Устройство для продольно-поперечного возбуждения электрических машин

 

.УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОДОЛЬНОПОПЕРЕЧНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН, содержащее первую и вторую обмоткивозбуждения,сдвинутые в про .странстве на угол 90 эл.град. и соединенные соответственно через первый и второй гашения поля с выходами первого и второго возбудителей , снабженных блоками аварийного отключения, первый и второй управляе№4е коммутаторы, подключенные первыми выходами к первым вьтодам соответственно первой и второй обмоток возбуждения и первым . в псодам первого и второго блоков защиты от перенапряжения, управля1ощие входы первого управляемого коммутатора и первого автомата гашения поля связаны с выходов:влрка аварийного отключения п«д|| м л возбудителя , а управляющие sxibRW второго управляемого коммутаторе И eTioporo автомата гашения поля связаны с выходом блока аварийного отключения второго возбудителя, второй выход первого управляемого коммутатора соединен с первым выводом резистора, а вторые выходы второго блока sanpHirf от перенапряжения и второго управляемого коммутатора объединены, отличающееся тем что, с целью повышения э

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) ® (1k) 4 (51) ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Фф r Ю. >

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3649163/24-07 (22) 30.09.83, (46) 15.05.85. Бюл. У 18 (72) И.А.Лабунец, А.П.Лохматов, А.В.Пиковский, IO.Ã.Íàêàðÿí и Б.Л.Шапиро (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт электроэнергетики (53) 621.313(088.8) (56) 1. Гессе Б.А. Эксплуатация тиристорных систем возбуядения генераторов. К. "Техника", 1981, с. 10. 2. "Электричество". М., "Энергия", 1963, Р 4, с. 81-83. (54) (57) . УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОДОЛЬНОПОПЕРЕЧНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН, содержащее первую и вторую обмотки возбуждения, сдвинутые в про странстве на угол 90 эл.град. и соединенные соответственно через первый и второй автоматы гашения поля с выходами первого и второго возбудителей, снабженных блоками аварийного отключения, первый и второй управляемые коммутаторы, подключенные первыми выходами к первым

l выводам соответственно первой и вто рой обмоток возбужденйя и первым .вйходам первого и второго блоков защиты от перенапряжения, управляЬщие входы первого управляемого коммутатора и первого автомата гашения поля связаны с выходож блока аварийного отключения парящего возбудителя, а управляющие входы эjoporo управляемо о коммутатора и второго автомата гашения поля связаны с выходом блока аварийного отключения второго возбудителя, второй вьрсод первого управляемого коммутатора соединен с первым выводом резистора, а вторые выходы второго блока защиты от перенапряжения и второго управляемого коммутатора объединены, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с ю целью повышения эффективности работы и расширения области применения, в, устройство дополнительно введен дроссель, включенный между вторыми выводами резистора и первой обмот» ки возбуждения, второй выход первогс блока защиты от перенапряжения под- ключен к второму выводу-первой о6мотки возбуждения, а объединенные вторые выходы второго блока защиты от перенапряжения и второго управля. емого коммутатора связаны с вторый выводом второй обмотки возбуждения.

1 115

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам возбуждения электрических машин переменного тока, например генераторов продольно-поперечного возбуждения.

Известна система самовозбуждения синхронных турбогенераторов, содержащая обмотку возбуждения, рабочий и форсировочный тиристорные возбудители, автоматы гашения поля, блок защиты от перенапряжений и активное сопротивление самосинхронизации.

Блок защиты от перенапряжений включен последовательно с сопро ивлением самосинхронизации, а параллельно этому блоку подсоединен коммутатор.

Возбудители снабжены блоками аварийной сигнализации. При отказе возбудителей турбогенератор может быть автоматически переведен в асинхронный режим при замыкании указанного коммутатора, т.е. путем замыкания обмотки возбуждения на посротивление самосинхронизации, превышающее сопротивление обмотки ротора в 310 раз. Одновременно срабатывают автоматы гашения поля и от обмотки отключаются возбудители. В результате турбогенератор переходит в асин хронный режим (1) . !

Однако вследствие несимметрии цепи ротора установившийся после этого процесс сопровождается значительными колебаниями режимных параметров (токов, напряжения, скольжения, электромагнитного момента), а потребление реактивной мощности велико, что приводит к необходимости ограничения нагрузки генератора в этом режиме (до 40-607. номинальной), его длительности (до 15-30 мин) и последующему откллючению генератора от сети, если за это время не ликвидирована авария.

