Способ и устройство гашения магнитного поля обмотки возбуждения синхронной машины (варианты)

Изобретение относится к области электротехники, а именно - к системам возбуждения синхронных машин, а именно к устройствам гашения магнитного поля обмотки возбуждения синхронных машин. Технический результат, достигаемый от использования изобретения, - уменьшение времени гашения поля синхронной машины при сохранении простоты устройства, предназначенного для осуществления предлагаемого способа гашения магнитного поля обмотки возбуждения синхронной электрической машины. Сущность изобретения состоит в том, что способ гашения магнитного поля синхронной машины осуществляют путем измерения напряжения на обмотке возбуждения, сравнения его с уставкой, и каждый раз, когда это напряжение снизится до уровня уставки, сопротивление резистора в контуре протекания тока возбуждения увеличивают на одну ступень до значения, равного отношению напряжения, максимально допустимого по условиям работы изоляции обмотки возбуждения, к величине тока, при которой напряжение достигло уставки. Согласно первому варианту выполнения устройства для осуществления данного способа резистор разделен на две одинаковые части, между которыми включен коммутатор, содержащий два встречно включенных параллельных тиристора, параллельно которым подключен контактор. Параллельно части этой цепи, состоящей из соединенных последовательно коммутатора и резистора, подключенного к выводу обмотки возбуждения, соединенному с положительным полюсом возбудителя, подключена ветвь, содержащая последовательно соединенные резистор, подключенный к выводу обмотки возбуждения, соединенному с положительным полюсом возбудителя, и тиристор, катод которого подключен к этому резистору. В то же время параллельно цепи, содержащей последовательно соединенные коммутатор и резистор, подключенный к выводу обмотки возбуждения, соединенному с отрицательным полюсом возбудителя, подключена ветвь, содержащая последовательно соединенные тиристор, анод которого подключен к выводу обмотки возбуждения, соединенному с отрицательным полюсом возбудителя, и другой резистор, параллельно которому подключен конденсатор. Выход датчика напряжения возбуждения соединен с первым входом блока логики. Цепи управления тиристорами, аноды которых подключены к резистору, соединенному с выводом обмотки возбуждения, подключенному к отрицательному полюсу возбудителя, объединены и подключены к первому выходу блока логики. В то же время цепь управления тиристором устройства гашения поля, подключенного катодом к резистору, соединенному с выводом обмотки возбуждения, подключенным к отрицательному полюсу возбудителя, подключена ко второму выходу блока логики. Блок-контакты автоматического выключателя соединены с другим входом блока логики. Третий выход блока логики соединен с цепью управления тиристором устройства гашения поля, подключенного анодом к выводу обмотки возбуждения, соединенному с отрицательным полюсом возбудителя. Согласно второму варианту выполнения устройства для осуществления данного способа для снижения времени гашения поля машины резистор разделяют на n одинаковых частей, а коммутатор включают между первой и второй частями резистора, считая от вывода обмотки возбуждения, соединенного с положительным полюсом возбудителя. Ветвь, содержащая последовательно соединенные тиристор и резистор, параллельно которому подключен конденсатор, анодом тиристора подключена к точке соединения второй и третьей частей резистора, считая от вывода обмотки возбуждения соединенного с положительным полюсом возбудителя. Выводом резистора эта ветвь подключена к выводу первой части резистора, соединенного одновременно с коммутатором и с выводом обмотки возбуждения, подключенным к положительному полюсу возбудителя. Подобные последующие ветви подключены параллельно каждой из частей цепи, содержащей резистор и тиристор предыдущей такой же ветви, который анодом подключен к точке соединения этого и предыдущего резистора. Выводом резистора такая ветвь подключена к катоду тиристора предыдущей такой же ветви. 3 с.п. ф-лы, 8 ил.

 

Изобретение относится к системам возбуждения синхронных машин, а именно к устройствам гашения магнитного поля обмотки возбуждения синхронных машин.

Известны способы, в которых для гашения магнитного поля обмотки возбуждения (ОВ) применяется рассеивание энергии ОВ на активном постоянном сопротивлении, рассеивание энергии ОВ на дугогасительной решетке выключателя в цепи возбуждения, перевод преобразователя системы возбуждения синхронной машины в режим инвертирования [1, стр.13, 33, 37].

Недостатком способа гашения поля рассеиванием энергии ОВ на активном постоянном сопротивлении является большое время гашения поля, что приводит к увеличению объема разрушений при коротком замыкании (КЗ) в цепи, на которую работала машина, особенно при КЗ в зоне действия дифференциальной защиты машины.

Недостатками способа гашения поля рассеиванием энергии ОВ на дугогасительной решетке является сложность конструкции и большая стоимость устройства, реализующего этот способ гашения поля.

