Энергосистема переменного тока

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для синхронных компенсаторов, генераторов - двигателей гидроаккумулирующих электростанций, генераторов газотурбинных установок и синхронных двигателей. Целью изобретения является повышение надежности запуска путем увеличения пускового момента синхронной машины при ограниченной мощности источника питания. Энергосистема переменного тока снабжена вторым выключателем 10 для подключения первичной обмотки трансформатора 9 к сети, а статорная обмотка синхронной машины 1 дополнительными отводами 19 подключена через контакты коммутационного аппарата 11 к выводам переменного тока управляемого тиристорного выпрямителя 6. Низковольтная обмотка трансформатора 9 подключена к выводам переменного тока управляемого тиристорного выпрямителя 13, а высоковольтная через контакт коммутационного аппарата 12 - к выводам переменного тока выпрямителя 6. Дополнительный выпрямитель 13 при указанном выполнении энергосистемы используется в качестве резервного источника возбуждения синхронной машины. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1522 0, А 1 (g1) 4 Н 02 P 1/52

ГОСУДАРСТЕЕННЫй НОМ14ТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

3Б00ЮЗУЯ

МЫЛА 1 А:.". 1;!!6

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4051376/24-07 (22) 07.04.86 (46) 15.11.89. Бюл. Р 42 (7!) Asербайджанский институт нефти и химии им. М. Азизбекова (72) А. И. Абдулкадыров, Г. -А. Гусейнов и Т. К. Касумова ($3) 62-33:621.316.717(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 851716, кл. Н 02 P 7/42, 1979.

Патент Швеции Р 323129, кл. 21 с 57/34, 1971, Авторское свидетельство СССР

Р 1163455, кл. Н 02 Р 7/42, l985.. надежности запуска путем увеличения пускового момента синхронной машины при ограниченной мощности источника питания энергосистема переменного тока снабжена вторым выключателем 10 для подключения первичной обмотки трансформатора 9 к сети, а статорная обмотка синхронной машины 1 дополнительными отводами 19 подключена через контакты коммутационного аппарата 11 к выводам переменного тока управляемого тиристорного выпрямителя 6. Низковольтная обмотка трансформатора 9 подключена к выводам переменного тока управляемого тиристорного выпрямителя 13, а высоковольтная через кон" такт коммутационного аппарата 12— к выводам переменного тока выпрямителя 6. Дополнительный выпрямитель 13 при указанном выполнении энергосисте- С мы используется в качестве резервного источника возбуждения синхронной ма- 2 шины. 4 ил. (54) ЭНЕРГОСИСТЕМА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА (57} Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для синхронных компенсаторов, генераторовдвигателей гидроаккумулирующих электростанций, генераторов газотурбинных установок и синхронных двигателей.

Целью изобретения является повышение фи&. f

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

1522370

) ! Изобретение относится к электратех нике, а точнее к системам возбуждения, и пуска электрических машин перемен ного тока, и может быть использовано

5 . для синхронных компенсаторав, генера" торов-двигателей гидроаккумулирующих электростанций, генераторов газотурI бинных установок и синхронных двигателей. 1О

Цель изобретения - повышение надеж- . ности запуска путем увеличения пускового момента синхронной машины при ограниченной мощности источника питания.

На фиг. 1 приведена схема знергоси-15 стемы переменного тока „ на фиг. 2 .— структурная схема блока управления; на фиг. 3 — та же, автоматического регулятора пуска; на фиг. 4 - диаграмма работы предложенного устройства.

Энергосистема переменного тока содержит синхронную машину 1 - датчиком

2 положения ротора 3, выключатель 4 для соединения статорной обмотки с сетью 5 и узел возбуждения. Узел возбуждения включает в себя два управляемых тиристорных выпрямителя 6 и 7, соединенных на стороне постоянного тока встречно-параллельно через урав30 нительный реактор 8 со средним отводом, трансформатор 9 с первичной и вторичными обмотками, соединенный с сетью 5 выключателем 10, два коммутационных аппарата 11 и 12, дополнительный управляемый трехфазный тиристорный выпрямитель 13, два датчика 14 и

15 тока, адин из которых включен в цепь переменного тока дополнительного выпрямителя 13, а другой — в цепь пе40 ременного тока второго управляемого, трехфазного тирнсторногD выпрямителя

