Устройство для возбуждения синхронной машины

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

ALT 6H I Q тфй -„-.; ., „р, о

) бчъблеетеаъ,Ô :.>,1",,=:

Союз Советских

Социалистических

Реслублнк п»661708

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ вЂ” (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 08.10.76 (21) 2409741/24-07 с присоединением заявки л1 (23) Приоритет— (51) М. Кл.

Н 02 P 9, 14

Государственный комитет сссР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 05.05.79. Бюллетень № 17

Дата опубликования описания 15.05,79. (53) УДК 621.313. .323,04-57 (088.8) (72) Авторы изобретения

Б. Н. Абрамович и Ю. А. Бирюков

Центральное проектно-конструкторское и технологическое бюро крупных электрических машин (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ

Изобретение относится к электротехнической промышленности и может быть использовано для возбуждения бесщеточных синхронных двигателей и генераторов, имеюших возбудитель переменного тока с выпрямителем, выполненным по нулевой схе- 5 мс

Известны устройства, содержащие синхронну о электрическую машину, возбудитель переменного тока и вращающийся полупроводниковый выпрямитель, установлен10 ныи на валу си IxpolIIIoll машины между якорем возбудителя и обмоткой возбуждения сll:Ixpol! IIoH vàlllèllû., (,Iÿ зашиты от перенапряжений, возникаюгцих на обмотке возбуждс IIIIH при пуске или других асинхронных режимах, а также для создания не- 1 обходимого вращаюгцего момента в HHx HpHмс ш ны управляемыс вентили, включаемые встречно-параллельно вентилям выпрямителя или обмотке возбуждения и закорачиBBIOIUHE ПОСЛЕДШОЮ ПРИ ВОЗНИКНОВЕНИИ ПЕренан ря жени и )! ) .

Недостатком изв стно "o устройства является то, что при подаче тока возбуждения в процессе синхронизации при открытом шунтируюшем тиристоре, через него и разрядное сопротивление может замыкаться выпрямленный ток возбудителя, что препятствует его закрытию и увеличивает время ввода машины в работу.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является устройство для возбуждения синхронной машины, содержащее возбудитель с m-фазной якорной обмоткой переменного тока, выпрямитель, выполненный по m-фазной нулевой схсме и соединенный с якорной обмоткой возбудителя, тиристор, включенный встречно-параллельно одному из вентилей выпрямителя, и разрядный резистор (2).

Недостатком известного устройства является то, что при синхронизации явнополюсного двигателя с небольшим моментом на валу не происходит устойчивого закрытия тиристора с помощью ЭДС якоря возбудителя. Это происходит из-за того, что независимо от полярности полюса ротора по отношению к полю возбуждения ЭДС, наведенная в роторе двигателя, приводит к включению тиристора и затуханию возникшего тока со скоростью, определяемой по- стоянными контуров ротора двигателя и возбудителя. Включение возбуждения воз.Фф@йфЮйюайЬМы «-.-М«с««, : « . «м: - «-: . ц««««« ы.. ..«

661708

3 будителя в этот момент приводит к тому, что выпрямленный ток возбудителя начинает протекать через тиристор и возбудитель подает в режим короткого замыкания, Машина, остается невозбужденной до тех 5 пор, пока составляющая тока тиристора, определяемая энергией, запасенной в роторе, не снизится до величины тока удержания, и ток обмотки возбуждения не примет положительного значения. После этого тиристор закроется и начнется процесс нормального возбуждения.

Процесс затухания переменной составляющей тока ротора двигателя может длиться от единиц до нескольких десятков секунд.

Все это время машина остается без возбуждения, что затягивает процесс нормального возбуждения, а тиристор, возбудитель и вентили выпрямителя нагружаются значительными токами короткого замыкания.

