Бесщеточная синхронная машина

 

Сущность изобретения: для повышения надежности работы бесщеточной синхронной машины, содержащей основной генератор , подвозбудитель и блоки управления токами возбуждения обеих машин, предложено обмотку якоря подвозбудителя выполнить с промежуточным выводом от части витков и подключить к этим выводам неуправляемый выпрямитель, а от полного числа витков питать управляемый выпрямитель , выходы выпрямителей подключить к обмотке возбуждения возбудителей, при этом блок управления управляемым выпрямителем и цепи питания автоматического регулятора тока возбуждения подключить к выходам трансформаторов, вторичныs обмотки которых соединены между собой определенным образом з две группы. Такое выполнение бесщеточной синхронной машины позволяет упростить систему регулирования , что повышает надежность и улучшает массогабаритные показатели. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 02 P 9/14

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ы (21) 4746447/07 (22) 24.07.89 (46) 30.08.92. Бюл. № 32 (71) Производственное энергетическое объединение "Донбассэнерго" (72) В,Ф.Наумов, А.Г.Чупыра, В.B,Çàõîäÿченко, А.Г.Чмыга, Г.А. Ковальков, В.Л,Петри, Ю.Е.Савельев, В.С.Кильдишев и А.А.Янушкевич (56) Патент Великобритании ¹ 928853, кл. 35А 1986.

Патент ФРГ N. I6384 (3, кл. Н 02 К 19/38, 1973.

Р.ЧУ .T Calernan, А.Twardzicki. Brushless

Sallentpa:e А.С,generators, "Electrical

Times", 1967, v.152, 9/Xl, № 19, P.742 — 745. (54) БЕСЩЕТОЧНАЯ СИНХРОННАЯ МАШИНА (57) Сущность изобретения: для повышения надежности работы бесщеточной синхронИзобретение относится к области электроэнергетики и может быть использовано в бесщеточных синхронных машинах, эксплуатируемых на электростанции.

Известна бесщеточная синхронная машина, содержащая вспомогательный генератор, вращающийся тиристорный выпрямитель с системой управления, подвозбудитель, выход которого через управляемый выпрямитель подключен к обмотке возбуждения вспомогательного генератора (см. патент Великобритании № 928.883. по

Н.кл 35A).

Недостатком данного устройства являются повышенные габариты вспомогательного генератора и подвозбудителя, а также, .Я2,„1758826 А1 ной машины, содержащей основной генератор, подвозбудитель и блоки управления токами возбуждения обеих машин, предложено обмотку якоря подвозбудителя выполнить с промежуточным выводом от части витков и подключить к этим выводам неуправляемый выпрямитель, а от полного числа витков питать управляемый выпрямитель, выходы обоих выпрямителей подключить к обмотке всзбуждения возбудителей, при этом блок управления управляемым выпрямителем и цепи питания автоматического регулятора тока возбуждения подключить к выходам трансформаторов, вторичнь э обмотки которых соединены между собой определенным образом в две группы. Такое выполнение бесщеточной синхронной машины позволяет упростить систему регулирования, что повышает надежность и улучшает массогабаритные показатели. 2

ИЛ. наличие системы регулирования возбуждения подвозбудителя, -Известна также бесщеточная синхронная машина, обмотка возбуждения которой через вращающийся выпрямитель подключена к вспомогательному генератору, у которого обмотка возбуждения через неуправляемый выпрямитель подключена к зажимам трансформаторов напряжения и тока, подключенных на выходе синхронной машины (см. P.W.T. Coleman. А.Twardzlcki.

Brvshless Salientpole А.С. generators.

"Electrical Times", 1967, Ч.152, 9/Xt, № 19, Р.742-745).

Недостатком данного устройства является ненадежность цепи возбуждения вспо-. могательного генератора, так как для ее

1758826 питания необходимы специальные трансформаторы на высокое напряжение (на выводах бесщеточной синхронной машины), которые в масляном исполнении усложняют и удорожают компановку оборудования электростанции, а в сухом исполнении, будучи включенными непосредственно на выводы синхронной машины, снижают ее надежность.

Наиболее близкой rio технической сущности к изобретению является бесщеточная . синхронная машина, содержащая вращающийся управляемый выпрямитель, выводы постоянного тока которого подключены к обмотке возбуждения синхронной машины через обмотку возбуждения подвозбудителя, а выводы переменного тока соединены с . якорной обмоткой возбудителя, выводы обмотки возбуждения которого предназначены для подключения к блоку регулирования тока возбуждения, автоматический регулятор тока возбуждения, информационные входы которого связаны с выводами якорной цепи синхронной машины через согласующие трансформаторы тока и напряжения и независимый "m"-фаэный источник питания переменного тока (см.па- тент Ф-РГ % 1б38413, Н 02 К, 19/38, 1973 г.).

