Устройство для компенсации падения напряжения у генераторов агрегата ильгнера

 

№ 29537

Класс 21сР, -73 г

АВТОРВНОЕ СВИДЕТЕЛЬСТВО HII ЙВОБРЕТЕНИЕ

ОПИСАНИЕ устройства для компенсации падения напряжения у генераторов агрегата Ильгнера.

К авторскому свидетельству Е йв. Аристова, заявленному

24 мая 1929 года (заяв. свид, № 47891} О выдаче авторского свидетельства опубликовано 3! марта 1933 года.

Принцип работы агрегата Ильгнера, применяемого для смягчения ударов в сети от двигателей, служащих для непо. средственного привода механизмов, состоит в употреблении промежуточного маховичного мотор-генератора. При увеличении силы тока (или тормозящего м6мента) в приводном двигателе агрегат начинает уменьшать скорость, вследствие чего вступают в-действие маховые массь маховика и электрических машин, сидящих на валу агр-гата. Пссл "дние (мзховые массы) создают дополнительный вращающий момент агрегата. Это непременное услови а — снижать "скорость — приводит к отрицательным последствиям для приводного двигателя. В самом деле, если у генеэаторов сстается неизменным возбуждение при падении их скорости, напряжение ик падаег, а отсюда неизбежное следствие †.падение скорости первичного

С Е . двигателя и =- что в свою очеф 7 редь приводит к уменьшению производительности данного устройства.

Пусть, например, имеется прокатный реверсивный стан, катающий в течение 20 проходов слиток. В течение 10 — 20 прохо253 дов неизбежно имеет место, вследствие загрузки маховика, падение скорости и напряжения генераторов, следствием чего будет пониженная скорость двигателя у прокатного стана.

Hpздлагаемое изобретение имеет оснсвной задачей ксмпенсацию последствий падения скорости генераторовпутем введения дополнительного потока возбуждения в их магнитную систему. Задача устройства — ввести допол:ительный поток так, чтобы напряжение было постоянной величиной нли зависело исключит льно от изменения потока возбуждения ге;;ераторов при помощи главного рычага управления.

Обозначим Ep — напряжение главных генераторов при полном их возбуждении и пол::ом числе оборотов агрегата Ильгнера;

Š— то же напряжение при наинизшем числе оборотов агрегата Ильгнера, i †: ток возбуждения генераторов агрегата Ильгнера при действии лишь основного возбудителя, т.-е. такой ток возбуждения, который при наивысш м числе оборотов агрегата дает поток фо, определяющий напряжение (или э.д.с.) Ep. При почиженном числе обо- . ротов току ер соответствует напряжение Е1. Следует заметить, что напряже- ние Е будет несколько ниже величии ны Е 1=Ео †вследств размагничиваю по щего действия реакции якоря.

Определим, какую составляющую потока возбуждения надо дополнительно ввести, чтобы получить E=E>=const.

Пренебрежем предварительно влиянием реакции якоря генератора

Е,=Š— " . Е=Ео — Е,=Ео по по где ЬŠ— падение напряж=ния от уменьшения скорости генератора. Очевидно, что

Ео=СпоФо E 1= 4Фо,АЕ= Фо("о — п1)> следовательно поток Фn при котором

Е, = Ео —— const, должен быть больш: Фо в отношении — о (так как Спо Фо — — Сп, Фq, следовательно, п1

Ф1 = — Фо), приращение п по по Ф = Ф1 — Фо — Фо — Фо=Фо — — 1. п1 п1

Если учесть реакцию якоря генераторов, то, очевидно, можно притти к заключению, что ЬФ должно быть несколько больше, а именно:

ЬФ :> ЬФ

Задача предлагаемого устройства— ввести дополнительный поток ЬФ или ЬФ .