Недостатком способа гашения поля переводом преобразователя в режим инвертирования является его неэффективность при низком напряжении на преобразователе, что имеет место в системах тиристорного самовозбуждения синхронных генераторов при близких к генератору КЗ.

Наиболее близким по техническим средствам к изобретению является способ гашения магнитного поля обмотки возбуждения синхронной машины, заключающийся в рассеивании энергии ОВ на активном постоянном сопротивлении, позволяющий реализовать наиболее простое устройство [1, стр.13].

Техническая задача - получить малое время гашения поля синхронной машины при сохранении простоты устройства, реализующего способ.

Указанная техническая задача решается тем, что в известном способе гашения магнитного поля обмотки возбуждения синхронной машины, заключающемся в рассеивании энергии магнитного поля обмотки возбуждения на активном линейном сопротивлении, согласно изобретению дополнительно измеряют напряжение на выводах обмотки возбуждения и сравнивают его с уставкой, при снижении измеренного напряжения до напряжения уставки активное сопротивление увеличивают на одну ступень до значения, равного отношению напряжения, максимально допустимого по условиям работы изоляции обмотки возбуждения, к величине тока, при которой напряжение достигло уставки.

Измерение напряжения на выводах обмотки возбуждения и ступенчатое увеличение активного разрядного сопротивления по мере снижения тока обмотки возбуждения позволяет поддерживать среднее значение напряжения на выводах ОВ в процессе гашения поля высоким - близким к допустимому по условиям работы изоляции ОВ. Это позволяет снизить время гашения поля до нормируемого.

Для осуществления указанного способа предлагается устройство гашения магнитного поля обмотки возбуждения синхронной машины, содержащее автоматический выключатель, включенный последовательно с обмоткой возбуждения, а также подключенные параллельно обмотке возбуждения датчик напряжения и цепь, состоящую из последовательно включенных активного сопротивления и коммутатора, содержащего два параллельных встречно включенных тиристора и включенный параллельно им контактор, в котором согласно изобретению указанное активное сопротивление разделено на две одинаковые части, и коммутатор включен между ними, а параллельно части этой цепи, состоящей из последовательно соединенных коммутатора и активного сопротивления, подключенного к выводу обмотки возбуждения, соединенному с положительным полюсом возбудителя, подключена ветвь, содержащая последовательно соединенные активное сопротивление, подключенное к выводу обмотки возбуждения, соединенному с положительным полюсом возбудителя, и тиристор, катод которого подключен к этому сопротивлению; параллельно цепи, содержащей последовательно соединенные коммутатор и активное сопротивление, подключенное к выводу обмотки возбуждения, соединенному с отрицательным полюсом возбудителя, подключена ветвь, содержащая последовательно соединенные тиристор, анод которого подключен к выводу обмотки возбуждения, соединенному с отрицательным полюсом возбудителя, и другое активное сопротивление, параллельно которому подключен конденсатор; выход датчика напряжения возбуждения соединен с входами двух компараторов максимального действия и компаратора минимального действия; цепи управления тиристорами, аноды которых подключены к активному сопротивлению, соединенному с выводом обмотки возбуждения, подключенному к отрицательному полюсу возбудителя, объединены и подключены к выходу компаратора минимального действия; цепь управления тиристором устройства гашения поля, подключенного катодом к активному сопротивлению, соединенному с выводом обмотки возбуждения, подключенным к отрицательному полюсу возбудителя, соединена с выходом первого компаратора максимального действия; блок-контакты автоматического выключателя соединены с входом первого логического элемента типа «НЕ» и входом сброса двоичного четырехразрядного счетчика; выход первого логического элемента типа «НЕ», выход второго логического элемента типа «НЕ» и выход второго компаратора максимального действия подключены к разным входам логического элемента типа «И», выход которого соединен с неинвертирующим входом двоичного четырехразрядного счетчика; выход нулевого разряда двоичного четырехразрядного счетчика соединен с цепью управления тиристором устройства гашения поля, подключенного анодом к выводу обмотки возбуждения, соединенному с отрицательным полюсом возбудителя; вход второго логического элемента типа «НЕ» соединен с выходом первого разряда двоичного четырехразрядного счетчика.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 показана принципиальная электрическая схема силовой части устройства, на фиг.2 схема его блока логики, а на фиг.3 - временная диаграмма напряжения обмотки возбуждения и состояния логических сигналов устройства гашения поля. На фиг.4 приведены временные диаграммы тока и напряжения обмотки возбуждения, полученные при моделировании работы устройства в среде Matlab для случая повреждения в зоне дифференциальной защиты машины. На фиг.5 показана принципиальная электрическая схема силовой части устройства (вариант 2), на фиг.6 - схема его блока логики при числе ступеней устройства гашения поля, равном четырем, а на фиг.7 - временная диаграмма напряжения на обмотке возбуждения и состояния логических сигналов устройства гашения поля. На фиг.8 приведены временные диаграммы тока и напряжения обмотки возбуждения, полученные при моделировании работы устройства в среде Matlab для случая повреждения в зоне дифференциальной защиты машины.

