Устройство для реверсивного бесщеточного возбуждения синхронной машины

 

Изобретение относится к электротехнике и м.б. использовано в электроприводе , системах электроснабжения. Цель изобретения - повышение надежности и улучшение регулировочных характеристик в зоне низких значений тока возбуждения синхронной машины (СМ). Текущее регулирование и форсировка тока возбуждения синхронной машины осуществляются регулированием угла управления одного из двух вращающихся тиристорных преобразователей системы возбуждения при постоянном токе возбуждения вспомогательного генератора , установленного на валу СМ. При достижении током возбуждения СМ наперед заданной минимальной величины (например, значения, соответствующего холостому ходу СМ) текущее регулирование вниз осуществляется воздействием на обмотку возбуждения , вспомогательного г-ра при постоянном, заранее заданном угле управления вращающихся тиристоров. 1 ил. с S сл ОС 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК 51) 4 Н 02 Р 9/14, 9/30 байр., ""i ГЛу.; /

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ /

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4133821/24-07 (22) 15.10.86 (46) 07.04.88. Бюл. № 13 (71) Научно-исследовательский, проектноконструкторский,и технологический институт тяжелого электром а ш иностроения Харьковского завода «Электротяжмаш» им. В. И. Ленина (72) Ю. Е. Савельев, В. В. Кузьмин и 1О. В. Зозулин (53) 621.313.32:621.316.722 (088.8) (56) Патент Великобритании № 1042757, кл. Н 02 Р 9/30, 1966.

Авторское свидетельство СССР № 1188842, кл. Н 02 Р 9/14, Н 02 P 9/30, 1984.

„„SU„„1387171 А1 (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕВЕРСИВНОГО

БЕСЩЕТОЧНОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

СИНХРОННОЙ МАШИНЫ (57) Изобретение относится к электротехнике и м.б. использовано в электроприводе, системах электроснабжения. Цель изобретения — повышение надежности и улучшение регулировочных характеристик в зоне низких значений тока возбуждения синхронной машины (СМ). Текущее регулирование и форсировка тока возбуждения синхронной машины осуществляются регулированием угла управления одного из двух вращающихся тиристорных преобразователей системы возбуждения при постоянном токе возбуждения вспомогательного генератора, установленного на валу СМ. При дости- Я жении током возбуждения СМ наперед заданной минимальной вечичины (например, значения, соответствующего холостому ходу

CM) текущее регулирование вниз осущест вляется воздействием на обмотку возбуждения вспомогательного г-ра при постоянном, р заранее заданном угле управления вращающихся тиристоров. ил.

Ы

1387171

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам бесщеточного возбуждения синхронных машин.

Цель изобретения — повышение надежности и улучшение регулировочных характеристик.

На чертеже представлена функциональная схема предлагаемого устройства.

Источники питания всех статических элементов схемы (не показаны) могут быть решены любыми известными способами, например, с помощью трансформаторов, подключенных первичными обмотками к силовому выходу синхронной машины.

Устройство реверсивного бесщеточного возбуждения синхронной машины 1 содержит первый 2 и второй 3 вращающиеся тиристорные преобразователи, входами переменного тока подключенные к якорной обмотке 4 вспомогательного генератора 5 переменного тока, а первыми объединенными выходами разноименной полярности непосредственно к одному из выводов обмотки 6 возбуждения синхронной машины, другой вывод обмотки 6 возбуждения связан с вторыми разноименными выходами первого 2 и второго 3 вращающихся тиристорных преобразователей соответственно через первый 7 и второй 8 датчики тока возбуждения.

