Устройство для автоматического возбуждения бесщеточных и синхронных электрических машин

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61} Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 30. 11,73 (21) 1973113/О7 с присоединением заявки № (23) Приоритет(43) Опубликовано 15.О8.76, Бюллетень № 30 (45) Дата опубликования описания 02.11.76

Г.оеэ т..оее«сикх оциалисти «еских

Респубпик (11) Э б . > "

«) с <) ф

2 (51) М, Кл.

Н О2 P 9/14

Госудврствеииый иомитет

СоВ8ТВ Миииотров СССР по делам изобретеиий и открытий (53) УДК 621,316, 722 621 313 392 (О88.8) (72) Авторы изобретения

К. В. Лапаев, Л. 3. Мадорский, ¹ A. Осинин, E. B. Санчук и В, М, фукс 1

-l (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО ВОЗБУЖДЕНИЯ

БЕСШЕТОЧНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИН

1 Изобретение относится к устройствам ре»iгупйрования возбуждения бесшеточных влеки.

"трических машин.

Известное устройство содержит возбуди4 ь переменного тока, питаемый от него врашаюшийся силовой преобразователь на управляемых вентилях, схему управления иреобрееоветелем ие оитоекектроиемк ирибом ек, вюкоееющую биски формироввиик имквсов ие форсировку и иивертировекие, lо таприемник, воспринимающий световые сигналы от неподвижного источника света, егулятор возбуждения.

Известные. устройства быс.гродействуюше- . управлении возбуждением и гашеним по- «Ь я бесшеточных электрических машин, в то сле синхронных генераторов и двигателей . ипьно усложнены, так как в них использу-

1 я многоканальные системы передачи сиг„. лов управления. 20

Необходимость применения сложных кон-<, Ьтрукций для передачи информации электро,магнитным способом зачастую удлиняет ar= . егат в целом, снижает аппаратурную.на,дежность и ограничивает область исподно-.. 25 е.

2 ания устройств с врашаюшимися управляе мн преобразователями. Кроме того, например, при световых сцо 1собах передачи сигналов управления наибо° ° е ее технологичным является установка свевода между оптическими элементами дач а и фотоприемником, При этом, световод устанавливается вдоль оси вала, а сигналы между тиристоами рапредепяются при помоши специаль-. ных светофилвгров на входе и выходе светоГвода, Количество указанных светофильтров должно соответствовать ксчычеству врашаюся жристоров, и каждый из, светсфилжров должен быть настроен на полосу пропус —:, кания, совпадаюшую с полосой излучения неподвижного источника света для данного канала {тиристора). Устройства по указан- ному приниипу неприемлемы для машин, где !

« торцы валов используются для эксппуата цнонньтх замеров скорости врашения, уста»» новкн неоткпючаемых приводов, устройств со специальными подшипниковыми шитами„ а также.. в условиях сильной загрязненностИ средй. Кроме того, в современных турбоl.хчиератдрах внутривальнь2е полОсти запОл кяют водой р либО другим Охлаждмощим Ве шеством, и установка световода Выэь2вает ряд конструк пвных труд остей, Перечисленнъ1е недостатки систем со световодами показывают, что они не могут найти широкого промышленного внедреьпи для большин ства типов электрических машин, выпускав мых в бесщеточком исполнении.

C пенью повышения наде2ккости и упрошения конструкции в схему управления введен блок перевода преобразователя в режим работы неуправляемого выпрямителя, I

H иэ2тучающие QHGgbI GIITpGRGB блоков IIep&j вода, форсировки и инвертирования подклю чекы к возбудителю по схеме выпряките-, лей, коммутация вентилей в которых аналогична коммуташж вентилей силового IIpd. образователя, причем вь2пряьитель блока перевода ка стороне выпрямленного собственными и щ чающими диОдами напр я2ке

I ния подключеик; выпрямителю блока инвертирования через полупроводниковый перек2початель, а выпрямитель блока форсировки подключен на стороне выпрямленного

Напряжения к нагруэочному сопротивле2пио, и к входной цеки полупровод2п кового перей лючателя через фотоприемкик, составлен- ный иэ фотоключей, например, на составн Ix фототриодах, расположенных концентрически и со смешекием Относителы о осей на22равленкости све хоэлемептов неподВи2к наго источника, В целях обеспечения автоматического резервировакия, параллельно нагрузочному сопротивлению, установленному в цепи между фотоприем2ппком и излучающими диодами оптронов блока; форсировки, подключен вход указанного полупроводкикового переключателя Выполненного В виде после дователького соединения базоэмиттерного перехода транзистора и дифференцируюшего конденсатора, а между эмиттером и коллектором транзистора включен интегрируюший конденсатор, который через полущзоводкиковый1 например тщзисторный к2поч подключен K Вь?прямителю ка излу чаюших диодах Оптронов блока перевода.

