Автоматический регулятор возбуждения для синхронной машины

 

Союз .,Советскик

Социалие тиме скии

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61.) Дополнительное к авт. свид-ву - (22)Заявлено 09.09.80 (21) 2980300/24-07 (51)M. Кл. с присоединением заявки РЙ

Н 02 P 9/30

3Ьеударственны6 кемнтет

СССР ао делам нзабретеннй н открытнй

I (53) УЙК 62l...3 l 6. 722 (088.8) (23) Приоритет

Опубликовано 30. 03. 82., Бюллетень №12

Дата опубликования описания 30 . 03 . 82

Ф.Д. Дубинин, Б.В. Яковчук и А.Н. Янковой :.

1 (72) Авторы изобретения,1

Центральное проектно-конструкторское и технологйчеоиеф бюро крупных электрических машин

1 (7!) Заявитель (54) АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР ВОЗГУНДЕНИЯ

ДЛЯ СИНХРОННО!! МАШИНЫ

Йзобретение относится к электро технике и может быть использовано для управления током возбуждения синхронных машин, преимущественно для синхронных двигателей.

Известен автоматический регулятор возбуждения для синхронных машин, содержащий фазочувствительный фильтр, фазоимпульсные генераторы, подключенные к цепям управления тиристорного

1О преобразователя, причем выход одного из каналов фазоимпульсного генератора включен в цепь управления прерывателем дискретного фильтра LlJ.

Недостатком этого регулятора является необходимость фазировки входной цепи датчика напряжения и соответствующего фазоимпульсного генератора.

При изменении фазировки трансформатора напряжения, возникающего, например, в результате ремонта, необходимо производить переключение входных цепей ключевого элемента дискретного фильтра на другой фазоимпульсный генератор, что усложняет эксплуа" тацию регулятора.

Известен другой автоматический регулятор возбуждения для синхронной машины, содержащий модулятор амплитуды пилообразного напряжения, ключевой преобразователь непрерывного напряжения в ступенчатое (дискретный быстродействующий фильтр), генератор непериодических импульсов, предназначенный для управления дискретным фильтром. На вход регулятора подключены трансформаторы напряжения и тока статора синхронной машины Г2J.

Регулятор реализует два закона регулирования — по напряжению статора и по углу Р . При регулировании по углу синхронизация генератора импульсов производится трансформатором тока, фаза которого должна быть однозначно определена относительно напряжения, поданного на вход безынерционного фильтра. При неправиль.

91729

3 йой. фазировке устойчивость работы устройства нарушается.

Недостаток устройства - указанная необходимость фазировки напряжений входных трансформаторов, что также усложняет эксплуатацию.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является автоматический регулятор возбуждения для синхронной машины, содер- to жащий трансформаторы напряжения и тока, входы которых соединены с фазами якорных цепей синхронной машины, модулятор напряжения, вход ко торого соединен с трансформатором 1з напряжения, .прерыватель, коммутирующий вход которого соединен с выходом модулятора, а ко утирующий выход соединен с фиКсатором величины модулируемого напряжения в момент включения . 20 прерывателя, фазоимпулъсный усилитель, вход которого подключен к выходу фиксатора величины модулируемо

ro напряжения, генератор импульсов, выходной усилитель которого соединен с управляющим входом прерывателя, синхронизирующий вход генератора импульсов соединен с выходами трансформаторов напряжения и тока f3/.

Регулятор реализует регулирова- ЗВ ние по напряжению статора,. углу ф меж. ду напряжением и током статора, по реактивному и активному току, углу нагрузки 0.

Недостатком этого устройства явля- З5 ется необходимость предварительной синхронизации положения импульса re" нератора импульсов и пилообразного напряжения модулятора при выполнении всех упомянутых законов регулирова- 4о ния, за исключением регулирования по напряжению. Генератор импульсов выполнен в виде блокинг-генератора и фаза его выходных импульсов жестко связана с синхронизирующим напряже- 45 нием, плавное изменение фазы импульсов в широких пределах невозможно.

Это требует точной фазировки напряжений, поступающих на вход регулятора из трансформаторов напряжения и тока.

Точные направления векторов дат чиков напряжения и тока обычно указаны в инструкциях по экспулатации на.. возбудители серии ТВУ-320 и ТЕ8-320, в которых используется регулятор ,возбуждения. В некоторых случаях выполнение требований инструкции при7 4 водит к необходимости изменения схем подключения измерительных трансформаторов в комплектных распределительных устройствах. Если в результате ремонта или переключений в аппаратуре высоковольтной сети двигателя фазировка трансформаторов тока и напряжения, подключенных к регулятору, изменяется, то нарушается устойчивость работы возбудителя.

