Устройство реверсивного безщеточного возбуждения синхронной машины

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 4 Н 02 Р 9/14, 9/30 ГО ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ий, про- нологиче ромашин ненко,ноготка возбу тьюпромыше машины, 1042757 фДь ДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Научно-исследовательскектно-конструкторский и техкий институт тяжелого электстроения Харьковского завод(56) Кильдешев В.С. и др. Мный тиристорный бесщеточныитель турбогенератора мощнос300 МВт. Электротехническаяленность, сер. Электрически1982, вып. 1(14)Патент Великобританиикл. Н 02 Р 3/90, 1966. 8013617 4 РОИСТВО РЕВЕРСИВНОГО БЕСЩЕВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННОЙ МАШИ(54) УСТТОЧНОГОНЫъ (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для бесщеточного возбуждения синхронных машин. Белью является повышение надежности и снижение массогабаритных показателей. Устройство содержит синхронную машину 1 с обмоткой б возбуждения, вращающиеся тиристорные преобразователи 2 и 3 и дополнительный генератор 9 с якорной обмоткой 10 и двумя обмотками 15 и 16 возбуждения, смешенными в пространстве на , 90 эл, град. и связанными черезуправляемые переключатели полярностисигнала связаны с выходом автоматическиго регулятора 23 возбуждения.2 ил. 1361704 косинусный 19 и синусный 20 функциональные преобразователи с соответствующими переключателями 22 и 21 полярности. Первый 21 и второй 22Изобретение относится к электро-.технике, в частности к устройствамбесщеточного возбуждения синхронныхмашин.Пель изобретения - повышение надежности и снижение массогабаритныхпоказателей,На фиг.1 приведена принципиальнаясхема предлагаемого устройства; нафиг.2 - диаграммы, иллюстрирующие работу устройства.Для упрощения источники питаниядля всех статических элементов схемыне показаны. Они могут быть решенылюбыми известными способами, например, с помощью трансформаторов, подключенных первичными обмотками к силовому выходу синхронной машины,Устройство реверсивного бесщеточгного возбуждения синхронной машины1 содержит первый 2 и второй 3 вращающиеся тиристорные преобразователи, входами переменного тока подключенные к якорной обмотке 4 вспомогательного генератора 5 переменноготока, апервыми объединенными выходами разноименной полярности - непосредственно к одному из выводов обмотки 6 возбуждения синхронной машины. Другой вывод обмотки 6 возбуждения связан с вторыми разноименнымивыходами первого 2 и второго 3 вращающихся тиристорных преобразователей соответственно через первый 7 ивторой 8 датчики тока возбуждения.Дополнительный генератор 9 установлен на одном валу с синхронной машиной 1 и якорной обмоткой 10 и связанчеоез первую систему 11 Формированияимпульсов управления и первый прерыватель 12 импульсов с управляющимвходом первого вращающегося тиристооного преобразователя 2, а через втоРую систему 13 формирования импульсов и второй прерыватель 14 импуль 2сов - с упоавляюшим входом второговращающегося тиристорного преобразователя 3.Дополнительный генератор 9 имеетпервую 15 и вторую 16 обмотки возбуждения, смещенные в пространстве на90 эл. грац. Первая 15 и вторая 16обмотки возбуждения дополнительногогенератора 9 через соответствующие 10 первый 17 и второй 18 усилители, охваченные обратной связью по току. косинусный 19 и синусный 20 функциональные преобразователи, первый 21 ивторой 22 управляемые переключатели 15 полярности сигнала связаны с выходомавтоматического регулятора 23 возбуждения, пеовыми управляющими входамисвязанного с выходами датчиков напряжения 24 и тока 25 синхронной машины 20 1, а вторыми управляющими входами -с первым 7 и вторым 8 датчиками токавозбуждения синхронной машины 1, например, через третий 26 и четвертый27 усилители.Устройство содержит коммутатор 28,первый и второй управляющие входыкоторого связаны с выходами соответственно первого 7 и второго 8 датчиков тока возбуждения, а информацион ный вход - с выходом автоматическогорегулятора 23 возбуждения. В устройство введены первая 29 и вторая 30системы формирования сигналов, управляющие входы которых подключены соЗ ответственно к первому и второму выходам коммутатора 28, при этом первые выходы первой 29 и второй 30 систем формирования сигналов соответстно подключены к управляющим входам 40 первого 21 и второго 22 переключателей полярности сигнала, а вторые выходы через первый 31 и второй 32 передатчики сигнала - к управляющим входам первого 12 и второго 14 прерывателей импульсов.40 Первый прерыватель 12 импульсов может содержать прерывающий 33 и командный 34 органы. Второй прерыватель импульсов 14 может содержать прерывающий орган 35 и командный 36 органы. Первый управляемый переключатель 21 полярности сигнала может содержать переключающий 37 и командный 38 органы. Второй управляемый переключатель 22 полярности сигнала может содержать переключающий 39 и командный 40 органы.