Система возбуждения синхронной электрической машины

1. СИСТЕМА ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ МАШИНЫ, содержащая расположенную на статоре m фазовую основную обмотку, каждая фаза которой разделена на две группы параллельных проводников, первая из которых соединена в звезду, а начала второй группы соединены с началами первой группы, и обмотку возбуждения на роторе, которая подключена к выходу устройства преобразования и передачи мощности на ротор, отличающаяся тем, что, с целью расширения области применения путем обеспечения автоматического изменения тока возбуждения в различных режимах работы, на статоре установлена дополнительная m фазная обмотка, фазы которой одним концом подключены к концам второй группы параллельных проводников соответствующих фаз основной обмотки, а другим концом к входу устройства преобразования и передачи мощности на ротор.
2. Система возбуждения по п.1, отличающаяся тем, что дополнительная обмотка смещена относительно основной на постоянный угол.

Изобретение относится к электротехнике, и может быть использовано при разработке синхронных электрических машин.
Целью изобретения является расширение области применения системы путем обеспечения автоматического изменения тока возбуждения по требуемому закону в различных режимах работы синхронной машины.
На фиг. 1 приведена принципиальная схема системы возбуждения синхронной машины с синхронным возбудителем; на фиг. 2 (а-г) упрощенные векторные диаграммы ЭДС между общей точкой звезды первой группы параллельных проводников и концом дополнительной обмотки, подключаемым к устройству преобразования и передачи мощности на ротор, при работе синхронной машины в режиме генератора; 2а в режиме холостого хода генератора 2б при активной нагрузке (cos 1); 2в при активно-индуктивной нагрузке; 2г при индуктивной нагрузке (cos 0).
Система возбуждения синхронной машины с синхронным возбудителем состоит из m-фазной основной обмотки якоря, разделенной на две группы 1 и 2 параллельных проводников, группа 1 соединена в звезду, а начала группы 2 соединены с началами группы 1, дополнительно m-фазной обмотки 3, фазы которой одним концом подключены к концам группы 2 соответствующих фаз основной обмотки, а другим концом к входу m-фазного статического выпрямителя 4, выход постоянного тока которого подсоединен к обмотке 5 возбуждения синхронного возбудителя, обмотка 6 якоря возбуждения через вращающийся выпрямитель 7 подключена к обмотке 8 возбуждения синхронной машины. Устройство 9 преобразования и передачи мощности на ротор содержит элементы, обведенные на фиг. 1 пунктиром.
Система возбуждения работает следующим образом.
В режиме генератора при холостом ходе ток возбуждения обусловлен ЭДС дополнительной обмотки 3.
При нагрузке генератора между концами групп параллельных проводников 1 и 2 каждой фазы появится ЭДС, равная падению напряжения от тока нагрузки на активном сопротивлении группы параллельных проводников 1.
Величина этой ЭДС прямо пропорциональна току нагрузки, а фаза ее изменяется соответственно с фазой тока нагрузки.
Таким образом, при нагрузке напряжение на выходе статического выпрямителя 4 обусловлено геометрической суммой ЭДС дополнительной обмотки 3 и ЭДС между концами групп параллельных проводников 1 и 2 фаз основной обмотки и изменяется как от величины тока нагрузки, так и от его фазы (от cos нагрузки). Соответственно изменяется и ток возбуждения. Требуемый в конкретном режиме работы синхронной машины характер изменения тока возбуждения обеспечивается выбором угла сдвига между осями фаз основной и дополнительной обмоток. Так, в синхронной машине, предназначенной для работы в режиме генератора на нагрузку с коэффициентом мощности, изменяющимся в диапазоне от cos 1 до cos 0 (число индуктивная нагрузка), оптимальным является угол сдвига =90 эл. град.
На фиг. 2 векторные диаграммы ЭДС приведены для 90 эл. град. Для упрощения рассмотрения принято, что сопротивление элементов, входящих в цепь второй группы параллельных проводников фаз основной обмотки, значительно выше сопротивления элементов первой группы и поэтому током через вторую группу можно пренебречь. Здесь и соответственно ЭДС групп 1 и 2 параллельных проводников фазы основной обмотки, Е_в ЭДС фазы дополнительной обмотки, ток нагрузки генератора; - = падение напряжения на активном сопротивлении группы 1 параллельных проводников фазы основной обмотки; геометрическая сумма ЭДС (так как =-E₂, то = E_д+ E_r).