Первый 9 и второй 10 дополнительные генераторы установлены на одном валу с синхронной машиной 1 и якорными обмотками 11 и 12 связаны через первую 13 и вторую 14 системы формирования импульсов управления с управляющими входами первого 2 и второго 3 вращающихся тиристорных преобразователей. Первый 9 и второй 10 дополнительные генераторы имеют каждый первую 15 (16) и вторую 17 (18) обмотки возбуждения, смещенные в пространстве на угол 90 эл. град. Первая 15 и вторая 17 обмотки возбуждения первого дополнительного генератора 9 через соответствующие первый 19 и второй 20 усилители, охваченные обратной связью по току, и первые синусный 21 и косинусный 22 функциональные преобразователи связаны с первым выходом коммутатора 23, второй выход которого связан с первой 16 и второй 18 обмотками возбуждения второго дополнительного генератора 10 соответственно через вторые синусный 24 и косинусный 25 функциональные преобразователи, а также третий 26 и четвертый 27 усилители, охваченные обратной связью по току. Первый и второй управляющие входы коммутатора 23 связаны с выходами соответственно первого 7 и второго 8 датчиков тока возбуждения, а информационный вход — с выходом автоматического регулятора 28 возбуждения, первыми управляющими входами связанного с выходами датчиков напряжения

29 и тока 30 синхронной машины 1, а вторыми управляющими входами — с первым 7

S0 и вторым 8 датчиками тока возбуждения синхронной машины l.

Устройство содержит также первый 31 и второй 32 управляемые ключи, включенные в места связи между первым и вторым выходами коммутатора 23 и соответственно входами первых 21 и 22 и вторых 24 и 25 функциональных преобразователей.

Обмотка 33 возбуждения вспомогательного генератора переменного тока связана через пятый усилитель 34, вынолненный реверсивным с выходом автоматического регулятора 28 возбуждения. Реверсивный датчик 35 тока с двумя выходами включен в цепь обмотки 33 возбуждения вспомогательного генератора 5 переменного тока.

Устройство содержит третий 36 и четвертый 37 управляемые ключи с двумя управляющими и одним информационным входами в каждом, первые управляющие входы которых связаны соответственно с первым и вторым выходами реверсивного датчика 35 тока. Выход блока 38 задержки связан с информационными входами третьего 36 и четвертого 37 управляемых ключей и с управляющими входами первого 19, второго 20, третьего 26 и четвертого 27 усилителей. Пятый 39 и шестой 40 управляемые ключи включены в места связи первой 15 и второй 17 обмоток возбуждения первого дополнительного генератора 9 с введенными источниками постоянного тока (не показаны) и связаны первыми управляющими входами с выходом третьего управляемого ключа 36, а вторыми управляющими входами — с выходом второго датчика 8 тока возбуждения и с вторым управляющим входом четвертого управляемого ключа 37.

Седьмой 41 и восьмой 42 управляемые ключи включены в места связи первой 16 и второй 18 обмоток возбуждения второго дополнительного генератора 10 с введенными источниками постоянного тока (не показаны) и связаны первыми управляющими входами с выходом четвертого управляемого ключа 37, а вторыми управляющими входами — с выходом первого датчика 7 тока возбуждения и с вторым управляющим входом третьего управляемого ключа 36. Первый и второй входы компаратора 43 связаны с выходами первого 7 и второго 8 датчиков тока возбуждения, а его выход — с входом блока задержки 38. Девятый управляемый ключ 44 включен выключающим и включающим выходами соответственно в места связи автоматического регулятора 28 возбуждения с информационным входом коммутатора 23 и с информационным входом пятого усилителя

34, а управляющим входом — к выходу блока 38 задержки, при этом управляющий вход пятого усилителя 34 связан с выходом блока 38 задержки. Подключение к выходным цепям первого 7 и второ1387171

ro 8 датчиков тока возбуждения синхронной машины 1 осуществляется, например, через шестой 45 и седьмой 46 усилители.

Устройство работает следующим образом.

Для конкретности при описании работы устройства принимаем синхронную машину

1 — синхронным компенсатором, что соответствует наиболее тяжелым условиям работы системы возбуждения, требующим равноцен ной работы системы возбуждения при различ ной полярности токов возбуждения в обмотке 6 возбуждения.

В режиме выдачи реактивной мощности предполагаем работающим первый вращающийся тиристорный преобразователь 2.

