Измерительный орган напряжения для автоматического регулятора тока возбуждения синхронной электрической машины

 

oii991316

0llNCAHHE

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву—

1$1) М.К . (22) Заявлено 15д480 (21) 29105б6/24-07 с присоединением заявки Ио— (23) Приоритет

G 01 В 19/00

Н 02 Р 9/14

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовайо 230183, Бюллетень Ко 3

Дата опубликования описания 2301.83 ($3) УДК 621.313. .322.072.8 (088.8) (72) Авторы изобретения

В.М. Катунин и В.Г. Накрохин и .в р з с

Производственное объединение Уралэлектротяжмаш " им. В.И. Ленина

« Т (71) Заявитель (54) ИЭМЕРИТЕЛЛЬНЫЙ ОРГАН НАПРЯЖЕНИЯ

ДЛЯ АВТОМАТИЧЕСКОГО РЕГУЛЯТОРА ТОКА

ВОЗБУЖЛЕНИЯ СИНХРОННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ

МАШИНЫ

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в автоматических регуляторах тока для возбуждения электрических машин.

Известен автоматический регулятор тока возбуждения для синхронной электрической машины, в котором используется трехфазный насыщающийся трансформатор, линейный и челинейный элементы. Трехфазный насыщающийся трансформатор включает в себя первичную обмотку, подключенную к линейным выводам синхронного генератора, обмотку линейного и обмотку нелинейного элементов fl ).

Ток в обмотке линейного элемента практически пропорционален напряжению на выводах генератора. Обмотка нелинейного элемента соединена в отк.рытый треугольник, в результате ток в ней резко возрастает с увеличением насыщения магнитопровода трансформатора,- когда напряжение на выводах генератора приближается к номинальному или превышает его. Токи линейного и нелинейного элементов выпрямляются соответствующими выпрямителя-. ми и подаются в обмотки управления магнитного усилителя, включенные таким образом, что суммарные ампервит- ЗО ки управления магнитного усилителя равны разности ампервитков линейного и нелинейного элементов.

Недостатком данного устройства является наличие пульсаций в выходном напряжении выпрямителя линейного элемента. Особенно это проявляется в несимметричных режимах работы генератора. К недостаткам также следует отнести наличие двух обмоток в насыщающемся трансформаторе и в магнитном усилителе, что приводит к увеличению габаритов устройства Н сложности настройки.

Известен также автоматический регулятор тока возбуждения синхронной электрической машины, у которого измерительный орган напряжения содержит трансформатор, выпрямитель, фильтр, нелинейный элемент, вспомогательный источник. Первичйая обмотка трансформатора подключена к выводам синхронной электрической машины. Вторичная обмотка трансформатора подключена через выпрямитель, фильтр на вход нелинейного элемента, выход которого .подключен к обмотке управления суммирующего магнитного усилителя. Вспомогательный источник

991316 через диод подключен на вход фильтра Г2 3.

Напряжение с вторичной обмотки трансформатора, пропорциональное напряжению на выводах генератора, выпрямляется с помощью полупроводникового выпрямителя, после чего фильтруется и поступает на нелинейный элемент, выполненный на стабилитронах и резисторах.

При номинальном напряжении на 10 выводах генератора напряжение в диагонали нелинейного элемента равно нулю. В диагональ моста нелинейного элемента через сопротивление включена обмотка управления суммирующего магнитного усилителя. При глубоких посадках напряжения на выводах генератора режим форсировки обеспечивается от вспомогательного источника.

В данном устройстве использование фильтра на выходе выпрямителя позволяет уменьшить уровень пульсаций напряжения на выходе измерительного органа, а включение нелинейного элемента на выход фильтра — исключить дополнительные обмотки в трансформаторе и магнитном усилителе.