Недостатком данного устройства являются повышенные габариты возбудителя и подвозбудителя, а также наличие системы регулирования возбуждения подвоэбудителя, что снижает надежность работы синхронной машины.

Целью изобретения являются повышение надежность и улучшение массогабаритных показателей.

Указанная цель достигается тем, что дополнительно введены: неуправляемый выпрямитель, второй управляемый выпрямитель с блоком управления тиристорами, и два "е" фазных трансформатора с двумя "в"-фазными вторичными обмотками каждый, а обмотка якоря подвозбудителя выполнена с промежуточным выводом от части витков, при этом выходы постоянного тока неуправляемого и второго управляемого выпрямителей подключены к выводам обмотки возбуждения возбудителя, входы переменного тока неуправляемого выпрямителя подключены к промежуточным выводам якорной обмотки подвоэбудителя, фазные выводы которой соединены с входами переменного тока второго управляемого выпрямителя, выход автоматического регулятора тока возбуждения соединен с управляющим входом блока управления тиристорами второго управляемого выпрямителя, первичная обмотка первого трансформатора соединен с фазными выводами якорной обмотки подвозбудителя, первичная обмотка второго трансформатора подключена к выводам "m" фазного источника питания, а каждая вторичная обмотка одного трансформатора соединена последовательно и согласно с аналогичной вторичной обмоткой другого трансформатора, образуя две "а"-фазных группы, фазные выводы одной из которых связаны с входом питания автоматического регулятора возбуждения, а другой с входом питания блока управления тиристорами второго управляемого выпрямителя.

Как известно, габаритная мощность возбудителя и подвозбудителя определяется по формуле:

8=6U-t.

При этом для получения высокого быстродействия необходим постоянный потолочный (форсировочный) уровень по напряжению возбуждения U, но тогда согласно(1) резко возрастает габаритная мощность возбудителя и подвоэбудителя.

8 данном устройстве повышение надежности и улучшение массогабаритных показателей при необходимом быстродействии достигается путем миниличина которого определяется значением коэффициента запаса по току, I и напряжению возбудителя. для чего используется определенная часть витков обмотки якоря подвозбудителя с напряжением, равным:

U =- (Кзап 04н+ п1 Л U1)/{Kv1" — (— Х 1),(2)

3./З * г" 2

4О а для получения необходимого быстродействия в режиме форсировки используется полная якорная обмотка подвоэбудителя с напряжением:

О=(Кф 04Н+л Ь О)/(l4-.Кф — $ — Х*/Кзап), 3 3.

Ч х л "2 (3) где Kaama. — коэффициент запаса по току и напряжению возбудителя. равной 1,1;

Кф1.1, Кф1 — кратность форсировки по напряжению и току возбуждения возбудителя;

U4g — номинальное выпрямленное напряжение возбуждения возбудителя;. п1, и, Ь U1, Ь О вЂ” количество последовательно соединенных соответственно диодов s неуправляемом выпрямителе и

39 мального перевозбуждения в нормальных режимах возбудителя и подвозбудителя, ве1758826 тиристоров во втором управляемом выпрямителе, и падение напряжения на них;

Х1, Х вЂ” реактивное сопротивление соответственно части и полной обмотки якоря подвозбудителя;

Кщ, Ku — коэффициент схемы выпрямления неуправляемого и второго управляемого выпрямителей, При этом напряжение якоря возбудителя при минимальном перевозбуждении определя ется:

0 = (Каап. Udaf + nt Л От)/(Kug - — (— ° X* ), 3 3

zt) 2 ь (Д ) а в режиме форсировки соответственно:

0 = Kc0uf Uduf + of AUf)/(Kuf - КФН" к — =2 ХЬ /Ksarl)

3 3 (5) где Квы, Кои — кратность форсировки по напряжению и току возбуждения синхронной машины;

0d„r — номинальное выпрямленное напряжение возбуждения синхронной машины;

X*b — реактивное сопротивление обмотки якоря возбудителя; п, ЛΠ— количество последовательно соединенных тиристоров вращающегося управляемого выпрямителя и падения напряжения на них.

Таким образом, с учетом (1-5) габаритная мощность возбудителя и подвозбудителя, рассматриваемых в данйом устройстве, уменьшится более чем в 2 раза при необходимом быстродействии.

