Энергосистема переменного тока

САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ во 42 госудю стеенный номитвтПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬ(7) Азербайджанский институт нефтии химии им. М. Азизбекова(56) Авторское свидетельство СССРУ 851716, кл. Н 02 Р 7/42, 1979.Патент Швеция Р 323129,кл, 21 с 57/34, 1971,Авторское свидетельст СССРР 1163455, кл. Н 02 Р 7/ , 1985(54) ЭНЕРГОСИСТЕМА ПЕРЕМЕННОГО ТОКА(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано длясинхронных компенсаторов, генераторовдвигателей гидроаккумулирующих электростанций, генераторов газотурбинныхустановок и синхронных двигателей.Целью изобретения является повышение надежности запуска путем увеличенияпускового момента синхронной машиныпри ограниченной мощности источникапитания энергосистема переменного тока снабжена вторым выключателем Одля подключения первичной обмоткитрансформатора 9 к сети, а статорнаяобмотка синхронной машины 1 дополнительными отводами 19 подключена черезконтакты коммутационного аппарата 11к выводам переменного тока управляемого тиристорного выпрямителя 6. Низковольтная обмотка трансформатора 9подключена к выводам переменного тока управляемого тиристорного выпрямителя 13, а высоковольтная через кон"такт коммутационного аппарата 12 -к выводам переменного тока выпрямителя 6. Дополнительный выпрямитель 13при указанном выполнении энергосисте- Смы используется в качестве резервногоисточника возбуждения синхронной ма- Бшины. 4 ил.Изобретение относится к электротехнике, а точнее к системам возбуждения ,и пуска электрических машин переменного тока, и может быть использовано5 для синхронных компенсаторов, генера" торов-двигателей гидроаккумулирующихэлектростанций, генераторов газотур"бинных установок и синхронных двигателей, ОЦель изобретения - повышение надеж- . ности запуска путем увеличения пускового момента синхронной машины при ограниченной мощности источника питания.На фиг. 1 приведена схема знергосистемы переменного тока на фиг. 2 . - структурная схема блока управления; на фиг. 3 . - то же, автоматического регулятора пуска; на фиг. 4 - диаграмма работы предложенного устройства. Энергосистема переменного тока содержит синхронную машину 1 - датчиком 2 положения ротора 3, выключатель 4 для соединения статорной обмотки с сетью 5 и узел возбуждения. Узел возбуждения включает в себя два управляемых тиристорных выпрямителя 6 и 7, соединенных на стороне постоянного тока встречно-параллельно через урав 30 нительный реактор 8 со средним отводом, трансформатор 9 с первичной и вторичньки обмотками, соединенный с сетью 5 выключателем 10, два коммутационных аппарата 11 и 12, дополнительный управляемый трехфазный тиристорный выпрямитель 13, два датчика 14 и 15 тока, один из которых включен в цепь переменного тока дополнительного выпрямителя 13, а другой - в цепь пе 40 ременного тока второго управляемого , трехфазного тирнсторного выпрямителя 7, два блока 16 и 17 управления, выхододного из которых (16) соединен с управляющим входом дополнительного вы 45 прямителя 13, а вход - с датчиком 14 тока этого выпрямителя. Входы второго блока 17 управления соединены соответственно с датчиком 2 положения ротора и датчиком тока 15 второго выпрямителя, а выходы - с управляющими входами 50 первого 6 и второго 7 управляемых выпрямителей. Обмотка 18 возбуждения синхронной машины 1 через контакт первого коммутационного аппарата 11 подключена к выводам постоянноготока дополнительного управляемого трехфазного тиристорного выпрямителя и одним выводом через контакт 12-1.