Устройство работает следующим образом.Для конкретности при описании работы устройства принимаем синхронную машину 1 синхронным компенсатором, что соответствует наиболее тяжелым условиям работы системы возбуждения, требующим равноценной работы системы при различной полярности токов возбуждения в обмотке 6 возбуждения. Пусть в режиме выдачи реактивной мощности работает первый врашаюшийся тиристорный преобразователь 2. В этом случае в зависимости от сигналов с датчиков напряжения 24 и тока 25 синхронной машины 1 автоматический регулятор 23 возбуждения выдает сигнал управления, который поступает на информационный вход коммутатора 28 и объединенные информационные входы первого 21 и второго 22 управляемых переключателей. полярности сигнала. При этом задействован датчик 7 тока возбуждения, который через третий усилитель 26 воздействует на первый управляющий вход коммутатора 28. Полярность аналогового сигнала на выходе автоматического регулятора 23 возбуждения, поступающего на информационный вход коммутатора 28, в этом случае такова, что при наличии сигнала от датчика 7 тока возбужде-, ния на первом управляющем входе коммутатора 28, на первом выходе коммутатора 28 появляется логический сигнал "Включить", который через первую систему 29 формирования сигналов, первый передатчик 31 сигнала приводит первый прерыватель 12 импульсов во включенное состояние. Включенное состояние прерывателя 12 обеспечивает прохождение импульсов от первой системы 11 формирования импульсов к управляющим входам первого вращающегося тиристорного преобоазователя 2. При этом на втором выходе коммутатора 28 появляется сигнал "Отключить", который через вторую систему30 формирования сигналов, второй передатчик 32 сигнала обеспечивает отключение состояния второго прерывателя 14 импульсов. Отключенное состояние прерывателя 14 делает невозможным 10 прохождение импульсов от второй системы 13 формирования импульсов куправляющим входам второго вращающегося тиристорного преобразователя 3.Таким образом, второй вращающий ся тиристорный преобразователь 3 за-.крыт, Сигнал "Включить" на первомвыходе коммутатора 28 через первуюсистему 29 формирования сигналов исигнал Отключить на втором выходе 20 коммутатора 28 через вторую систему30 формирования сигналов проводятсоответственно первый 21 и второй22 управляемые переключатели полярности сигнала в такое положение, прикотором обеспечивается необходимоесогласование выхода автоматическогорегулятора 23 возбуждения с входамикосинусного 19 и синусного 20 преобразователей, при котором зависимос.30 ти токов 1 и 1,6 в первой 15 ивторой 16 обмотках возбуждения цополнительного генератора 9 имеют вид1 макс соз К Б(1)Я 6 +1 лс 6 к35 где 1 с,к - максимальное значение то"ка возбуждения дополнительного генератора;К - коэффициент пропорциональности;Б - выходной аналоговый сигнал управления на выходеавтоматического регулято.ра 23 возбуждения,45 Знак + соответствует регулированию угла управления первого вращающегося тиристорного преобразователя 2.Зависимости (1) при работе первого вращающегося тиристорного преобразователя 2, изображенные на фиг.2 гФормируются косинусным 19 и синусным20 функциональными преобразователямии усилителями 17 и 18. Такой закон 55 изменения токов во взаимно перпендикулярных обмотках возбуждения 5 и16 допблнительного генератора 9 дает.линейную зависимость угла поворотарезультирующего вектора магнитного1361704 15 20 30 35 40 45 50 55 поля дополнительного генератора 9 от выходного сигнала Б автоматичес 3кого регулятора 23 возбуждения, а следовательно, и угла к управления тиристорами первого вращающегося тиристорного преобразователя 2, Зависимость сС = Й(П ) для первого вращающегося тиристорного преобразователя 2 приведена на фиг.2 б, при этом ток возбуждения синхронной машины 1 в обмотке 6 возбуждения изменяется в соответствии с характеристикой 1 = Е(Б), приведенной на фиг.2 а, от максимального значения одной по- . лярности до максимального значения другой полярности.