Система возбуждения синхронной электрической машины

 

Изобретение относится к системе возбуждения синхронных электрических машин. Целью изобретения является расширение области применения системы путем обеспечения автоматического изменения тока возбуждения по требуемому закону в различных режимах работы синхронной машины. Система возбуждения синхронной электрической машины содержит расположенные на статоре m-фазную основную обмотку, каждая фаза которой разделена на две группы 1 и 2 параллельных проводников, m-фазную дополнительную обмотку 3, обмотку 5 возбуждения на роторе и устройство 9 преобразования и передачи мощности на ротор. Первая группа параллельных проводников фаз основной обмотки соединена в звезду, начала второй группы соединены с началами первой группы, а концы через соответствующие фазы дополнительной обмотки подключены к входу устройства преобразования и передачи мощности на ротор, выход которого подсоединен к обмотке возбуждения машины. В режиме генератора ток возбуждения холостого хода обусловлен ЭДС дополнительной обмотки. При нагрузке генератора ток возбуждения обусловлен геометрической суммой ЭДС дополнительной обмотки и ЭДС между концами групп параллельных проводников основной обмотки, которая изменяет свою фазу в соответствии с фазой тока нагрузки, что обеспечивает изменение тока возбуждения как от величины тока нагрузки, так и от ее характера (cosϕ). Новым в системе возбуждения синхронной машины является установка на статоре дополнительной m-фазной обмотки, фазы которой включаются в цепь группы параллельных проводников основной обмотки, подключаемой к устройству преобразования и передачи мощности на ротор. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике, и может быть использовано при разработке синхронных электрических машин. Целью изобретения является расширение области применения системы путем обеспечения автоматического изменения тока возбуждения по требуемому закону в различных режимах работы синхронной машины. На фиг. 1 приведена принципиальная схема системы возбуждения синхронной машины с синхронным возбудителем; на фиг. 2 (а-г) упрощенные векторные диаграммы ЭДС между общей точкой звезды первой группы параллельных проводников и концом дополнительной обмотки, подключаемым к устройству преобразования и передачи мощности на ротор, при работе синхронной машины в режиме генератора; 2а в режиме холостого хода генератора 2б при активной нагрузке (cos ϕ 1); 2в при активно-индуктивной нагрузке; 2г при индуктивной нагрузке (cos ϕ 0). Система возбуждения синхронной машины с синхронным возбудителем состоит из m-фазной основной обмотки якоря, разделенной на две группы 1 и 2 параллельных проводников, группа 1 соединена в звезду, а начала группы 2 соединены с началами группы 1, дополнительно m-фазной обмотки 3, фазы которой одним концом подключены к концам группы 2 соответствующих фаз основной обмотки, а другим концом к входу m-фазного статического выпрямителя 4, выход постоянного тока которого подсоединен к обмотке 5 возбуждения синхронного возбудителя, обмотка 6 якоря возбуждения через вращающийся выпрямитель 7 подключена к обмотке 8 возбуждения синхронной машины. Устройство 9 преобразования и передачи мощности на ротор содержит элементы, обведенные на фиг. 1 пунктиром. Система возбуждения работает следующим образом. В режиме генератора при холостом ходе ток возбуждения обусловлен ЭДС дополнительной обмотки 3. При нагрузке генератора между концами групп параллельных проводников 1 и 2 каждой фазы появится ЭДС, равная падению напряжения от тока нагрузки на активном сопротивлении группы параллельных проводников 1. Величина этой ЭДС прямо пропорциональна току нагрузки, а фаза ее изменяется соответственно с фазой тока нагрузки. Таким образом, при нагрузке напряжение на выходе статического выпрямителя 4 обусловлено геометрической суммой ЭДС дополнительной обмотки 3 и ЭДС между концами групп параллельных проводников 1 и 2 фаз основной обмотки и изменяется как от величины тока нагрузки, так и от его фазы (от cos ϕ нагрузки). Соответственно изменяется и ток возбуждения. Требуемый в конкретном режиме работы синхронной машины характер изменения тока возбуждения обеспечивается выбором угла сдвига α между осями фаз основной и дополнительной обмоток. Так, в синхронной машине, предназначенной для работы в режиме генератора на нагрузку с коэффициентом мощности, изменяющимся в диапазоне от cos ϕ 1 до cosϕ0 (число индуктивная