Современная схема Леонарда - Ильгне- ра весьма часто трактуется как квадратичная система Леонарда. Под этим понимается следующее. Генэраторы агрегата Ильгнера питаются током возбужде-: ния не прямо от сети, а от специального мотор-генераторного устройства. Последнее обычно состоит из i) асинхронного двигателя мощностью 100 — 200 квт,, 2) двух генераторов возбуждения (в даль- нейшем именуемых возбудителями), из которых один служит для возбуждения генераторов Ильгнера, а второй — для возбуждения двигателя у прокатного стана (или шахтного подъемника), 3) генератора, дающего напряжение шинам возбуждения возбудителей; этот генератор в дальнейшем именуется вторичным возбудителем. Меняя сопротивление в цепи возбудителей, тем самым мы меняем поток генератора Ильгнера или приводного двигателя со всеми вытекающими из этого последствиями.

На чертеже фиг. 1 изображает схему предлагаемого устройства; фиг. 2 — видоизменение этой схемы.

Основным в схеме являются: главный асинхронный двигатель 7 агрегата Ильгнера (мощностью обычно 1500 — 4000 xsm); один или, как обычно, несколько генераторов 2; поимененная согласно изобретению машина-тахометр 5. Последняя представляет собой машину постоянного тока, имеющую или просто независимое возбуждение, или независимое плюс сериесное возбуждение. Это возбуждение имеет назначением компенсировать реакцию якоря и потому должно давать в случаях наибольшей нагрузки машины 5 составляющую в 5 — 15% общего потока.

Магнитная система машины 5 должна быть ненасыщенной во всех случаях, причем для сохранения пропорциональности, между ее основным независимым током возбуждения и напряжением желательно создание полной компенсации двух противоположных факторов: сериесного возбуждения и реакции якоря. Напряжение машины тахометра при наивысшей ее скорости равно напряжению машины вто- ричного возбуждения.

На оси возбудительнсго агрегата, приводимого во вращение двигателем 9, устанавливается дополчительно машина 6.

Эта ма„шина имее две обмотки возбуждения и . 1) шунтовую, 2) независимую.

Обозначим индексами:

,а -- все факторы и величины, связанные непосредственно с - генераторами Ильгнера; б — то же с возбудителем генераторов 2 — 2; в — то же с возбудителем 7 приводного двигателя 4; — то же с вторичным возбудителем 8;

d — то же с машиной-тахометром 5; — то же с дополнительной машиной 6 возбудительного агрегата; м — то же с приводным двигателем,4.

Ранее было выведено, что па

g@a Фaq>a (ya @a) а и, Заметим, что no = по; nj =n> д a ° .д а.Йадача машины — вводить дополнительную составляющую напряжения при падении скорости агрегата Ильгнера

"+" —;, ° =С ф, ° г (под га понимается сопротивление обмотки полюсов генераторов со включением . сопротивления проводников, контактов и т. д.). е 0 СФО г га ее=С д(Ф1 — Фо ) га= Са(ei Фо ); пд па е=Сд о 1 Фа еаг о 1 п1а п,а

Чтобы получить эту дополнительную составляющую напряжения, необходимо ввести в магнитную систему. машины 6 поток Ф,; этот поток в машине 6 будет индуктирован уравнительным током между машинами 8 и 5.

Известно, что при скорости под г д е=е, но при скорости п1а д дл1 е1 — eo пд о — Ьед=е д 1 -Ток, проходящий по цепи 5 и 8, равен

Йе д — e>

r под r< понимается сопротивление обмотки независимого возбужд ения машины б; г, = Сф, = C е, (машина 6 при всех условиях ненасыщена), но

= 10 г — 1 = — — 1 0 и злачлт: — =e„ 1 — — = С i„" r, — — 1, . откуда а

Ье = ге Сг о гд — — 1 д, . (noo

1л1д

Однако, при учзте насыщения системы полюсов генераторов придется ввести большую составляющую Ье . Так как а предварительный расчет этого фактора затруднителен, то вводим компенсацию этой совпадающей посредством дополнительного потока машины 6. Этот поток получается благодаря шунтовому возбуждению указанной машины. Шунт настраивается так, что при наинизшей скорости генераторов EiEo. Поток этой составляющей пропорционален Ье.