7, два блока 16 и 17 управления, выход одного из которых (16) соединен с управляющим входом дополнительного вы45 прямителя 13, а вход — с датчиком 14 тока этого выпрямителя. Входы второго блока 17 управления соединены соответственно с датчшсом 2 положения ротора и датчиком тока 15 второго выпрямителя, а выходы — с управляющими входами 50 первого 6 и второго 7 управляемых выпрямителей. Обмотка !8 возбуждения синхронной машины l через контакт первого коммутационного аппарата 11 подключена к выводам постоянного тока дополнительного управляемого трехфазного тиристорнаго выпрямителя и одним выводом через контакт 12-1 второго коммутационного аппарата 12 — к среднему выводу реактора 8.

Первая вторичная обмотка трансформатора 9, выполненная низковольтной, соединена с выводами переменного тока дополнительного выпрямителя 13, а вторая вторичная обмотка, выполненная высоковольтной, через контакты второго коммутационного аппарата !2 соединена с выводами переменного тока первого управляемого тиристорного выпрямителя б, подключенными через контакты первого коммутационного аппарата

11 к дополнительным отводам 19 статорной обмотки синхронной машины.

Второй вариант энергосистемы содержит дополнительный коммутационный аппарат 20, контакт 20.1 которого включен между выходом дополнительного выпрямителя 13 и обмоткой 18 возбуждения синхронной машины 1 вместо контакта !1.1 первого коммутационного аппарата 11.

Блок 17 управления содержит автоматический регулятор 21 пуска (АРП) (фиг. 2), системы 22, 23 импульсного и импульсно-фазового управления соответственно выпрямителей 6 и 7, автосинхронизатор 24, измерительные трансформаторы 25, 26 напряжения; автоматический регулятор 27 возбуждения (APB) системы 28., 29 импульсно-фазового управления соответственно для выпрямителей 6 и 7.

Структурная схема автоматического регулятора 21 пуска включает в себя датчик ЗО (фиг. 3) частоты (преобразователь типа код — аналог), масштабньй усилитель 31, задатчик 32 конечной частоты вращения", задатчик 33 интенсивности разгона, регулятор 34 частоты вращения, регулятор 35 тока, задатчик 36 вида коммутации„ блок 37 сравнения; преобразователь 38 датчика îка.

Блок 16 управления ссдержит преобразователь датчика така, регулятор тока и систему импульсно-фазового управления, аналогичные 38, 35 и 23.

Энергосистема работает следующим образом.

Выпрямители 6 и 7 совместно с уравнительным реактором 8 сбраэуют преобразователь частоты, причем выпрямитель 6 работает в инверторном режиме и питает часть обмотки статора синхронной машины 1 путем подсоединения

5 1522 его к отводам 19 этой обмотки через контакты первого коммутационного аппарата 11. При этом обмотка 18 возбуждения машины получает питание от дополнительного выпрямителя 13. Ток в обмотке 18 возбуждения поддерживается неизменным (или регулируется с целью ускорения процесса пуска) с помощью регулятора и блока 16 управления.

Разгон синхронной машины осуществляется за счет увеличения амплитуды и частоты нанряжения на выходе инвертора-выпрямителя 6 так, чтобы ток в обмотке статора находился на максимально возможном уровне. Зто обеспечивается стабилизацией тока выпрямителя 7 и повышением частоты коммутации тиристоров выпрямителя 6 с помо- щ щью регулятора и блока 17 управления.

На начальном этапе разгона машины (до частоты вращения 0,1 номинальной) коммутация тиристоров выпрямителя б осуществляется за счет прерывания тока выпрямителя 7, с которого в моменты коммутации снимаются управляющие импульсы. После достижения частоты вращения уровня О, l номинальной коммутация тиристоров выпрямителя б осущест- 30 вляется за счет ЗДС машины. Этот процесс коммутации (включение и отключение от источника питания фаз обмотки статора машины) осуществляется с помощью датчика 2 положения ротора 3 и организован таким образом, чтобы обеспечить в среднем энакопостоянный электромагнитный момент машины, который создает ускорение ротора при разгоне. . Таким образом, ротор разгоняется до 40 частоты вращения, превышающей номинальную на 5-10Х.