В соответствии сновой ситуацией в энергосистеме автоматический регулятор 23 возбуждения изменяетвыходной сигнал П на противоположный (отрицательный), что приводит к переводу первого вращающегося тиристорного преобразователя 2 в инверторный режим работы (фиг,2 б), В результате происходит гашение поля в обмотке 6 синхронной машины 1, что фиксируется с помощью цепи обмотка 6 - датчик, 7 - усилитель 26. Сигнал по этому каналу поступает на первый управляющий вход коммутатора 28. При нулевом сигнале по току возбуждения синхронной машины 1 инвертирование первого вращающегося тиристорного преобразователя 2 закончено, но магнитное поле за счет тока демпферных контуров ротора синхронной машины 1 еще не погасло. Для полного его гашения необходим отрицательный ток в обмотке 6 возбуждения синхронной машины 1. Если при нулевом сигнале по току сигнал от автоматического регулятора 23 возбуждения остается отрицательным. на,первом выходе коммутатора 28 сигнал Включить меняется на сигнал Отключить", а на втором выходе - сигнал "Отключить" меняется на сигнал "Включить", Снятие с первого выхода коммутатора 28 сигнала "Включить" сопро- . вождается отключением первого прерывателя импульсов 12 по цепи коммутатор 28 - система 29 - передатчик 31 и запретом прохождения импульсов от первой системы 11 Формирования импульсов к управляющим входам первого вращающегося тиристорного преобразователя 2 Снятие с первого выхода коммутатора 28 сигнала "Включить"также сопровождается переключениемпервого управляемого переключателя 521 полярности сигнала по цепи коммутатор 28 - система 29 - орган 38 вположение, обеспечивающее переходустройства на характеристику Т,. =Е (Б ) (фиг. 2 в) .Появление на втором выходе коммутатора 28 сигнала "Включить" сопровождается включением второго прерывателя 14 импульсов по цепи коммутатор 28 - система 30 - датчик 32 -орган 36 и разрешением прохожденияимпульсов от второй системы 13 Формирования импульсов к управляющимвходам второго вращающегося тиристор-,ного преобразователя 3. Появление на втором выходе коммутатора 28 сигнала"Включить" также сопровождается переключением второго управляемогопереключателя 22 по цепи коммутатор28 - система 30 - орган 40 в положение, обеспечивающее переход устройства на характеристику 16 = ЕЖ)(Фиг.2 в),Отключение первого 12 и включениевторого 14 прерывателей импульсов,переключение первого 21 и второго22 управляемых переключателей полярности сигнала приводит к отключениюпервого вращающегося тиристорногопреобразователя 2 и вступлению в работу второго вращающегося тиристорного преобразователя 3 в выпрямительном режиме (фиг.2 б), обеспечивающем отрицательный ток в обмотке 6 возбуждения синхронной машины 1. Другие режимы работы устройстваосуществляются аналогично.Таким образом, предлагаемоеизобретение позволяет при простотеисполнения и высокой надежности обеспечить хорошие массогабаритные показатели. Это достигается благодаряиспользованию дополнительного генератора 9, обмотка 10 якоря которого связана с управляющими входами первого 2 и второго 3 вращающихсятиристорных преобразователей черезпервый 12 и второй 14 прерывателиимпульсов, а первая 15 и вторая 16обмотки возбуждения дополнительного генератора связаны с выходами автоматического регулятора 23 возбуждениясоответственно через усилитель 17,косинусный преобразователь 19, первый управляемый переключатель 21 по 1361704лярности сигнала и усилитель 18, синусный преобразователь 20, второй управляемый переключатель 22 полярности сигнала.Датчики 7 и 8 тока возбуждения синхронной машины предполагают электромагнитную передачу сигнала при -. протекании полного тока Т 6 или - 16 по обмотке 6 возбуждения. Дополнительный генератор 9 имеет на индукторе распределенные по закону синуса обмотки (синусные), а на якоре имеем зубцы, число которых равно или крат, - но числу фаз вспомогательного генератора 5 переменного тока, причем каждый зуб имеет развитую в тангенциальном напвавлении головку и технологически или механически минималь.ную тонкую ножку, на которую одета Фаза обмотки 10 якоря. За счет использования насыщения тонкой ножки ЭДС в фазе якоря имеет пикообразную форму импульса во времени при синусоидальной форме магнитодвижущей силы обмоток 15 и 16 возбуждения в пространстве, т.е, реализуется магнитное формирование импульса в самом дополнительном генераторе 9.При этом до минимума упрощаются первая 11 и вторая 13 системы формирования импульсов, а именно в цепь управления каждого тиристора первого 2 и второго 3 вращающихся тиристорных преобразователей (кроме первого 12 и второго 14 прерывателей импульсов) последовательно включены диод, срезающий нерабочую полуволну ЭДС, стабилитрон, срезающий пологовую часть рабочей полуволны и выполняющий защиту от помех, и резистор, ограничивающий величину тока управления. При использовании дополнительного генератора 9 с синусоидальной формой ЭДС в обмотке 10 первая 11 и вторая 13 системы формирования импульсов могут быть выполнены с использованием дроссслей насыщения для магнитного формирования импульсов,Вспомогательный генератор, 5 переменного тока выполняется многофазным (число фаз - 5), в котором в качестве дбмотки 41 возбуждения используются электрически перпендикулярные обмотки, одна из которых распределенная, а другая сосредоточенная или распределенная на существенно меньший угол (в 2 раза и более) чем пер 51015 20 2530 3540 вая. фазы якоря составляются из стержней или катушечных сторон, расположенных в одинаковом положении под полюсами с шагом, близким или равным дополнительному. В качестве автоматического регулятора 23 возбуждения может быть применен автоматический регулятор возбуждения сильного действия типа АРВ-СД, который в настоящее время применяется практически на всех мощных турбогенераторах и гидрогенераторах.