Схема питания и соединения обмоток двух дополнительно введенных "m" ôàçíûõ трансформатора. позволяют: стабилизировать напряжение, используемое для пита-. ния автоматического регулятора возбуждения и блока управления тиристорами второго управляемого выпрямителя; исключить систему автоматического регулирования подвозбудителя, так как ее функции по стабилизации напряжения выполняют два "m" ôàçíûõ трансформатора; исключить автоматический регулятор возбуждения возбудителя путем согласования витками обмотки якоря подвозбудителя тока возбуждения синхронной машины с током возбуждения возбудителя во всем рабочем диапазоне их изменения при постоянном, выбранном уровне напряжения якоря возбудителя; осуществить начальное возбуждение возбудителя от (6) 10

30 с валом возбудителя. Размещение токоподводом постоянного тока, проходящих через

35 соединительную муфту в продольных пазах, 45

"m"-фазного источника питания переменного тока.

Стабилизацию напряжения питания осуществляют согласнь выражения:

0пит.доп. = UflB + ОГИ, где Опит.доп. — допустимое напряжение питания;

0пв — напряжение якоря подвозбудителя;

Опи — напряжение "m"-фаэного источника питания переменного тока.

В общем случае, при разных значениях

/Опв/ и /Опи/ определенная степень стабилизации Опит.доп. достигается соответст вующим выбором угла между Опв и Опи; частным случаем является /Опв/ = /Опи/, тогду угол между ними должен быть равен

120. Выбор угла между Опв и Спи осуществляют выбором групп соединения обмоток первого и второго трансформаторов, причем группы соединения каждого.трансформатора могут быть самые различные, но обеспечивающие взаимный сдвиг напряжений вторичных обмоток, необходимый для стабилизации их суммарного напряжения

U »»,.„..

Уменьшение массогабаритных показателей подвозбудителя позволяет упростить его конструкцию путем охвата якорем муфты. соединяющей вал синхронной машины выполненных на ее цилиндрической поверхности, и установка якоря подвозбудителя вокруг укаэанной муфты позволяют, в свою очередь, сократить длину вала блока "синхронная машина-возбудитель", благодаря че-" му снижается вибрация блока, повышается надежность бесщеточной синхронной машины, сокращается расход металла на вал.

На фиг.1 изображена схема предложенного устройства бесщеточной синхронной машины; на фиг.2 — конструктивное исполнение подвозбудителя.

Устройство бесщеточной синхронной машины 1 (фиг.1) содержит вращающийся управляемый выпрямитель 2, выводы постоянного тока которого подключены к обмотке возбуждения 3 синхронной машины 1 через обмотку возбуждения 4 подвоэбудителя 5; возбудитель 6, обмотка якоря 7 которого подключена к выводам переменного тока вращающегося управляемого выпрямителя

2: автоматический регулятор возбуждения

8, информационные входы которого связаны с якорной обмоткой 9 синхронной машины 1 через согласующие трансформаторы

10 тока 10 и напряжения 11; неуправляемый выпрямитель 12, входом постоянного тока подключенный к выводам обмотки возбуждения 13 возбудителя 6, а входом переменного тока соединенный с промежуточными выводами от части витков обмотки якоря 14 подвозбудителя 5; второй управляемый выпрямитель 15, выходом постоянного тока подключенный к выводам обмотки возбуждения 13 возбудителя 6, а входом переменного тока связанный с фазными выводами якорной обмотки 14 подвоэбудителя 5; блок управления тиристорами 16, управляющий вход которого связан с выходом автоматического регулятора возбуждения 8, а выход подсоединен к управляющему входу второгоуправляемого выпрямителя 15; первый 17 и второй 18 "m"-фазных трансформатора, при .этом первичная обмотка 19 первого трансформатора 17 подключена к фазным выводам якорной обмотки 14 подвозбудителя 5, а первичная обмотка 20 второго трансформатора 18 подключена к независимому

"m"-фазному источнику питания переменного тока 21, каждая вторичная обмотка

22,24 первого трансформатора соединена последовательно и согласно с аналогичной вторичной обмоткой 23,25 второго трансформатора, образуя дае "m"-фазных группы, фазные выводы одной из которых связаны с входом питания автоматического регулятора возбуждения 8, а другой с входам питания блока управления тиристарами 16 второго управляемого выпрямителя.

На фиг.2 якорь 26 с обмоткой 27 подвоз. будителя 5 охватывает муфту 28, соединяющую вал 29 синхронной машины 1 с валом

30 возбудителя 6 и такоподвод 31, На фиг.1 не показана система управления вращающимся управляемым выпрямителем 2. Сна может быть выполнена любым из известных способов.

Устройство работает следующим образом.

