Автоматический регулятор возбуждения для синхронной машины

 

, Производственное обьединение "Уралэлектротяжмаш им. В. И. Ленина (7! ) Заявитель (54) АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР ВОЗБУЖДЕНИЯ

ДЛЯ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ напряжения (Ц .

Изобретение относится к злектротеяж ке и может быть использовано в устройствах автоматического управления возбуждением синхронных машин.

Известен автоматический регулятор возбуждения синхронных машин, содержащий устройство измерения отклонения напряжения синхронной машины от задан ного значения, сумматор с тремя входами, выход которого подключен к управляющему входу силовой части системы возбуждения. Выход устройства - измерения отклонения напряжения синхронной машины от заданного значения подключен к первому входу сумматора, второй вход сумматора непосредственно, а третий вход через дифференпнатор подключен к выходу измерительного органа частоты напряжения синхронной машины, который имеет схему измерения частоты напряmeans синхронной машины, сглаживаюпшй фильтр и выходной усилитель.

Это устройство позволяет регулировать возбуждение синхронной мапшны в

2 функпии отклонения напряжения, отклоне ния и производной частоты наприкения синхронной маппппа. В нем измерение частоты напряжения осуществляется па очередним зарядом конденсатора в каж5 дый полупериод через транзисторный ключ от стабилизированного источника и после дующего его разряда. Коммутапия транзисторного ключа осуществляется синхронно с измеряемой частотой напряжения.

1О Среднее значение тока заряда конденсатора прапорпионально измеряемой частоте

Недостатком данного устройства явля 5 ется низкая чувствительность схемы измерения при сравнительно высоком уровне пульсапий выходного напряжения. Для сглаживания пульсапий устройство допол нительно содержит сглаживающий фильтр, ныеюший сравнительно большую инерцион.ную постовую, что приводит к уменьше нию быстродействия автоматического регулятора возбуждения, а следовательно

3 Ж1 ухудШает качество регулирования синхронной машины.

Известен также автоматический регулятор возбуждения синхронной мананы, содержаияй как аналогичные блоки и каналы регулирования по отклонению.напряжения от заданного значения, по отклонению к производной частоты напряжения синхронной машины.

В этом устройстве измеритЕлы1ый орган частоты напряжения синхронной машины содержит преобразователь входного напряжения, нуль-орган, одновибратор, две ключевые схемы, интегратор, запоминаюший конденсатор, повторитель напря« жени я.

Это устройство позволяет регулировать возбуждение синхронной машины в функции тех же параметров, что и в пре дыдушем устройстве (1) .

Введение в измерительный орган частоты интегратора для измерения полунериода входного напряжения и запоминаюmea емкости для фиксации и запоминаний напряжения, пропорционального полупериоду входного напряжения позволило несколько уменьшить величину переменной составляюшей на вых<ще измерительного органа частоты. Это позволило уменьшить постошсную времени каналов регулирования по отклонению и производной частоты автоматического регулятора возбуждения за счет исключения сглаживаюшего фильтра со сравнительно боль. нюй постоянной времени.. В результате, удалось упростить конструкнию, повысить надежность и быстродействие автоматического регулятора возбуждения по кана лам регулирования по отклонению и про иэводной частоты, что в свою очередь позволило улучпжть качество уегулирова ния синхронной машины (2) .

Недостатком этого устройства являеъ

cs сравнительно низкое качество регули рования, вызванное тем, что измерительный орган частоты измеряет один полупериод входного напряжения. В резуль тате, автоматический регулятор возбуждения по каналам регулирования по m клонению и производной частоты имеет время чистого запаздывания, равное периоду входного онапряжения. Это ухудшает качество регулирования синхронной машины. Следует также отметить, что из-еа конечных значений выходного и входного сопротивлений соответственно транзисторного ключа и повторителя напряжения, а также погрецпюсти емкости запоминакнпего конденсатора послед25

30 возбуждения, а первый .вход — к выходу блока измерения отклонения напряжения синхронной машины от заданного значения, второй вход непосредственно, а третий вход через дифференииатор подключены к выходу измерительного органа част<» ты синхройной машины измерительный орган частоты, включаюшнй преобразователь входного напряжения с двумя выхо дами, суммируюший усилитель, вход которого соединен с выходом блока начальной уставкн; два идентичных канала намерения, каждый из которых содержит повторитель напряжения с запоминаюшим конденсатором на входе, первый и вто45 рой транзисторные ключи с ocsosiHHMH и управляюпями входами, нуль-орган, входом подключенный к одному иэ выходов преобразователя входного напряжения, ннтегрируюший конденсатор, одной обкладкой подключенный w основным вхо дам первого и второго транзисторных