Третий 26 и четвертый 27 усилители служат для усиления (при необхо-. димости) сигналов с выходов первого 7 и второго 8 датчиков тока возбуждения синхронной машины. При этом первый и второй выходы первого 26 и второго 27 усилителей равноценны.Первый 17 и второй 18 усилители имеют Функцию усиления по мощности выходных сигналов косинусного 19 и синусного 20 функциональных преобразователей и могут быть выполнены, вф частности,с использованием известных схем тиристорньгх преобразователей. Косинусный 19 и синусный 20 функциональные преобразователи осуществляют косинус" ное и синусное преобразование вы-" ходного сигнала автоматического регулятора 23 возбуждения и могут быть выполнены с использованием элементов аналоговой техники.Предлагаемое устройство может найти применение для возбуждения мощных асинхронизированных турбогенераторов синхронных компенсаторов и двигателей. Формула изобретения Устройство реверсивного бесщеточного возбуждения синхронной машины, 45 содержащее первый и второй вращающиеся тиристорные преобразователи, входами переменного тока подключен-.ные к якорной обмотке вспомогательного генератора переменного тока, а пер 50 выми объединенными выходами раэноименной полярности - непосредственно к одно му из выводов обмотки возбуждения синхронной машины, другой вывод обмотки возбуждения связан с вторыми 55 разноименными выходами первого ивторого вращающихся тиристорных преобразователей соответственно через первый и второй датчики тока возбужйдения, дополнительный генератор, 13 б 1704 10установленный на одном валу с синхронной машиной и якорной обмоткой,связанной соответственно с первой ивторой системами Формирования импуль.сов, дополнительный генератор имеетпервую и вторую обмотки возбуждения,смещенные в пространстве на угол90 эл. град., первая и вторая обмотки возбуждения дополнительного генератора через соответствующие первый и второй усилители, охваченныеобратной связью по току, связаны скосинусным и синусным преобразователями, автоматический регулятор воз-,буждения первыми управляющими входами связан с выходами датчиков напряжения и тока синхронной машины, авторыми управляющими входами - с первым и вторым датчиками тока возбуждения синхронной машины, первый и второй управляющие входы коммутаторасвязаны с выходами соответственнопервого и второго датчиков тока возбуждения, а информационный вход -с выходом автоматического регуляторавозбуждения, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью улучшения массогабаритных показателей, а также повышения надежности, в него дополнительно введены первый и второйчправляемые переключатели полярности сигнала, объединенными информационными входами подключенные к выходуавтоматического регулятора возбуждения, а выходами - соответственно квходам косинусного и синусного преобразователей, первая и вторая системы формирования сигналов, управляющие входы которых связаны с первым 10 и вторым выходами коммутатора, первые выходы первой и второй системформирования сигналов связаны суправляющими входами первого и второго управляемых переключателей поляр ности сигналов соответственно, первыйи второй передатчики сигналов, входыкоторых подключены соответственно квторым выходам первой и второй систем формирования .сигналов, первый и 20 второй прерыватели импульсов, включенные в места связи соответственномежду первой системой Формированияимпульсов с управляющим входом первого вращающегося тиристорного преоб разователя и второй системой формирования импульсов с управляющим входом второго вращающегося тиристорно-.го преобразователя, управляющиевходы первого и второго прерывателей 30 импульсов подключены к выходам первого и второго передатчиков сигналовсоответственно.136 1 704 еяь Составитель Е.Гольцова Техред М,Дидык Коррект тай Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проекты едактор П.Ге аказ 6302/56 НИИПИ по де 13035 Тираж 659 . Подписноеосударственного комитета СССРм изобретений и открытийМосква, Ж, .Раушская наб , д, 4/5