Цель изобретения - упрощение эксплуатации и повышение качества регулирования.

Поставленная цель достигается тем, что генератор импульсов дополнительно снабжен источником пилообразного напряжения, источником регулируемого постоянногс напряжения и двухвходовым компаратором, на один вход компаратора подключен выход источника регулируеМого постоянного напряжения, а выход компаратора соединен с входом выходного усилителя генераторов импульсов, при этом вход источника пилообразного напряжения является синхронизирующим входом генератора импульсов.

На фиг. 1 приведена,принципиальная схема регулятора возбуждения; на фиг. 2 - эпюры напряжений в схеме регулятора; на фиг. 3-5 - векторные диаграммы напряжений в регуляторе и на его входах.

Регулятор возбуждения состоит из датчика I напряжения, в состав которого входят трансформаторы 2 и 3 напряжения, соединенные через фильтр из конденсатора 4, резистора 5 и диода 6,- входом модулятора напряжения, выполненного на стабилитронах 7 и пилообразующей цепи 8 и 9. Выход модулятора подключен к коммутирующему входу прерывателя 10, коммутирующий выход которого соединен с фиксатором 11 величины модулируемого напряжения в момент включения прерывателя. Запоминающим элементом фиксатора.11 является конденсатор 12.

Генератор 13 импульсов, в состав которого входят установочные резисторы 14 и 15, связанные с источни-— ком синхронизирующих напряжений, вместе с базовой цепью транзистора

16 образуют синхронизирующий вход генератора 13 импульсов. Транзистор

16 вместе с RC-цепью 17 и 18 выполняет роль источника пилообразного напряжения, соединенного выходом с

50

5 91 входом компаратора на транзисторе 19, к другому входу которого подключен источник 20 регулируемого постоянного напряжения, выход которого связан с входом выходного усилителя генератора импульсов.

Выходной усилитель состоит из транзисторов 21 и 22, нагрузкой ко" торых является первичная обмотка импульсного трансформатора 23, вторичная обмотка 24 которого подключена к управляющему входу прерывателя 10.

Переключатели 25 и 26 режимов регулирования предназначены для выбора режима работы регулятора возбужде-, ния. Входные цепи регулятора подключены к трансформаторам тока 27 и 28 и напряжения 2 синхронного двигателя 29. Обмотка 30 возбуждения двигателя 29 подключена на вход тиристорного выпрямителя 31, íà управляющие электроды которого поступают импульсы из фазоимпульсного усилителя 32. Цепь управления фазой усилителя 32 подключена к выходу фиксатора 11 величины модулируемого напряжения. Режим работы генератора выбирается переключателями 25 и 26 и изменением величины входных потенциометров 14 и 15.

Автоматический регулятор возбуждения для синхронной машины работает следующим образом.

Синусоидальное напряжение 33 (фиг. 2), поступающее на вход датчика 1 напряжения, путем операций фильт рации, отсечки диодом 6, ограничения стабилитронами 7, заряда и разряда RC-цепи 8 и 9 преобразуется в пилообразное напряжение 34, амплитуда и наклон которого пропорциональны напряжению трансформатора 2 напряжения. Прерыватель 10 кратковременно присоединяет конденсатор 12 фиксатора 11 к напряжению пилообразной формы на конденсаторе RC-цепи.

На конденсаторе 12 и на выходе . фиксатора .11 получаем постоянное напряжение 35 с минимальными пульсациями. Величина напряжения 35 пропорциональна напряжению 34 в момент импульсного открытия прерывателя 10 импульсом 36. Изменение фазы импульса изменяет напряжение запоминания на конденсаторе 12 из-за наклона пилообразного напряжения 34. Следовательно, выходное напряжение 35 регулятора следит с частотой появления

7297 6 импульсов 36 за изменением напряжения 33 и фазы импульса 36. Импульс 36 поступает на вход прерывателя 10 из генератора 13 импульсов. Генератор