нагрузка), оптимальным является угол сдвига α=90 эл. град. На фиг. 2 векторные диаграммы ЭДС приведены для α90 эл. град. Для упрощения рассмотрения принято, что сопротивление элементов, входящих в цепь второй группы параллельных проводников фаз основной обмотки, значительно выше сопротивления элементов первой группы и поэтому током через вторую группу можно пренебречь. Здесь и соответственно ЭДС групп 1 и 2 параллельных проводников фазы основной обмотки, Е_в ЭДС фазы дополнительной обмотки, ток нагрузки генератора; -= падение напряжения на активном сопротивлении группы 1 параллельных проводников фазы основной обмотки; геометрическая сумма ЭДС (так как =-E₂, то = E_д+ E_r). Величина ЭДС Е_в определяет ток возбуждения синхронной машины, и, как видно из приведенных векторных диаграмм, система возбуждения реагирует на фазу тока нагрузки. В рассмотренном случае (при работе в режиме генератора и α90 эл.град) со снижением сos ϕ нагрузки ЭДС Е_в, а следовательно, и ток возбуждения увеличиваются, что и обеспечивает автоматическое поддержание напряжения генератора при изменении как величины, так и характера нагрузки. При этом может быть обеспечена точность поддержания напряжения генератора при изменении величины нагрузки (от холостого хода до номинальной нагрузки) и ее коэффициента мощности (от cos ϕ=1 до cos ϕ=0 (инд) в пределах ±5-10% от номинального напряжения. Повышение точности может быть обеспечено известными схемами коррекции напряжения. В генераторах, предназначенных для работы на чисто активную нагрузку, оптимальным является угол сдвига α0, при котором ЭДС Е_д и Е_rскладываются алгебраически и таким образом обеспечивается максимальное увеличение тока возбуждения с нагрузкой, что обуславливает лучшее использование машины. Аналогично система возбуждения функционирует и при работе синхронной машины в режиме двигателя, где изменение тока возбуждения по требуемому закону при изменении нагрузки двигателя, например изменение тока возбуждения по закону, обеспечивающему постоянство cos ϕ1 или cos ϕ0,9 (при опережающем токе), тоже может быть получено выбором соответствующего угла сдвига α. В качестве устройства преобразования и передачи мощности на ротор, кроме устройства, приведенного в рассмотренном примере, содержащего синхронный возбудитель, статический выпрямитель и вращающийся выпрямитель, могут быть, например, использованы: статический выпрямитель, к входу которого подключаются концы фаз дополнительной обмотки, а выход через контактно-щеточный узел подсоединяется к обмотке возбуждения синхронной машины; асинхронный возбудитель или вращающийся трансформатор, к статорным обмоткам которого подключаются концы фаз дополнительной обмотки, а роторные обмотки через вращающийся выпрямитель подсоединяются к обмотке возбуждения синхронной машины. В системе возбуждения в цепь второй группы параллельных проводников входит обмотка возбуждения и дополнительная обмотка со своими сопротивлениями, что обуславливает уменьшение тока нагрузки через эту группу. В этом случае, чем больше требуемая мощность возбуждения, тем меньше загружается током нагрузки эта группа параллельных проводников. Поэтому наиболее оптимальном, с точки зрения лучшего использования машины, является применение системы возбуждения в синхронной машине с синхронным возбудителем, так как при этом требуемая мощность возбуждения (для возбуждения возбудителя) значительно меньше, чем в других вариантах.

Формула изобретения

1. СИСТЕМА ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержащая расположенную на статоре m фазовую основную обмотку, каждая фаза которой разделена на две группы параллельных проводников, первая из которых соединена в звезду, а начала второй группы соединены с началами первой группы, и обмотку возбуждения на роторе, которая подключена к выходу устройства преобразования и передачи мощности на ротор, отличающаяся тем, что, с целью расширения области применения путем обеспечения автоматического изменения тока возбуждения в различных режимах работы, на статоре установлена дополнительная m фазная обмотка, фазы которой одним концом подключены к концам второй группы параллельных проводников соответствующих фаз основной обмотки, а другим концом к входу устройства преобразования и передачи мощности на ротор. 2. Система возбуждения по п.1, отличающаяся тем, что дополнительная обмотка смещена относительно основной на постоянный угол.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2