Устройство для принудительного синхронного и синфазного вращения генераторов переменного тока
Класс 21 dÐ, 9
_#_o 43955АВТОРСКОЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО HtI ИЗОБРЕТЕНИЕ
ОПИСАНИЕ устройства для принудительного синхронного и синфазного вращения генераторов переменного тока.
К авторскому свидетельству Л. П. Канюка, заявленному 28 февраля
1934 года (спр. о перв. № 143115).
О выдаче авторского свидетельства опубликовано 31 августа 1935 года. гтг1
Предлагаемое изобретение относится к устройствам для принудительного синхронного и синфазного вращения генераторов переменного тока. Последнее осуществляется путем применения централизованного проводного или беспроводного управления при помощи синхронизирующей частоты, принимаемой на отдельных станциях и служащей после усиления для питания синхронного двигателя, вращающего связанный особ . м образом со всей схемой управляющий коммутатор.
На чертеже фиг. 1 изображает принципиальную схему предлагаемого устройства и фиг. 2 — соответствующую диаграмму напряжений.
Управление ведется из центрального диспетчерского пункта 1 (фиг. 1), задающего частоту всем генераторам системы по радио, линиям передач или по телефонным кабелям. У каждого генераторного пункта устанавливается радиоприемник 2 и усилитель 3, дающий на выходе несколько десятков ватт мощности. Усилитель питает синхронный двигатель 4, вращающий коммутатор 6, предназначенный создавать кратковременные (примерно, продолжительностью в 0,01 доли периода) импульсы.
Коммутатор 6, задающий частоту на контролируемый турбогенератор, соединен с управляющей цепью вентигьной двухтактной схемой с ионно-электронными приборами, например, ртутными выпрямителями 13 и 14.
Положение щеток 7 коммутатора определяет положение вектора напряжения генератора.
Реле оборотов 9 при выпадении генератора из синхронизма выключает подачу импульсов от коммутатора 6 и от приспособления 32 для автоматической синхронизации с сетью, включает реле 56 и подгоняет обороты к нормальным. По достижении нормальных оборотов реле 9 снова включает коммутатор 6 и синхронизирующее приспособление 32. Приводится реле 9 от вала главного генератора 25. Реле ускорений 10 сидит на валу генератора. Нормально закороченные сопротивления 10а включаются под напряжение при наличии ускорения, подавая при этом импульсы тока через повышающие напряжение индуктивные катушки 72 на зажигание ртутных выпрямителей 13 и 74.
Коммутатор 77 сидит на валу генератора (или приводится от не;о) и дает импульсы на реле оборотов 9 и на реле управления 10. Передвигая щетки 1 7а и 116 и перестанавливая проводящие вставки 11в, можно установить различную эффективность импульсов от реле 9 и реле 10, но всегда влияние реле 10 должно быть больше влияния реле 9 на подачу пара.
Ртутные выпрямители 13 и 74 предназначены для открывания и закрывания вентиля, регулирующего подачу пара в первичный двигатель 24 главного генератора 25. Они пропускают серии полуволн В (фиг. 2) переменного тока, через серводвигатель 15 в ту или дру- гую сторону в зависимости от направле- ния импульсов зажигания.
Серводвигатель 15 получает серии полуволн В от сидящего на одном валу с главным генератором 25 генератора 1б, через ртутные выпрямители 13 и 74, и через передачу 22 воздействует на паровой вентиль 23. Работая на пусковом режиме серводвигатель может свести время для пробега клапанами вентиля всего пути от упора до упора к величине О, 10 — 0,15 сек. и меньше.
Передача 22 сидит на одном валу с ротором серводвигателя 75 и полный ход ее будет меньше одного поворота, так как нужно в пределах некоторого угла остановить вращающую систему, поглотив ее кинетическую знергию.
Последняя, предварительно уменьшенная буферным реостатом 17 и тормозной катушкой 78, поглощается в упоре масляно-пружинным буфером.
Приспособление 32 для автоматической синхронизации генератора 25 с сетью при включении и после коротких замыканий подает импульсы от сети на зажигание ртутных выпрямителей 13 и 74. Железо насыщается в начале по- луволны, отчего во вторичных обмотках появляются острые импульсы. Синхро- I низирующее приспособление 32 состоит из трансформатора и системы вентилей 33, пропускающей по одному короткому импульсу на каждый период тока в сети.
Приспособление 32 снабжено приспособлением 34 в виде индукционного прибора, который во время синхронизации сводит к совпадению векторы напряжения сети, генератора и задаваемой частоты. Указанный индукционный прибор одновременно связан с сетью через трансформатор напряжечия 31 и со вторым вспомогательным генератором 26, сидящим на одном валу с главным ге-, нератором. !