5 импульсов выполнен фазосдвигающим с "вертикальным" управлением и содержит схему для преобразования синусоидального синхронизирующего напряжения в пилообразное, выполненную на транзисторе 16 и RC-цепи 17, 18. Пилообразное напряжение на конденсаторе RC-цепи 1 7, 18 сравнивается с. напряжением управления фазой импульса, подключенным к эмиттеру компарато 5 ра 19. При равенстве напряжения на конденсаторе RC-цепи 17, 18 и источника 20 компаратор 19 открывается, на выходе 24 импульсного усилителя генерируется импульс, который посту-, 2о пает на коммутирующий вход прерывателя 10. Фаза импульсов зависит как от фазы синхронизирующих напряжений, которые через потенциометры 14 и 15 по-. даются на базу коммутирующего тран25 зистора 16, так и от величины напря-. жения источника 20, при изменении амплитуды которого фаза импульса дополнительно может возрастать в диапазоне = 0-170 эл.град. зо При нулевом напряжении на втором входе генератора импульс на его выходе совпадает во времени с моментом перехода синхронизирующего напряжения .37 через ноль. Увеличение величи ны отрицательного напряжения источни. ка 20 приводит к увеличению фазы вплоть до 170 эл.град. (фиг. 2). Син хронизирующее напряжение 37 в общем случае является векторной суммой напряжений, поступающих из трансформаторов тока и напряжения. Выбор величин сопротивлений потенциометров 14 и 15 и положения переключателей 25 и 26 в зависимости от закона регулирования рассмотрен в работе 3.

Для регулирования по напряжению статора переключатель 26 замкнут, переключатель 25 поставлен в нижнее положение, величины сопротивлений потенциометров 14 и 15 .таковы, что сигнал через потенциометр 15 преобладает. Тогда фаза и величина напряжения синхро" низации определяется трансформато" ром 2 напряжения, и выходной сигнал регулятора зависит только от амплитуды напряжения статора синхронного двигателя 29.

17297 8

1О

l5

zo тора 28 тока.

25 Покажем„ что при включении трансформатора тока в любую фазу импульс

36 может быть установлен в экспоненциальную зону пилообразного напряжения 34.

Зо Трансформатор 28 тока включен в фазу А (фиг. 3). В соотве":т-вии с параметрами входного RC-фильтра датчика 1 напряжения, вершина 38 пилообразного напряжения сдвинута на

35 30 эл . град . e сторону опережения относительно вектора напряжения Ugy .

Вершине 38 соответствует (фиг. 3) вектор 39. Тогда угол 40 соответствует рабочей зоне пилообразного напряжения 34, а угол 41 равен диапазону в сдвига импульса 36 напряжением источника 20. Углы 40 и 41 имеют общую зону и, следовательно, импульс 36 может быть установлен в рабочую область

45 пилообразного напряжения.

Трансформатор 28 тока включен в фазу В (фиг. 4). В качестве синхронизирующего напряжения примем вектор, сдвинутый на 180 эл.град,.

50 При Cosô = .l вектор синхронизирующего напряжения совпадает с вектором

39, угол 42 равен диапазону сдвига В импульса. Углы 40 и 42 имеют общую зону (практически совпадают).

Трансформатор 28 тока включен в фазу С (фиг. 5). Угол 43 равен диапазону сдвига импульса. Углы 40 и 43 также имеют общие зоны.

7 9

Для. регулирования по углу 3 переключатели 25 и 26 находятся в том же состоянии, что при регулировании по напряжению, но синхронизирующее напряжение определяется преимущественно током статора. В этом случае фаза импульса 36 следует эа изменением фазы синхронизирующего напряжения и выходной cv.ãíàë регулятора реагирует на изменение напряжения и угла .

При регулировании по реактивному или активному току переключатель 26 разомкнут, переключатель 25 установлен в верхнее положение. На вход прерывателя 10 поступает в этом случае суммарное напряжение конденсатора RC-цепи 7, 8 и синусоиды тока. фаза импульса 36 зависит только от напряжения трансформатора 2, а выходное напряжение 35 регулятора реагирует на изменения напряжения 33 и реактивной или активной составляющей тока статора в зависимости от положения импульса 36 на падающей ветви пилообразного напряжения 34.

Если выбрать фазы трансформаторов 3 и 27 так, чтобы векторы напряжения и тока были бы перпендикулярны при СозЧ = 1 и номинальной величине тока статора, а потенциометрами 14 и 15 установить отношение сигнала напряжения к сигналу тока обратно пропорционально поперечному реактивному сопротивлению двигателя, то фаза включения генератором t3 прерывателя 10 будет пропорциональна углу нагрузки двигателя, углу 9 поворота оси ротора относительно поля статора, Получаем регулирование по напряжению и углу 8-.

Установка импульса 36 в необходимую по режиму регулирования области пилообразного напряжения 34 производится выбором -фазы синхронизи рующего напряжения 37 относительно напряжения 33 и дополнительно напряжением источника 20.

