Источник электроэнергии

(9) 01) 1)5 Н 02 Р ЕТЕН ЛЬСТВ ственное элек объединени овадт и Д.А.Кацман 2 (088.8) исторн ый бесщерубогенератора ктротехническая ектрические ма 10.о СССР973,НЕРГИИ электротехнино в системах ния возбуждееских машин асположе а роторе ия б очных электри ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗО ВТОРСКОМУ СВИ(56) Воробей В.К. и др; Тирточный возбудитель для тмощностью 300 Мвт. - Элепромышленность. Сер, "Элшины, 1975, вып.9 (55), с.8 -Авторское свидетельствВ 525219, кл. Н 02 Р 9/14,(54) ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОЭ (57) Изобретение относится ке и может быть использов автоматического регулиров 2(БЭМ). Целью изобретения является повышение надежности и упрощение конструкции ротора. Источник электроэнергии содержит вращающийся силовой выпрямитель З,вход которого подключен к силовым выводам возбудителя 4, управляющие входы связаны с фотоприемниками, а выход - с обмоткой возбуждения 2 бесщеточной электрической машины, широтно-импульсный регулятор напряжения 5 связан с входом, связанным с силовыми выводами БЭМ и с выходом, связанным с входами излучателей 8 световых сигналов на форсировку возбуждения, регулятор 25 возбуждения возбудителя с встроенным источником постоянного напряжения, подключенным к излучателям 9 световых сигналов на инвертирование возбуждения. Сущность изобретения заключается в определенном и на статоре излучателей 8,9 отоприемников 16-21, б ил.26Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматического регулирования возбуждения бесщеточных электрических машин.Цель изобретения - повышение надежности и упрощение конструкции ротора,устройства для автоматического регулирования возбуждения бесщеточной электрической машины.На фиг.1 представлена принципиальная электрическая схема источника электроэнергии; на фиг, 2- техническое решение узла размещения неподвижных светодиодов и вращающихся фотоприемников на фотодиодэх и его разрез А-А; на фиг. 3 - техническое решение узла размещения вращающегося фотоприемника, выполненного на фототиристоре, и неподвижных светодиодов; на фиг. 4- схема расположения фотоприемников; на фиг, 5 - векторная диаграмма напряжений возбудителя переменного тока; на фиг. 6 - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.Источник электроэнергии содержит бесщеточную синхронную машину 1 с обмоткой 2 возбуждения, вращающийся силовой выпрямитель 3, вход которого подключен к силовым выводам возбудителя 4 переменного тока, управляющие входы связаны с фотоприемниками, а выход предназначен для связи с обмоткой возбуждения бесщеточной электрической машины, широтно-импульсный регулятор 5 напряжения (ХИРН) бесщеточной электрической машины, вход которого предназначен для связи через датчики напряжения 6 и тока 7 с силовыми выводами бесщеточной электрической машины и с выходом, связанным с входами излучателей 8 световых сигналов на форсировку возбуждения, а также излучатели 9 световых сигналов на инвертирование возбуждения, Выход ШИРН подключен к входу блока 10 перевода вращающегося силового выпрямите. ля 3 в режим работы неуправляемого выпрямителя (БП) и первому входу логического элемента ИЛИ 11, второй вход . которого подключен непосредственно к выходу ШИРН 5. Выход логического элемента ИЛИ 11 через усилитель 12 связан с входом излучателя 8 световых сигналов на форсировку возбуждения.Излучатели 8 и 9 состоят из резисторов 13 и светодиодов 14 и 15 и расположены на статоре, а фотоприемники установлены на роторе. В качестве плеч 16-21 вращающегося силового выпрямителя 3 могут использоваться вентили на фотореэисторах. Причем в каждом плече может быть использовано несколько фототиристоров. БП может быть выполнен на интеграторе 22 со сбросом и компараторе 23. Обмотка 24 возбуждения возбудителя через регулятор 25 возбуждения возбудителя подключена к выходу под возбудителя 26. Регулятор 25 возбуждениявозбудителя содержит источник постоянного напряжения, выход которого связан с входами излучателей 9 световых сигналов на инвертирование возбуждения.10 Устройство для размещения фотоприемников соответствующих плеч вращающегося силового выпрямителя 3 и светодиодов 14 и 15(фиг.2) состоит из статора 27, статорной втулки 28, роторной втулки 29, уплотни тельных сальников 30, вала 31, выводовсветоэлемента 32, изолирующей втулки 33 и световода 34 с приемным окном 35.