Наиболее близким к изобретению является устройство дпя продольнопоперечного возбуждения электрических машин, содержащее первую и вторую обмотки возбуждения, сдвинутые в пространстве на угол в 90 зл.град. и соединенные соответственно через первый и второй автоматы гашения поля с выходами первого и второго возбудителей, снабженных блоками аварийного отключения, первый и второй управляемые коммутаторы, под-, ключенные первыми выходами к первым выводам соответственно первой и

6234

36 !

ЗО

45 второй обмоток возбуждения и,< первым выходам первого и второго блоков защиты от перенапряжений, управляющие входы первого управляемого коммутатора и первого автомата гашения поля связаны с выходом блока аварийного отключения первого возбудителя, а управляющие входы второгo управляемого коммутатора и второго автомата гашения поля связаны с выходом блока аварийного отключения, второго возбудителя, второй выход первого управляемого коммутатора соединен с первым выводом резистора, а вторые выходы второго блока защиты от перенапряжения и второго управляемого коммутатора объединены.

При этом вторые выходы первого управ ляемого коммутатора и первого блока защиты от перенапряжения объединены, а второй вывод резистора соединен с вторым выводом первой обмотки возбуждения, объединены вторые выходы второго блока защиты от перенапряжения и второго управляемого коммутатора подключены черрз второй резистор к второму выводу второй обмотки возбуждения (2) .

Недостатками данного устройства являются дополнительные потери энергии в цепи возбуждения в асинхронных режимах работы, невысокая эААективность использования устройства для генераторов продольно-поперечного возбуждения с неодинаковыми обмотками возбуждения. В асинхронном режиме появляются обратные магнитные поля и приходится значительно увеличивать сопротивление синхронизации, в этом случае имеют место те же недостатки, что и для синхронных турбогенераторов.

Цель изобретения — повышение эффективности работы и расширение области применения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для продольнопоперечного возбуждения электрических машин, содержащее первую и вторую ОбмОтки вОзбуждения, сдвинутые в пространстве иа угол в 90 эл.град. и соединенные соответственно через первый и второй автоматы гашения поля с выходами первого и второго воэ будителей, сиабжеиных блоками аварийиого отключения, первый и второй управляемые коммутаторы, подключенные первыми выходами к первым выво3 1156 да . соответственно первой и второй обмоток возбуждения и первым выходам первого н второго блоков защиты от перенапряжений, управляющие входы первого управляемого коммутатора и первого автомата гашения поля связаны с выходом блока аварийного отключения первого возбудителя, а управляющие входы второго управляемого коммутатора и второго автомата га- . !и шения поля связаны с выходом блока аварийного отключения второго возбудителя, второй выход первого управляемого коммутатора соединен с первым выводом резистора и вторые выходы второго блока защиты от перенапряжения.и второго управляемого комму-. . татора объединены, дополнительно введен дроссель, включенный между вторыми выводами резистора и первой обмотки возбуждения, второй выход первого блока защиты от перенапряжения подключен к второму выводу первой обмотки возбуждения, а объединенные вторые вьгходы второго блока эащи- 5 ты от перенапряжения и второго управляемого коммутатора связаны с вторым выводом обмотки возбуждения.

На Лиг.! представлена структурная схема устройства," на фиг.2 — принци30 пиальняя схема блока управления, через который может осуществляться связь между блоками аварийного отключения и управляющими входами автоматов гашения поля и управляемых коммутаторов.

Устройство для продольно-поперечного возбуждения электрических машин содержит первую 1 и вторую 2 обмотки возбуждения, сдвинутые в прострян- tÎ стве ня угол в 90 эл.град. и соединенные соответственно через первый 3 и второй 4 автоматы гашения поля с выходами первого 5 и второго 6 возбудителей, снабженных блоками 7 и 8 45 аварййггого отключения, первый 9 и второй f0 управляемые коммутаторы, подключенные первыми выходами к первым выводам соответственно первой 1 и второй 2 обмоток возбуждения и пер-ЗО вым выходам первого 11 и второго 12 блоков защиты от перенапряжения, управляющие входы первого управляемого коммутатора 9 и первого автомата 3 гашения поля связаны с выходом 55 блока 7 аварийного отключения первого возбудителя, а управляющие входы второго управляемого коммутатора 10

234 4 и второго автомата 4 гашения поля связаны с выходом блока 8 аварийного отключения второго возбудителя 6.