Устройство гашения магнитного поля обмотки возбуждения 1, подключенной к возбудителю 2 системы возбуждения (Фиг.1), содержит автоматический выключатель 3, включенный последовательно с обмоткой возбуждения, силовую часть 4, подключенную параллельно обмотке возбуждения. Устройство содержит датчик напряжения возбуждения 5, к выходу которого через входы блока логики 6 (Фиг.2) подключены компаратор 7 минимального действия и компараторы максимального действия 8 и 9; выход компаратора 7 подключен одновременно к цепям управления тиристоров 10 и 11. Выход компаратора 8 соединен с цепью управления тиристором 12, а выход компаратора 9, выход логического элемента 13 типа «НЕ» и выход логического элемента 14 типа «НЕ» подключены к разным входам логического элемента 15 типа «И», выход которого соединен с неинвертирующим входом двоичного четырехразрядного счетчика 16. Блок-контакты автоматического выключателя 3 соединены одновременно с входом логического элемента 13 типа «НЕ» и с входом сброса счетчика 16; выход нулевого разряда счетчика 16 подключен к цепи управления тиристором 17, выход первого разряда счетчика 16 соединен с входом логического элемента 14 типа «НЕ». Силовая часть 4 (Фиг.1) содержит два последовательно соединенных активных сопротивления 18 и 19, между которыми включены два встречно включенных параллельных тиристора 10 и 12, параллельно этим тиристорам включен контактор 20. Параллельно части схемы, содержащей последовательно соединенные тиристор 10, к катоду которого подключено активное сопротивление 19, соединенное с выводом обмотки возбуждения, подключенным к положительному полюсу возбудителя 2, включена цепь, содержащая последовательно включенные тиристор 11, к катоду которого подключено активное сопротивление 21, соединенное с выводом обмотки возбуждения 1, подключенным к положительному полюсу возбудителя 2. Параллельно части схемы, содержащей последовательно соединенные тиристор 10, к аноду которого подключено активное сопротивление 18, соединенное с выводом обмотки возбуждения 1, подключенным к отрицательному полюсу возбудителя 2, включена цепь, содержащая последовательно включенные тиристор 17, к катоду которого подключено активное сопротивление 22, параллельно которому подключен конденсатор 23.

Способ гашения магнитного поля обмотки возбуждения осуществляют следующим образом.

В нормальном режиме работы системы возбуждения сигнал от цепей релейной защиты РЗ (Фиг.1) отсутствует. Это обеспечивает на выходах блока логики 6 отсутствие сигналов управления силовой частью 4. Автоматический выключатель 3 находится во включенном состоянии. Ток возбуждения протекает по возбудителю 2, обмотке возбуждения 1 и контактам выключателя 3.

При появлении сигнала на включение устройства гашения поля от цепей релейной защиты РЗ машины выключатель 3 разрывает цепь возбуждения. Напряжение на обмотке возбуждения 1 меняет знак (Фиг.3, 4а) и когда достигнет величины уставки, блок логики 6 выдает сигнал на ввод в работу силовой части 4, которая подключает активное сопротивление параллельно обмотке возбуждения. Сопротивление этой цепи намного меньше сопротивления дуги выключателя 3, поэтому ток обмотки возбуждения 1 начинает протекать по этой цепи и при этом уменьшается (Фиг.4б) с постоянной времени контура, образованного обмоткой возбуждения 1 и сопротивлением силовой части 4. Одновременно снижается и напряжение на обмотке возбуждения 1 (Фиг.3, 4а). Когда напряжение на обмотке возбуждения достигает величины уставки, блок логики 6 выдает сигнал управления силовой частью 4, что приводит к изменению схемы и увеличению сопротивления силовой части 4 и, как следствие, увеличению напряжения на обмотке возбуждения 1 до допустимого уровня и более быстрому выводу энергии из нее. Каждый раз при снижении напряжения на обмотке возбуждения 1 до уровня уставки вновь срабатывает блок логики 6, увеличивая сопротивление силовой части 4. Гашение магнитного поля завершается на последней ступени активного сопротивления силовой части 4.

Устройство гашения магнитного поля обмотки возбуждения, реализующее предложенный способ, работает следующим образом.