На фиг. 3 представлен вариант размещения фотоприемника, выполненного на 20 фототиристоре, непосредственно в воздушном зазоре электрической машины.Излучатели (фиг,2) объединены в светодуги 36, количество которых равно числу пар полюсов р возбудителя переменного тока.25 Светодуги расположены равномерно по окружности статорэ и составлены каждая из двух полудуг. Первая полудуга по направлению вращения ротора состоит из. светодиО- дов 14, излучателей световых сигналов на 30 форсировку возбуждения, и ее длина соответствует максимальному углу управления а, вентилями вращающегося силового выпрямителя. Вторая полудуга состоит иэ обеспечивающих надежное включение вен тилей вращающегося силового выпрямителя светодиодов 15, излучателей светового сигнала на инвертирование возбуждения, и ее длина соответствует угловой длительности импульсов управления а. Число прием ных окон фотоприемников равно числу плечвращающегося силового выпрямителя, а каждое приемное окно фотоприемника управления вентилем (например 16) вращающегося силового выпрямителя 3 сдвинуто 45 относительно оси фазы 37 обмотки роторавозбудителя переменного тока, к которой подключен укэанный вентиль 16 вращающегося силового выпрямителя на угол, на 30 эл.град, меньший угла сдвига между нача лом светодуги 36 и осью 38 соответствующего этой дуге полюса статора возбудителя переменного тока.Источник электроэнергии, представленный на фиг. 1-4, содержит возбудитель 55 4 с трехфазной обмоткой ротора, вращающийся силовой выпрямитель 3 выполнен на фототиристорах и имеет мостовую схему выпрямления, а число пар полюсов возбудителя р,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Число плеч силового выпрямителя 3 равно шести, такое же количество приемных окон расположено на роторе, каждое приемное окно имеет свой световод, разветвляющийся на параллельные фототиристоры соответствующего плеча вращающегося силового выпрямителя, расположенного на валу 31.Если приемные окна фотоприемников, выполненных в виде фототиристоров расйоложены на оси обмотки, питающей фототиристоры 16, 19, начало светодуги 36 сдвинуто относительно оси соответствующих полюсов на угол +30 эл,град. (в сторону вращения ротора), Именно этот случай по. казан на фиг. 4. Таким образом момент совмещения фотоприемника 16 с началом светодуги 36 (фиг,4) соответствует моменту естественного зажигания фототиристоров 16 в режиме холостого хода возбудителя 4.На векторных диаграммах (фиг,5) использованы следующие обозначения: о, о -продольная и поперечная оси возбудителя 4, е хх е - векторы неискаженной ЭДС на входе силового выпрямителя 3 в режиме холостого хода (ХХ) возбудителя 4 и под нагрузкой соответственно; е дхх, е д, е Вхх е 8, е схх, е с - фазныеЭДС на выходе выпрямителя 3 в режиме ХХ и под нагрузкой, являющиеся проекциями на оси фаз векторов е хх и е соответственно; р- угол сдвига между векторами е хх и е; А,В,С - фазные оси ротора возбудителя 4; А, В, С - фазные оси спустя время ън = р/а, где в - циклическая частота возбудителя 4; ф - магнитный поток возбудителя 4 по оси б, На фиг. 5 оси А, В, С показаны в момент, соответствующий точке естественного зажигания вентиля 16 на ХХ, при котором едхх = есхх оси А, В, Споказаны в момент, соответствующий точке естественного зажигания вентиля 1.6, когда е д = е с, при нагруженном возбудителе 4,На фиг, 6 О 5, Оз - напряжения на выходе ШИРН 5 и вращающегося силового выпрямителя 3 соответственно; Оз(+) - напряжение на катодах фототиристоров катодной группы 16,18 и 20 относительно нулевого потенциала (нулевой точки возбудителя). Для того, чтобы не усложнять диаграммы, на фиг, 6 не показано напряжение Оз(-), формирующееся на анодах фототиристоров 17, 18 и 21 аналогично Оз(+).Источник электроэнергии работает следующим образом,В нормальных режимах работы на выходе ШИРН 5 имеет место сигнал широтно- импульсной модуляции (ШИМ), в соответствии с которым загораются светодиоды 14. Интегратор 22 сбрасывается при этом сигналом ШИМ, На выходе компэратора 23 имеет место нулевой логический уровень напряжения.Светодиоды 15 подключены к выходу источника постоянного напряжения. Поэтому полудуга 15 (фиг.2) постоянно излучает, в то время как полудуга 14 излучает только часть периода измеряемого напряжения, Как показано на фиг. 6, полудуга 14 излучает в промежутке времени 11 г 12.