Величина ЭДС Е_в определяет ток возбуждения синхронной машины, и, как видно из приведенных векторных диаграмм, система возбуждения реагирует на фазу тока нагрузки. В рассмотренном случае (при работе в режиме генератора и 90 эл.град) со снижением сos нагрузки ЭДС Е_в, а следовательно, и ток возбуждения увеличиваются, что и обеспечивает автоматическое поддержание напряжения генератора при изменении как величины, так и характера нагрузки.
При этом может быть обеспечена точность поддержания напряжения генератора при изменении величины нагрузки (от холостого хода до номинальной нагрузки) и ее коэффициента мощности (от cos =1 до cos =0 (инд) в пределах 5-10% от номинального напряжения. Повышение точности может быть обеспечено известными схемами коррекции напряжения.
В генераторах, предназначенных для работы на чисто активную нагрузку, оптимальным является угол сдвига 0, при котором ЭДС Е_д и Е_rскладываются алгебраически и таким образом обеспечивается максимальное увеличение тока возбуждения с нагрузкой, что обуславливает лучшее использование машины.
Аналогично система возбуждения функционирует и при работе синхронной машины в режиме двигателя, где изменение тока возбуждения по требуемому закону при изменении нагрузки двигателя, например изменение тока возбуждения по закону, обеспечивающему постоянство cos 1 или cos 0,9 (при опережающем токе), тоже может быть получено выбором соответствующего угла сдвига .
В качестве устройства преобразования и передачи мощности на ротор, кроме устройства, приведенного в рассмотренном примере, содержащего синхронный возбудитель, статический выпрямитель и вращающийся выпрямитель, могут быть, например, использованы:
статический выпрямитель, к входу которого подключаются концы фаз дополнительной обмотки, а выход через контактно-щеточный узел подсоединяется к обмотке возбуждения синхронной машины;
асинхронный возбудитель или вращающийся трансформатор, к статорным обмоткам которого подключаются концы фаз дополнительной обмотки, а роторные обмотки через вращающийся выпрямитель подсоединяются к обмотке возбуждения синхронной машины.
В системе возбуждения в цепь второй группы параллельных проводников входит обмотка возбуждения и дополнительная обмотка со своими сопротивлениями, что обуславливает уменьшение тока нагрузки через эту группу. В этом случае, чем больше требуемая мощность возбуждения, тем меньше загружается током нагрузки эта группа параллельных проводников. Поэтому наиболее оптимальном, с точки зрения лучшего использования машины, является применение системы возбуждения в синхронной машине с синхронным возбудителем, так как при этом требуемая мощность возбуждения (для возбуждения возбудителя) значительно меньше, чем в других вариантах.
Изобретение относится к системе возбуждения синхронных электрических машин. Целью изобретения является расширение области применения системы путем обеспечения автоматического изменения тока возбуждения по требуемому закону в различных режимах работы синхронной машины. Система возбуждения синхронной электрической машины содержит расположенные на статоре m-фазную основную обмотку, каждая фаза которой разделена на две группы 1 и 2 параллельных проводников, m-фазную дополнительную обмотку 3, обмотку 5 возбуждения на роторе и устройство 9 преобразования и передачи мощности на ротор. Первая группа параллельных проводников фаз основной обмотки соединена в звезду, начала второй группы соединены с началами первой группы, а концы через соответствующие фазы дополнительной обмотки подключены к входу устройства преобразования и передачи мощности на ротор, выход которого подсоединен к обмотке возбуждения машины. В режиме генератора ток возбуждения холостого хода обусловлен ЭДС дополнительной обмотки. При нагрузке генератора ток возбуждения обусловлен геометрической суммой ЭДС дополнительной обмотки и ЭДС между концами групп параллельных проводников основной обмотки, которая изменяет свою фазу в соответствии с фазой тока нагрузки, что обеспечивает изменение тока возбуждения как от величины тока нагрузки, так и от ее характера (cos ). Новым в системе возбуждения синхронной машины является установка на статоре дополнительной m-фазной обмотки, фазы которой включаются в цепь группы параллельных проводников основной обмотки, подключаемой к устройству преобразования и передачи мощности на ротор. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.