Недостатком этого устройства является увеличение постоянной времени измерительного органа напряжения при снижении напряжения на выводах генератора, что снижает быстродействие автоматического регулятора возбуждения в этом режиме. Это обусловлено различием в постоянных времени заряда и разряда конденсатора фильтра., 35 которые вызваны односторонней проводимостью диодов выпрямителя и различием эквивалентного сопротивления вторичной обмотки трансформатора и нагрузки фильтра. Особенно это про- 40 является при глубоких посадках напряжения. К недостаткам следует отнести также увеличение уровня пульсаций в выходном напряжении измерительного органа напряжения в несим 45 метричных режимах,что приводит к увеличению пульсаций напряжения на выходе автоматического регулятора возбуждения.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является измерительный орган напряжения для автоматических регуляторов тока возбуждения синхронных машин, содержащий измерительный узел, в состав которого входят входной трансформатор с первичной обмоткой и первой, второй и третьей вторичными обмотками, первая из которых выполнена с отводом от средней точки, и четыре 60 транзистора, причем один крайний вывод первой вторичной обмотки соединен с коллектором первого транзистора, а другой крайний вывод той же обмотки соединен с коллектором g$ второго транзистора, эмиттеры которых соединены соответственно с эмиттерами третьего и четвертого транзисторов, коллекторы которых объединены и образуют выход измерительного .узла, связанный с входом сглаживающего фильтра автоматического регулятора тока возбуждения, при этом вторая вторичная обмотка трансформатора подключена одним выводом к эмиттерам первого и третьего транзисторов, а другим выводом соединена с базами этих же транзисторов, третья вторичная обмотка трансформатора соединена аналогичным образом с вторым и четвертым транзисторами 3 .

В данном устройстве на вход транзисторных схем и на их управляющие входы поступают напряжения, соответствующие векторной сумме действующих значений фазнык напряжений генератора.

В результате, когда транзисторы в транзисторной схеме находятся в открытом состоянии, обеспечивается прохождение сигналов отрицательного и положительного знака, что позволяет снизить постоянную времени раз.— ряда конденсатора при уменьшении ве- личины измеряемого входного напряжения, тем самым несколько повысить быстродействие автоматического регулятора возбуждения. Тем не менее, быстродействие регулятора остается сравнительно низким из-за наличия запаздывания, обусловленного тем, что напряжение на выходе измерительного органа напряжения пропорционально сумме значений фазных напряжений синхронной машины.

К недостаткам данного устройства следует отнести также наличие сравнительно высокого уровня пульсаций выходного напряжения на выходе узла измерения, особенно в несимметричных режимах, обусловленную тем, что она выполняет функцию выпрямления входного напряжения аналогично двухполупериодной схеме выпрямления. B связи с этим форма и частота пульсаций выходного напряжения аналогичны форма и частоте выходного напряжения двухполупериодной схемы выпрямления. Пульсации приводят к асимметрии импульсов управления„ При работе автоматического регулятора возбуждения с системой импульснофазового управления с малой инерционностью тиристорного преобразователя асимметрия импульсов управления являЕтся причиной неравномерной загрузки тиристоров преобразователя и снижению его надежности, Для снижения уровня пульсаций необходимо увеличивать постоянную времени фильтра, что приводит к снижению быстродействия регулятора и ухудшению ка991316 чества регулирования синхронной электрической машины.

Цель изобретения - повышение ка чества электроэнергии.эа счет-повышения быстродействия регулирования в несимметричных режимах, Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены дополнительные, аналогичные основному измер.тельные узлы и общее число измерительных узлов равно числу фаз электрической машины, а средний вывод первой вторичной обмотки трансформатора каждого измерительного узла, кроме, последнего, соединен с выходом каждого последующего измерительного узла, вывод средней точки первой вторичной обмотки послед-. него измерительного узла подключен к второму входу сглаживающего фильтра, при этом первичные обмотки всех входных трансформаторов соединены между собой в звезду, а свобод.— ные выводы первичных обмоток предназначены для подклЮчения к выводам фаэ якорных обмоток электрической машины, На чертеже представлена принципиальная схема измерительного органа напряжения для трехфазной синхронной электрической машины, Измерит "ьный орган напряжения содерж.: основной измерительный узел

1 и два дополнительных измерительных узла 2 и 3, аналогичные основному.

Каждый измерительный узел содержит транзисторные блоки 4 и 5, выполненные на транзисторах 6, 7 и 8, 9 соответственно, и входной трансформатор 10.