В целях согласования пространственкоВремеккОГО цоложення Врашаюшегося ФОТО- приемника и неподви лого источника света и Обеспечения высокой надежности передачи световых сигналов управления От регулятора возбуждения на вал, элементы фотоключей и светоэлементы QcTBIIGB2?eIIbI

СООтветственкс на Вращающемся и неподвиж

I иых кольцах, причем на каждом секторе

Вращающегося кольца расположены паРа ле иио соединенжж фотоэлементы Основного и дублирующих фотоключ=.й, а на неподвижном кольце по окружности смонтиpaaaíb| обьедикенные общими проводами све тоэлементы, количестВО которых В пределах угла сектора отличается на единицу от количества фотоэлементов в том же секторе, На фиг. 1 представлена принципиальная; схема устройс тва автоматического возбу2к-; р -декия бесшеточных электрических машин; на фиг. 2 - трехфазная нулевая схема пре образователей устройства автоматического возбуждения бесшеточкых электрических м шин: на фиг. 3 - техническое решение кон 5, струкции угла размещения фотоключей и элементов неподви2кного источника света применительно к устройству автоматического возбуждения бесщеточных электрических машин, Устройство автоматического возбуждепия бесшеточкых электрических машин со-,, стоит иэ электрической машины 1 с Обмоч кой Возбуждения 2, возбудителя 3, обмотки возбуждения возбудителя 4, регулята

> ра 5, датчиков 6 и 7 соответственно напряжения и тока, вращающегося преобразователя на управляемых вентилях 8, регулятора 9, вь2прямителей группы оптронов 1О,) инверторной группы оптронов 11, группы

ЗО оптронов 12 перевода устройства в режим самозапуска и автоматического резервирования> резисторов 13 и 14, фотоключа 15 транзистора 1b, фототриода 17, резистора 18, источника из2черения света 19 со светоэлементом 20, транзистора 21, реэис; тора 22, накопительного и дифферекцируюшего конденсаторов 23 и 24, переключателя 25, резисторов 26, 27, конденсаторов 28 и 29.

4О

Устройство для размещения фотоклю чей 15 и элементов неподвижного источника света 19 (световое кольцо) (см.фиг,З) состоит иэ статора 30, статорной втулЯ ки 31, роторной втулки 32, уплоткительФ ных сальников 33, вала 34, выводов cBeTG элемента 35, изолирующих втулок 36 и выводов фотоэлемента 37.

Устройство работает следующим образом., 59 При первоначальнь2х пусках схемы в ре- жимах самовоэбуждения, а также при неис-1

f правностях основного канала регулирования; (элементов фотоинверсной схемы и источников излучения на статоре, узлов оптб@ роков 10, автоматического регулятора 9) производится запуск группы оптронов 12.

Фотопереключатели оптронов 12 включены по схеме, обеспечивающей формирование ил . пульсов на выпрямление, вне зависимос

60 оТ режима работь2 синхронного генератора .

В нормальных эксплуатационнъц(режимах при работе основного канала регулиро-! .,ванин на резистор 14 постоянно подается широтномодулироввнный сигнал от фотоклю ,ча 15. Этот сигнал заряжает конденса- 5 тор 24. В момент прохождения зарядного импульса открывается транзистор 21, через который разряжается конденсатор 23, причем этот процесс повторяется в каждый период контролируемого напряжения, Пере-. 10

,ключатель 25 прн этом разомкнут и на из,лучающие диоды оптронов 12 напряжение

1 питания не подается.