Помимо указанных явлений, в рассматриваемой системе возбуждения на зажимах обмотки возбуждения возбудителя в синхронном режиме возникают значительные перенапряжения, вызываемые протеканием пе; ременного тока ротора через фазы возбудителя. Перенапряжения представляют опас..:=..-.—.-,ность для низковольтной обмотки возбужде= —.-. =-.=-ноя возбудителя и вентилей статического

- выпрямителя, питающего эту обмотку. Поэтому обмотка должна быть замкнута на=-- - -- коротко или на некоторое сопротивление. В закороченной обмотке возникает пульси- 30 рующий ток, который наводит в фазах возбудителя значительные ЭДС, изменяющиеся с частотой, обратно пропорциональной скольжению. Под действием этих ЭДС в обмот ке якоря возникают токи, замыкающиеся через тиристор. Эти токи дополнительно на35 гружают тиристор и выпрямитель, являясь для возбудителя токами короткого замыкания.

В системе возбуждения бесщеточногQ синхронного двигателя фирмы «АЕС» предусмотрена также установка разрядного резистора, включаемого последовательно с обмоткой возбуждения двигателя между ней и вращющимся выпрямителем. Этот резистор по . окончании пуска закорачивается так назы- 45

:=- -: ---ваемым последовательным тиристором, включающимся с помощью стабилитронной цепочки после появления выпрямленного напряжения. Этот резистор ускоряет процесс затухания переменной составляющей тока ротора, но не предотвращает протекания

50 токов короткого замыкания через возбудитель, вентили вращающегося выпрямителя и тйристор, включаемый встречно-параллельно одному из вентилей выпрямителя.

Кроме того, система усложняется наличием )другого; последовательного тирист ра, шунтирующего разрядный резистор в режиме нормального возбуждения. При этом по- . следовательный тиристор должен быть рас4 считан на пропуск полного тока возбуждения, достигающего для средних и крупных синхронных машин 300-500 А. Все это удорожает и усложняет конструкцию, увеличивая габариты системы возбуждения. Целью изобретения является повышение надежности и упрощение системы возбуждения синхронной машины.

Для этого разрядный резистор включается последовательно между катодом тиристора и фазой якорной обмотки возбудителя..

Такое включение резистора, величина сопротивления которого обеспечивает закрытие тиристора в любом асинхронном режиме, в каждом периоде переменного тока ротора, позволяет существенно снизить межфазные токи короткого замыкания возбудителя и обеспечить нормальную синхронизацию машины. При этом отпадает необходимость во включении между выпрямителем и одним из зажимов обмотки возбуждения синхронной машины резистора и шунтирующего его последовательного тиристора с его цепями управления, что упрощает и удешевляет систему возбуждения.

На чертеже представлено устройство возбуждения электрической машины, электрическая схема.

Устройство содержит обмотку 1 возбуждения синхронной машины 2, которая под- ключена одним своим зажимом к плюсу выпрямителя 3, выполненного по m-фазной (в частности, трехфазной) нулевой схеме выпрямления, а другим — к средней точке якорной обмотки 4 возбудителя переменного тока. Встречно-параллельно одному из вентилей преобразователя установлен тиристор 5, последовательно с которым включен разрядный резистор б. По конструктивным сображениям это сопротивление целесообразно включать между тиристором и фазой . возбудителя, так как в этом случае все вентили, включая тиристор, могут быть установлены на общем охладителе. Управляющий электрод тиристора посредством стабилитрона 7 подключен к аноду этого же тиристора. В цепь управляющего электрода тиристора могут быть включены также другие полупроводниковые элемен.гы с нелинейной вольт-амперной характеристикой, например, динистор, симметричный ограничитель перенапряжений и т. п. Сопротивление

8 шунтирует управляющий переход тиристора, повышая его помехоустойчивость. Между анодом и катодом тиристора для снижения крутизны напряжения, прикладываемого к тиристору, влючена RC-цепочка 9. Указанная цепь может быть подключена прямо на зажимы обмотки ротора. RC-цепь выполняет также функции ограничения коммутационных перенапряжений выпрямителя. Параллельно обмотке 10 возбуждения возбудителя устновлен защитный элемент 11, ограничивающий перенапряжение на ее зажимах в асинхронных режимах. В качестве

661708

Формула изобретения

5 защитного элемента могут быть применены полупроводниковые приборы со стабилитронной характеристикой, резисторы, и т. п. Най:более эффективно применение стабилитронов, выполняющих в асинхронных режимах роль ограничителя перенапряжений, а в режимах возбуждения — шунтирующего. управляемого выпрямителя 12 питания обмот-. ! ки возбуждения возбудителя, что позволяет существенно повысить коэффициент мощности и расширить диапазон регулирования выпрямителя 12.