Входной трансформатор 10 содержит первичную обмотку 11, и первую, вторуго и третью вторичные обмотки 12

14. Один крайний вывод 16 первой вторичной обмотки 12 подключен к коллектору первого транзистора 6, а другой ее крайний вывод 16 — к коллектору второго транзистора 8, эмиттеры первого, третьего транзисторов б и

7 соединены между собой с одним вы-! водом второй вторичной обмотки 13, другой ее вывод через резисторы

17 и 18 связан с базами указанных транзисторов. Один из выводов третьей вторичной обмотки 14 соединен с эмиттерами второго и четвертого транзисторов 8 и 9, базы которых через резисторы 19 и 20 связаны с другим выводом вторичной обмотки 14, Коллекторы третьего и.четвертого транзисторов 7 и 9 объединены и образуют выход в каждом измерительном узле, связаны с первым входом сглаживающего фильтра 21, второй вход которого связан с выходом средней точки первой вторичной обмотки 12 трансформатора 10 последнего измерительного узла 3. Средние выводы 221 первой вторичной обмотки трансформатора измерительного узла 1 соеди-. нен с выходом измерительного узла 2.

Первичные обмотки 11 трансформаторов измерительных узлов соединены

5 между собой в звезду, а свободные выводы первичных обмоток трансформаторов предназначены для подключения к выводам фаэ A В, С якорных обмоток электрической машины. Выход

1О сглаживающего фильтра 21 подключен к автоматическому регулятору 23 возбуждения тока электрической машины.

Устройство работает следующим образом, Напряжение с выводов А, В, С фаз якорных обмоток синхронной электрической машины поступает на первичную обмотку 11 трансформатора 10, Во вторичной обмотке 12 (выводы 15 и 16 относительно средней точки 22) и обмотках 13 и 14 наводятся ЭДС с противоположными знаками. Если, например; под действием входного напряжения на первичной обмотке,11 тРансформатора 10 измерительного узла 1 на вторичной обмотке 12 (вывод

15, средняя .точка 11 трансформатора

10 измерительного узла 1) наведется

ЭДС положительная по знаку (плюс на

30 выводе 15, минус на средней точке

22), а на обмотке 13 - ЭДС такого же знака (плюс на эмиттерах, минус на базах транзисторов 6 и 7), то транзисторы 6 и 7 откроются. В результате ток от ЭДС, наведенной в

35 обмотке, замыкается по следующему пути: вывод 15 вторичной обмотки 12 через открытые транзисторы б и 7 измерительного узла 1, входное сопротивление сглаживающего фильтра 21, 4О средняя точка 22 вторичной обмотки

12 измерительного узла 3, открытые транзисторы 8 и 9 измерительного узла 3, средняя точка 22 вторичной обмотки 12 трансформатора 10 изме45 рительного узла 1, транзисторы 8 и

9 этого же узла, средняя точка 22. (в предположении, что на первичные обмотки 11 трансформаторов 10 измерительных узлов 2 и 3 поступают

5О соответствующие напряжения и транзисторы 8 и 9 открыты). Одновременно на обмотках 14 измерительных узлов наводится ЭДС такого знака (плюс на базах, минус на эмиттерах транэистоРов 8 и 9), при которой транзисторы 8 и 9 должны быть закрыты и пути тока от наведенных ЭДС во вторичной обмотке 12 (вывод 16, средняя точка 22) нет. При смене полярности входного напряжения на первичной » обмотке 11 трансформатора 10 измерительного узла 1 на вторичной обмот- ке 12 наведенная ЭДС меняет знак, аналогично меняется знак наведенной

ЭДС в обмотках 13 и 14, При этом

65 транзисторы 6 и 7 измерительного

991316 венно, что позволяет увеличить быст65 узла 1 находятся в закрытом состоянии, а транзисторы 8,9 -. в открытом, В результате появится следующий путь протекания тока от ЭДС., наведенной во вторичной обмотке 12: вывод 16, открытые транзисторы 8 и 9, измери- 5 тель узла 1, входное сопротивление сглаживающего фильтра 21, вторичные обмотки 12 (вывод 15 средняя точка

22), открытые транзисторы 6 и 7 измерительных узлов 2 и 3, средняя 10 точка 22 вторичной обмотки 12 трансформатора 10 измерительного узла 1, Одновременно на обмотке 13 наводится ЭДС такого знака, при котором транзисторы 6 и 7 закрыты и пути тока от наведенной ЭДС во вторичной обмотке 12 (вывод 15, средняя точка

22) нет.