При работе синхронной машины напряжение на выводах обмотки возбуждения 1 всегда выше уставки ЭЗ-1 компаратора 7 минимального действия, ниже уставки ЭЗ-2 компаратора 8 максимального действия и выше уставки ЭЗ-3 компаратора 9 максимального действия (Фиг.2). Поэтому на выходе блока логики 6 отсутствуют сигналы управления тиристорами 10, 11 и 12, а на выходе компаратора 9 сигнал имеет уровень логической «1» (Фиг.3). Блок-контакты выключателя 3 замкнуты. Поэтому сигнал на выходе логического элемента 13 имеет уровень логического «0», а на входе сброса счетчика 16 - логической «1». Сигнал на выходе логического элемента 15 типа «И» имеет уровень логического «0», на всех выходах счетчика 16 сигналы отсутствуют, а на выходе логического элемента 14 типа «НЕ» сигнал имеет уровень логической «1». Все тиристоры в силовой части 4 находятся в закрытом состоянии, а контакты контактора 20 разомкнуты.

Сигнал с датчика напряжения 5 подается на компараторы 7 и 9. Когда приходит сигнал на гашение поля, релейная защита машины отключает выключатель 3, что приводит к изменению знака и резкому увеличению значения напряжения 5 на обмотке возбуждения 1 (Фиг.3, момент времени t1), a также к исчезновению сигнала на входе сброса счетчика 16 и появлению сигнала на выходе логического элемента 13 типа «НЕ». Когда это напряжение станет меньше уставки ЭЗ-1 компаратора 7 минимального действия, сигнал на его выходе будет иметь уровень логической «1», что приведет к включению тиристоров 10 и 11 и замыканию тока возбуждения по сопротивлениям 18, 19, 21 (Фиг.1). Напряжение на обмотке возбуждения 1 при этом равно произведению тока возбуждения на сопротивление силовой части 4. По мере снижения энергии магнитного поля обмотки возбуждения 1 вследствие ее рассеивания в активных сопротивлениях силовой части 4 снижается и напряжение на выводах обмотки возбуждения 1. Когда значение этого напряжения станет выше уровня уставки ЭЗ-3 компаратора 9, на его выходе появится сигнал, что приведет к появлению сигнала логической «1» на выходе элемента 15 типа «И» (Фиг.3, момент времени t2). Выходной сигнал элемента 15 поступает на счетный неинвертирующий вход счетчика 16, на выходе нулевого разряда которого устанавливается сигнал уровня логической «1» (Фиг.3, Q0). Это приведет к включению тиристора 17 в силовой части 4. При этом в первый момент после включения 17 конденсатор 23 представляет собой закоротку, а ток в тиристоре 10 изменяет свое направление на противоположное, что приводит к выключению 10 и, как следствие, увеличению сопротивления силовой части 4. В результате этого напряжение на выводах обмотки возбуждения 1 повторно повышается до допустимого по условиям работы изоляции значения. По мере снижения энергии магнитного поля обмотки возбуждения 1 снижается и напряжение на ее выводах, что приводит к срабатыванию компаратора 9 и появлению второго импульса на входе счетчика 16 (Фиг.3, момент времени t3). При этом исчезает сигнал на выходе нулевого разряда счетчика 16, появляется сигнал на его выходе первого разряда (Q1) и, как следствие, появление логической «1» на входе логического элемента 14 типа «НЕ». Это приводит к исчезновению сигнала на выходе логического элемента 15 типа «И», что блокирует дальнейшую работу устройства. Гашение поля завершается на второй ступени сопротивления силовой части 4. Возврат устройства в исходное состояние осуществляется подачей сигнала от блок-контактов выключателя 3 цепи возбуждения в момент его включения (Фиг.3, момент времени t4). При этом происходит сброс счетчика 16, а логический «0» с выхода 13 блокирует работу элемента 15. Схема находится в исходном состоянии.

Появление перенапряжений разного знака в любых режимах работы машины приведет к срабатыванию либо компаратора 7 минимального действия и включению соответственно тиристоров 10 и 11, либо срабатыванию компаратора 8 максимального действия и включению тиристора 12. При этом ток обмотки возбуждения 1 замыкается либо по сопротивлениям 18, 19 и 21, либо по сопротивлениям 18 и 19 силовой части 4 (Фиг.1). Напряжение на обмотке возбуждения 1, таким образом, не превосходит допустимого по условиям прочности изоляции значения. Поэтому предлагаемое устройство выполняет и функцию защиты обмотки возбуждения 1 от перенапряжений.

Поскольку параллельно обмотке возбуждения 1 подключается сопротивление силовой части 4, равное сопротивлению самосинхронизации, то в нормальных режимах работы машины предлагаемое устройство реализует и функции цепей самосинхронизации. В качестве резисторов, входящих в устройство, используются элементы резистора самосинхронизации, устанавливаемых в типовых системах возбуждения синхронных генераторов. В результате существенно снижаются габариты предлагаемого устройства и его стоимость.