Ье гг г о где r" < — сопротивление шунтовой обмотки машины 6; так как ток возбуждения машины в в ео +е Е+ео

1 а г„ r б с е — напряжение машины 6; е — напряжение машины 5, получающееся в результате действия потока, сснованного на потенциометрич."ском (уравнительном) действии э. д. с. машины 4 и 9. е, — напряжение, возникшее благодаря шунтовой обмотке машины. В разверзутом виде ео+ С,о Ф,о л о+ С, Ф, л, 1а— га

Если бы компенсация насыщения гене. ратора посредством шунтовой обмотки оказалась нежелательной, .то возможно тех же результатов добиться снятгем сериесной обмотки машины или даж =включением этой обмотки так, чтобы она размагничивала машину 5 и, следовательно, усиливала разность eã д Таким образом, компенсацию падения напряжения генераторов агрегата мсжно производить поср:дством потенциометрического соединения машины-тахометра, сидящей на валу этого агрегата, с какимнибудь источником постоянного напряжения. В данном случае, простейшим источником постоянного напряжения является вторичный возбудитель.

Что касается введения дополнительных обмоток на дополнительный возбудитель ген."раторов и на машину-тахометра, то это решается в каждом конкретном случае или 1) введением дополнительного сериесного возбуждения, ориент ярованного согласно или против независимого возбуждения машины-тахометра, или

2) введением шунтового возбуждения дополнительной машины возбудителя генераторов Ильгнера.

Современное упоавление реверсивными электродвигателями связано в первую очер дь с их быстрым возбуждением.

В самом делз, время работы двигателя в одном направлении колеблется от 2 — 3 до 10 секунд. Кривая роста напряжения на зажимах двигателя относительно медленна. Это явление вполне объясняется тем, что напряжение растет по закону:

R R

i= — +Се =i= — 1 — е

R R (при С=О, когда t = О).

Электромагнитная инерция цепи, связанной с регулиоовкой скорости, есть функция 1) коэфициента самоиндукции и сопротивления магнитной системы первичного возбудителя генератора, 2) коэфициента самоиндукции и сопоотивл. ния магнитной системы генератора.

Видоизмененная сх=ма по фиг. 2 †д компенсации падения напряжения генераторов при падении скорости агрегата

Ильгнера заключает в себе возбудительный агрегат, состоящий из 1) возбудителя 5 первичного возбуждения генератора (индекс 6), 2) возбудителя 8 пе»= вичного возбуждения двигателя (индекс а), 3) машины вторичного возбуждения 15 (индекс д), 4) машины - тахометра 4 (индекс е).

Возбудитель 5 включен последовательно с главным возбудит лем б и им ет две обмотки возбуждения: шунтовую обмотку возбуждения 12 и обмотку возбуждения Е, питаемую регулкру=-мым током от шин возбуждения возбудителя 15.

Машина 4 имеет две обмотки возбуждения и два рода возбуждения:

1) питаемсе от шин возбудителя 15— постоянное независимое возбуждение. Обмотка эта построена с нарочито большим коэфициентом самоиндукции (с большим числом тонких витков). Принципиально возможно приключить сюда некоторое сопротивление для увеличения продолжительности роста тока в этой обмотке в момент включения. Втечение работы ток этой обмотки постоянен, 2) обмотку независимого возбуждения ток в которой есть ункция скорости главного двигат ля (или пропорциональной этой скорости какой-;;ибудь другой величины, например, напряжения главных генераторов).

Процесс работы установкч при этой схеме происходит следующим образом.

Нормальная работа. Напряженке на зажимах генераторов 3, 7 (индекс а) есть функция их скорости и потока. Механизм изменения потока связан- уравнениями, приведенными ранее.

Физическая основа такова: возбудитель 5 имеет суммарный поток, складывающийся из двух указанных выше со.ставляющих.

Действие составляюшей, зависящ и от скорости генераторов, следующее: в момент окончания пускового периода имеет место поток машины-тахометра, создаваемый, во-первых, обмоткой независи мого возбуждения, питаемой от шин вторичного возбуждения (ток все время постоянный, создающий поток, равный .

