Регулируемая синхронная машина

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (1117298О7 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 010477 (21) 2469568/24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 2504.80 Бюллетень ¹ 15

Дата опубликования описания 2604.80

К„г

Н 02 Р 9/10

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК621. 313. .322.621.3. .072(088. 8) (72) Авторы изобретения

Л.А. Зильберштейн, В.С. Рыжков, Э.Б. Сабанов и А.А. Ступин (7i) Заявитель (5 4) РЕГУЛИРУЕМАЯ СИНХРОННАЯ МАШИНА

Изобретение относится к электро-технике, а именно к синхронным электрическим машинам и их системам регулировани я .

Изобретение может быть использовано в системах возбуждения и компаундирования синхронных генераторов, в частности в системах возбуждения асинхрониэированных синхронных машин.

Известны синхронные машины с устройствами для perym рования возбуждения. Одна из известных синхронных машин содержит неподвижный индуктор с двумя одинаковыми вращающимися в разные стороны с одинаковой скоростью один в другом якорями, причем обмотки соответствующих фаз обоих якорей соединены последонательно с помощью контактных колец и щеток. В этой машине автоматически скампенсирована поперечная реакция якоря, индуктор разгружен от момента, и мощность удвоена в соответствии с числом якорей (1).

Недостатком этой мак|ины является то, что продольная реакция якоря остается нескомпенсированной, а наличие вращающихся об..-сток и сКользя аих контактов между ними приводит к снижению надежности.

Известна другАя синхронная машина, на роторе которой расположены компенсационная обмотка и сверхпроводящая обмотка возбуждения,Компенсационная обмотка представляет собой якорную обмотку постоянного тока, присоединенную к коллектору. Якор10 ная обмотка переменного тока расположена на статоре. Концы фаз этой обмотки присоединены к щеткам, установленным на коллекторе под углом 120 эл. град. друг к другу в та15 ком положении, что волны первой гармоники МДС обмотки якоря (статора) и компенсационной нзаимно компенсируют друг друга (2) .

Это устрой ство поз воля ет осу20 ществлять компенсацию поля реакции якоря„но имеет существенный недостаток — коллектор, коммутирующий переменный ток.

Наиболее близким по технической

25 сущности и достигаемому результату к изобретению является регулируемая сии хронн ая маши н а с обмоткой ноэ буждения холостого хода и с продольной и поперечной компенсационными обмот30 ками ноэбуждения, подключенными к

729807

35

50

60

65 регулирующему устройс-ву, соединен— ному с однофаэ ными трансформаторами тока и содержащему у правл я емые вен— тили и блоки управления ими, состоящие из диодов и многообмоточных трансформаторов, первичные обмотки которых подключены к датчику положения ротора, выполненному с числом фаз, равным числу фаэ синхронной машины и установленному синфаэ— но на валу ротора машины (3).

Регулирование электрической машины oñóøåñòâëÿåтся при помощи изменения напряжений на указанных обмотках пропорционально частоте скольжения. Для этого формируют сигналы, пропорциональные составляющим токов якоря по продольной (i д) и поперечной (i1,) осям ротора и индуктивному сопротивлению рассеяния обмотки якоря, а затем в зависимости от величин указ ан ных си гн алов регулируют напр яжения обмоток воэ буждения.

В соответствии с этим трехфазная система токов якоря преобразуется в двухфазную при помощи параллельного включения вторичных обмоток трансформаторов тока в двух фазах.

Затем методами и устройствами аналоговой электроники полученные два выходных тока умножаются на фазные

ЭДС двухфазной углоиэмерительной машины, после чего полученные величины суммируются и усиливаются.

Недостатком этого устройства является сложность системы возбуждения, обусловленная тем, что необходимый сигнал управления (весьма сложной структуры) сначала лишь формируется, а затем усиливается мощными усилителями, имеющими значительную массу и габариты, а также неприспособленность для работы при несимметричной нагрузке фаэ и невозможность компенсации инверсных полей, так как надлежащие значения составляющих токов якоря по продольной и поперечной осям ротора здесь могут быть выделены только при симметричной нагрузке фаэ якоря.