второго коммутационного аппарата 12 - к среднему выводу реактора 8,Первая вторичная обмотка трансформатора 9, выполненная низковольтной,соединена с выводами переменного токадополнительного выпрямителя 13, авторая вторичная обмотка, выполненнаявысоковольтной, через контакты второго коммутационного аппарата 2 соединена с выводами переменного тока первого управляемого тиристорного выпрямителя б, подключенными через контак"ты первого коммутационного аппарата11 к дополнительным отводам 19 статорной обмотки синхронной машины.Второй вариант энергосистемы содержит дополнительный коммутационныйаппарат 20, контакт 20.1 котороговключен между выходом дополнительного выпрямителя 13 и обмоткой 18 возбуждения синхронной машины 1 вместоконтакта 1.1 первого коммутационногоаппарата 11,Блок 1 управления содержит автоматический регулятор 21 пуска (АРП)(фиг. 2), системы 22, 23 импульсногои импульсно-фазового управления соответственно выпрямителей 6 и 7, автосинхронизатор 24, измерительные трансформаторы 25, 26 напряжения; автоматический регулятор 27 возбуждения(АРВ), системы 28, 29 импульсно-фазового управления соответственно длявыпрямителей 6 и 7.Структурная схема автоматическогорегулятора 21 пуска включает в себядатчик 30 (фиг, 3) частоты (преобразователь типа код - аналог), масштабньйусилитель 31, задатчик 32 конечной частоты вращения", задатчик 33 интенсивности разгона, регулятор 34 частотывращения, регулятор 35 тока, задатчик 36 вида коммутации блок 37 сравнения; преобразователь 38 датчика тока.Блок 16 управления содержит преобразователь датчика тока, регулятор тока и систему импульсно-фазового управления, аналогичные 38, 35 и 23,Энергосистема работает следующимобразом.Выпрямители 6 и 7 совместно с уравнительным реактором 8 сбраэуют преобразователь частоты, причем выпрями"тель 6 работает в инверторном режимеи питает часть обмотки статора синхронной машины 1 путем подсоединения51522 его к отводам 19 этой обмотки через контакты первого коммутационного аппарата 11. При этом обмотка 18 возбуждения машины получает питание от дополнительного выпрямителя 13. Ток в обмотке 18 возбуждения поддерживается неизменным (или регулируется с целью ускорения процесса пуска) с помощью регулятора и блока 16 управления.Разгон синхронной машины осуществляется за счет увеличения амплитудыи частоты напряжения на выходе инвертора-выпрямителя 6 так, чтобы ток в обмотке статора находился на максимально возможном уровне, Зто обеспечивается стабилизацией тока выпрямителя 7 и повышением частоты коммутации тиристоров выпрямителя 6 с помо- щ щью регулятора и блока 17 управления.На начальном этапе разгона машины до частоты вращения 0,1 номинальной) коммутация тиристоров выпрямителя 6 осуществляется за счет прерывания тока 25 выпрямителя 7, с которого в моменты коммутации снимаются управляющие импульсы, После достижения частоты вращения уровня О, 1 номинальной коммутация тиристоров выпрямителя б осущест вляется за счет ЗДС машины. Этот процесс коммутации (включение и отключение от источника питания фаз обмотки статора машины) осуществляется с помощью датчика 2 положения ротора 3 и организован таким образом, чтобы обеспечить в среднем энакопостоянный электромагнитный момент машины, который создает ускорение ротора при разгоне. . Таким образом, ротор разгоняется до 40 частоты вращения, превышающей номинальную на 5-107.Блок 17 управления работает следующим образом.При пуске функционирует регулятоР 45 21. Конечная частота вращения машины определяется задатчиком 32 и соответствует частоте 52,5-55 Гц, Темп разгона машины задается задатчиком 33 интенсивности, его выход служит зада нием.для регулятора 34 частоты, на другой вход которого подается сигнал текущей частоты от датчика 30 частоты через масштабный усилитель 31, Датчик 30 частоты преобразует импульсы датчика 2 положения ротора в соответствующий аналоговый сигнал, пропорци-. ональный частоте вращения. Выход регулятора 34 частоты служит заданием 3706для регулятора 35 тока, на другой вход которого поступает сигнал с преобразователя датчика 38 тока.