При регулировании по углу необходимо, чтобы импульс 36 был установлен при Cos g = 1 на расстоянии

90 эл.град. от вершины 38 пилообразного напряжения 34. В этом случае при изменении угла (в широком диапа зоне импульс не выходит за пределы экспоненциальной части пилообразного напряжения 34, что необходимо для

Устойчивой работы регулятора в соответствии с принятой в тиристорных возбудИтелях синхронных машин регулировочной характеристикой. На фиг.2 приведен. случай, когда в качестве синхронизирующего напряжения принято напряжение 37, поступающее из трансформатора 27 тока и отстающее на 30 эл.град. от напряжения 33 на выходе трансформатора 3 напряжения.

Это соответствует тому, что при Cos =

1 трансформатор напряжения подключен к линейному напряжению U>, а трансформатора тока в другую фазу статорной цепи, фаза синхронизирующего напряжения 37 изменяется, однако импульс 36 устанавливается в нужную зону пилообразного напряжения 34 путем изменения напряжения источника

20. Примем, что трансформатор 2 напряжения .постоянно подключен к линейному напряжению, а синхронизация генератора 13 импульсов осуществляется напряжением трансформа9172 17 10 возбудителях серии ВТЕ-320 для синхронных двигателей свыше 100 кВт, Формула изобретения

Во всех. трех вариантах размер и положение общей зоны относительно вектора вершины пилообразного напря жения 39 достаточны для устойчивой работы регулятора при максимальном; диапазоне изменения угла Р .

При регулировании по активному и. реактивному току статора вектор тока обычно выбирается при Созф = 1 отстающим от вектора напряжения на 10

30 или 210 эл.град.

Установка импульса 36 в необходимуюобласть пилообразного напряжения 34 производится только напряжением источника 20, так как синхрони- 15 зация импульса не зависит от тока и определяется напряжением трансформатора 3 напряжения. В качестве источника 20 напряжения может быть использован потенциометр. с ручной ус" 20 тавкой или дополнительный датчик постоянного напряжения 0 — 12B, 5 мА, включенный в систему автоматического регулирования возбуждения двигателя, например выпрямленный сигнал транс- 25 форматора тока узла нагрузки углоиз- мерительного устройства - датчика угла ф и т..п.

Таким образом, введение в генератор 13 импульсов компаратора 19 с ис- з0 точником регулируемого постоянного напряжения, подключенного к второму входу компаратора, позволяет устра-нить в большинстве режимов регулирования необходимость точной фазиров-35 ки векторов трансформаторов 2 и 28 и, кроме того, расширяет функциональные возможности регулятора за счет введения в него дополнительных сигналов управления постоянного напря- 40 жения малой мощности и стандартной . величины. Кроме того, введение.до" полнитепьного входа, управляемого напряжением для плавного изменения фазы импульса генератора .13, позволяет изменять коэффициент усиления и уставку рабочей точки регулятора электрическим сигналом за счет .перемещения импульса по нелинейной части пилообразного напряжения 34.

Регулятор возбуждения предназна" чен для применения в тиристорных

Автоматический регулятор возбуждения для синхронной машины, содержащий трансформаторы напряжения и тока, входы которых соединены с фазами якорных обмоток синхронной машины, модулятор напряжения, вход которого соединен с выходом -трансформатора напряжения, прерыватель, коммутирующий вход которого соединен с выходом модулятора; а выход соединен с фиксатором величины модулируемого напряжения в момент включения прерывателя, фазоимпульсный усилитель, вход которого подключен к выходу указан= ного фиксатора величины модулируемого напряжения, генератор импульсов, выходной усилитель которого соединен с управляющим входом прерывателя, синхронизирующий вход генератора импульсов соединен с выходами трансформаторов напряжения и тока, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью упрощения эксплуатации и улучшения качества регулирования, генератор импульсов дополнительно снабжен источником пилообразного напряжения, источником регулируемого постоянного напряжения и двухвходовым компаратором, на один вход компаратора подключен выход источника пилообразного напряжения, на другой вход подключен выход источника регулируемого постоянного напряжения, а выход компаратора соединен с входом выходного усилителя генератора импульсов, при этом вход источника пилообразного напряжения образует синхронизирующий вход генератора импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

11 519836, кп. H 02 P 9/30, 1976;

2. Авторское свидетельство СССР

11 235155, кл. " 02 Р 9/30„ 1969.

3. Авторское свидетельство СССР

h" 534017, кл. Н 02 P 9/30, 1976.

917297

АВ

Составитель А, Лебедева

Редактор А. Мотыль Техред 3. фанта Корректор Н. Швыдкая

Заказ 1900/74

Тираж 719 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д; 4/5 филиал ППП "Пагент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4