В этом случае в зависимости от сигналов с датчиков 29 и 30 напряжения и тока синхронной машины 1 автоматический регулятор 28 возбуждения выдает сигнал, который через девятый управляемый ключ 44 поступает на информационный вход коммутатора 23. При этом задействован первый датчик 7 тока возбуждения, который через шестой усилитель 45 воздействует на первый управляющий вход коммутатора 23 и при этом пропускается сигнал с выхода автоматического регулятора 28 возбуждения на входы первых синусного 21 и косинусного 22 функциональных преобразователей, сигналы с выхода которых усиливаются первым 19 и вторым 20 усилителями и поступают в первую 15 и вторую 17 обмотки возбуждения первого дополнительного генератора 9, сдвинутые в пространстве на угол 90 эл. град и создающие магнитное поле в зазоре с амплитудой, пропорциональной сумме квадратов синуса и косинуса одной и той же величины, т.е. постоянной независимо от вели- чины- управляющего сигнала. Угол в пространстве результирующего вектора магнитного поля, определяемый синусом и косинусом сигнала с выхода автоматического регулятора 28 возбуждения оказывается пропорциональным этому сигналу. Соответст венно временной угол электродвижущих сил (ЭДС), наводимых в якорных обмотках 11 первого дополнительного генератора 9, оказывается также пропорциональным сигналу с выхода автоматического регулятора 28 возбуждения.

При постоянной во времени ЭДС якорной обмотки 11 первого дополнительного генератора 9 через первую систему 13 формирования импульсов управления воздействует на цепи управления первого вращающегося тиристорного преобразователя 2 с соответствующим углом регулирования, который определяет величину тока в обмотке 6 возбуждения синхронной машины 1. Первый датчик 7 тока возбуждения синхронной машины 1 воздействует через шестой усилитель 45 на первый вход компаратора 43, выходной сигнал которого через блок 38 за5 !

О

55 держки поддерживает выключенное состояние девятого управляемого ключа 44. Выключенное положение девятого управляемого ключа 44 обеспечивает прохождение выходного сигнала автоматического регулятора

28 возбуждения к информационному входу коммутатора 23 и блокирование по информационному входу пятого усилителя 34.

Выходной сигнал компаратора 43, поданный на управляющий вход пятого реверсивного усилителя 34 через блок 38 заждержки, обеспечивает необходимое смещение, при котором на выходе усилителя 34 устанавливается заданный, постоянный уровень тока, подаваемого в обмотку 33 возбуждения вспомогательного генератора 5 переменного тока. Выходной сигнал компаратора 43 (логический «О») через блок 38 задержки поступает на информационные входы третьего 36, четвертого 37 управляемых ключей, управляющий вход девятого 44 управляемого ключа и выключает их. Управляемые пятый 39, шестой 40, седьмой 41 и восьмой 42 ключи находятся в выключенном состоянии. На управляющих входах первого 19, второго 20, третьего 26 и четвертого 27 усилителей сигнал также отсутствует (логический «О») .

При форсировке возбуждения сигналом от автоматического регулятора 28 происходит полное открытие первого вращающегося тиристорного преобразователя 2 по цепи элементов: 28 — 44 — 23 — 31 — (21, 22)— — (19, 20) — (15, 17) — 11 — 13 — 2.

Режим гашения поля при работе первого вращающегося тиристорного преобразователя 2 протекает следующим образом.

В соответствии с новой ситуацией в энергосистеме автоматический регулятор 28 изменяет выходной сигнал на противоположный (отрицательный), который переводит первый вращающийся тиристорный преобразователь 2 в инверторный режим. В результате происходит гашение поля в обмотке 6 возбуждения синхронной машины 1, что фиксируется с помощью цепи измерения тока 6 — 7 — 45. Сигнал по этому каналу поступает на первый управляющий вход коммутатора 23. При нулевом сигнале по току инвертирование первого вращающегося тиристорного преобразователя 2 закончено, но магнитное поле за счет тока демпферных контуров ротора синхронной машины 1 еще, не погасло. Для полного его гашения необходим отрицательный ток в обмотке 6 возбуждения синхронной машины. Если при нулевом сигнале по току сигнал от автоматического регулятора 28 возбуждения остается отрицательным, то коммутатор 23 переключает сигнал с первого своего выхода на второй. Снятие сигнала с первого управляемого ключа 31 сопровождается переводом первого 19 и второго 20 усилителей в инверторный режим, т.е. гашением поля в первой 15 и второй 17 обмотках воз1387171