Второй выход первого управляемого коммутатора 9 соединен с первым вьгводом резистора 13, а вторые выходы второго блока 12 защиты от перенапря. женин и второго управляемого коммутатора tO объединены. Устройство также содержит дроссель 14, включенный между вторыми выводами резистора 13 и первой обмотки 1 возбуждения.

Второй выход первого блока 11 эа— щиты от перенапряжения подключен к второму выводу первой обмотки 1 возбуждения, а объединенные вторые выходы второго блока 12 защиты от перенапряжения и второго управляемого коммутатора 10 связаны с вторым выводом второй обмотки 2 возбуждения. Связь между управляющими входами автоматов 3 и 4 гашения поля и управляемых коммутаторов 9 и 10 может быть осуществлена через блок управления 15 (Лиг.2), представляющий собой кодовый преобразователь и состоящий из первого 16 и второго

17 логических элементов ИЛИ и типовых управляемых ключей. 18-2 t Вхо— ды 22 и 23 блока 15 управления могут быть связаны с выходами блоков

7 и 8 аварийного отключения, а выходы 24 и 25 — с управляющими входами соответственно первого 3 и второго 4 автоматов гашения поля. Выходы 26 и 27 соединены с управляющими входами соответственно первого 9 и второго 10 управляемых коммутаторов. Блок 15 управления снабжен также входом 28 задания режимов работы.

В качестве возбудителей в генераторах продольно-поперечного возбуждения могут быть использованы стандарт ные реверсивные тиристорные возбуди-, тели, состоящие из двух включенных

-встречно-параллельно управляемых выпрямителей, автоматы гашения поля и блоки защиты от перенапряжения обычных конструкций, используемых в системах возбуждения синхронных турбогенераторов традиционных типов.

В качестве управляемых коммутаторов могут быть использованы стандартные автоматы гашения поля (например, серии АГП-12,АГП-ЗО,АГП-60) . Активное сопротивление — набор стандартных ящиков сопротивлений, испол ьзуемых, например, в качестве сопротивлений самосинхронизяции турбогенераторов. Дрос1156234 сель — стандартные реакторы, используемые, например, в цепях тиристорных возбудителей и преобразователей частоты.

Значения актинного (резистор 13) S и индуктивного (дросссль 14). сопротивлений выбираются из следующих соображений. В общем случае эффективные числа виткон первой 1 и второй 2 обмоток возбуждения генератора продольно-поперечного возбуждения могут быть неравными (или неодинаковы соэданаемые обмотками м.д.с.). Тогда при переходе в асинхронный режим имеет место "эффект одноосного нклю- 15 чения, т.е. в манине наряду с рабоtl о чими полями прямой последовательности появятся обратные поля и соответственно колебания параметров, вибрации и т.п. Для снижения или исключе- 20 ния указанных нежелательных явлений предлагается обеспечить выравнивание м.д.с. обмоток за счет включения, в цепь мощной первой обмотки 1 возбуждения не -.олько активного гг (ре- 5 зистор 13), но и индуктивного х (дроссель 14) сопротивлений. Введение комплексного (Г + )xg ) сопротивления позволяет не .только ограничить ток (м.д.с . ) более "сильной обмотки, обеспечив равенство м.д.с. обеих обмоток, но и поддержать фазовый сдвиг между токами (м.д.с.), равный 90 эл.град.

Таким образом, необходимьм усло5 вием является равенство м.д.с. обмоток возбуждения, т. е.

4 1 Ko = . 1»1 о» 1 Е» "О " » ЬО»

t ? где %,, Ъ,K „K0»- соответственно числа витков и обмоточные коэффициенты соответственно первой 1 и второй

2 обмоток возбуждения,"

SO

7. и 2g — сопротивления первой 1 и второй 2 обмоток возбуждения.

Поскольку Е ьУУК, то

55 ! 2 откуда

2»

2 "О2 2 = — 7. атК2 r y

oi

I где 7, - i g — полное сопротивление н цепи первой обмотки 1 возбуждения, добавочное сопротивление, которое необходимо включить в цепь первой обмотки 1 возбуждения при условии что

И/, К щ q yl» Ко для выравнивания м.д.с. (плотность тока н обмотках принята одинаковой}.