«лючей, а другой обкладкой подключенный к выходу второго транзисторного ключа, днфферениируюшая цепь первым выводом подключенная к выходу нуль

S5 органа и к упраиляюшему входу первого транзисторного ключа, зарядный резистор, одним выводом подключенный к основным входам первого и второго транзисторных

tO

20 них, будет разряжаться, что приводит при введении в работу каналов регулирования по отклонению и производной частоты напряжения синхронной машины к появлению пульсаций на выходе автоматического регулятора возбуждения и на управляюшем входе силового блока. В случае применения в качестве силового блока тиристорного преобразователя наличие пульсаций на его управляющем входе приводит к большой несимметрии управляюшнх импульсов и как следствие к неравномерной загрузке тиристорного преобразователя. Это приводит к выходу из строя отдельных тиристоров и тиристорного преобразователя в целом. Таким образом, использование данного устройс 1 ва снижает надежность системы регулирования °

Наиболее близким техническим реше ннем к изобретению является ащгоматический регулятор возбуждения синхрса ной машины, содержаший силовой блок системы возбуждения с управляюшим входом, блок измерения отклонения напряжеиия синхронной машины от заданного значения, сумматор с тремя входами, выход которого подключен к управляюшему входу силового блока системы

5 ключей, а другим выводом — к первому выводу первого источника питания, являющийся общим для обоих каналов измерения $3) .

Известное устройство позволяет регулировать возбуждение синхронной машины в функции отклонения напряжения, отклонения и производной частоты напряжения синхронной машины. В известном устройстве, ввиду наличия в измерительном tp органе частоты двух идентичных. каналов измерения, обеспечивается измерение длительности обоих полупериодов входного напряжения. В результате, время чистого запаздывания каналов регулирования по отклонению и производной частоты, уменьшилось в 2 раза по сравнению с известным. При этом увеличилось быстродействие автоматического регулятора возбуждения по указанным каналам регу- щ лирования. Однако ввиду того1 что электрические параметры однотипных элементов, входящих в каналы измерения отличаются друг от друга, напряжение на запоминающем конпенсаторе в каждом д канале измерения отличается друг от друга. Это приводит к появлению пульсаций в выходном напряжении измерительного органа частоты, а следовательно и на выходе автоматического регулятора, что Зй приводит к ухудшению качества регулирования синхронной машины .

Недостатком данного устройства является сравнительно низкая чувствительрительного органа час пряжения синхронной машины. Объясняет ся это тем, что в процессе измерения длительности полупериода входного напряжения заряд интегрирующей емкости прсьисходит в течение всего полупериода измеряемого напряжения и от одного однополярного источника. В результате, крутизна напряжения на интегрирующей емкости, определяющая чувствительность канала измерения, сравнительно мала. Ком45 пенсировать низкую чувствительность каналов измерения, а следовательно, и измерительного органа частоты, можно путем последующего усиления его выходного напряжения в каналах отклонения и производной частоты напряжения автома50 тического регулятора возбуждения. Но прн этом пропорционально усилению полезного сигнала увеличится уровень пульсаций напряжения на выходе автомажческого регулятора. возбуждения и на уп» равляюшем входе силового блока, что также снижает надежность системы автоматического регулирования из-аа боль75 6 шой несимметрии управляющих импульсов силового блока тиристорного преобразователя и как следствие к неравномерной загрузке тиристорного преобразователя.

Это приводит к выходу из строя отдельных тиристоров и тиристорного преобразователя в -целом. Кроме того, большой уровень пульсаций на выходах каналов отклонения и производной частоты напряжения может привести к тому, что сумматор автоматического регулятора возбуждения выйдет на нелинейную зону, что эквивалентно выходу последнего из строя и снижению надежности системы автоматического регулирования. Использование предлагаемого устройства снижает качество регулировании синхронной машины, так как не позволяет увеличить коэффициенты усиления по каналам отклонення и производной частоты напряжения синхронной машины с целью улучшения демпфирования качаний в энергосистеме в послеаварийных режимах.

Целью изобретения является повышение надежности и улучшение качества регулирования путем улучшения демпфиреваиия качаний в послеаварийных реж мах.