При отсутствии геометрической разности напряжений генератора и сети реле 35 разности напряжений включает реле времени 38, воздействующее в свою очередь на вкл.очающий соленоид 39 масляника 28.
Реле времени, таким образом, получает питание лишь тогда, когда геометрическая разность напряжений равна нулю и сами напряжения генератора 25 и сети равны между собой. Получив питание, реле 38 дает ток на включающую катушку 39 масляника 28. Последчий, замыкаясь, вклю-гает одновременно контактор 40, служащий для подачи тока на реле 41. Если напряжение не ниже определенной величины, реле 47 производит следующие мани. 1) поднимает груз 43, 2) разрывает в контактах 55 цепи синхронизирующего с сетью приспособления 32, прибора 34 и реле Зб, 3) притягивает сопротивление 42 к графику нагрузки 45, чем приводит в действие графико-плановый регулятор, который заставляет генератор 25 взять на себя нагрузку.
Если во время работы напряжение упадет ниже определенной величины, то груз 43 преодолевает противодействие реле 41, выводит графико-плановый регулятор из действия и вводит в действие синхронизирующее приспособление 32 и индукционный прибор 34.
Сопротивления 42 и 44 образуют мостик, причем сопротивление 42 притягивается к графику нагрузки 45 и делится на два плеча проводящей линией графика, приводимого в движение часовым механизмом, Сопротивление 44 стоит неподвижно и делится на два плеча движком 47.
Передвигая от руки или иначе сопротивление 44, можно изменять задаваемую на графике мощность.
Серводвигатель 4б, снабженный двумя обмотками возбуждения, из которых одна включена в вершины мостика между сопротивлениями 42 и 44, а другая — через контакты 54 непосредственно на источник постоянного тока. Действие второй обмотки возбуждения превалирует над действием первой и работает только на сбрасывание мощности.
Положение движка 47 соответствует отдаваемой в сеть мо .;но;т.-, а после,:,:. яя зависит от положения щеток 7 на коммутаторе 6. До тех пор, пока отношение частей сопротивления 44 не сравняется с заданным отношением частей сопротивления 42, связанный механически с коммутатором 6 серводвигатель 46 будет передвигать щетки 7.
Таким образом, напряжение ген=:ратора будет поворачиваться относительно вектора сети и генератор возьмет задаваемую нагрузку.
Когда серводвигатель 46 передвигает щетки 7 на забирание мощности, то одновременно с этим, через зубчатую передачу 49, он вращает колесо 51, которое трением увлекает планку 53 с контактами 54 по направляющим 52. Передача 49 настраивается так, чтобы скорость передвигания планки 53 соответствовала определенному наклону кривой функции pz — p(ä }, где Π— угол между векторами синхронных машин, работающих на параллель, т. е. производdr, ной -- - = tgu, Б местах характеристики I с/0
dn
p= f(6), где d0 ) зад нного tg< нарастание отдаваемой мощности с увеличением угла и подтягивание движка 47 ваттметровым элементом 48 будет происходить быстрее, чем передвигание планки 53 от серводвигателя 46. Движок
47 будет тащить за собою планку 53 с контактами 54, которые при этом не
dn смогут замкнуться. Когда „ = tga заданному, а задаваемая нагрузка больше той, которую система может отдать, то серводвигатель 46, продолжая вращать щетки 7 в сторону забирания нагрузки через передачу 49, 51 и 53, закоротит контакты 54 о движок 47, чем будет послан ток во вторую обмотку возбуждения серводвигателя 46, отчего последний повернется в сторону сбрасывания мощности. При этом через передачу 50, 51 и 53 серводвигатель 46 разорвет контакты 54, оторвав их от движка 47, отчего прекратится движение назад.
Опять первая обмотка возбуждения серводвигателя 46 заставит его вращаться в сторону забирания нагрузки, но так как отдаваемая мощность не будет возрастать, то снова движок 47 замкнет контакты 54, даст серводвигателю толчок назац и т. д. Таким образом, около заданно" производной для данной характеристики = (0) будут происходить некоторые колебания, тем меньшие, чем больше скорость серводвигателя 46.
Настроив реверсивную перецачу 49, 50 нг малую произ одную, т. е. малую скорость планки 53, можно будет допустить работу вблизи статического пред- ла естественной устойчивости, Если система перескочит на другую характеристику p = f(0) то хотя задаваемая нагрузк- и будет больше той, которую система сможет отдать, все равно угол и мощность будут около ="аЙ данной производной — = да, но уже на
d0 другой характеристике.
