Источник электроэнергии

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматического регулирования возбуждения бесщеточных электрических машин (БЭМ). Целью изобретения является повышение надежности и упрощение конструкции ротора. Источник электроэнергии содержит вращающийся силовой выпрямитель 3, вход которого подключен к силовым выводам возбудителя 4, управляющие входы связаны с фотоприемниками, а выход - с обмоткой возбуждения 2, бесщеточной электрической машины, широтно-импульсный регулятор напряжения 5 связан с входом, связанным с силовыми выводами БЭМ и с выходом, связанным с входами излучателей 8 световых сигналов на форсировку возбуждения, регулятор 25 возбуждения возбудителя с встроенным источником постоянного напряжения, подключенным к излучателям 9 световых сигналов на инвертирование возбуждения. Сущность изобретения заключается в определенном расположении на статоре излучателей 8, 9, а на роторе фотоприемников 16-21. 6 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) 01) (51)5 Н 02 P 9/14

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

° «Ф Ф1В(А

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4451141/24-07 (22) 30 06 88 (46) 15.12.90. Бюл. М 46 (71) Ленинградское производственное электромашиностроительное объединение

"Электросила" им,С,M.Êèðîâà (72) А.В.Гордин, В.Я.Вейгандт и Д.А.Кацман (53) 621.316.722:621.313.392 (088.8) (56) Воробей В.К. и др; Тиристорный бесщеточный возбудитель для трубогенератора мощностью 300 Мвт. — Электротехническая промышленность. Сер, "Электрические машины, 1975, вып.9 (55), с.8 — 10.

Авторское свидетельство СССР

М 525219, кл. Н 02 P 9/14, 1973, (54) ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматического регулирования возбуждения бесщеточных электрических машин (БЭМ). Целью изобретения является повышение надежности и упрощение конструкции ротора. Источник электроэнергии содержит вращающийся силовой выпрямитель 3,вход которого подключен к силовым выводам возбудителя 4, управляющие входы связаны с фотоприемниками, а выход— с обмоткой возбуждения 2 бесщеточной электрической машины, широтно-импульсный регулятор напряжения 5 связан с входом, связанным с силовыми выводами БЭМ и с выходом, связанным с входами излучателей 8 световых сигналов на форсировку возбуждения, регулятор 25 возбуждения возбудителя с встроенным источником постоянного напряжения, подключенным к излучателям 9 световых сигналов на инвертирование возбуждения. Сущность изобретения заключается в определенном расположении на статоре излучателей 8,9, а на роторе фотоприемников 16 — 21, 6 ил.

1614093

45

ИЛИ 11 через усилитель 12 связан с входом 50 излучателя 8 световых сигналов на форсировку возбуждения.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматического регулирования возбуждения бесщеточных электрических машин.

Цель изобретения — повышение надежности и упрощение конструкции ротора,устройства для автоматического . регулирования возбуждения бесщеточной электрической машины.

На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема источника электроэнергии; на фиг, 2 — техническое решение узла. размещения неподвижных светодиодов и вращающихся фотоприемников на фотодиодэх и его разрез А-А; на фиг. 3— техническое решение узла размещения вращающегося фотоприемника, выполненного на фототиристоре, и неподвижных светодиодов; на фиг. 4- схема расположения фотоприемников; на фиг. 5 — векторная диаграмма напряжений возбудителя переменного тока; на фиг. 6 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

Источник электроэнергии содержит бесщеточную синхронную машину 1 с обмоткой 2 возбуждения, вращающийся силовой выпрямитель 3, вход которого подключен к силовым выводам возбудителя

4 переменного тока, управляющие входы связаны с фотоприемниками, а выход предназначен для связи с обмоткой возбуждения бесщеточной электрической машины, широтно-импульсный регулятор 5 напряжения (WNPM) бесщеточной электрической машины, вход которого предназначен для связи через датчики напряжения 6 и тока 7 с силовыми выводами бесщеточной электрической машины и с выходом, связанным с входами излучателей 8 световых сигналов на форсировку возбуждения, а также излучатели 9 световых сигналов на инвертирование возбуждения, Выход ШИРН подключен к входу блока 10 перевода вращающегося силового выпрямителя 3 в режим работы неуправлявмого выпрямителя (БП) и первому входу логического элемента ИЛИ 11, второй вход . которого подключен непосредственно к выходу ШИРН 5. Выход логического элемента

Излучатели 8 и 9 состоят из резисторов

13 и светодиодов 14 и 15 и расположены на статоре, а фотоприемники установлены на роторе. В качестве плеч 16-21 вращающегося силового выпрямителя 3 могут использоваться вентили на фотореэисторах. Причем в каждом плече может быть использовано несколько фототиристоров. БП может быть

25 выполнен на интеграторе 22 со сбросом и компараторе 23. Обмотка 24 возбуждения возбудителя через регулятор 25 возбуждения возбудителя подключена к выходу подвоэбудителя 26. Регулятор 25 возбуждения возбудителя содержит источник постоянного напряжения, выход которого связан с входами излучателей 9 световых сигналов на инвертирование возбуждения.