Для осуществления указанного способа предлагается устройство гашения магнитного поля обмотки возбуждения синхронной машины (вариант 2), содержащее автоматический выключатель, включенный последовательно с обмоткой возбуждения, а также подключенные параллельно обмотке возбуждения датчик напряжения и цепь, состоящую из последовательно включенных активного сопротивления и коммутатора, содержащего два параллельных встречно включенных тиристора и включенный параллельно им контактор, в котором согласно изобретению указанное активное сопротивление выполнено из n равных частей, коммутатор подключен между первой и второй частями активного сопротивления, считая от вывода обмотки возбуждения, соединенного с положительным полюсом возбудителя, а параллельно части этой цепи, состоящей из последовательно соединенных коммутатора и активного сопротивления, подключенного к выводу обмотки возбуждения, соединенному с положительным полюсом возбудителя, подключена ветвь, содержащая последовательно соединенные активное сопротивление, подключенное к выводу обмотки возбуждения, соединенному с положительным полюсом возбудителя, и тиристор, катод которого подключен к этому сопротивлению; ветвь, содержащая последовательно соединенные тиристор и другое активное сопротивление, параллельно которому подключен конденсатор, анодом тиристора подключена к точке соединения второй и третьей частей указанного активного сопротивления, считая от вывода обмотки возбуждения соединенного с положительным полюсом возбудителя, а выводом другого активного сопротивления подключена к выводу первой части активного сопротивления, соединенного одновременно с коммутатором и с выводом обмотки возбуждения, подключенным к положительному полюсу возбудителя; последующие (другие) подобные ветви подключены параллельно каждой из частей цепи, содержащей активное сопротивление и тиристор предыдущей такой же ветви, который анодом подключен к точке соединения этого и предыдущего активного сопротивления цепи, причем выводом активного сопротивления такая ветвь подключена к катоду тиристора предыдущей такой же ветви; выход датчика напряжения возбуждения соединен с входами двух компараторов максимального действия и компаратора минимального действия; цепи управления тиристорами, катоды которых подключены к активным сопротивлениям, соединенным с выводом обмотки возбуждения, подключенным к положительному полюсу возбудителя, объединены и подключены к выходу компаратора минимального действия; цепь управления тиристором коммутатора, подключенного анодом к активному сопротивлению, соединенному с выводом обмотки возбуждения, подключенным к положительному полюсу возбудителя, соединена с выходом первого компаратора максимального действия; блок-контакты автоматического выключателя соединены с входом первого логического элемента типа «НЕ» и входом сброса двоичного m-разрядного счетчика; выход первого логического элемента типа «НЕ», выход второго логического элемента типа «НЕ» и выход второго компаратора максимального действия подключены к разным входам логического элемента типа «И», выход которого соединен с неинвертирующим входом двоичного m-разрядного счетчика; задействованные выходы двоичного m-разрядного счетчика соединены с соответствующими входами дешифратора двоичного кода, выходы которого подключены к цепям управления тиристоров устройства гашения поля в порядке, соответствующем очередности включения тиристоров ветвей, содержащих последовательно соединенные тиристор и активное сопротивление, параллельно которому подключен конденсатор; вход второго логического элемента типа «НЕ» соединен с выходом n-ного (последнего) разряда дешифратора двоичного кода.

Устройство гашения магнитного поля обмотки возбуждения 1, подключенной к возбудителю 2 системы возбуждения (Фиг.5), содержит автоматический выключатель 3, включенный последовательно с обмоткой возбуждения, силовую часть 4, подключенную параллельно обмотке возбуждения. Устройство содержит датчик напряжения возбуждения 5, к выходу которого через входы блока логики 6 подключены компаратор 7 минимального действия (Фиг.6) и компараторы максимального действия 8 и 9. Выход компаратора 7 подключен одновременно к цепям управления тиристоров 10 и 11, а выход компаратора 8 соединен с цепью управления тиристором 12. Выход компаратора 9, выход логического элемента 13 типа «НЕ» и выход логического элемента 14 типа «НЕ» подключены к разным входам логического элемента 15 типа «И», выход которого соединен с неинвертирующим входом двоичного m-разрядного счетчика 16 [2]. Блок-контакты автоматического выключателя 3 соединены одновременно с входом логического элемента 13 типа «НЕ» и с входом сброса счетчика 16. Задействованные выходы счетчика 16 подключены к разным входам дешифратора двоичных сигналов 24 [2]. Число выходов двоичного m-разрядного счетчика 16 связано с числом выходов дешифратора 24 соотношением

m≥log₂ n,

где n - число ступеней устройства гашения поля (n≥2, целая величина);

m - разрядность счетчика (целая величина).

Для случая четырех ступеней устройства (n=4) разрядность счетчика 16 будет больше либо равна двум (m≥2). На сегодняшний день выпускаются двоичные счетчики с минимальной разрядностью равной четырем. Поэтому для случая четырех ступеней устройства гашения поля используется двоичный четырехразрядный счетчик.