С уменьшением задаваемой нагрузки по графику 45 серводвигатель 46, поц влиянием обеих обмоток возбуждения, отводит контакты 54 от движка 47 и переводит щетки 7 на меньшие угол и мощность.
Если отдаваемая нагрузка сама скачком уменьшится, то движок 47 замкнет контакты 54 и щетки 7будут отброшены назад. Такие скачки будут происходить до тех пор, пока планка 53> движок 47 и щетки 7 не займут положения, соответствующего новой мощности. Если последняя не равна задаваемой нагрузке на графике 45, то первая обмотка возбуждения будет заставлять сервоцвигатель 46 поворачивать щетки 7 на забирание нагрузки. Если, все-таки, система большей мощности не берет, то контакты 54 соприкоснутся с движком 47 и серводвигатель переставит щетки 7 назад на меньшую мощность. Таким образом, около забираемой мощности будут происходить колебания, причем ваттметровый корректор графика планового регулятора будет все время стремиться поднять отдаваемую мощность к задаваемой.
Если отдаваемая мощность скачком увеличится против задаваемой, то ваттметровый элемент 48 подтянет движок 47 в сторону большей мошности, чем нарушит равновесие плеч сопротивлении 42 и 44, отчего через первую обмотку возбуждения серводвиггтеля 6, пойдет ток, который подгонит отдаваемую мощность к задаваемой.
Настраивая ваттметровый элемент 43 отдельных генераторов на различные скорости действия, можно получить селективность сбрасывания и забирания нагрузки, т. е. скорее заберет или сбросит нагрузку та машина, у которой элемент 48 быстрее действует.
Кроме указанного, при настройке ваттметрового элемента нужно еще иметь в виду следующее. При сбросах и набросах мощности генератор качнется в одну сторону, а указанный элемент подтянет щетки 7 в другую сторону, чем уменьшит возможный угол качания генератора. Время раскачивания генератора будет определяться скоростью закрывания или открывания пара. Поэтому необходимо отрегулировать работу серводвигателя 46 и ваттметрового элемента 48 на скорости меньшие, чем скорость закрывания или открывания пара, чтобы не было опасных уменьшений возможного угла качания генератора.
На фиг. 2 изображены кривые напряжений и импульсов. Здесь кривая А обозначает импульсы внешней задаваемой частоты, которые расположены во времени и задают принудительную устойчивость параллельной работы. Эти импульсы производят вспышки в ртутных выпрямителях 13 и 14.
 — кривая напряжения первого вспомогательного генератора 16, питающего серводвигатель 15 привода 22 к паровому вентилю 23. При качании генератора 25 в сторону отставания или опережения от нормальной скорости вспышки в ртутных выпрямителях 13 и 14 от импульсов А, смещаясь относительно импульсов В, пропускают серии полуволн того или иного направления через серводвигатель 15, заставляя последний быстро закрыть или открыть пар или воду в турбине.
С вЂ” импульсы от реле ускорений 10, жестко связанные во времени с кривой напряжения В, появляются то против одной, то против другой полуволны кривой В . в зависимости от направления ускорения.
D — импульсы от реле оборотов 9, жестко связанные Во времени с кривой напряжения В и появляющиеся то против одной, то против другой полуволны кривой напряжения В, в зависимости от того, выше или ниже нормальных обороты турбогенератора 25.
Действие предлагаемого устройства происходит следующим образом. При пуске турбогенератора в ход после прогрева турбины включается в работу предлагаемое устройство. При большой разности частот будут работать реле оборотов 9 и ускорений 10. Реле оборотов 9 подтягивает при этом обороты к нормальным, а реле ускорений 10 позволяет поднимать обороты только медленно без больших ускорений. Достигнув нормальных оборотов, реле 9 выключится и включит коммутатор 6, приспособление для синхронизации 32, индукционный прибор 34 и реле 35. Коммутатор и приспособление для синхронизации 32 вводят генератор в синхронизм, а индукционный прибор 34 сведет векторы напряжения генератора 25 и задаваемой частоты к совпадению с вектором напряжения сети. При отсутствии геометрической разности напряжений генератора и сети реле 35, 36 и 38 дадут ток на включающую катушку 39 масляника 28. Последний выключит катушку 39 и включит реле напряжений 41 графико-планового регулятора контактором 40. Получив ток, periå вводит в действие графико-плановый. регулятор, заставляющий генератор взять на себя нагрузку, и выключает контактор 55.