Указанная цель достигается тем, что в каждый канал измерения измерительного органа частоты дополнительно введены одновибратор, третий транзисторный ключ, имеющий основной и управляющий входы, формирователь управляющих импульсов и второй однополярный источник питания, при этом в каждом канале измерения второй вывод дифференцирующей цепи подкпючен к входу формирователя управляющих импульсов, выход . которого соединен с управляющим входам третьего транзисторного ключа, основной вход этого ключа подключен к основным входам первого и второго транзисторных ключей, а выход третьего транзисторного ключа подключен к входу повторить1 ла напряжения и к одной из обкладок зайоминаюшего конденсатора, другая обкладка которого соединена с выходом певыио транзисторного ключа, управляю шнй вход второго транзисторного ключа соединен с выходом одновибратора, вход которого соединен с выходом нуль-органа, выход повторителя напряжения ко » дого канала измерения подключен к входу суммирующего усилителя, выход второго транзисторного ключа каждого кана« ла измерения подключен K первому выводу второго однополярного источника питания, при этом вторые выводы обоих

7 М1 источников питания объединены между собой, образуя обшую точку, к которой подключен выход первого транзисторного . ключа каждого канала измерения.

На чертеже схематически изображен автоматический регулятор возбуждения для синхронной .Машины»

Автоматический регулятор возбуждения синхронной машины содержит блок

1 измерения отклонения напряжения синх- о ронной машины от заданного значения, сумматор 2 с тремя входами 3-5, выход которого подключен к управляюшему входу силового блока 6 системы возбуждения. Первый вход 3 сумматора 2 под- 15 ключен к выходу блока 1 измерения о клонения напряжения синхронной машины от заданного значения. Второй вход 4 сумматора 2 непосредственно, а третий вход 5 через дифференциатор 7 подклю- gp чены к выходу измерительного органа 8 частоты напряжения синхронной машины.

Измерительный орган 8 частоты напряжения синхронной машины содержит преобразователь 9 входного напряжения д с двумя выходами 10 и 11, два идентичных канала 12 и 13 измерения, каждый из которых, например канал 12 измерения, содержит нуль-орган 14, входом подключенный к выходу 10 преобразователя 9 входного напряжения. Выход нульI органа 14 подключен к входу одновибра- тора 15, входу дифференцируюшей цепи

16 и управляюшему входу 17 первого транзисторного ключа 18. Основной вход 35

19 транзсторного ключа 18 подключен к основному входу 20 второго транзисторного ключа 21, к одной обкладке 22 инте. грируюшего конденсатора 23, другая обкладка 24 которого подключена к выходу 25 второго транзисторного ключа 21.

Управляюший вход 26 второго транзисторного ключа 21 подключен к выходу одновибратора 15. Выход дифференцируюшей цепи 16. подключен к входу формирователя 27 управляюших импульсов, выход которого подключен к управляюшему входу

28 третьего транзисторного ключа 29.

Основной вход 30 третьего транзисторного ключа 29 подключен к основному входу 20 второго транзисторного ключа

23.. Выход 31 третьего транзисторного ключа 29 подключен к входу повторит »ля 32 напряжения и к одной обкладке 33 запоминаюшего конденсатора 34. Другая обкладка 35 конденсатора 34 подключена

55 к выходу 36 первого транзисторного ключа 18, образуя обшую точку. Обкладка 22 интегрируюшего конденсатора 23

575 8 через зарядный резистор 37 подключена к выводу 38 первого однополярного источника 39 питания, являюшегося обшим для обоих каналов 12 и 13 измерения.

Обкладка 24 интегрируюшего конденсатора 23 подключена к выводу 40 второго однополярного источника 41 питания, являюшегося обшим для обоих каналов

12 и 13 измерения. Вывод 42 первого однополярного источника 39 подключен к выводу 43 второго однополярного источника 41 питания и к обшей точке.

Выходы повторителей 32 напряжений обоих каналов 12 и 13 измерения подключены к входу суммируюшего усилителя 44, К этому входу подключен также выход блока 45 начальной уставки. Выход суммируюшего усилителя 44 является выходом измерительного органа 8 напряжения.

Автоматический регулятор возбуждения для синхронной машины работает следуюшим образом.