Бель изобретени я — повышение качества регулирования, увеличение синхрониэирующего момента и упрощение системы регулирования.

Это достигается тем, что в регулируемой синхронной машине каждая компенсационная обмотка снабжена группой мостовых реверсивных переключателей, число которых в группе равно числу фаз машины, выходы переключателей в группе соединены параллельно, а входы соединены со вторичными обмотками lрансформаторов тока, причем выходы вторичных обмоток трансформаторов блоков управления переключателями выполнены попарно разнополярными, а цепи управления переключат.лей подсоединены к разнополярным выходам указанных трансформаторов. 1 роме того, выходные обмотки тран тформа торов блока управления переключат ел ями, соединенными с компенсационной обмоткой, расположенной по продольной оси, могут быть подключены к линейным выводам обмоток датчика положения ротора, а входные обмотки трансформа-. торов блока управления переключателями, соединенными с компенсационной обмоткой, расположенной по поперечной оси, подключены к фазным выводам обмоток датчика положени я ротора, Параллельно выходу и входу каждой иэ групп реверсивных переключателей установлены фильтры низкой частоты. С целью уменьшения влияния продольной компенсационной обмотки на обмОтку возбуждения холостого хода в динамических режимах устройство может быть снабжено трансформатором с воздушным зазором, первичная обмотка которого включена последовательно с продольной компенсационной обмоткой, а вторичная — последовательно в цепь обмотки возбуждения холостого хода..На чертеже представлена принци— пиальная электрическая схема регулируемой синхронной машины.

Трехфазная синхронная машина содержит обмотку 1 якоря, продольную 2 и поперечную 3 компенсационные обмотки воз буждени я, обмотку 4 воз— буждения холостого хода, однофазные трансформаторы тока 5 — 10 в цепи якоря, реверсивные мостовые переключатели 11 — 16, блоки 17 и 18 принуди— тельной коммутации, датчик 19 положения индуктора, входные фильтры

20-25 высших гармоник тока, выходные фильтры 26:1 27 высших гармоник тока, развязывающий трансформатор

28, блоки 29 и 30 управления реверси вными переключат ел ями . Реверси вные мостовые переключатели 11 — 16 выполнены, в частности, на симисторах

31-34. Блоки управления переключателями включают в себя по три ячейки, каждая из которых построена на трансформаторе 35 и диодах 36-39, а в качестве датчика положения индуктора используется трехфазный углоизмерительный генератор, причем ЭДС его фаз а, а, с синфазны соответствующим ЭДС фаз А, В, С мащины.

Элементы схемы соединены следующим образом.

Фазы обмотки якоря 1 подключены к линейным зажимам машины к фазам

А, В, С через две группы однофазных трансформаторов тока 5-7 и 8-10.

Вторичные обмотки трансформаторов тока 5-7 соединены с входами входных фильтров 0-22, выходы которых присоединены к входам переключателей 11-13. Выходы переключателей

729807

11-13 соединены параллельно с блоком 17 и выходным фильтром 26, который своими выходными зажимами подключен к поперечной компенсацион— ной обмотке 3. Управляюшие электроды симисторов переключателей 11 — 13 подключены к выходам ячеек блока 29.

Ячейка управления реверсивным переключателем 11 построена следующим образом. Управляющие электроды симисторов 31 — 34 переключателя .11 присоединены через диоды 36-39 к вторичным обмоткам трансформатора 35, первичная обмотка которого включена на клеммы фазы С датчика 19 . Реверсивные мостовые переключатели 12 и 13 подключены к аналогичным ячейкам управления, входы которых подключены к фазам 6 и г1 датчика 19.

Трансформаторы тока 8-10 присоединены через входные фильтры 23-25 к входам переключателей 14-16, выходы которых соединены параллельно с блоком принудительной коммутации

18 и входом выходного фильтра 27.

Выход фильтра 27 подключен к продольной .компенсационной обмотке 2 через первичную обмотку развяэывающего трансформатора 28, вторичная обмотка которого соединена последовательно с обмоткой 4,управляющие электроды симисторов переключателей 14-16 подключены к выходам ячеек блока 30, каждая иэ которых построена аналогично ячейке управления переключателем

11, описанным вьше. Первичные обмотки трансформаторов ячеек управления переключателями 14 — 16 подключены к линейным зажимам да чика 19, а именно к зажимам a6, ас с соответственно.