Аналогично вышеизложенному происходит работа измерительных узлов 2 и 3. В несимметричных режимах при посадке напряжения на одной из фаз измерительного напряжения снижается

Напряжение на первичной обмотке 11 трансформатора 10 измерительного узла этой фазы, В результате уменьшается величина ЭДС,наведенной в обмотках

13 и 14 этого узла, что приводит к уменьшению базового тока транзисторов 6 — 9 транзисторных бЛоков 4 и

5. -При этом уменьшается коллекторный - Е ток транзисторов 6 — 9, а так как выходы измерительных узлов 1 — 3 включены последовательно, то уменьшается и общий ток через входное сопротивление сглаживающего фильтра 35

21. В результате напряжение на его выходе уменьшается. B динамических режимах в момент посадки напряжения одной из фаэ измеряемого напряжения базовый ток транзисторов 6 — 9 тран- 40 зисторных блоков 4 и 5 меняется практически мгновенно, поэтому практически мгновенно .изменяется напря- . жение на входе сглаживающего фильтра 21. 45

Благодаря выполнению измерительного органа напряжения с числом измерительных узлов, равным числу фаз синхронной электрической машины и соответствующему подключению их между собой, появилась воэможность измерять минимальное действующее значение измеряемых фазных напряжений.

В результате в симметричных режимах выходное напряжение измерительного органа напряжения практически соответствует выходному напряжению известных измерительных органов напряжений. В несимметричных же режимах, когда транзисторы измерительных узлов той фазы, напряжение которой занижено, начинают прикрываться, выходное напряжение измерительного органа изменяется практически мгно<родействие автоматического регулято"ра возбуждения в несимметричных режимах и тем самым повысить качество регулирования синхронной электрической машины в этих режимах, Следует также отметить, что уровень пульсаций выходного напряжения в этих режимах не увеличивается, тем самым отпадает необходимость увеличения постоянной времени сглаживающего фильтра, что также способствует увеличению быстродействия, Формула изобретения

Измерительный орган напряжения для автоматического регулятора тока возбуждения синхронной электрической машины, содержащий измерительный узел, в состав которого входят входной трансформатор с первичной обмот- . кой и первой, второй и третьей вторичными обмотками, первая из которых выполнена с отводом от средней точки, и четыре транзистора, причем один крайний вывод первой вторичной обмотки соединен с коллектором первого транзистора, а другой крайний вывод той же обмотки — с коллектором второго транзистора, эмиттеры которых соединены соответственно с эмиттерами третьего и четвертого транзисторов, коллекторы которых объединены и образуют выход измерительного узла, связанный с входом сглаживающего фильтра автоматичес кого регулятора тока возбуждения, вторая вторичная обмотка трансформатора подключена одним выводом к эмиттерам первого и третьего транзисторов, а другим выводом соединена с базами этих же транзисторов, третья вторичная обмотка трансформатора соединена аналогично с вторым и четвертым транзисторами, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения качества электроэнергии за счет повышения быстродействия регулирования.в несимметричных режимах, введены дополнительные, аналогичные основному, измерительные узлы и общее число измерительных узлов равно числу фаэ электрической машины, а средний вывод первой вторичной обмотки трансформатора каждого изме рительного узла, кроме последнего, соединен с выходом каждого последующего измерительного узла, вывод средней точки первой вторичной обмотки последнего измерительного узла подключен к второму входу сглаживающего фильтра, первичные обмотки всех трансформаторов соединены между собой в звезду, а свободные выводы первичных обмоток предназначены для подключения к выводам фаэ якорных обмоток электрической машины.

991316

Составитель A. Лебедев

Редактор A. Коэориз Техред Е.Харитончик Корректор М. Коста

Тираж 708 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 124/62

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул, Проектная, 4

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1, Быстродействующий регулятор напряжения РНА-60. Техническое описание. Минск, 1963, с. 6.

2. Автоматическое регулирование и 5 управление в энергосистемах. Под ред. Г.Р. Герценберга. Труды ВЭИ, вып. 78. М., Энергия, 1968; с.2931.

3. Автоматический регулятор возбуждения.APB-1 для синхронных генераторов ГОС-630. Принципиальная электрическая схема, чертеж

Р ОБП. 35 С,194,завод Уралэлектро" тяжмаш, 1975.