физически это обьясня/, ется тем, что вступающая в работу форсировочная группа вентилей (выпрямитель 20) запирает рабочую группу вентилей (выпрямитель 2), т.к. имеет более высокое напряжение питания.

Ток в обмотке 7 возбуждения от точ ки d до точки е (кривая Т ) изменяется по кривой I.

Иэ фиг.2 следует, что кривая может быть практически линейной во всем диапазоне изменения тока возбуждения вспомогательного генератора 4.

Точка е по кривой I< ñîîòâåòñòâóåò форсировочному значению токов Т и iy при этом iф Ф 1, 1-1,2г 1,, т, е. i 4 2i// принятым обычно в бесщеточных возбудителях мощных синхронных генерато. PoB

Если в соответствии с новой ситуацией в энергосистеме автоматический регулятор 16 возбуждения иэменя40

7 15 выпрямителя 2, когда он полностью открыт. Кривая I соответствует также диодному режиму второго управляемого выпрямителя 20, когда он полностью открыт во всем диапазоне регулироваKpHBble Т1 H Т2 соответс твуют

/ / рассматриваемому режиму работы. Как видно иэ фиг.2, при I Тя Т + Т номинальному току возбуждения синхронной машины, номинальный ток возбуждения генератора 4 равен i>.

При форсировке сигналом от автоматического регулятора 16 возбуждения происходит полное открытие первого управляемого выпрямителя по цепи

l6-29-15-(13,14)"11-12-2, второго управляемого выпрямителя 20 по цепи 16-29"23-20. Одновременно происходит

1О

35 ет выходной сигнал на противоположный (отрицательный), то блок 29 переводит усилитель 6 в режим, обеспечивающий ток гр в обмотке 5 возбуждения, первый управляемый выпрямитель 2 - в режим работы с максимальным углом регулирования, равным углу регулирования второго управляемого выпрямителя, т ° е ° o = a((енс °

26

Благодаря этому на обмотке 7 возбуждения синхронной машины 1 появляется отрицательное напряжение, по абсолютной величине определяемое напряжением на первой якорной обмот" ке 3 второго вспомогательного генератора 4 и в соответствии с током i в обмотке 5 возбуждения. Происходит процесс развозбуждения синхронной машины 1.

Гашение поля синхронной машины 1 осуществляется путем отключения первого управляемого выпрямителя 2 и переводом второго управляемого выпрямителя 20 в инверторный режим.

Это обеспечивает появление более высокого отрицательного напряжения на обмотке 7 возбуждения и, следовательно, более интенсивное гашение поля (цепи гашения на фиг,! не показаны).

Следует отметить, что ток в обмотке 5 возбуждения вспомогательного генератора 4 в процессе гашения поля может быть установлен равным

i, или i ф (фиг. 2) .

На фиг.3 приведены кривые выпрямленных напряжений на обмотке 7 возбуждения синхронной машины 1 в различных режимах ее работы. При этом на фиг.3 в кривых напряжения якорных обмоток 3 и 28 (U и U ) не отраже3 гр но влияние тока возбуждения в обмотке 5 первого вспомогательного генератора 4, т.е. амплитуда изображенных напряжений U и U постоянна.

Следует отметить, что при соответствующем расчете и согласовании характеристик первого 4 и второго 26 вспомогательных генераторов при изменении тока в обмотке 5 соотношение напряжений Т! и U будет поддерживаться неизменным.

Таким образом, изобретение позволяет повысить надежность и обеспечить хорошие энергетические показатели. Это .достигается тем, что в нем реализуются одновременно преиму)56))87

)0 щества контактных и бесщеточных систем возбуждения синхронных машин.

Ток в обмотке возбуждения синхронной машины обеспечивается как врашающейся, так и статической частями уст5 ройства. При этом текущее регулирование тока возбуждения синхронной машины обеспечивается в основном бесщеточной частью устройства, а статическая часть обеспечивает составляющую тока

Ь

; возбуждения, определяемую из уровня оптимальной работы контактных колец в длительном режиме (известно, что механический износ щеток беэ нагрузки током происходит быстрее, чем под током). Форсировка. тока возбуждения синхронной машины в основном осуществляется за счет статической части устройства.

Это обстоятельство позволяет уменьшить габариты вращающейся части устройства, т.к. нет необходимости рассчитывать ее на режим форсировки.

Улучшаются условия работы щеточно- 25 контактного узла," т.к. в длительном режиме он загружен током, значительно меньшим номинального, что повышает надежность работы щеточно-контактного узла и всего турбогенератора. 30

Улучшаются условия работы щеточноконтактного узла, предназначенного для резервирования устройства беэщеточного возбуждения, так как токовая загрузка щеточно-контактного узла может быть выбрана оптимальной в длительном режиме с точки зрения обеспечения механической и термической устойчивости.

Формула изобретения

Энеогетическая установка, содержащая основную синхронную машину, первый управляемый выпРямитель, располо- 4 женный на вращающейся части установки, выводами переменного тока подключенный к первой якорной обмотке первого вспомогательного синхронного генератора, обмотка возбуждения которого подключена к выходу усилителя, выводы постоянного тока первого управляемого выпрямителя подключены к обмотке возбуждения основной синхронной машины, первое и второе контактные кольца щеточно-контактного узла основной синхронной машины, подключенные соответственно к положительному и отрицательному выводам первого упЪ равляемого выпрямителя, дополнительный синхронный генератор, якорная обмотка которого через блок формирования импульсов подключена к управляющему входу первого управляемого выпрямителя, а первая и вторая взаимо но перпендикулярные обмотки индуктора соединены с выходом синусно-косинусного функционального преобразователя, автоматический регулятор возбуждения, первый и второй информационные входы которого связаны с выходами датчиков напряжения и тока якорной обмотки основной синхронной машины, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности, в первом Вспомогательном синхронном генераторе размещена дополнительная якорная обмотка, дополнительно введен второй управляемый выпрямитель с блоком управления, положительный и отрицательный полюса которого подключены соответственно к первому и второму контактным кольцам через первый и второй щеточные аппараты, а управляющим входом связанный с выходом блока управления второго управляемого выпрямителя, неуправляемый выпрямитель, расположенный на вращающейся части агрегата, выводы переменного тока которого подключены к дополнительной якорной обмотке первого вспомогательного генератора, второй вспомогательный синхронный генератор, обмотка возбуждения которого связана с выходом неуправляемого выпрямителя, а якорная обмотка соединена с выводами переменного тока второго управляемого выпрямителя, трехпороговый блок распределения сигналов с тремя выходами, вход которого подключен к выходу автоматического регулятора возбуждения, а первый, второй и третий выходы подключены соответственно к входам функционального преобразователя, второго блока управления тиристорами и,усилителя.

1561187

Cy fH

Ls.2 кО

Ое ж гэ

1561187 Составитель А.Лебедев

Техред Л.Олийнык Корректор Т,Палий

Редактор M.Öèòêèíà

Тираж 446

Подписное

Зака 983

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