В случае нецелесообразности или невозможности выполнения в машине поперечной компенсационной обмотки воэ буждения (явнополюсных, бескон— тактных машинах с когтеобразным или индукторным ротором) или в случае отсутствия необходимости регулирования потока возбуждения по продольной оси, регулирующее устройство выполняется с одной группой реверсивных мостовых переключателей, присоединенных к продольной или поперечной компенсационным обмоткам соответственно.

Следовательно,при выполнении машины трехфазной, токи в продольной (1кд ) и поперечной (i „) компен сационных обмотках возбуждения равны (эа начало отсчета времени принят момент времени, ко гда продол ьн ая ось индуктора совпадает с осью фазы

А обмотки якоря):

1,д — 1 э{дт1 (сОью1)+1 э! в (с {ж . — ))

+ icsiqn (cow(out " )), 1) 14 < — 1д Яv(S«

Ь 5

+ < Rig n (s(, (è t — — " ) ), (2) где (ц „ В и — мгновенные значения токов в фазах обмотки якоря.

Если коэффициенты I рансформации (и wq) трансформаторов тока, к которым подклю чено регулируюшее устройство, выбраны равным 3/2. 4/з, (амплитуда первой гармоники единич— ной прямоугольной функции равна

4/зЦ, тo посгоянные составляющие и вторые гармоники токов в компенсационнь1х обмотках возбуждения будут равны аналогичным составляющим токов„описанным угравлениямй Блондел я — cps в +", cos(mt-= )+1 с,os(ugt — „));

z хгт 4%

9) (3) — ь",лм .= sþ êÀ- — ) i s1vju;t- ) (4) Управляющие электроды сими сторов

31-34 переключателей 11-13, присоединены через диоды 36 — 39 и трансформаторы 35 блока 29 к фазам датчика

19, осушествляют попеременное включение симисторов 31, 33 и 32, 34 противоположных плеч моста в моменты равенства нулю мгновенных значений соответствуюших фазных ЭДС машины.

Блок 17 при э том гасит симисторы

32, 34 или 31 „33 соответственно.

Суm|арный ток н а выходе группы реверсивных переключателей 11 — 13, поступающий в компенсационную обмотку 3, пропорционале . или, при соответствующем выборе коэффициентов трансформации трансформаторов тока

Высшие же гармоники токов при необходимости могут быть удалены или осл аблены отфил ьтро в ание м.

Регулируемая синхронная машина работает следующим образом. Вторичные токи трансформаторов 5-10 „образующиеся при нагруэ ке машины, протекают через фильтры 20-25, где отфильтровываются высшие гармоники токов, затем поступают на группы реверсивных мостовых переключателей

11 — 13, и 14 — 16, количество которых в каждой группе равно числу фаз машины и выходы которых соединены параллельно, и далее через выходные фильтры 26 и 27, где отфильтровываются =àðìîíèки "îêîâ выше второй,— на поперечную 3 и продольную 2 компенсационные обмотки возбуждения соответственно. В случае, если необходимо обеспечить компенсацию инверсного поля якоря, эти фильтры расчитывгются так, чтобы гармоника удвоенной частоты (сравнительно с частотой цепи якоря) мало искажалась по амплитуде и фазе.

729807

5-7, равен составляющей токов якоря по поперечной оси индуктора машины.

Формирование тока н компенсационной обмотке 2, пропорционального или равного составляющей токов якоря по продольной осН индуктора машины, осуществляется аналогичным образом путем суммиронания токов переключателей 14-1б переключение которых с одной полярности на другую в данном случае осуществляется в те .моменты, когда мгновенные значения cooTветстнующих фазных ЭДС машины принимают максимальные значения. При этом трансформаторы блока 30 получают питание от линейных напряжений датчика 19 и указанные переключения комму т ат оров прои сходят в моменты равенства нулю их мгновенных значений.