Блок 17 управления работает следующим образом.

При пуске функционирует регулятор 45

2l Конечная частота вращения машины определяется задатчиком 32 и соответствует частоте 52,5-55 Гц. Темп разгона машины задается задатчиком 33 интенсивности, его выход служит зада- 50 нием для регулятора 34 частоты, на другой вход которого подается сигнал текущей частоты от датчика 30 частоты через масштабный усилитель 31. Датчик 30 частоты преобразует импУльсы датчика 2 положения ротора в соответствующий аналоговый сигнал, пропорци= онапьный частоте вращения. Выход регулятора 34 частоты служит заданием

370 °

6 для регулятора 35 тока, на другой вход которого поступает сигнал с преобразователя датчика 38 тока.

Регулятор 35 тока устанавливает соответствующий фазовый сдвиг импульсов, вырабатываемых системой 23 импульсно-фазового управления, т.е.— угол управления выпрямителя 7 и, тем самым напряжение, подводимое к инвертору 6., и ток в обмотке статора машины. Вид коммутации тиристоров инвертора 6 определяется элементами 36 и

37. До частоты вращения О,I номинальной, задаваемой задатчиком 36 устройство 37 сравнения выдает команду системе 22 импульсного управления на установку для инвертора б угла опережения P = 0 (для обеспечения необходимого момента трогания). Вьмодные импульсы системы 22 синхронизированы с импульсами датчика 2 положения ротора. .КроМе того, система 22 вырабатывает сигнал на кратковременное (продолжительностью 5-10 мс) снятие импульсов с системы 23 и тем самым обеспечивает запирание выпрямителя 7. Зто необходимо для коммутации тиристоров инвертора 6. При частоте вращения О, 1 номинальный и больше сигнал на вьмоде устройства 37 сравнения изменяется, соответствующая этому сигналу команда переключает систему 22 импульсно"

ro управления на работу с углом опе-. режения 3 60, который далее сохра няется неизменным. Одновременно эта команда снимает сигнал на запирание выпрямителя 7, подаваемьпЪ на систему

23, так как на указанном этапе коммутация тиристоров инвертора 6 осущест" вляется эа счет ЗДС машины и необходимость в запирании выпрямителя 7 отпадает.

На входы автосинхронизатора 24 с помощью трансформаторов 25 и 26 напряжения поданы напряжения с зажимов машины U и сети U . .Автосинхронизатор тор выдает команду на синхронизацию машины с сетью (на включение включателя 4) при выполнении следующих условий:

АОИ 5 11 40й )

=! +5 1в 1 ьма ) где U, f — напряжение и частота сети;

1 522370

l1,, f, — напряжение .и частота машины 1

g, (д, — угловые частоты напряжения сети и машины соот5, ветственно;

- время включения включателя 4, считая от момента появления сигнала автосинхронизатора. 10

Аналогичные команды с других выхоов автосинхрониэатора 24 подаются а системы 22 и 23 импульсного управения для запрета выработки ими имульсов управления инвертора 6 и вырямителя 7, т.е..для их запирания.

В предлагаемом варианте схемы блоа 17 на автосинхронизатор 24 возлоена также функция выработки команд правления коммутационными аппаратами 20

12 и 11 (20), а также блоком 16 и истемами 28 и 29 импульсно-фазового правления.

Команды для указанных элементов страйства вырабатываются автосинхро- 25 яизатором 24 с выдержкой времени й, ревьппающей продолжительность синхронизации машины. Эти команды (см. рис. 4) следующие: — для блока 16 на запирание; — для аппарата 11 (20} на выключение; - для аппарата 12 на включение; — для систем 20 и 29 на разрешение выработки импульсов для выпрямителей б и 7.

По окончании процесса синхрониза35 цин, т.е. в рабочем режиме машины, в устройств е функционируют выключатели

10 и 4, коммутационный аппарат 12„ ! автоматический регулятор 27 возбуждения, по сигналу которого работают ли- 4 бо система 28 импульсно-фазового уп равления и выпрямитель 6, либо систе ма 29 импульсно-фазового управления и выпрямитель 7, обеспечивающие соответственно положительный и отрицатель-„5 ( ный токи возбуждения синхронной машиHbl

По сравнению с прототипом предлагаемая система позволяет увеличить кратность пускового момента машины в (1+

+U„jXd ) раз, что обеспечивается изи 50 эа отсутствия трансформатора между обмоткой статора и выпрямителем 6 (U " напряжение короткого замыкания трансформатора, Xd — сверхпереходное индуктивное сопротивление синхронной

55 машины по продольной оси).