Устройство для размещения фотоприемников соответствующих плеч вращающегося силового выпрямителя 3 и светодиодов t4 и 15(фиг.2) состоит из статора 27, статорной втулки 28, роторной втулки 29, уплотнительных сальников 30, вала 31, выводов светоэлемента 32, изолирующей втулки 33 и световода 34 с приемным окном 35.

На фиг. 3 представлен вариант размещения фотоприемника, выполненного на фототиристоре, непосредственно в воздушном зазоре электрической машины.

Излучатели (фиг.2) объединены в светодуги 36, количество которых равно числу пар полюсов р возбудителя переменного тока.

Светодуги расположены равномерно по окружности статорэ и составлены каждая из двух полудуг. Первая полудуга по направлению вращения ротора состоит из. светодиОдов 14, излучателей световых сигналов на форсировку возбуждения, и ее длина соответствует максимальному углу управления ам„, вентилями вращающегося силового выпрямителя. Вторая полудуга состоит иэ обеспечивающих надежное включение вентилей вращающегося силового выпрямителя светодиодов 15, излучателей светового сигнала на инвертирование возбуждения, и ее длина соответствует угловой длительности импульсов управления а. Число приемных окон фотоприемников равно числу плеч вращающегося силового выпрямителя, а каждое приемное окно фотоприемника управления вентилем (например 16) вращающегося силового выпрямителя 3 сдвинуто относительно оси фазы 37 обмотки ротора возбудителя переменного тока, к которой подключен ука анный вентиль 16 вращающегося силового выпрямителя на угол, на 30 эл.град. меньший угла сдвига между началом светодуги 36 и осью 38 соответствующего этой дуге полюса статора возбудителя переменного тока.

Источник электроэнергии, представленный на фиг. 1-4, содержит возбудитель

4 с трехфазной обмоткой ротора, вращающийся силовой выпрямитель 3 выполнен на фототиристорах и имеет мостовую схему выпрямления, а число пар полюсов возбудителя р-2.

1614093

10

Число плеч силового выпрямителя 3 равно шести, такое же количество приемных окон расположено на роторе, каждое приемное окно имеет свой световод, разветвляющийся на параллельные фототиристоры соответствующего плеча вращающегося силового выпрямителя, расположенного на валу 31.

Если приемные окна фотоприемников, выполненных в виде фототиристоров расйоложены на оси обмотки, питающей фототиристоры 16, 19, начало светодуги 36 сдвинуто относительно оси соответствующих полюсов на угол +30 эл,град. (в сторону вращения ротора). Именно этот случай показан на фиг. 4. Таким образом момент совмещения фотоприемника 16 с началом светодуги 36 (фиг,4) соответствует моменту естественного зажигания фототиристоров

16 в режиме холостого хода возбудителя 4.

На векторных диаграммах (фиг,5) использованы следующие обозначения: d, q

-продольная и поперечная оси возбудителя

4, е хх е — векторы неискаженной ЭДС на входе силового выпрямителя 3 в режиме холостого хода (ХХ) возбудителя 4 и под нагрузкой соответственно; е дхх, е д е Вхх е а, е схх е c — фазныеЭДС на выходе выпрямителя 3 в режиме ХХ и под нагрузкой, являющиеся проекциями на оси фаз векторов е XX и е соответственно; р- угол сдвига между векторами е хх и е; А,B,С вЂ” фазные оси ротора возбудителя 4; А, В, С вЂ” фазные оси спустя время t< = p/а, где в — циклическая частота возбудителя 4; ф — магнитный поток возбудителя 4 по оси d, На фиг. 5 оси

А, В, С показаны в момент, соответствующий точке естественного зажигания вентиля 16 íà ХХ, при котором едхх = есхх.оси

А, В, С показаны в момент, соответствующий точке естественного зажигания вентиля 1.6, когда е д = е с, при нагруженном возбудителе 4.

На фиг, 6 Ug, 0з — напряжения на выходе

ШИРН 5 и вращающегося силового выпрямителя 3 соответственно; 0з(+) — напряжение на катодах фототиристоров катодной группы 16,18 и 20 относительно нулевого потенциала (нулевой точки возбудителя).

Для того, чтобы не усложнять диаграммы, на фиг. 6 не показано напряжение 0з(-), формирующееся на анодах фототиристоров 17, 18 и 21 аналогично Оз(+).

Источник электроэнергии работает следующим образом, В нормальных режимах работы на выходе ШИРН 5 имеет место сигнал широтноимпульсной модуляции (ШИМ), в соответствии с которым загораются светодиоды 14. Интегратор 22 сбрасывается при этом сигналом ШИМ. На выходе компаратоРа 23 имеет место нулевой логический уровень напряжения.