70% общего потока этой машины 4), вовторых,— обмоткой независимого возбуждения, питаемой током, величина которого остается постоянной и дающей 30% общего,,потока машины 4.

Реостат управления имеет контакты сопротивления в цепи возбуждения этой обмотки. Механизм действия таков: пои перестановке главного рычагауправления увеличивается ток возбуждения возбудителя 5 (принцип Леонарда), что в результате дает увеличение напряжения генераторов. Последнее приведет к увеличению тока возбуждения в машине-vaxoметре.

Численные соотношения таковы:

a — напряжение на зажимах генератора;

Е, — — — ток возбуждения машины-тахометра;

",— сопротивление обмотки возбуждения и всех дополнительных реостатов этой цепи.

Очевидно, для

Е, г, = — =const.

Г в. период нормальной работы двигателя у стана необходимо r, увеличивать прое,=) (Ф,1Ч,), где е (ф С ф" д д (e à, и e6 — e, / AC«„ea (Ф1 +Ф ) n, ñ

Г6 таким образом е6 в момент пуска будет

ПорцИО/;аЛЬНО рОСТу, E/. I TO И дОСТИ" гается путем у становки соответствующих ступеней сопоотивления на общем реостате управления.

При этих условиях суммарный поток машины-тахометра постоянен, и уравнительный ток системы 4 — 15 есть функция только скорости генераторов. Конструктивное осуществление . этого принципа весьма просто.

Для компенсации разности времени в

Е, изменении вЂ, вследствие большей инере ции цепи возбудитель 5 — генераторы 3, можно располагать контакты соответствующих сопротивлений r, с некоторым запаздыванием в простра:;стве по окружности реостата управления. Таким образом, получится,что Е возрастет Одновременно с ростом r,. Впрочем, это условие можно жестко не фиксировать.

Таким образом, управле;ие по предложенной схеме дает определе::ную зависи.мость между скоростью генераторов и их потоком; зависимость следует закону, приведенно1ду выше в части рассуждений относиталь:зо первой схемы.

Надо добавить, что для получе .ия прямолинейного характера этой зависимости необходимо или сделать полюса машины 5 большего сечения, чем это дает нормальный расчет машин, или ввестй дополнительную шунтовую обмотку в машине 5 . Проще, конечно, пезвое.

// так как r а (из УсловинсоставлЯюЩей потока) максимум 30 — 40Yo ст r" то е6 будет расти очень быстро, зат=м ток ее будет падать, вследствие

6 роста е„но так как ее растет медленно, во-первых, из-за большой инерции (специально увеличенной) цепи r и, во-вторых, из-за медленного роста второй составляющей потока Ф, (последнее объ-

Что касается насыщения генераторов 3 — 3, то здесь лучший путь — это увеличение сечения их полюсов и магнитной системы.

Далее рассматривается п ро це с с б ыстрого возбуждения. Благодаряспециально повышенной инерции цепи возбуждения машины-тахометра рост напряжения на зажимах ее будет замедлен, Это относится к независимому постоянному возбуждению. Что касается независимого парем нного возбуждения, то ток в цепи

его будет расти от 0 до номинальной вели° а

ЧИНЫ 1е= — И В даЛЬНЕйШЕМ ОСтаВатЬСя

Г

ПОСТОЯННЫМ.

Если просуммировать эти два потока, то будет иметь место рост напряжения по следующему закону:

Ф,= ф,+Ф",.

Но так как напряжентие машины 5 расте1 пропор 1ионально потоку ее, то е = — (Ф вЂ”,"- Ф" ); поток Ф 6 есть функция постоянных цепи независимого возбуждеНИя (ЦЕПИ, Гд е тОК раГуЛп1руЕТСя рЕОСтатОМ).

Ф6 есть дополнительный поток, равный ф" = д

6 6 т

Г6 где r6 - — сопротивление цепи возбуждения машины 5, но е„=(ф, +4 ) n С ясняется инерцией цепи возбуждения генераторов и их первичного возбуждения), то рост напряж -ния на зажимах п рвичного возбудителя интенсивен.