Выходной сигнал (логическая «1») блока

38 задержки переводит первый 19 и второй 20 усилители в инверторный режим, что вызывает гашение поля первой 15 и второй

17 обмоток возбуждения дополнительного генератора 9. Одновременно поступление выходного сигнала блока 38 задержки на информационный вход третьего 36 управляемого ключа вызывает появление сигнала на его выходе и, следовательно, появление сигналов на первых управляющих входах пятого 39 и шестого 40 управляющих ключей, что -приводит к их включению, а, следовательно, подключению первой 15 и второй

17 обмоток возбуждения первого дополнительного генератора 9 к источникам постоянного тока (не показаны). При этом в первой 15 и второй 17 обмотках возбуждения первого дополнительного генератора 9 устанавливается заданное соотношение токов, обеспечивающее угол регулирования по первого вращающегося тиристорного преобразователя 2, определяемый из соотношения

no+n, 180 эл. град., где а„— угол инвертирования первого вращающегося тиристорного преобразователя 2.

Появление сигнала на выходе блока 38 задержки приводит к съему смещения в пятом усилителе 34, к блокированию прохождения выходного сигнала автоматического регулятора 28 возбуждения к инфорбуждения первого дополнительного генератора 9 и снятием импульсов управления с первого вращающегося тиристорного преобразователя 2. Отрицательный сигнал от автоматического регулятора 28 возбуждения через коммутатор 23 и второй управляе. мый ключ 32 вызывает полное открытие второго вращающегося тиристорного преобра. зователя 3.

Такие процессы характерны при постоянстве тока в обмотке 33 возбуждения вспомогательного генератора 5 переменного тока и при значениях тока в обмотке 6 возбуждения синхронной машины 1, превышающих заданное значение 1 ) Io (где Iо — например, значение тока в обмотке 6 возбуждения синхронной машины 1 на холостом ходу).

Допустим, что выдаваемая реактивная мощность при работающем первом вращающемся тиристорном преобразователе 2 значительно снизилась, что сопровождается уменьшением тока в обмотке 6 возбуждения синхронной машины 1 до значения

1 (Io. В результате появляется сигнал логической «1» на выходе компаратора 43. Если снижение тока в обмотке 6 возбуждения синхронной машины 1 до значения

1 (!o не кратковременное, то через время, определяемое блоком 38 задержки, на

его выходе также появляется сигнал логической «1», 5

25 мационному входу коммутатора 23 и деблокировке прохождения выходного сигнала автоматического регулятора 28 возбуждения к информационному входу пятого усилителя 34. Ток на выходе последнего устанавливается в соответствии с величиной выходного сигнала автоматического регулятора 28 возбуждения.

Таким образом, регулирование тока в обмотке 6 возбуждения синхронной машины 1 при 1 (Io осуществляется регулированием тока в обмотке 33 возбуждения вспомогательного генератора 5 при постоянном угле регулирования ао первого вращающегося тиристорнога преобразователя 2.

Режим гашения поля при работе первого вращающегося тиристорного преобразователя 2 при I (Io протекает следующим образом.

В соответствии с новой ситуацией в энергосистеме автоматический регулятор 28 возбуждения изменяет выходной сигнал на противоположный (отрицательный), который воздействует на информационный вход пятого реверсивного усилителя 34 и вызывает изменение направления тока в обмотке 33 возбуждения вспомогательного генератора 5 на противоположное (отрицательное). Изменение направления тока в обмотке 33 возбуждения вспомогательного генератора 5 приводит к изменению фазы ЭДС в якорной обмотке 4 на противоположную, т.е. на

180 эл. град.