Напряжение синусоидальной формы с выводных клемм синхронной машины поступает на вход преобразователя входного

9 напряжения, на выходах 10 и ll которого напряжения синусоидальной формы сдвинуты друг относительно друга на

180 эл. град. Под действием напряжения, поступаюшего на вход нуль-органа

14 первого канала 12, измеряюшего длительность положительного полупериода входного напряжения, на выходе нульоргана 14 формируется биполярный сигнал прямоугольной формы, по частоте и скважности совпадаюший с входным измеряемым напряжением. В момент перехода выходного напряжения нуль-органа

l4 с положительной на отрицательную полярность закрывается первый транзистор» ный ключ 18, подготавливая цепь заряда интегрируюшего конденсатора 23. Одновременно с этим вступает в работу одновибратор 15, который формирует прямоугольный импульс положительной полярности длительностью 2-3 мсек, под действием которого открывается .второй тран эисторный ключ 21, который шунтирует интегрирующий конденсатор 23. В результате, интегрируюший конденсатор 23, ранее заряженный, разряжается в течение времени действия импульса одновибратора 15. После окончания формирования положительного импульса одновибратором

15 закрывается второй транзисторный ключ 21, тем самым обеспе птвая заряд интегрируюшего конденсатора 23 от вто рого однополярного отрицательного ис9 МЫ точника 41 питания и первого однополяр ного положительного источника 39 питания, который продолжается до изменения полярности напряжения, снимаемого с выхода нуль- органа 14. В момент смены полярности -напряжения с выхода нуль-вргана 14 с отрицательной на положительную открывае гся первый транзисторный ключ 18. При этом заряд интегрирующего конденсатора 23 прекра- 30 шается. Одновременно с этим на выходе дифференцируюшей цепи 16 формируется узкий. импульс, поступающий на формирователь 27 управляющих импульсов, на выходе которого формируется импульс 1$ положительной полярности длительностью

30-100 мсек. Под действием этого импульса открывается третий транзисторный ключ 29 и напряжение с инч згрируюшего конденсатора 23, пропоршюнальное m длительности полупериода входного измеряемого напряжения, поступает на запоминающий конденсатор 34. После око чания формирования импульса формирователем

27 управляющих импульсов третий тран- 2s эисторный ключ 29 закрывается и напряжение на запоминающем конденсаторе 34 сохраняется до следующего цикла рабо- ты третьего ключа 29, цикл работы канала измерения повторяется после смены полярности напряжения с выхода нуль-органа 14 с положительной на отрицательную. Напряжение с запоминающего конденсатора 34 поступает через повторитель 32 напряжения с входным сопротивлением порядка десятков 90мна вход суммирующего усилителя 44. На этот же вход суммирующего усилителя 44 поступает напряжение с выхода второго канала 13 измерения. С помощью сум- мирующего усилителя 44 напряжение с выхода первого канала 12 измерения, пропорциональное длительности положительной полуводны измеряемого напряжения и напряжение с выхода второго каэ

45 нала 13 измерения, пропорциональное длительности отрицательной полуволны входного напряжения, cyMMKpyIoTcs u сравниваютса б напряжением пропорциональным номинальной частоте напряжения синхронной машины, снимаемым с выхс да блока 45 начальной уставки. Hanpsжение, пропорциональное отклонению частоты напряжения синхронной машины от номинального значения с выхода суммирующего усилителя 44 измерительного органа частоты 8, поступает на второй вход 4 сумматора 2. С выхода дифференциатора 7 напряжение, пропорциональное

j l 10 нроиэводиой отклонения частоты напряжения CVQKpoHH0A MQllBQG)l OT fZoh é a Hoé, поступает на третий 5 вход сумматора 2.

С выхода устройства 1 намерения отклоне ния напряжения напряжениц пропорциональное отклонению напряжения синхронной машины от номинального значения, поступает иа первый вход 3 сумматора 2.

Напряжение управления с выхода сумматора 2 поступает на управляющий вход силового блока 6 системы возбуждения и тем самым регулируя возбуждение синхронной машины в функшш отклонения напряжения, отклонения и производной частот напряжения синхронной машины.