Таким образом, посредством введ .Ния дополнительного возбуждения первичного возбудителя генераторов достигается, вопервых, компенсация падения скорости агрегата Ильгнера в отношении напряжения генератора и, во-вторых, быстрое возбуждение их.

И тО И друГОЕ ОСущ .ьетВЛяЕтСя ЧЕРЕЗ дополнительную машину-тахометр, сидящую на валу агрегата Ильгнера и имеющую двойное возбуждение. Первая цепь возбуждения питазтся непосредственно от генератора вторичного воз- буждения, вторая — от напряжения основных генераторов Ильгнера. При этом первая цепь имеет искусственно повышешенную электромагнитную инерцию (осуществляется посоедством обмотки возбужд "ния с малым сечением и большим числом витков), а вторая имеет тоже значительную инерцию, благодаря пргдвключенному сопротивлению, так как напряжение генератора 600 †7 вольт. Кром" того, рост напряжения во второй обмотке обусловлен инерцией магнитной цепи 1 енераторов и возбудителя.

Для регулирования токов возбуждения возбудителя б и возбудителя 7 двигателя 4, а такж" для включгняя обмоток воэбужденля главных генераторов на повышенное напряж=ни примен=н аппарат управления 10. Последний содержит:

1) контакты 11 — 12 сопротивления цепи возбуждения мапяны 6 (щ.тки согдинены с возбужде .яем машины 6), 2) контакты 73 сон ротлвле ния в цепи возбуждения машины 7, 3) контакты 14 — 15, служащие для перем ны направления тока в машлне 5.

Для получе 1ия напряжения MRlniIi.û 5 независимо от напряжения 20 — 21 примг:-1е I аппарат 16, работающий по пря..цяпу прлборов Депре. Аппарат состоит .из подв 8жной катушки с постоя:, яым магнитом. На оси этой катушки сидят ст -рже. ь 17 с двумя щетками. Щетки пря движения замыкаюг пластины 78 — 19.

K пластине 18 подведены концы обмотки возбуждп;яя машины 5. Пластины 19 соединены с шянамя возбуждения возбудителя. Пря измгнении напряжения 20 — 21 кагушка повертывается и щетки скользят по контактным секторам 18 — 79,контакты которых связаны с различными сопротивлениями. Следовательно, при движении щгток изме:;яется ток в соответствующей цепи (v) машины 5.

В течение нормальной работы генераторов сопротлвлг-,ие в ц;пи е падаег прямо пропор иолально углу поворота щеток.

Следовательно, у ху

18-19

В начале пуска двигателя 4, когда необходимо быстрое возбуждение генераторов 2, контактные секторы 17 †-18 включают - значительное сопротивление в цепь возбуждения о я тогда

Е-. ху

18 — 19 вследствие чего идет сильный уравнитель» ный ток в обмотке W. При достиженииЕяо-91 порядка 20 — 30 /О от нормального знач:лие r18-гз делается постоянным.

Прибор 16 может быть заменен дополнением к аппарату 10 двух кол=ц с парой щгток. Тогда соответственное изменение возбужделия v будет регулироваться вручную.

В видоизмененной схеме приме.ея аппарат управления С, снабже;ный контактами 16, 16 (ляг. 2) сопрогивлений, включаемыми в цепь возбуждения машины 6, причем контакты имеют областл А8 быстрого. возбуждения и А.С регулиоованля нсрмальнс го возбужде;ия. По контактам 16 скользят щетки 20 — 21, связанные с цепью возбуждения машивы 6.

Контакты 16 в частя АС связаны с шинами

Контакты 17 и щетка 26 регулируют т.. к возбужденля. Машина 8, контакты

l8 — 18 и щетки 22 — 23 связаны с.

