Устройство для возбуждения сйнхроннбй машины

 

О П И С А Н И Е 247383

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт, свидетельства №вЂ”

Заявлено 09.IV.1964 (№ 893438/24-7) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 04.VII.1969. Бюллетень № 22

Дата опубликования описания 26.ХI.1969

Кл. 21с, 57/34

МПК Н 02р

УД К 621.316.717:621.313.

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

:. -=- ьЛ(а. вЦЯ :.р

1 -- :: .. ик е ° ю

Н. А. Глебов, Н. M Вадатуреиий, Б. Н. Абрамович и IO А. Еирюирй.,Авторы изобретения

Заявитель

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ

Предложенное устройство относится к системам возбуждения синхронных машин, которые имеют защиту обмоток и вентилей при асинхронных режимах и авариях, а также систему управления и регулирования.

В существующих электромашинных, ионных или полупроводниковых системах возбуждения синхронных машин функции защиты обмотки возбуждения и возбудительного устройства or перенапряжений, возникающих при асинхронных режимах, а также гашение поля ротора осуществляются с помощью разрядников, линейных и нелинейных сопротивлений, полупроводниковых переключателей и т. п. При этом на защитных элементах выделяются значительные энергии, что требует достаточно мощных устройств. Кроме того, в системах возбуждения с традиционными схемами защиты класс вентилей должен быть выше, чем это требуется по условиям форсировочного режима, так как обратное напряжение на вентилях определяется напряжением питания преобразователя и напряжением на зажимах обмотки возбуждения в переходных режимах.

Наиболее близкое устройство по сравнению с предложенным содержит мутатор на управляемых полупроводниковых вентилях и систему управления, составленную из блоков формирования импульсов на выпрямление, переключения полярнос1 и и регулятора напряжений возбуждения.

Предложенное устройство более совершенно, так как можно осуществить ресинхронизацию, 5 регулирование напряжения сети и предотвратить опасные повреждения обмоток машины и вентилей при асинхронных режимах работы машины и авариях. Это достигается введением блоков формирования импульсов на пре10 образование частоты и поиска режима, вход которого соединен с датчиками тока и напряжения обмотки возбуждения, а выход подключен к входам указанного блока формирования импульсов на выпрямление и блока формиро15 вания импульсов на преобразование частоты, причем выходы этих блоков включены на управляющие электроды вентилей.

На фиг. 1 дана структурная схема устройства для возбуждения синхронной машины; на

20 фиг. 2 принципиальные схемы силовой части устройства для возбуждения синхронной машины, блока формирования импульсов на преобразование частоты и блока поиска режима; на фиг. 3 показана осциллограмма работы му25 татора в режиме преобразования частоты.

Предложенное устройство для возбуждения синхронной машины СМ (фиг. 1) состоит из мутатора М и системы управления, содержащей блоки формирования импульсов на,преоб30 разование частоты ФИПЧ, формирования им247383 пульсов, на выпрямление ФИВ, выходного усилителя импульсов У, поиска режима

ПР, переключения полярности ПП, регулятора напряжения возбуждения РНВ, датчики тока ДТ и напряжения ДН обмотки возбуждения и источник питания ИП блоков системы управления. Мутатор М может быть выполнен на симисторах, встречно-параллельно включенных тиристорах или полностью управляемых вентилях по mфазной нулевой или мостовой схемам. Мутатор М подключен к обмотке возбуждения синхронной машины СМ, включаемой с помощью контактов масляного выключателя ВМ.

На фиг. 2, а, б, в приведены принципиальная схема силовой части устройства для возбуждения синхронной машины и принципиальные схемы блока формирования импульсов на преобразование частоты ФИПЧ и блока поиска режима ПР.

Принципиальные схемы остальных блоков, которые могут быть построены любым известным способом, например на полупроводниковых элементах и трансформаторах, опущены.

Мутатор М состоит из согласующего трансформатора TP и симисторов В,, В2, В„собранных.по трехфазной нулевой схеме. Датчики то. ка ДТ и напряжения ДН включены в цепь обмотки возбуждения, а трансформаторы тока

ТТ и напряжения TH — в цепь статора синхронной машины СМ. Блок формирования импульсов на преобразование частоты ФИПЧ для трехфазной нулевой схемы состоит из шести каналов, каждый из которых формирует управлящий импульс для определенной фазы и полуволны питающего напряжения в зависимости от величины, полярности и частоты напряжения на зажимах обмотки возбуждения.