Кроме того, в прототипе при пуске машина питается от сети собственных нужд. Напряжение этой сети, как правило, составляет 0,4 кВ. В ряде случаев это напряжение может оказаться недостаточным для обеспечения необходимой кратности пускового момента. Это обстоятельство ограничивает возможность применения устройства по прототипу.

В предлагаемой системе кратность пускового момента машины определяется кратностями форсирования возбуждения по напряжению и по току и пропорциональна их произведению. Если при заданных значениях этих величин необходимая кратность пускового момента не обеспечивается, то ее увеличения можно добиться за счет увеличения напряжения второй вторичной обмотки трансформатора 9 и соответствующим увеличением коэффициентов запаса по напряжения и по току выпрямителей б и 7.

Одновременно с этим улучшаются динамические свойства узла возбуждения и повьппается надежность его работы в нормальных режимах синхронной машинь1, Предложенное в энергосистеме сое" динение входящих в него компонентов н введение дополнительного коммутационного аппарата 20 позволяет исполь" зовать выпрямитель 13 в качестве ре"-ервного источника возбуждения синхронной машины. При повреждении выпрямителя б коммутационный аппарат 12 выключается, коммутационный аппарат

20 включается и в работу вводится выпрямитель 13. Этот выпрямитель может быть, рассчитан только на нормальные режимы машины и не обеспечивать форсирование возбуждения, надежность энергосистемы возрастает вдвое, при" чем замену поврежденных элементов выпрямителя 6 можно производить без остановки машины. Таким образом, повышается надежность и улучшается ремонтопригодность энергосистемы переменного тока.

Формула изобретения

Энергосистема переменного тока, содержащая синхронную машину с датчиком положения ротора, выключатель для соединения статорной обмотки синхронной машины с сетью, узел возбуждения, включающий два управляемых тиристорных выпрямителя, соединенных на стороне постоянного тока встречнопараллельно через уравнительный реактор, снабженный средним отводом, трансформатор с первичной и вторичны"

1522370 ми обмотками, два коммутационных аппарата, дополнительный управляемый трехфазный тиристорный выпрямитель, обмотка возбуждения синхронной машины через контакт первого коммутацион5 ного аппарата подключена к выводам постоянного тока дополнительного управляемого трехфазного тиристорного выпрямителя и одним выводом через контакт второго коммутационного аппарата — к среднему отводу реактора, два датчика тока, один из которых включен в цепь переменного тока дополнительного выпрямителя, а другой - 15 в цепь переменного тока второго управляемого трехфазного тиристорного выпрямителя, два блока управления, выход одного из которых соединен с управляющим входом дополнительного вы- о выпрямителя, а вход — с датчиком тока этого выпрямителя, входы второго . блока управления соединены соответст- венно с датчиком положения ротора и датчиком тока второго выпрямителя, 25 а выходы « с управляющими входами первого и второго управляемых выпрямителей, о т л и ч а io щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности запуска путем увеличения пускового момента синхронной машины при ограниченной мощности источника питания, трансформатор снабжен второй вторичной обмоткой, а статорная обмотка - дополнительными отводами, введен второй выключатель для подключения первичной обмотки трансформатора к сети, первая вторичная обмотка трансформатора, выполненная низковольтной, соединена с выводами переменного тока дополнительного управляемого трехфазного тиристорного выпрямителя, а вторая вторичная обмотка трансформатора, выполненная высоковольтной, через контакты второго коммутационного аппарата связана с выводами переменного тока первого управляемого выпрямителя, подключенными через контакты первого коммутационного аппарата к дополнительным отводам статорной обмот-; ки синхронной машины.

f

«(г

Составитель А. Головченко

Редактор М. Келемеш Техред g,дидык Корректор 0 ° Ципле,,Заказ 6977/54 Тираж 551 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101