Благодаря введению в каждый канал измерения измерительного органа частоты автоматического регулятора возбуждения формирователя управляющих импульсов, . третьего транзисторного ключа, имеющего основной и управляющий входы одновибратора и второго однополярного источника питания, общего для обоих каналов измерения, обеспечивается в каждом канале в процессе измерения полуволны входного напряжения заряд интегрирующего конденсатора от отрицательного до положительного значения напряжения. При этом в каждом канале измерения заряд интегрирующего конденсатора начинается не с момента смены полярности полуволны входного напряжения, à с выдержкой времени, определяемой длительностью импульса одновибратора. Это позволило в каждом канале иэмЕрения значительно увеличить крутизну напряжения на интегрирующем кондечсаторе, которая определяет чувствительность измерительного органа частоты

:автоматического регулятора возбуждения.

Таким образом, увеличение крутизны напряжения на интегрирующем конденсаторе в каждом канале измерения, à так же суммирование напряжений с выходов каналов измерения, позволило значительно увеличить чувствительность (в 8-10 раэ) и значительно уменьшить: величину пульсаций (в 5-10 раз) выходного напряжения измерительного органа частоты предлагаемого устройства по сравнению с известным устройством. Это позволило зна чительно увеличить {в 5-8 раэ) коэффициенты усиления по каналам отклонения и производной частоты напряжения предлагаемого автоматического регулятора возбуждения и тем самым повысить надежность и значительно улучшить качество регулирования сюжронных машин.

11 9915

Для синхронных двигателей, особенно работающих с резко переменной нагрузкой, повышение надежности и улучшение качества регулирования позволит более KòêÂÂÎ демпфировать качание роТорВ 5 следовательно и колебания активной мощности, частоты и напряжения узла нагрузки. ,О.ля синхронных генераторов повышение надежности и улучшение качества регу- 10 лирования позволит повысить статическую и динамическую устойчивости электропередачи, более эффективно демпфировать качания в энергосистеме в послеаварийных режимах. 15

Формула изобретения

Автоматический регулятор воэбужде 20 ния для синхронной машины, содержащий блок измерения отклонения напряжения синхронной машины от заданного значения, сумматор с тремя входами, выход которого подключен к управляющему вхо- 2s ду силового блока системы возбуждения, а первый вход — к выходу блока измерения отклонения напряжения синхронной, машины от заданного значения, второй вход непосредственно, а третий вход через дифференпиатор подключены к выходу измерительного органа частоты напряжения синхронной машины, включающего преобразователь входного напряжения с двумя выходамир суммирующий усилительр вход которого соединен с выходом блока начальной уставки, и два идентичных канала измерения, каждый из которых включает повторитель с запоминающим конденсатором на входе, первый и второй 40 транзисторные ключи с основными и управляющими входами, нуль-орган, входом подключенный к одному из выходов преобразователя входного напряжения, интегрирующий конденсатор, одной обклад- кой подключенный к основным входам первого и второго транзисторных ключей, выход второго транзисторного ключа соединен с другой обкладкой интегрирующего конден-атора управляющий вход перво о 50 транзисторного ключа подключен к выходу нуль-органа и к одному выводу дифферен75 12 пирующей цепи, основные входы первого и второго транзисторных ключей подключены через зарядные резисторы каждого канала измерения к первому выводу первого однополярного источника питания, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и улучшения. качества регулирования, в каждый канал измерения измерительного органа частоты дополнительно введены одновибратор, третий транзисторный ключ с основным и управляющим входами, формирователь управляющих импульсов, и второй однополярный источник питания, причем в каждом канале измерения второй вывод дифференцируюшей цепи подключен к входу формирователя управляющих импульсов, выход которого соединен с управляющим входом третьего транзисторного ключа, основной вход этого ключа подключен к основным входам первого и второго транзисторных ключей, а выход третьего транзисторного ключа подключен к входу повторителя напряжения и к одной из обкладок запоминающего конденсатора, другая обкладка которого соединена с выходом первого транзисторного ключа, управляющий вход второго транзисторного ключа соединен с выходом одновибратора, вход которого соединен с выходом нульоргана, выход повторителя напряжения каждого канала измерения подключен к входу суммирующего усилителя, выход второго транзисторного ключа каждого канала измерения подключен к первому выводу второго однополярного источника питания, при этом вторые выводы обоих источников питания объединены между собой, образуя общую точку, к которой подключен выход первого транзисторного ключа каждого канала измерения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Автоматическое регулирование и управление в энергосистемах, Тууды ВЭИ, вып. 78, М., «Энергия, 1968.

2. Автоматическее регулирование и управление в энергосистемах, вып. 83, М., «Энергия», 1977.

3. Авторское свидетельство СССР ро заявке ¹ 2715253/07, кл. Н 02 P 9/14, 1978.