Цепи управления тиристоров силовой части 4 подключаются к выходам дешифратора 24 в следующем порядке (Фиг.6):

1-й выход - к цепи управления тиристором 17;

2-й выход - к цепи управления тиристором 25;

3-й выход - к цепи управления тиристором 26.

4-й выход дешифратора подключен к входу логического элемента 14 типа «НЕ».

В случае, когда число ступеней устройства гашения поля равно n, к первому выходу дешифратора 24 подключается цепь управления тиристором первой включаемой в работу ветви устройства гашения поля, которая содержит тиристор и активное сопротивление, параллельно которому подключен конденсатор. Цепи управления тиристоров других подобных ветвей подключаются к входам дешифратора двоичных сигналов 24 в порядке, соответствующем очередности их включения, n-1-й выход дешифратора 24 в этому случае подключается к цепи управления тиристора такой ветви, которая включается последней (n-й), а его n-й выход подключен к входу логического элемента 14 типа «НЕ».

Силовая часть 4 (Фиг.5) содержит четыре последовательно соединенных активных сопротивления 19, 18, 27 и 28; между сопротивлениями 18 и 19 включены два встречно включенных параллельных тиристора 10 и 12, а параллельно этим тиристорам включен контактор 20. Параллельно части схемы, содержащей последовательно соединенные тиристор 10, к катоду которого подключено активное сопротивление 19, соединенное с выводом обмотки возбуждения 1, подключенным к положительному полюсу возбудителя 2, включена цепь, содержащая последовательно включенные тиристор 11, к катоду которого подключено активное сопротивление 21, соединенное с выводом обмотки возбуждения 1, подключенным к положительному полюсу возбудителя 2. Параллельно части схемы, содержащей последовательно соединенные тиристор 10, к аноду которого подключено активное сопротивление 18, включена цепь, содержащая последовательно включенные тиристор 17, к катоду которого подключено активное сопротивление 22, параллельно которому подключен конденсатор 23. Цепь, содержащая последовательно соединенные тиристор 25 и активное сопротивление 29 с параллельным конденсатором 30, анодом тиристора подключена в точку соединения сопротивлений 27 и 28, а выводом сопротивления 29 подключена к катоду тиристора 17. Цепь, содержащая последовательно соединенные тиристор 26 и активное сопротивление 31 с параллельным конденсатором 32, анодом тиристора подключена к выводу обмотки возбуждения 1, соединенному с отрицательным полюсом возбудителя 2, а выводом сопротивления 31 подключена к катоду тиристора 25.

Устройство гашения магнитного поля обмотки возбуждения, реализующее предложенный способ, работает следующим образом.

При работе синхронной машины напряжение на выводах обмотки возбуждения 1 всегда выше уставки ЭЗ-1 компаратора 7 минимального действия, ниже уставки ЭЗ-2 компаратора 8 максимального действия и выше уставки ЭЗ-3 компаратора 9 максимального действия (Фиг.6). Поэтому на выходе блока логики 6 отсутствуют сигналы управления тиристорами 10, 11 и 12, а на выходе компаратора 9 сигнал имеет уровень логической «1» (Фиг.7). Блок-контакты выключателя 3 замкнуты. Поэтому сигнал на выходе логического элемента 13 типа «НЕ» имеет уровень логического «0», а на входе сброса счетчика 16 - уровень логической «1». Таким образом, сигнал на выходе логического элемента 15 типа «И» имеет уровень логического «0», на всех выходах счетчика 16 сигналы отсутствуют, а на выходе логического элемента 14 типа «НЕ» сигнал имеет уровень логической «1». На всех выходах дешифратора двоичных сигналов 24 сигналы имеют уровень логического «0». Все тиристоры в силовой части 4 находятся в закрытом состоянии, а контакты контактора 20 разомкнуты.