Широтномодулироввнные сигналы на ре15 зисторе 14 отсутствуют при начальном воз буждении генератора и исчезают в случае . появления неисправности основного канала регулирования. Изчезают и импульсы, насы- швюшие транзистор 21 и он запирается ре-I зистором 26, При этом конденсатор 23 че»

;реэ резистор 22 заряжается до напряжения срабатывания переключателя 25. После замъ квн ния переключателя 25 иэлучаюшие диоды оптронов 12 через тот же резистор 22 подключаются к питающему напряжению, создаваемому нв резисторе 13 выпрямЮтельной частью оптронов 11. ranee включаются переключатели оптронов 12, преобразо- ватель 8 переводится в выпрямительный ре- ЗО жим и с этого момента возбуждение генератора 1 определяется величиной напряже- ния на. обмотках переменно- î тока возбудителя 3.

Таким образом, управляемый преобразователь 8 автоматически превращается в выпрямительное устоойство, содержащее как бы обычные неуправляемые вентили, a . управление, возбуждением производится вв-

; гомагическим регулятором 5, который в 4О этом режиме выполняет дополнительные функции основного регулятора 9. При появлении импулы:ов упра ления нв входе транзистора 21 напряжение на конденсаторе 23 снижается,, переключатель 25 отключает излучающие диоды оптронов 12 от питаю« щего напряжения и в конечном итоге, восс гвнавливается система управления преобразователем 8 по каналу основного регулирования. Зля предотвращения ложных 50 переводов с основного на резервный канал регулирования в переходных процессах, постоянная времени RC, = цепи 22-23 выбирается из условия требуемой селективной задержки переключения преобрвзо- 55 вателя 8 в режим работы неуправляемого выпрямителя, В схеме, показанной нв фиг, 3, фотопереключвтели оптронов 1О, 11 и 12 подключены непосредственно к анодным цепям преобразователя 8 через реэис- 60 тор 27. Однако, в эввчсимости от принятого типа формирователей управляю1иих импульсов, подаваемых нв преобразователь 8, фотопереключвтели могут подключаться к питающему напряжению со стороны своих ,иэлучвюших диодов так, как это показано

1на фиг. 2, Указанное подключение поэво1

1ляет упростить устройство в схемах с галЬ.

:ванической развязкой цепей (например, испольэованием импульсных трансформаторов), а также применить его для управле, ния преобразователями нв фотовентилях (например, на фототиристорах).

Развернутая схема управления преобра,зователем 8, включенным по трехфаэной нулевой схеме, от. форсировочной 10 и инверторной 11, групп оптронов прийеденв . на фиг, 2.

1 B целях пояснения принципов регулироввt ,kIHH HB фиг. 2 GOKGGeiN QAlie HG возможных

:,схем самавоэбуждения машины 1 через пре обраэователь 8, подключенный к обмотке возбуждения 2 и питаемый непосредственно от шин синхронной машины. На фиг. 2 пред

1стввлена также развернутая схема соедине1ния излучающих диодов обеих групп оптро« нов, которая совпадает со схемой соедине ьгия вентилей силового преобразователя.

Излучвюшие диоды оптронов инверторной руппы включеьы в такие фазы питвюше1 о напряжения, чтобы обеспечить сдвиг импуль1 ° сов управления на 12О электрических rpaI русов по отношению к моментам естественной коммутвщги вентилей силового преобра эователя. Выпрямители оптронов форсировоч .

1 ной группы подключены с одной стропы к питающему источнику, а с другой — через управляющий ключ 15 к нагрузочному рези стору 14, Выпрямители оптронов инверторной части подключены постоянно к источнику питания 1

И к нагрузочиому резистору 13, нв уряжение на котором используется для заряда

1через резисторы 27 конденсаторов 28 и

29. При заряде конденсаторов до напряжения срабатывания фотолереключагелей опгронов вырабатываются импульсы управления.

Квк показано нв схеме фиг. 2, управляю- ший ключ 1ф включает систему импульсов:

Ф нв выпрямление по закону широтно-импуль. сной модуляции контролируемого сигнала. Коммутация ключа 15 задается сигналом, пропорциональным отклонению напряжения синхронной машины от номинального значе ния.

Следовательно, устройство для передачи информации может состоять иэ одного излу чающего элемеята и сопряженного с иим фотоприемника„расположенного в торце вращающегося вала, При этом, не требуется y(;TBBoBKB допол-1 нятельиых элементов в виде специальных световодов и фокусирующих устройств, так как свето. —. и фотоэлемент могут монти-т роваться вблизи друг от apnea, Светоэлементы на кольце работают синфазпо от одного и того же сигнала и в про-, странстве между уплотнителями световой .,1Î поток достигает величины, в несколько раз превышающей требуемую по условиям падеж ной работы фотоприемников.