Светодиоды 15 подключены к выходу источника постоянного напряжения. Поэтому полудуга 15 (фиг.2) постоянно излучает, в то время как полудуга 14 излучает только часть периода измеряемого напряжения, Как показано на фиг. 6, полудуга 14 излучает в промежутке времени t1< t< t2.

Если излучает вся дуга 36, то вращающиеся приемные окна фотоприемников

16-21, расположенные, как показано на фиг. 4, непрерывной линией, через 60 эл,град., поочередно совмещаются с началом излучающей светодуги 36, при этом формируется импульс управления на фототиристоры соответствующего плеча. Поскольку совмещение приемного окна со светодиодом, расположенным в начале светодуги, соответствует моменту естественного зажигания фототиристоров соответствующего плеча силового выпрямителя 3 на холостом ходу возбудителя 4 (фиг.5), вращающийся силовой выпрямитель 3 работает с нулевым углом управления.

Под нагрузкой вектор неискаженной

ЗЛС е сдвигается на угол pотносительно е хх (фиг.5). При этом момент естественного зажигания фототиристоров 16 — 21 смещается также на угол rp, следовательно, при совмещении приемного окна фотоприемника со светодиодом,. расположенным вначале светодуги, формирующийся импульс ynpasления соответствующего фототиристора не может включить этот фототиристор, так как на нем в этот момент отрицательное напряжение, фототиристор включается через воемя (н= p/à (фиг.5), т.е. в момент естественного зажигания. Таким образом, под нагрузкой при излучении всей дуги 36 фототиристоры

16 — 21 также включаются с нулевыми углами управления.

На фиг. 4 показан момент совмещения светодиода, расположенного вначале светодуги 36, с приемными окном фототиристора 16.

Если отсутствует необходимость устанавливать в плечах вращающегося силового выпрямителя параллельно соединенные фототиристоры, то, очевидно, возможно такое расположение фототиристоров 16 — 21, и ри котором их. собственные приемные окна совмещались бы со светодиодами светодуг 14 и 15, кэк показано на фиг. 3. При этом отпадает необходимость в прокладке световодов, что еще более упрощает конструкцию ротора.

1614093

Если полудуга 14 не излучает, приемное окно фототиристоров 9 (фиг.2) получает световой импульс спустя время а ак /и, гре а„,„с — угловая протяженность полудуги 14. Импульс управления в атом случае формируется при совмещении приемного окна фототиристоров 9 со светодиодом, расположенным вначале полудуги 15. То же самое произойдет и с другими приемными окнами, Если при прохождении приемных окон вдоль неизлучающей полудуги 14 полудуга

14 начинает излучать в моменты t>, тз на фиг.6, то световой поток либо через световоды 34 (фиг.2), либо непосредственно (фиг.3) включает соответствующие фототиристоры (фиг.6).

Угловая длительность полудуги 14 соответствует максимальному углу управления вращающегося силового выпрямителя 3, при котором обеспечивается надежный без срывов инверторный режим. Очевидно, если уменьшить этот угол, увеличивается запас по срыву инвертора, однако при этом уменьшается и глубина инвертирования, что снижает быстродействие системы при сбросах нагрузки. В инверторном режиме

ЗДС е опережает вектор е хх в отличие от режима выпрямления, где е отстает от вектора е хх (фиг.5). Поэтому реальный угол управления в инверторном режиме а=амакс+p. На фиг. 6 показаны векторные диаграммы, когда а = 120 эл.град.

При изменении напряжения бесщеточной электрической машины 1 соответственно изменяется длительность положительных импульсов на выходах элементов 5 и 3. При этом меняется среднее напряжение за период, приложенное к обмотке 2 возбуждения. Тем самым обеспечивается процесс регулирования напряжения бесщеточной электрической машины 1. При больших провалах напряжения бесщеточной электрической машины 1 ШИРН 5 выдает положительный сигнал и вращающийся силовой выпрямитель 3 переводится в режим работы неуправляемого выпрямителя, обеспечивая форсировку возбуждения. При всплесках напряжения на выходе ШИРН 5 . сигнал отсутствует, светодиоды 14 не излучают, а излучают только светодиоды 15, обеспечивая инверторный режим работы силового выпрямителя 3, т.е, расфорсировку возбуждения.

Угловая длительность полудуги 15 соответствует длительности импульса управления т - а,/со, который обеспечивает надежное включение фототиристоров.

Количество светодиодов в дугах 36 определяется угловым расстоянием амико+а, а также диаграммы направленности выбранных светодиодов. Близко рас5 положенные светодиоды образуют протяженный источник излучения, обеспечивающий отсутствие дискретности регулирования. В этом случае при выходе из строя части светодиодов устройство обеспечивает

10 нормальную работу бесщеточной электрической машины 1.