Все каналы построены идентично. На фиг. 2 приведена также принципиальная схема двух каналов для обеих полярностей напряжения фазы А. Рассмотрим структуру и принцип действия одного канала фазы А, например для положительной полуволны фазного напряжения. Канал состоит из трансформаторов Трд, Трв, Тр1 и транзисторов Т,, Т2, Тз, Т,. На входе канала суммируются напряжения, пропорциональные соответственно напряжениям на зажимах обмотки возбуждения (точки а и b1 и фазы Л таким образом, что транзистор Т1 открывается тогда, когда напряжение с датчика ДН превысит напряжение фазы i1. На базы транзисторов Т2 и Т, включенных по схеме «И», подаются напр я;кения, пропорциональные напряжениям фаз Л и В, причем фаза В повернута на 180 .

В тот момент, когда открыты транзисторы

T„T, Т,, открывается транзистор T., и в первичной обмотке I импульсного трансформатора Тр„включенной в коллектор транзистора

Т,, формируется импульс, который поступает в выходной усилитель У (не показан) и далее на управляющий электрод F вентиля В мутатора М. Второй канал фазы А отличается тем, что обмотки трансформаторов Трд и Трв, 5

55 бО

65 а также напряжение, пропорциональное напряжению на обмотке возбуждения (точка с датчика ДН), повернуты на 180 по отношению к напряжениям трансформаторов первого канала. Импульс, сформированный в трансформаторе Тр2, поступает через усилитель У также на управляющий электрод 1 вентиля В,.

Блок поиска режима ПР предназначен для переключения вентилей мутатора М из режима преобразования часготы в выпрямительный режим и наоборот в зависимости от режима работы синхронной машины. Блок ПР состоит из схемы определения заданной величины скольжения, схемы определения перенапряжений на зажимах обмотки возбуждения (появления наведенной э. д. с.), схемы определения полярности тока в обмотке возбуждения и схемы переключения блоков ФИПЧ и ФИВ.

Схема определения заданной величины скольжения состоит из триггера на транзисторах Т5 Тб, генератора «пилы» на транзисторе

Т7 и RC-цепочке и формирователя импульсов на транзисторе Т8 и трансформаторе Тр>. Измерение скольжения производится сравнением длительности полуволны напряжения, поступающего с датчика (точка а и в), и времени заряда конденсатора С. В момент, когда конденсатор зарядится до напряжения, достаточного для открытия транзистора Т„в первичной обмотке трансформатора Тр формируется импульс, поступающий в схему переключения блоков ФИВ и ФИПЧ.

Схема определения перенапряяений представляет собой «ключ», состоящий из транзистора Т,, трансформатора Тр и схемы «ИЛИ» на диодах Д1 и Д, на вход которой подается напряжение обеих полярностей с датчика напряжения ДН (точки а, с). Схема определения полярности тока в обмотке возбуждения состоит из формирователя импульсов на транзисторе Т„и импульсного трансформатора

Тр.-. Вход схемы подключен к датчику тока ДТ (точки d, е). Назначение датчика тока — предотвращение междуфазных коротких замыканий в случае выполнения мутатора на симисторах .и определение момента перехода тока в обмотке возбуждения через ноль при,реверсировании возбуждения.

Схема переключения блоков ФИВ и ФИПЧ содержит триггер на маломощном тиристоре

УВ и тран" èñòîðå Т,ь цепь включения указанного триггера, состоящую из транзистора Т, и вторичной обмотки II трансформатора Tp„ цепь сброса, содержащую транзистор Тд и вторичные обмотки трансформаторов Тр4 и

Тр.„, одностабильный триггер на транзисторах

Т«Т1;, и транзисторы включения питания блоков ФИВ и ФИПЧ Т„вЂ” Т1,.

Рассмотрим работу блока поиска режима при пуске синхронной машины. В момент включения машины замыкается блок-контакт масляного выключателя ВМ. Тиристор УВ закрыт, триггер на транзисторах Т« — Т,5 не включен и транзистор включения питания блока ФИПЧ Т16 открыт. В блоке ФИПЧ форми247383

55 руются импульсы на открытие вентилей мутатора М в режиме преобразования частоты.