В результате изменения фазы ЭДС в якорной обмотке 4 на 180 эл. град. угол регулирования первого вращающегося тиристорного преобразователя 2 становится равным а, = 180 — ceo, благодаря чему первый вращающийся тиристорный преобразователь 2 переводится в инверторный режим и происходит гашение поля обмотки 6 возбуждения синхронной машины 1, что фиксируется с помощью цепи измерения тока 6 — 7 — 45. Сигнал по этому каналу поступает на вторые управляющие входы седьмого 41 и восьмого 42 управляемых ключей и второй управляющий вход третьего 36 управляемого ключа. При нулевом сигнале по току инвертирование первого вращающегося тиристорного преобразователя 2 закончено. Если при нулевом сигнале по току сигнал от автоматического регулятора 28 возбуждения остается отрицательным, третий 36 управляемый ключ снимет свой выходной сигнал, так как при нулевом сигнале по току на втором управляющем входе и нулевом сигнале на первом управляющем входе (цри изменении направления тока возбуждения вспомогательного генератора 5 на отрицательное) третьего управляемого ключа 36 последний откл юч аетс я.

Съем выходного сигнала третьего управляемого ключа 36 приводит к отключению пятого 39 и шестого 40 управляемых

1387171

Формула изобретения

7 ключей, т.е. отключению первой 15 и второй 17 обмоток возбуждения первого дополнительного генератора 9 от источников питания, и съему импульсов с первого вращающегося тиристорного преобразователя 2.

Изменение направления тока на отрицательное в обмотке 33 возбуждения вспомогательного генератора 5 переменного тока вы. зывает появление сигнала на втором выходе реверсивного датчика 35 тока возбуждения вспомогательного генератора 5, который, воздействуя на первый управляющий вход четвертого управляемого ключа 37, переводит его во включенное состояние, включение четвертого управляемого ключа 37 сопровождается появлением сигнала на его выходе, который поступает на первые управ- 15 ляющие входы седьмого 41 и восьмого 42 управляемых ключей и подготавливает их к включению.

При нулевом сигнале по току (от первого датчика 7 тока возбуждения синхронной машины 1) происходит включение седьмого 41 и восьмого 42 управляемых ключей и подключение первой 16 и второй 18 обмоток возбуждения второго дополнительного генератора 10 к введенным источникам питания (не показаны) . При этом направ- 25 ление и соотношение токов в первой 16 и второй 18 обмотках возбуждения второго дополнительного генератора 10 должны быть такими, чтобы обеспечить угол по регулирования второго вращающегося тиристорного преобразователя 3 при отрицательном направлении тока в обмотке 33 возбуждения вспомогательного генератора 5.

При необходимости съем импульсов с вторых управляющих входов пятого 39, шестого 40, седьмого 41 и восьмого 42 управляемых ключей (при появлении нулевого сигнала по току от первого 7 или второго 8 датчиков тока возбуждения синхронной машины 1) может осуществляться с выдержкой времени для обеспечения выдержки между съемом импульсов с пер- 4р вого вращающегося тиристорного преобразователя 2 и подачей их на второй вращающийся тиристорный преобразователь 3 или наоборот. Третий 26 и четвертый 27 усилители при этом находятся в выключенном состоянии благодаря наличию на их 45 управляющих входах соответствующего сигнала (логической «1») с выхода блока 38 задержки.

Таким образом, при 1 ) Ip процессы регулирования возбуждения синхронной машины осуществляются воздействием на угол регулирования первого и второго тиристорных вращающихся преобразователей, а при 1 (Ip регулирование возбуждения синхронной машины осуществляется воздействием на обмотку возбуждения вспомогательного генератора 5 переменного тока благодаря переводу последнего в диодный режим с сохранением

8 возможности реверса тока возбуждения синхронной машины. Это улучшает регулировочные характеристики устройства в зоне малых токов возбуждения синхронной машины и повышает надежность работы устройства.

Другие режимы работы в устройстве осуществляются аналогичным образом.