Предположим в качестве синхронной машины используется синхронный турбогенератор. Начальное возбуждение турбогенератора осуществляется за счет явления самовозбуждения возбудителя 6 подачей в его обмотку возбух;@ения 13 от независимого источника 21 через трансформаторы

17,18 и выпрямители 12,15 тока определенной величины. При этом вращающийся управляемый выпрямитель 2 о крыт, а питание автоматического регулятора возбуждения 8 и блока управления тиристорами 16 выпрямителя 15 в начальный момент пуска осуществляется от независимого источника 21. Заданный уровень выходного напряжения синхронного турбогенератора

1 устанавливается и поддерживается с помощью автоматической системы регулирозания, содержащей автоматический регулятор 8, выходной сигнал которого последовательно воздействует на управляющий вход вращающегося выпрямителя 2, обмотку возбуждения 3 турбогенератора 1.

Регулирование напряжения возбудителя 6 осуществляется через падвазбудитель 5, неуправляемый выпрямитель 12 и управляемый выпрямитель 15. В рабочем режиме, включая и номинальный, выпрямитель 15 закрыт, Во всех р жимах турбогенератора

1, кроме режима фарсиравки возбуждения, минимальное перевозбуждение возбудителя а поддерживается автоматически на одном уровне через часть обмотки якоря подвозбудителя 5, выбранную согласно выражечия (2), и неуправляемый выпрямитель

12.

В номинальном режиме устройства работает аналогично, Перевозбуждение падвазбудителя 5 также минимально, как и возбудителя 6. На входы питания регулятора 8 и блока управления 16 падается стабилизированное напряжение.

В режиме аарсировки возбуждения турбогенератора 1 для обеспечения необходимого быстродействия осуществляют одновременное регулиравание токов возбуждения турбогенератора и возбудителя путем воздействия ат регулятора 8 на управляющие входы вращающегося выпрямителя

2 и блока управления тиристарами 16 выпрямителя 15. Затем регулятор 8 обеспечивает ограничение тока ротора турбогенератора да требуемого значения в режиме фарсировки.

Гашение паля турбогенератора осуществляют переводом вращающегося управляемого выпрямителя 2 в инверторный режим. При этом одновременно происходит и гашение поля возбудителя 6, так как уменьшается ток возбуждения подвазбудителя 5, Вследствие того, что гашение поля возбудителя происходит медленнее гашения поля турбогенератора из-за невозможности перевода в инверторный режим управляемого выпрямителя 15 при наличии неуправляемого выпрямителя 12, режим инвертирования вращающегося выпрямителя

2 происходит практически при неизменной

ЗДС возбудителя.

Таким образом, улучшаются массогабаритные показатели возбудителя и подвозбудителя, повышается надежность работы бесщеточной синхронной машины как за счет упрощения системы регулирования подвозбудителя и возбудителя, так и эа счет уменьшения вибрации вследствие сокраще1758826

10 ния длины вала блока "Синхронная машинавозбудитель".

Формула изобретения

Бесщетачная синхронная машина, содержащая вращающийся управляемый выпрямитель, выводы постоянного тоха которого подключены к обмотке возбуждения синхронной машины через обмотку возбуждения.подвозбудителя, з выводы переменного тока соединены с якорной обмоткой возбудитегя, выводы обмотки воз-буждения которого предназначены для подключения к блоку регулирования тока возбуждения, автоматический регулятор така возбуждения, информационные входы которого связаны с выводами якорной цепи синхронной машины через согласующие трансформаторы тока и напряжения, и независимый m-фазный источник питания переменного тока, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности и улучшения массогабаритных показателей, дополнительно введены неуправляемый

- выпрямитель, второй управляемый выпрямитель с блоком управления тиристорами, и два в-фазных трансформатора с двумя mфазными вторичными обмотками каждый, а обмотка якоря падвозбудителя выполнена с промежуточным выводом ат части витков, при этом выходы постоянного тока неуправляемога и второго управляемого выпрямителей подключены к выводам обмотки

5 возбуждения возбудителя, входы переменного тока неуправляемого выпрямителя подключены к промежуточным выводам якорной обмотки подвозбудителя, фазные выводы которой соединены с входами пере10 менного тока второго управляемого выпря- . мителя, выход автоматического регулятора тоха возбуждения соединен с управляющим входам блока управления тиристорами второго управляемого выпрямителя, первичная

15 обмотка первого трансформатора соединена с фазными выводами якорной обмотки подвозбудителя. первичная обмотка второго трансформатора подключена к. выводам

m-фазного источника питания. а каждая вто20 ричная обмотка одного трансформатора соединена последовательно и согласно с аналогичной вторичной обмоткой другого трансформатора, образуя две е-Фазных группы, фазные выводы одной из которых

25 связаны с входом питания автоматического. регулятора возбуждения, а другой — с входом питания блока управления тиристорами второго управляемого выпрямителя.

Составитель В. Наумов

Техред M.Моргентал Корректор М. Максим и ши не ц

Редактор Ю.Середа

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

Заказ 3010 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственнога комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Рауаская наб., 4/5