После того как скольжение машины достигнет заданной величины, в трансформаторе Тр> будет сформирован импульс и подан через транзистор Т„- на управляющий электрод тиристора УВ, последний откроется и переключиг триггер на транзисторах Т,,— Тд, в результате чего откроется транзистор Т„и закроется транзистор Т16. Питание с блока ФИПЧ будет снято, а на блок ФИВ подано. Импульсы блока ФИВ переведут мутатор в режим выпрямления, и обмотка возбуждения получит питание, после чего синхронная машина входиг в синхронизм. При появлении на зажимах оомотки возбуждения напряжения, превышающего напряжение возбуждения, что может случиться при выпадении машины из синхронизма, в схеме определения перенапряжений блока ПР формируется импульс, который через вторичную обмотку Il трансформатора Тр„ поступает на базу транзистора Т . Транзистор

Тд закорачивает базу транзистора Тгь включенного в анодную цепь тиристора УВ, и выключает последний. Триггер на транзисторах

Т» — Ti„- закрывается, транзистор Т1, включает питание блока ФИПЧ, а транзистор. Т12 снимает питание с блока ФИВ. В результате мутатор переходит в режим преобразования частоты и,предотвращает перенапряжения в цепи обмотки возбуждения. При исчезновении причины выпадения машины из синхронизма втягивание машины в синхронизм происходит так же, как при пуске.

При необходимости быстрого развозбуждения машины или режима отрицательного возбуждения мутатор сначала переводится в режим преобразования частоты посредством отключения питания тиристоров УВ контактом масляного выключателя BM или каким-либо иным контактом схемы электроснабжения, а подача отрицательного возбуждения осуществляется блоком переключения полярности

ПП при спадании тока в обмотке возбуждения до нуля.

На фиг. 3 дана осциллограмма работы мута. тора в режиме преобразования частоты, где

У вЂ” напряжение на обмотке возбуждения; if— ток в той же обмотке; t» t2, t — токи, протекающие через вентили мутатора.

Напряжение U< представляет собой отрезки синусоид, амплитуда которых практически равна амплитуде фазных э. д. с. вторичных обмоток трансформатора TP. Ток i<, создаваемый пульсирующей с частотой скольжения э. д. с., наводимой в обмотке возбуждения, преобразуется в трехфазный ток промышленной частоты (токи 1ь 121,). Таким образом, мутатор и

35 обмотка возбуждения образуют непрерывную цепь тока, предотвращая появление перенапряжений. Мутатор в режиме преобразования частоты работает на противо-э. д. с., вводимую трансформ ато ром ТР. Это равносильно введению в цепь обмотки возбуждения разрядного сопротивления. Величина эквивалентного разрядного сопротивления определяется величиной, вводимой противо-э. д. с. Ток i< практически представляет собой синусоиду с изменяющейся частотой и симметричен относительно оси. Поэтому он не имеет постоянной составляющей, что позволяет избежать провала в кривой момента.

Таким образом, применение предложенного устройства для возбуждения синхронной машины позволяет упростить силовую часть за счет ликвидации специальных защитных устройств, возложив функции защиты на мутатор, причем энергия скольжения отдается в сеть, а не рассеивается в разрядном контуре. Кроме того, с помощью предложенной системы управ \, ления можно осуществить все основные режимы синхроннои машины: пуск, номинальный режим, ресинхронизацию, быстрое гашение поля, реверсирование тока возбуждения измеменением режима работы мутатора. Для синxp0HHbIx компенсаторов устройство позволяет наиболее просто осуществить работу не только в режиме выдачи реактивной мощности, но и в режиме потребления при отрицательном токе возбуждения. Синхронный компенсатор с таким возбудительным устройством является наиболее эффективным в поддержании необходимого уровня напряжения сети.

Предмет изобретения

Устройство для возбуждения синхронной машины, содержащее мутатор на управляемых полупроводниковых вентилях (например, симисторах) и систему управления, составленную из блоков формирования импульсов на выпрямление, переключения полярности и регулятора напряжения возбуждения, отличающееся тем, что, с целью ресинхронизации, регулирования напряжения сети и предотвращения опасных повреждений обмоток машины и вентилей, применены блоки формирования импульсов на преобразование частоты и поиска режима, вход которого соединен с датчиками тока и напряжения обмотки возбуждения, а выход — к входам указанного блока формирования импульсов на выпрямление и блока формирования импульсов на преобразование частоты, причем выходы этих блоков включены на управляющие электроды вентилей.

Составитель Б. Минц

Техред Т. П. Курилко

Редактор К. С. Опенчеико

Корректор С. М. Сигал

Заказ 3038/13 Тираж 480 Подписное

ЦКИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва Ж-Зэ, Раушская паб., д. 4!5.

Типография, пр, Сапунова, 2