Для уменьшения вероятности включения фототиристоров отраженным световым,, потоком поверхности роторной втулки 29

15 целесообразно покрыть светопоглощающим веществом.

Если светодиоды расположены друг от друга так, что их потоки не перекрываются,то для устройства характерна нечувстви20 тельность, которая может вызвать модуляцию напряжения. Однако в ряде случаев такая модуляция вполне допустима.

На фиг. 4 показан непрерывной линией первый вариант расположения приемных

25 окон, однако такое расположение не является единственным, Пунктирной линией показан второй вариант расположения приемных окон, сдвинутых относительно расположения первого варианта на 360

30 эл.град. Очевидно, возможно комбинирование указанных вариантов, что дает свободу при разработке конструкции вращающейся части. Например, приемные окна фототиристоров 16,18 и 20 можно расположить по

35 первому варианту, а приемные окна фототиристоров 17, 19 и 21 — по второму варианту.

В общем случае число вариантов расположения каждого приемного окна равно Р, а общее число всех вариантов P m, где m—

40 количество приемных окон.

Если при неисправностях ШИРН 5 на его выходе сигнал отсутствует, на выходе интегратора 22. а следовательно, на выходе

45 компаратора 23 имеет место высокий уровень напряжения, который включает светодиоды 14 и переводит силовой выпрямитель

3 в режим работы неуправляемого выпрямителя, а управление возбуждением осущест50 вляется регулятором возбуждения возбудителя 25, который в этом режиме выполняет функции ШИРН 5, и возбуждение бесщеточной электрической машины 1 определяется величиной напряжения на об55 мотках переменного тока возбудителя 4.

Регулятор возбуждения возбудителя имеет повышенную уставку по напряжению и при исправном ШИРН 5- не влияет на работу устройства.

1614093

Подвозбудитель 16 может быть необходим только при начальных пусках системы.

В остальных режимах, включая режим короткого замыкания на шинах бесщеточной электрической машины 1, питание регулято- 5 ра 25 возбуждения возбудителя может быть обеспечено по схеме самовозбуждения от датчиков 6 и 7 с токовым или фазовым компаундированием, т.е. подвозбудитель 26 может быть малогабаритным, практически 10 не увеличивающим массогабаритные показатели системы.

Таким образом, устройство позволяет избежать необходимости установки на роторе каких-либо элементов системы управ- 15

Ления, позволяет увеличить надежность устройства и упростить конструкцию ротора, при этом расположенная на статоре система управления вращающимися силовыми выпрямителями также упрощает- 20 ся.

Формула изобретения

Источник электроэнергии, содержащий бесщеточную электрическую машину с вращающимся силовым выпрямителем, вход.25 которого подключен к силовым выводам возбудителя переменного тока, управляющие входы связаны с фотоприемниками, а выход связан с обмоткой возбуждения бесщеточной электрической машины, широтно- 30 импульсный регулятор напряжения бесщеточной электрической машины с входом, связанным с.силовыми выводами бесщеточной электрической машины, и с выходом, связанным с входами излучателей 35 световых сигналов на форсировку возбуждения, излучатели световых сигналов на инвертирование возбуждения, все излучатели расположены. на статоре бесщеточной элек40 трической машины, а фотоприемники — на роторе бесщеточной электрической машины с возможностью оптической связи излучателей с фотоприемниками, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения надежности и упрощения конструкции ротора, в него введен источник постоянного напряжения, выход которого связан с входами излучателей световых сигналов на инвертирование возбуждения, излучатели обьединены в светодуги, расположенные равномерно по окружности статора, количество которых равно числу пар полюсов возбудителя переменного тока, светодугисоставлены каждая из двух полудуг, первая по направлению вращения ротора полудуга состоит из излучателей световых сигналов на форсировку возбуждения и ее длина соответствует максимальному углу управления вентилями вращающегося силового выпрямителя, вторая полудуга состоит из излучателей светового сигнала на инвертирование возбуждения и ее длина соответствует угловой длительности импульсов управления, обеспечивающих надежное включение вентилей вращающегося силового выпрямителя, число приемных окон фотоприемников равно числу плеч вращающегося силового выпрямителя, а каждое приемное окно фотоприемника управления вентилем вращающегося силового выпрямителя сдвинуто относительно оси фазы обмотки ротора возбудителя переменного тока, к которой подключен укаэанный вентиль вращающегося силового выпрямителя на угол на 30 эл.град. меньший угла сдвига между началом светодуги и осью соответствующего этой дуге полюса возбудителя переменного тока.

1614093

Л Я

1614093 n

Фиг.b

Составитель А. Акимов

Редактор Л. Пчолинская Техред М.Моргентал Корректор В. Гирняк

Заказ 3897 Тираж 451 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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