Регулятор 35 тока устанавливает соответствующий фазовый сдвиг импульсов, вырабатываемых системой 23 импульсно-фазового управления, т.е. - угол управления выпрямителя 7 и, тем самым напряжение, подводимое к инвертору 6, и ток в обмотке статора машины, Вид коммутации тиристоров инвертора 6 определяется элементами 36 и 37До частоты вращения 0,1 номинальной, задаваемой задатчиком 36 устройство 37 сравнения выдает команду системе 22 импульсного управления на установку для инвертора б угла опережения , = 0 (для обеспечения необходимого момента трогания), Вьмодные импульсы системы 22 синхронизированы с импульсами датчика 2 положения ротора..Кроме того, система 22 вырабатывает сигнал на кратковременное (продолжительностью 5-10 мс) снятие импульсов с системы 23 и тем самым обеспечивает запирание выпрямителя 7. Зто необходмо для коммутации тиристоров инвертора 6. При частоте вращения О, 1 номинальный и больше сигнал на вьмоде устройства 37 сравнения изменяется, соответствующая этому сигналу команда переключает систему 22 импульсно" го управления на работу с углом опе-.режения р = 60 , который далее сохра няется неизменным. Одновременно этакоманда снимает сигнал на запираниевыпрямителя 7, подаваемый на систему23, так как на указанном этапе коммутация тиристоров инвертора 6 осущест"вляется эа счет ЗДС машины и необходимость в запирании выпрямителя 7 отпадает.На входы автосинхронизатора 24 с помощью трансформаторов 25 и 26 напряжения поданы напряжения с зажимов машины П, и сети П . Автосинхронизатор тор выдает команду на синхронизацию машины с сетью (на включение включа" теля 4) при выполнении следующих условий:П 5 1 - 11 Аод (5 11 -Доб 7 Ыф =Я 5 Я 1С ьмм ) гд ц ,- напряжение и частотасети;11 й, - напряжение .и частота маШИНЫУ, И, - угловые частоты напряжения сети и машины соот 5,ветственно;С- время включения включателя 4, считая от момента появления сигнала автосинхронизатора. 1 ОАналогичные команды с других выхоов автосинхрониэатора 24 подаютсяа системы 22 и 23 импульсного управения для запрета выработки ими имульсов управления инвертора 6 и вырямителя 7, т.е. для их запирания.В предлагаемом варианте схемы блоа 17 на автосинхронизатор 24 возлоена также функция выработки командправления коммутационными аппаратами 2012 и 11 (20), а также блоком 16 иистемами 28 и 29 импульсно-фазовогоправления.Команды для указанных элементовстройства вырабатываются автосинхрояизатором 24 с выдержкой времени й,ревышающей продолжительность синхронизации машины. Эти команды (см.рис. 4) следующие: - для блока 16 назапирание; - для аппарата 11 (20) навыключение; - для аппарата 12 навключение; - для систем 20 и 29 наразрешение выработкиимпульсов длявыпрямителей б и 7.По окончании процесса синхрониза 35цин, т.е. в рабочем режиме машины, вустройств е функционируют выключатели10 и 4, коммутационный аппарат 12автоматический регулятор 27 возбуждения, по сигналу которого работают либо система 28 импульсно-фазового управления и выпрямитель 6, либо система 29 импульсно-фазового управленияи выпрямитель 7, обеспечивающие соответственно положительный и отрицатель ный токи возбуждения синхронной машины,По сравнению с прототипом предлагаемая система позволяет увеличить кратность пускового момента машины в (1+ФО/Хй ) раз, что обеспечивается изб 50эа отсутствия трансформатора междуобмоткой статора и выпрямителем 6(11 " напряжение короткого замыканиятрансформатора, Хй - сверхпереходноеиндуктивное сопротивление синхронной55машины по продольной оси),Кроме того, в прототипе при пускемашина питается от сети собственных нужд, Напряжение этой сети, как правило, составляет 0,4 кВ. В ряде случаев это напряжение может оказаться недостаточным для обеспечения необходимой кратности пускового