Тогда имеем

W1K

02 или

2 ф р» Кщ

2 х =к К

)НИИ 4TO t 1 Г2 Х и К„=1, .как например, это имеет место в а:".инхрониэированных генераторах с симметричной системой идентичных обмоток возбуждения, < =0 и x 0 .

Система возбуждения работает следующим образом.

Блок 15 управления может задавать следующие режимы работы: режим а когда сигнал на входе 28 — логический "0", режим 3, сигнал на входе

28 — логическая "1".

Работа системы возбуждения в режиме Q происходит в следующем порядке.

При отказе любого иэ возбудителей 5 или 6 (или одновременно обоих возбудителей) на входы 22 или 23 подаются сигнапы с выходов блока аварийного отключения 7 или (и) 8. С блока 15 управления с выходов 24 и 25, 26 и 27 подаются сигналы на входы управляемых коммутаторов 9 и 10 и автоматов гашения поля 3 и 4. Управляемый коммутатор 9 замыкает обмотку 1 возбуждения на резистор 13 и дроссель

14, а управляемый коммутатор 10 замыкает накоротко вторую обмотку 2 возбуждения. Первая обмотка 1 возбуждения оказывается замкнутой на электри1156234

3 7 ческую цепь из нос.ледовательно сс|единенныу активного (рези<-торя 13) и индуктивного (дроссель 14) сопротивлений, Одновременно автоматы гашения поля 3 и 4 разрывают цени пита- 5 ния первой 1 и второй 2 обмоток вс>збуждения от возбудителей 5 и 6. Генератор переходит в асинхронный р»If . 1l жим с замкнутой HB êîðî ò Ко сл яб о и второй обмоткой 2 возбуждения и с замкнутой н а комплексное с оп ротивл ени е " сильной " первой обмоткой I возбуждения . При выбор е ук а з анно г о сопротивления в соответствии с формулами обратных поле и в генераторе 1 5 н е В оз ника е т . Нагрузка и дли тел ь и ос т ь работы генератора в этом режиме опр еделяютс я доп ус тимыми значениями токов в обмотках с татора и ротора .

Режим S . При отказе любого из во эбудител ей бл ок 1 5 управления о тключ ает er o с помощью ав томата г аше— ния поля, причем со о тветс тг ующая о бмотка возбуждения оказывается з ам- 25 кнутой на со о твет ствую чий бл ок з япгиты о т перенапряжений . Генератор и ро†должае т р абота ть (с соответственно пониженной наг руз к ой ) на одно и обм от. ке возбуждения в синхронном режиме .

В этом случае возможно обеспечить питание отключенной о т а ва рий н о г о воэб удит еля обмотки возбуждения о т рез ер вного возбудителя (н а фи г . 1 и е показан) и восстановить, таким о 6 р яэ ом исходный (и||и бл е! экий к Hcx()JT.— ному) режим работы г енератора.

В случае применения предлагавмой системы возбуждения для генераторов продольно-поперечного возбуждения г одинаковыми обмотками необходимо в соответствии с формулами применять

r — -О и х -=О.

Таким образом, достигается воэможность применения для генераторов продольно-поперечного возбуждения с несимметричной системой роторных обмоток, обеспечивается больп|ая эффек тивность асинхронных режимов благодаря обеспечению кругового ноля, синхронных режимов работы при отказе одной иэ цепей возбуждения, исключаются потери в добавочных cîëðîòèâëåниях (самосинхронизации) при асинхронной работе генераторов с симметричными системами продольно-поперечного возбуждения.

Устройство продольно-поперечного возбуждения с наибольшим эффек гом может быть применено для асинхронизированных турбогенераторов с симметричными системами обмоток возбуждения на роторе и с несимметричными системами обмоток, с так называемыми управляющими поперечными (слабыми ) обмотками возбуждения, для которых д||ительные асинхронные режимы допустимы в узких (||о сравнению с асинхрп»HçèðîâàHHèìï турбогенераторами) дияг|язонах ((О, 1 — О, 27) .

1156234

Составитель А.Бабак

Техред С,.Пегеза Корректор М.Максимишинец

Редактор A.Ãóëüêî

4.вчинил ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 3193/54 Тираж 646 Подписное

ВНИИЛИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5