Схема соединения приборов светового коль- ца предусматривает дополнительное резерви- рование в случаях выхода из строя части светоэлементов закорачиванием или разрывом, а так же при.разрывах в цепи отдель., -mx фотоэлементов. Для этого последова-:, тельно с каждым светоэлементом (фиг. 1) _#_

BKJTJGmeeòem резистор. Цепочки 19, состоу шие из указанных светоэлемецтов с резистопами, соединяются параллельно и подключаются к регулятору 9.

Роторная втулка делится на сектора, в каждом из которых размещается группа па- раллельно соединенных фотоэлементов 17, шунтируюших баэоэммиттерный переход одного и того же транзистора 16, Количеств ЗО секторов соответствует числу- параллельно соединенных транзисторов 16; а общее ко- личество фотоэлементов в секторе роторнол втулки догокно отличаться на единицу от числа светоэлемецтов, укрепленных в пределах того же угла на неподвижной втулке светокольца.

При указанном пространственном разме-; щении элементов обеспечиваются наилучшие ;; условия по надежности и интенсивности пе- 40 редачи сигналов, на вращающийся вал при минималыюм количестве элементов, даже

6ез учета диаграмм направленности излу> чекий отдельных элементов, Формула изобретения

1, Устройство для автоматического воз-) буждения бесщеточных электрических машин l_#_ содержащее возбудитель переменного тока, таемый от него вращающийся силовой пре образователь на управляемых оптоэлектрон-

Ьями приборами вентилях, схему управле- пи преобразователем, составленную из бло,55 J ! ов формирования импульсов на форсировку инвертирование, и фотоприемник, восприни ающий световые сигналы от неподвижного

,источника .света, установленного на выходе! егулятора возбуждения, о т л и ч а ю М ш е е с я тем, что, с целью пои,лления, надежности и упрощения конструкции, в exes, му управления введен блок перевода преобI .эазователя в режим работы неуправляемого выпрямителя и излучающие диоды оптронов

:блоков перевода, форсировки и ипвертироI вания подключены к возбудителю по схеме выпрямителей, коммутация вентилей в ко торых аналогична коммутации вентилей силового преобразователя, причем выпрями тель блока перевода на стороне выпрямленного собственными излучающими диодами, ) напряжения подключен к выпрямителю блока.

,инвертирования через полупроводниковый лереключатель, а выпрямитель блока форссировки подключен на стороне выпрямленного напряжения к нагрузочному сопротив» лению и к входной цепи полупроводникового ереключателя через фотоприемник, состав-

< енный иэ фотоключей, например, на состав-, -a»ri фототриодах, расположенных концентри- чески и со смешением относительно осей направленности светоэлементов неподвижого источника.

2. Устройство цо п. 1, о т л и ч а ю - е е с я тем, что в целях обеспечения втоматического резервирования, параллель .о нагрузочному сопротивлению, установленюму в цепи между фотоприемником и излу-. чающими диодами оптронов блока форсиров- ки, подключен вход указанного полупровод- никового переключателя, выполненного в иде последова тельного соединения базо-эмиттерного перехода транзистора и дифференцирующего конденсатора, а между эмиттером и коллектором транзистора включен интегрирующий конденсатор, который через полупроводниковый, например, тиристорный ключ подключен к выпрямителю на излучающих диодах оптронов блока перевода.3. Устройство по п.-1, о т л и ч а ю ;

m е е с я тем, что, в целях согласования пространственно-временного положения вращающегося фотоприемника и неподвиж-,, ного источника света и обеспечения высокой надежности передачи световых сигналов управления от регулятора возбуждения иа вал,-элементы фотокщочей и светоэлементы установлены соответственно на вращающем- ся и неподвижном кольцах, причем на каж-4 дом секторе вращающегося кольца расположены параллельно соединенные фотоэле» менты основного и дублирующих фотоключей, а на неподвижном кольце по окружности смонтированы обьединенные общими проводами светоэлементы, количество которых в пределах угла сектора отличается . иа единицу от количества фотоэлементов в том же секторе.