Таким образом, изобретение позволяет получить хорошие регулировочные характеристики при высокой надежности работы.

Устройство для реверсивного бесщеточного возбуждения синхронной машины, содержащее первый и второй вращающиеся тиристорные преобразователи, входами переменного тока подключенные к якорной обмотке вспомогательного генератора переменного тока, а первыми объединенными выходами разноименной полярности — непосредственно к одному выводу обмотки возбуждения синхронной машины, другой вывод которой связан с вторыми разноименными выходами первого и второго вращающихся тиристорных преобразователей соответственно через первый и второй датчики тока возбуждения, первый и второй дополнительные генераторы, установленные на одном валу с синхронной машиной и якорными обмотками, связанными соответственно через первую и вторую системы формирования импульсов управления с управляемыми входами первого и второго вращающихся тиристорных преобразователей, первый и второй дополнительные генераторы имеют каждый первую и вторую обмотки возбуждения,. смещенные в пространстве на угол 90 эл. град., первая и вторая обмотки возбуждения первого дополнительного генератора через соответствующие первый и второй усилители, охваченные обратной связью по току, и первые синусный и коси нусный функциональные преобразователи связаны с первым выходом коммутатора, второй выход которого связан с первой и второй обмотками возбуждения второго дополнительного генератора соответственно через вторые синусный и косинусный функциональные преобразователи, а также третий и четвертый усилители, охваченные обратной связью по току, первый и второй управляющие входы коммутатора связаны с выходами соответственно первого и второго датчиков тока возбуждения, а информационный вход — с выходом автоматического регулятора возбуждения, первыми управляющими входами связанного с выходами датчиков напряжения и тока синхронной машины, а вторыми управляющими входами — с первым и вторым датчиками тока возбуждения синхронной машины, первый и второй управляемые ключи, включенные в места связи между первым и вторым выходами ком1387171

Составитель А. Бабак

Редактор M. Бланар Темред И. Верес Корректор А. Тяско

Заказ ) 229/56 Тираж 583 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие. г. Ужгород, ул. Проектная, 4 мутатора и соответственно входами первых и вторых функциональных преобразователей, обмотка возбуждения вспомогательного генератора переменного тока связана через пятый усилитель с выходом автоматического регулятора возбуждения, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности и улучшения регулировочных, характеристик, все пять усилителей снабжены управляющими входами, при этом пятый усилитель выполнен реверсивным, дополнительно введены реверсивный датчик тока с двумя выходами, включенный в цепь обмотки возбуждения вспомогательного генератора переменного тока, третий и четвертый управляемые ключи с двумя управляющими и одним информационным входами в каждом, первые управляющие входы которых связаны соответственно с первым и вторым выходами реверсивного датчика тока, блок задержки, выход которого связан с информационными входами третьего и четвертого управляемых ключей и с управляющими входами первого, второго, третьего и четвертого усилителей, пятый и шестой управляемые ключи, включенные в места связи первой и второй обмоток возбуждения первого дополнительного генератора с введенными источниками постоянного тока и связанные первыми управляющими входами с выходом третьего управляемого ключа, а вторыми управляющими входами с выходом второго датчика тока возбуждения и с вторым управляющим входом четвертого управляемого ключа, седьмой и восьмой управляемые ключи, включенные в места связи первой и второй обмоток возбуждения второго дополнительного генератора с введенными источниками постоянного тока и

19 связанные первыми управляющими входами с выходом четвертого управляемого ключа, а вторыми управляющими входами — с выходом первого датчика тока возбуждения и с вторым управляющим входом третьего управляемого ключа, компаратор, первым и

15 вторым входами связанный с выходами первого и второго датчиков тока возбуждения, а выходом — с входом блока задержки, девятый управляемый ключ, включенный выключающим и включающим выходами соответственно в места связи автоматического регулятора возбуждения с информационным входом компаратора и с информационным входом пятого усилителя, а управляющим входом подключенный к выходу блока задержки, при этом управляющий

25 вход пятого усилителя связан с выходом блока задержки.