Для достижения быстрого рсста напряже 1ия на зажимах ге.;ераторов 3 произ" водятся следующие операции: возбуждение ссновного возбудителя 6 включено на щетки 20 — 21. Щетки 20 — 21 скользят по контактам 16 — 17. На контакт 16 в областя АЛ включены огряцательный полюс машины 9 и через щетку 24 положительный полюс машины 13; отрицательный полюс машины 13 соеди :ен с плюсом шин. Благодаря эт му сбмотка возбуждения машины 6 находится под двойным напряжением, Следствие этого— быстрый рсст напряжения на щетках машины 6. Одновременно с этим везависи. мсе возбуждение машины 5 включается так: на щетку 22 через область быстрого возбуждечия контакте в 18 ток идет в минус шин, затем из плюса шян че ез сектор быстрого возбуждения контактов 18 в щетку 23, а оттуда в обмотку независимого возбуждения машины Э.

Следователь. о, н.:зависимое воэб ждеяие машины 5 оказывается под током. Бла годаря этому псявляется напряжение на щетках машины 5, складывающееся с напряж:кием машины б. Результатом будет повыше "нсе напряжение в возбуждении генераторов 3 — 3, а отсюда и быстрый рост напряжения на их щетках.

При переходе на режим нормальной работы, т. е, в область контактов ЛС, имеет место такой путь тока возбуждения, машины б: щетка 21, сектор АС контактов 16, минус шин, плюс шин, сектор АС контактов 16, щетка 20 возбуждения машины б.

Незавчсимое возбужде зие машины 5 получает такую схему: возбуждение машины 5, щетка 23, сектор АС контактов 18, минус шин, плюс шин, сектор АС контактов 19, щетка 24, плюс машины 13, минус машины 13, сектор АС контактов 18, щетка 22, возбуждение машины 5.

Следовательно, уравнительный ток будет обусловлен разностью потенциалов щетки 23 и щетки 22.

11редмет изобретения, 1. Устройство для компенсации падения напряжения у гечеэаторов агрегата Иль: гнера, отличающееся применением насаженйой на вал главных генераторов2 — 2 агрегата Илы нера машины-тахометра 5, снабженной двумя обмотками возбуждения, питаемыми одна непосредственно от шин ге..ератора вторичного возбуждения 8, доугая — от зажимов главных генераторов 2 — 2, каковая машина включена последовательно с одною из обмоток % возбудителя б главных генераторов, соединенной с шинами генератора вторичного возбуждения 8 с той целью, чтобы в период уменьшения скорости вращения агрегата Ильгнера создавать дополнительный магнитный поток в возбудителе б главных генераторов { риг. 1).

2. Видоизменение охарактериз ванного в и. 1 устройства, отличающееся применением дополнительного возбудителя 5, включенн< го последовательно с главным возбудителем 6 и с;.абженного одной шунтовой обмотк и возбуждения 12и другсй сбмоткой возбуждения Е, питаемой регулируемым током от шин возбуждения возбудителя 15, причем и:следовательно с последней обмоткой воз, буждения включе-.-а MBIIIHHB-тахометр 13, имеющая, креме обмотки независимого возбуждения, сбмотку последс нательного возбуждения (фиг, 2).

3. Применение при охаоактерлзованном в п. 1 устройстве работающего по принципу прибооов Депре аппарата 16, состоящего из неподвижного первичного магнита и подвижной катушки, механически связанной со стержнем 17, каковой стержень снабжен двумя щетками, скользящими по контактным секторам 18 — 19 и предназначенными вводить в цепь возбуждения машины-тахометра 5 то или иное соп ютивление в зависимости от напряже.: ия главных ге,-.ераторов (фиг. 2).

4. Применение при охарактеризованном в п. 1 устройстве аппарата управления 10, предназначенного регулировать токи возбуждения возбудителя 6 и в;збудителей 7 двигателя 4, а такж включать обмотки возбуждения главных генераторов на повышеннс е напряжение, с целью быстрого возбуждения последних при разгоне двигателя.

5. Применение при охарактеризованном в п. 2 устройстве аппарата управления С, предказ.:ач нного регулировать ток возбуждения возбудителя, включать обмотку возбуждения главного всзбудителя 6 генераторов на повышезнсе напряжение с целью быстрого возбужде-: ия главных генераторов, а также менять направлении= вращения двигат ля.