Сигнал с датчика напряжения 5 подается на компараторы 7 и 9. Когда приходит сигнал на гашение поля, релейная защита машины отключает выключатель 3, что приводит к изменению знака и резкому увеличению значения напряжения на обмотке возбуждения 1, а также к исчезновению сигнала на входе сброса счетчика 16 и появлению сигнала на выходе логического элемента 13 типа «НЕ». Когда это напряжение станет меньше уставки ЭЗ-1 компаратора 7 минимального действия, сигнал на его выходе будет иметь уровень логической «1» (Фиг.7, момент времени t1), что приведет к включению тиристоров 10 и 11 и замыканию тока возбуждения по сопротивлениям 28, 27, 18, 19 и 21. Напряжение на обмотке возбуждения 1 при этом равно произведению тока возбуждения на сопротивление силовой части 4. По мере снижения энергии магнитного поля обмотки возбуждения 1 вследствие ее рассеивания в активных сопротивлениях силовой части 4 снижается и напряжение на выводах обмотки возбуждения 1. Когда значение этого напряжения станет выше уровня уставки ЭЗ-3 компаратора 9, на его выходе появится сигнал, что приведет к появлению сигнала на выходе логического элемента 15 типа «И», вследствие чего на выходе нулевого разряда счетчика сигнал будет иметь уровень логической «1» (Фиг.7, Q0, момент времени t2). На первом выходе дешифратора двоичных сигналов 24 появится сигнал, что приведет к включению тиристора 17 в силовой части 4. В результате этого напряжение на выводах обмотки возбуждения 1 повторно повышается до допустимого по условиям работы изоляции значения. По мере снижения энергии магнитного поля обмотки возбуждения 1 снижается и напряжение на ее выводах, что приводит к срабатыванию компаратора 9 и появлению второго импульса на входе счетчика 16 (Фиг.7, момент времени t3). При этом исчезает сигнал на выходе нулевого разряда счетчика 16, появляется сигнал на его выходе первого разряда (Q1) и, как следствие, на втором выходе дешифратора двоичных сигналов 24. Это приводит к включению тиристора 25 в силовой части 4 и увеличению напряжения на обмотке возбуждения 1. При появлении третьего сигнала от компаратора 9 сработает 15 и выдаст сигнал на вход счетчика 16, на выходе нулевого и первого разрядов которого появятся сигналы (Фиг.7, момент времени t4). Это приведет к появлению сигнала на третьем выходе дешифратора двоичных сигналов 24, включению тиристора 26 в силовой части 4 и увеличению напряжения на обмотке возбуждения 1. При следующем увеличении напряжения до уровня уставки на выходе компаратора 9 появится сигнал, что приведет к исчезновению сигналов на выходах нулевого и первого разрядов счетчика 16 и появлению сигнала на выходе его второго разряда (Фиг.7, Q2, момент времени t5). Вследствие этого появится сигнал на четвертом выходе дешифратора двоичных сигналов 24 и исчезнет сигнал логического элемента 14 типа «НЕ», что приведет к завершению работы силовой части 4. Гашение поля завершается на четвертой ступени сопротивления силовой части 4. Возврат устройства в исходное состояние осуществляется подачей сигнала от блок-контактов выключателя 3 цепи возбуждения в момент его включения. При этом происходит сброс счетчика 16, а логический «0» с выхода 13 блокирует работу элемента 15 (Фиг.7, момент времени t6). Схема находится в исходном состоянии.

Таким образом, предлагаемые способ и устройства гашения магнитного поля обмотки возбуждения синхронной машины позволяют снизить время гашения поля и приблизить его к тому, которое будет при применении АГП, при сохранении простоты устройства, а также реализовать на его основе функции тиристорного разрядника и резистора самосинхронизации синхронных генераторов. Это позволяет использовать существующие элементы систем возбуждения синхронных генераторов, что приводит к ее удешевлению по сравнению с применением других устройств гашения поля.

Источники информации

1. Брон О.Б. Автоматы гашения магнитного поля. - М.-Л.: Госэнергоиздат, 1961. - 138 с. - (Библиотека по автоматике. Вып.34).

2. Горшков Б.И. Элементы радиоэлектронных устройств: справочник. - М.: Радио и связь, 1988. - 176 с.

1. Способ гашения магнитного поля обмотки возбуждения синхронной машины, заключающийся в рассеивании энергии магнитного поля обмотки возбуждения на активном линейном сопротивлении, отличающийся тем, что дополнительно измеряют напряжение на выводах обмотки возбуждения, и сравнивают его с уставкой, при снижении измеренного напряжения до напряжения уставки, активное сопротивление увеличивают на одну ступень до значения, равного отношению напряжения, максимально допустимого по условиям работы изоляции обмотки возбуждения, к величине тока, при которой напряжение достигло уставки.