При нормальной работе реле ускорений 10 заставляет паровой режим в турбине 24 быстро следовать за нагрузкой генератора 25, а коммутатор 6 — 7 удерживает ротор от уклонений от заданной фазы.
При очень тяжелых коротких замыканиях с большими сбросами нагрузки возможны будут выпадения отдельных генераторов из синхронизма. Тогда реле оборотов 9 выключит коммутатор, управляющий сдвигом роторов и приспособление для синхронизации 32 включит реле 56 и само начнет поднимать обороты до нормальных. Реле 56 даст ток на размагничивание генератора 25 и: с выдержкой времени — на катушку выключения масляника 28.
С появлением короткого замыкания напряжение спадает ниже определенного предела и реле 41 выводит плановый регулятор из работы.
Когда обороты будут подведены к нормальным, снова включаются в работу коммутатор 6 — 7, синхронизирующее приспособление 32, индукционный прибор 34 и т. д., пока генератор не будет включен на сеть и не возьмет нагрузку.
Если короткое не ликвидировано, то разность напряжений низкого в сети 29 и нормального на генераторе 25 не позволит реле 36 совместно с реле 35 и 38 включить масляник 28 и соединенения генератора 25 с сетью 29 не произойдет. Последнее возможно будет только после ликвидации короткого и восстановления нормального напряжения в сети 29. Если же в сети напряжение отсутствует совсем, нужно соединить генератор 25 с сетью 29 вручную или сделать специальное автоматическое приспособление.
Раскачивание генератора не предвидится благодаря, главным образом, большой быстроте действия предлагаемого приспособления сравнительно с периодами колебаний роторов турбогенераторов.
При работе нескольких генераторов на параллель, настраивая ваттметровые элементы 48 на разные скорости, можно получить селективное сбрасывание и набрасывание нагрузки на отдельные генераторы. При уменьшении общей нагрузки системы разгружаются не сразу все генераторы, а по порядку, т. е. часть генераторов будет нести, основную нагрузку, а часть в срезать пики.
Предмет изобретения.
1. Устройство для принудительного синхронного и синфазного вращения генераторов переменного тока с примене-, нием централизованного проводного или беспроводного управления при помощи синхронизирующей частоты, принимаемой на отдельных станциях и служащей после усиления для питания синхронного двигателя, вращающего управляющий коммутатор, отличающееся тем, что указанный коммутатор, предназначенный создавать кратковременные (примерно, продолжительностью в 0,01 доли периода) импульсы, соединен с управляющей цепью вентильной двухтактной схемы с ионно-электронными приборами, в анодную цепь которых включены вспомогательный синхронный генератор, сидящий на одном валу с главным генератором, и серводвигатель, связанный с вентилем первичного двигателя главного генератора с тем, чтобы при сдвиге по фазе управляющих импульсов и напряжения точно на 90 в анодной цепи не было тока, а при отклонении фазы управляемого генератора от указанного положения имело бы место замыкание одной из анодных цепей устройства и серводвигатель приходил бы во вращение в ту или иную сторону для соответствующей регулировки.
2. Форма выполнения устройства по и. 1, отличающаяся тем, что для автоматического задавания нагрузки генератору по графику траверса подвижных щеток управляющего коммутатора 6 механически связана с серводвигателем 46, включенным в вершины мостика с сопротивлениями 42 и 44, делимыми на плечи при помощи движка 47, связанного с ваттметровым элементом 48 с тем. чтобы изменение плеч сопротивления 42 вызывало соответственный поворот щеток и, как результат этого, изменение мощности, отдаваемой генератором, и восстановление равновесия мостика путем передвигания движка 47 от ваттметрового элемента.
3. Форма выполнения устройства по пп. 1 и 2, отличающаяся применением серводвигателя 46 постоянного тока с двумя обмотками, из которых одна включена в вершины указанного мостика, а вторая, превалирующая над первой и работающая на сбрасывание мощности, может быть приключена на постоянное напряжение при помощи движка 47 и контактов 54, связанных с передвижной планкой 53, передвигаемой при помощи реверсивной передачи 49, 50, рассчитанной так, чтобы движение планки происходило несколько медленнее, чем движка 47, и замыкание контактов 54 могло бы иметь место лишь при предельных нагрузках генератора.
4. При устройстве по пп. 1, 2, 3 применение приспособления 32 для автоматической синхронизации генератора с сетью при включениях и после коротких замыканий, включаемого l1pH помощи реле ооорото" 9 и снабжен- ного индукционным прибором для согласования фазы напряжения подключаемого генератора с фазой напряжения сети.
Тип.,Печатный Тру1". ак. 4929 — 50Э