Работа устройства аналогична работе обычной схемы возбуждения синхронной машины.

8 начальный момент пуска в токе ротора синхронной машины 2 возникает апери. одическая составляющая, амплитуда и знак которой определяются первоначальным положением ротора относительно статора и моментом включения. В связи с несимметричным характером схемы в цепи ротора возникнет постоянная составляющая тока.

Включение тиристора 5 происходит всегда после перехода тока ротора через ноль и возникновения перенапряжения на зажимах обмотки возбуждения такой амплитуды и длительности, при которых ток управления достигнет тока открытия. Включения раз рядного резистора 6 последовательно с тиристором 5 позволяет ограничить ток через тиристор 5 в каждый период до величины, обеспечивающей его устойчивое закрытие, что позволяет ограничить время его открытого состояния в процессе синхронизации, предотвратить токи короткого замыкания.

6 лизации. В прямом направлении стабилит- рон при возникновении перенапряжений шунтировал обмотку и выполнял роль шунти» рующего (нулевого) вентиля в нормальных

5 режимах возбуждения.

Осциллографирование напряжения тиристора в режиме пуска двигателя показало, что скорость нарастания напряжения снизилась в несколько десятков раз по сравненито со случаем, когда RC- цепочка не была включена.

Включение разрядного резистора последовательно с параллельным тиристором принципиально увеличивает несимметрию схемы по отношению к обмотке возбуждения машины. Однако исследования показали, что для крупных и средних синхронных двигателей и генераторов с возбудителем переменного тока синхронного типа не происходит сущест- =: ..венного ухудшения моментной характеристики в области больших скольжений, а провал. в моментной характеристике от действия тормозного момента практически отсутствует.

Указанные исследования проводились тео-. ретически с помощью ЭЦВМ и на натурных образцах бесщеточных синхронных двига25 телей мощностью 200, 315 и 630 кВт.

Таким образом, за счет исключения последовательного тиристора и его цепей управления и размещения разрядного резистора в цепи параллельного тиристора может... быть получен существенный экономический зО эффект.

Описанное устройство было реализовано при разработке опытных образцов электродвигателей типов СДБΠ— 99/49 и

СД КМ2 — 16 — 24 — 12.

Включение последовательно с параллельным тиристором резистора с сопротивлением, равным трехкратной величине активного сопротивления обмотки возбуждения двигателя, позволило ограничить время открытого состояния тири стор а в процессе синхронизации с 3 — 5 с до 0,2 — 0,4 с, т. е. практически временем длительности последней полуволны переменного тока ротора.

При этом параллельный тиристор запирается сразу после спадания отрицательной полуволны тока ротора, чем предотвращались межфазные короткие замыкания.

Благодаря применению стабилитронов, удалось ограничить перенапряжения, достигавшие 1500 В, уровнем напряжения стабиУстройство для возбуждения синхронной машины, содержащее возбудитель с mфазной якорной обмоткой переменного тока, выпрямитель, выполненный по m-фазной нулевой схеме и соединенный с якорной обмоткой возбудителя, тиристор, включенный встречно-параллельно одному из вентилей выпрямителя, и разрядный резистор, отличающееся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности, указанный разрядный резистор включен последовательно между катодом тиристора и фазой якорной

45 обмотки возбудителя.

Источники информации, принятые во внимание нри экспертизе

1. Патент США № 3098959, кл. 318 — 181, 23.07.63.

2. Бесщеточная система возбуждения, «Ротадукт» для синхронных генераторов и двигателей средней мощности.

Ж-л «AEG Mitteicungen», 1968. № 3, с. 145—

148.

661708

Составитель А. Лебедев

Редактор 1О. Челюканов Техред О. Луговая Корректор Н. Стен

Заказ 2504 60 Тираж 856 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, ж — 35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП «Патент», r. Ужгород, ул. Проектная, 4