2. Устройство гашения магнитного поля обмотки возбуждения синхронной машины, содержащее автоматический выключатель, включенный последовательно с обмоткой возбуждения, а также подключенные параллельно обмотке возбуждения датчик напряжения и цепь, состоящую из последовательно включенных активного сопротивления и коммутатора, содержащего два параллельных встречно включенных тиристора и включенный параллельно им контактор, отличающееся тем, что указанное активное сопротивление выполнено из двух одинаковых частей и коммутатор включен между ними, а параллельно части этой цепи, состоящей из последовательно соединенных коммутатора и активного сопротивления, подключенного к выводу обмотки возбуждения, соединенному с положительным полюсом возбудителя, подключена ветвь, содержащая последовательно соединенные активное сопротивление, подключенное к выводу обмотки возбуждения, соединенному с положительным полюсом возбудителя, и тиристор, катод которого подключен к этому сопротивлению, параллельно цепи, содержащей последовательно соединенные коммутатор и активное сопротивление, подключенное к выводу обмотки возбуждения, соединенному с отрицательным полюсом возбудителя, подключена ветвь, содержащая последовательно соединенные тиристор, анод которого подключен к выводу обмотки возбуждения, соединенному с отрицательным полюсом возбудителя, и другое активное сопротивление, параллельно которому подключен конденсатор, выход датчика напряжения возбуждения соединен с входами двух компараторов максимального действия и компаратора минимального действия, цепи управления тиристорами, аноды которых подключены к активному сопротивлению, соединенному с выводом обмотки возбуждения, подключенному к отрицательному полюсу возбудителя, объединены и подключены к выходу компаратора минимального действия, цепь управления тиристором устройства гашения поля подключенного катодом к активному сопротивлению, соединенному с выводом обмотки возбуждения, подключенным к отрицательному полюсу возбудителя, соединена с выходом первого компаратора максимального действия, блок-контакты автоматического выключателя соединены с входом первого логического элемента типа НЕ и входом сброса двоичного четырехразрядного счетчика, выход первого логического элемента типа НЕ, выход второго логического элемента типа НЕ и выход второго компаратора максимального действия подключены к разным входам логического элемента типа И, выход которого соединен с неинвертирующим входом двоичного четырехразрядного счетчика, выход нулевого разряда двоичного четырехразрядного счетчика соединен с цепью управления тиристором устройства гашения поля, подключенного анодом к выводу обмотки возбуждения, соединенному с отрицательным полюсом возбудителя, вход второго логического элемента типа НЕ соединен с выходом первого разряда двоичного четырехразрядного счетчика.

3. Устройство гашения магнитного поля обмотки возбуждения синхронной машины, содержащее автоматический выключатель, включенный последовательно с обмоткой возбуждения, а также подключенные параллельно обмотке возбуждения датчик напряжения и цепь, состоящую из последовательно включенных активного сопротивления и коммутатора, содержащего два параллельных встречно включенных тиристора и включенный параллельно им контактор, отличающееся тем, что указанное активное сопротивление выполнено из "n" равных частей, коммутатор подключен между первой и второй частью активного сопротивления, считая от вывода обмотки возбуждения, соединенного с положительным полюсом возбудителя, а параллельно части этой цепи, состоящей из последовательно соединенных коммутатора и активного сопротивления, подключенного к выводу обмотки возбуждения, соединенному с положительным полюсом возбудителя, подключена ветвь, содержащая последовательно соединенные активное сопротивление, подключенное к выводу обмотки возбуждения, соединенному с положительным полюсом возбудителя, и тиристор, катод которого подключен к этому сопротивлению; ветвь, содержащая последовательно соединенные тиристор и другое активное сопротивление, параллельно которому подключен конденсатор, анодом тиристора подключена к точке соединения второй и третьей части указанного активного сопротивления, считая от вывода обмотки возбуждения соединенного с положительным полюсом возбудителя, а выводом другого активного сопротивления подключена к выводу первой части активного сопротивления, соединенного одновременно с коммутатором и с выводом обмотки возбуждения, подключенным к положительному полюсу возбудителя, последующие подобные ветви подключены параллельно каждой из частей цепи, содержащей активное сопротивление и тиристор предыдущей такой же ветви, который анодом подключен к точке соединения этого и предыдущего активного сопротивления цепи, причем выводом активного сопротивления такая ветвь подключена к катоду тиристора предыдущей такой же ветви, выход датчика напряжения возбуждения соединен с входами двух компараторов максимального действия и компаратора минимального действия; цепи управления тиристорами, катоды которых подключены к активным сопротивлениям, соединенным с выводом обмотки возбуждения, подключенным к положительному полюсу возбудителя, объединены и подключены к выходу компаратора минимального действия, цепь управления тиристором коммутатора подключенного анодом к активному сопротивлению, соединенному с выводом обмотки возбуждения, подключенным к положительному полюсу возбудителя, соединена с выходом первого компаратора максимального действия, блок-контакты автоматического выключателя соединены с входом первого логического элемента типа НЕ и входом сброса двоичного m-разрядного счетчика, выход первого логического элемента типа НЕ, выход второго логического элемента типа НЕ и выход второго компаратора максимального действия подключены к разным входам логического элемента типа И, выход которого соединен с неинвертирующим входом двоичного m-разрядного счетчика, задействованные выходы двоичного m-разрядного счетчика соединены с соответствующими входами дешифратора двоичного кода, выходы которого подключены к цепям управления тиристоров устройства гашения поля в порядке, соответствующем очередности включения тиристоров ветвей, содержащих последовательно соединенные тиристор и активное сопротивление, параллельно которому подключен конденсатор, вход второго логического элемента типа НЕ соединен с выходом n-го (последнего) разряда дешифратора двоичного кода.