момента, Это обстоятельство ограничивает возможность применения устройства по прототипу. В предлагаемой системе кратность пус" кового момента машины определяется кратностями форсирования возбуждения по напряжению и по току и пропорциональна их произведению. Если при заданных значениях этих величин необходимая кратность пускового момента не обеспечивается, то ее увеличения можно добиться за счет увеличения напряжения второй вторичной обмотки трансформатора 9 и соответствующим увеличением коэффициентов запаса по напряжения и по току выпрямителей б и 7. Одновременно с этим улучшаются динамические свойства узла возбуждения и повышается надежность его работы в нормальных режимах синхронной машины,Предложенное в энергосистеме сое" динение входящих в него компонентов н введение дополнительного коммутационного аппарата 20 позволяет исполь" зовать выпрямитель 13 в качестве резервного источника возбуждения синхронной машины. При повреждении выпрямителя б коммутационный аппарат 12 выключается, коммутационный аппарат 20 включается и в работу вводится выпрямитель 13. Этот выпрямитель может быть, рассчитан только на нормальные режимы машины и не обеспечивать форсирование возбуждения, надежность энергосистемы возрастает вдвое, при" чем замену поврежденных элементов выпрямителя 6 можно производить без остановки машины, Таким образом, повышается надежность и улучшается ремонтопригодность энергосистемы переменного тока.Формула изобретения Энергосистема переменного тока, содержащая синхронную машину с датчиком положения ротора, выключатель для соединения статорной обмотки синхронной машины с сетью, узел возбуждения, включающий два управляемых тиристорных выпрямителя, соединенных на стороне постоянного тока встречно- параллельно через уравнительный реактор, снабженный средним отвоДом, трансформатор с первичной и вторичны"ми обмотками, два коммутационных аппарата, дополнительный управляемый трехфазный тиристорный выпрямитель, обмотка возбуждения синхронной машины через контакт первого коммутацион 5 ного аппарата подключена к выводам постоянного тока дополнительного управляемого трехфазного тиристорного выпрямителя и одним выводом через контакт второго коммутационного аппарата - к среднему отводу реактора, два датчика тока, один из которых включен в цепь переменного тока дополнительного выпрямителя, а дРугой - 15 в цепь переменного тока второго управляемого трехфазного тиристорного выпрямителя, два блока управления, выход одного из которых соединен с управляющим входом дополнительного вы-о выпрямителя, а вход - с датчиком тока этого выпрямителя, входы второго . блока управления соединены соответст- венно с датчиком положения ротора и датчиком тока второго выпрямителя, 25 а выходы - с управляющими входами первого и второго управляемых выпрямителей, о т л и ч а ю щ а я с ятем, что, с целью повышения надежности запуска путем увеличения пускового момента синхронной машины приограниченной мощности источника питания, трансформатор снабжен второйвторичной обмоткой, а статорная обмотка - дополнительными отводами, введен второй выключатель для подключения первичной обмотки трансформаторак сети, первая вторичная обмотка трансформатора, выполненная низковольтной,соединена с выводами переменного токадополнительного управляемого трехфазного тиристорного выпрямителя, а вторая вторичная обмотка трансформатора,выполненная высоковольтной, черезконтакты второго коммутационного аппарата связана с выводами переменноготока первого управляемого выпрямителя, подключенными через контакты первого коммутационного аппарата к дополнительным отводам статорной обмот-;ки синхронной машины,, ЗакаВНИИПИ 977/54 Тираж 551Государственного комитета по и 113035, Москва, И,Подписноеретениям и открытиям при ГКНТ Сушская наб., д. 4/5