Развязывающих трансформатор 28

{c воздушным зазором) при динамических режимах нагрузки машины компенсируют вли яние продольной обмотки 2 на обмотку возбуждения холостого хода 4, связанных взаимоиндуктинно магнйтопроводом машины, Тран сформат ор в. опт и мал ь н ом случае настроен так, чтобы при изменении тока нагрузки генератора изменение потокосцепления нсей цепи обмотки 4 было минимальным.

При надлежащем выборе коэффици— ентон трансформации трансформаторов тока 5 — 10 или числа витков н обмотках возбуждения 2 и 3 поле реакции якоря может быть полностью скомпенсиронано, в том числе и при несимметричной нагрузке машины. При этом переходные процессы н цепях якоря и индуктора будут практически развязаны.

Положительный эффект заключается в существенном упрощении машины при непосредственном получении моющих сигналов для воздействия на обмотки возбуждения, повышении пределов статической и динамической устойчивости машины н условиях несимметричных нагрузок, сокращении длительности переходных процессов, повышении точности регулиронания, а также в уменьшении потерь от инверсных полей.

Упрощение устройства приводит к замене дорогостоящих блоков аналоговой электроники на значительно более дешевые (в .10-20 раз) силовые тиристорные элементы.

Формула изобретения

1. Регулируемая синхронная машина с обмоткой возбуждения холостого хода, продольной и поперечной компенсационными обмотками возбуждения, подключенными к регулирующему устройству, соединенному с однофазным трансформаторами тока, содержащему управляемые вентили и блоки управления, состоящие из диодов и многообмоточных трансформаторон, первичные обмотки которых подключены к датчику положения ротора, выполнен-ному с числом фаз, ранным числу фаз синхронной машины и установленному синфазно на валу ротора, маши-. ны, отличающаяся тем, что, с целью. повышения качества регулирования, увеличения синхронизирующего момента и упрощения системы регулирования, каждая компенсационная обмотка снабжена группой мостовых Геверсинных переключателей, число которых н группе равно числу фаз машины, выходы переключателей н группе соединены параллельно, а входы соединены со вторичными обмотками трансформаторов тока, причем выходы вторичных обмоток трансформаторов блоков управления переключателями выполнены попарно раэнопол ярными, а цепи управления переключателей подсоединены к разнополярным выходам указанных трансформаторов.

2. Регулируемая синхронная машина по и. 1, отличающаяся тем, что входные обмотки трансформаторон блока управления переключателями, соединенные с компенсационной обмоткой, расположенной по продольной оси, подключены к линейным выводам обмоток датчика положения ротора, а входные обмотки трансформаторов блока управления переключателями, соединенными с компенсационной обмоткой, расположенной по поперечной оси, подключены к фазным нынодам обмоток датчика положения ротора.

3. Регулируемая синхронная машинапопп.1и2,отличаю щ а я с я т ем, что между компен сационными обмотками возбуждения и выходами групп реверсивных переключателей нключены фильтры низких частот.

4. Регулируемая синхронная машина по пп. 1, 2 и 3, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью ïîâûшения точности при несинусоидальных токах фаз, между трансформаторами тока и входами групп реверсивных переключателей включены фильтры низких частот.

5. Регулируемая синхронная машина по пп. 1,2,3 и 4, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью уменьшения влияния продольной компенсационной обмотки на обмотку ноз буждения холостого хода в динамических режимах, синхронная машина снабжена трансформатором с воздушным зазором, первичная обмотка которого включена послеловательно с про729807

Составитель A. Лебедев

Редактор B. Фельдман Техред И .Кузьма Корректор О, Ковинская

Заказ 1324/52 Тираж 783 Подписное

11НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 дольной комп ен саци онной обмоткой, а втори тая — последовательно в

Цепь обмотки воз буждения холостого хода.

Источники информации, принятые во внимание lIpH экспертизе

1. Патент Cll!A Р 3742265, кл . Н 02 К 19/00„ 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 369659, кл. Н 02 К 19/16, 1971 °

3. Авторское свидетельство CC(. I

М 289 488, кл. Н 02 Р 9/10, 1969.