Если излучает вся дуга 36, то вращающиеся приемные окна фотоприемников 16-21, расположенные, как показано на фиг. 4, непрерывной линией, через 60 эл,градпоочередно совмещаются с началом излучающей светодуги 36, при этом формируется импульс управления на фототиристоры соответствующего плеча. Поскольку совмещение приемного окна со светодиодом, расположенным в начале светодуги, соответствует моменту естественного зажигания фототиристоров соответствующего плеча силового выпрямителя 3 на холостом ходу возбудителя 4 (фиг.5),вращающийся силовой выпрямитель 3 работает с нулевым углом управления.Под нагрузкой вектор неискаженной ЗДС е сдвигается на угол ротносительно е хх(фиг.5). При этом момент естественного зажигания фототиристоров 16 - 21 смещается также на угол уА следовательно, при совмещении приемного окна фотоприемника со светодиодом,. расположенным вначале светодуги, формирующийся импульс управления соответствующего фототиристора не может включить этот фототиристор, так как на нем в этот момент отрицательное напряжение, фототиристор включается через воемя Ь= р/а (фиг.5), т.е. в момент естественного зажигания. Таким образом, под нагрузкой при излучении всей дуги ЗБ фототиристоры 16 - 21 также включаются с нулевыми углами управления.На фиг. 4 показан момент совмещения светодиода, расположенного вначале светодуги 36, с приемными окном фототиристора 16.Если отсутствует необходимость устанавливать в плечах вращающегося силового выпрямителя параллельно соединенные фототиристоры, то, очевидно, возможно такое расположение фототиристоров 16 - 21, и ри котором их. собственные приемные окна совмещались бы со светодиодами светодуг 14 и 15, кэк показано на фиг. 3, При этом отпадает необходимость в прокладке световодов, что еще более упрощает конструкцию ротора.Если полудуга 14 не излучает, приемное окно фототиристоров 9 (фиг.2) получает световой импульс спустявремя аак/и, гре амакс - угловая протяженность полудуги 14. Импульс управления в этом случае формируется присовмещении приемного окна фототиристоров 9 со светодиодом, расположенным вначале полудуги 15. То же самое произойдети с другими приемными окнами,Если при прохождении приемных оконвдоль неизлучающей полудуги 14 полудуга14 начинает излучать в моменты т 1, тз нафиг,6, то световой поток либо через световоды 34 (фиг.2), либо непосредственно(фиг.3) включает соответствующие фототиристоры фиг.6).Угловая длительность полудуги 14 соответствует максимальному углу управлениявращающегося силового выпрямителя 3,при котором обеспечивается надежный безсрывов инверторный режим. Очевидно, если уменьшить этот угол, увеличивается запас по срыву инвертора, однако при этомуменьшается и глубина инвертирования,что снижает быстродействие системы присбросах нагрузки. В инверторном режимеЗДС.е опережает вектор е хх в отличие отрежима выпрямления, где е отстает от вектора е хх фиг,5). Поэтому реальный угол управления в инверторном режимеа = амко + у . На фиг, 6 показаны векторные диаграммы, когда а = 120 эл.град.При изменении напряжения бесщеточной электрической машины 1 соответственно изменяется длительностьположительных импульсов на выходах элементов 5 и 3. При этом меняется среднеенапряжение за период, приложенное к обмотке 2 возбуждения. Тем самым обеспечивается процесс регулирования напряжениябесщеточной электрической машины 1. Прибольших провалах напряжения бесщеточной электрической машины 1 ШИРН 5 выдает положительный сигнал и вращающийсясиловой выпрямитель 3 переводится в режим работы неуправляемого выпрямителя,обеспечивая форсировку возбуждения, Привсплесках напряжения на выходе ШИРН 5. сигнал отсутствует, светодиоды 14 не излучают, а излучают только светодиоды 15,обеспечивая инверторный режим работысилового выпрямителя 3, т.е, расфорсировку возбуждения. Угловая длительность полудуги 15 соответствует длительности импульса управления ь- а,/со, который обеспечивает надежное включение фототиристоров.45 50 55 Если при неисправностях ШИРН 5 на его выходе сигнал отсутствует, на выходе интегратора 22, а следовательно, на выходе компаратора 23 имеет место высокий уровень напряжения, который включает светодиоды 14 и переводит силовой выпрямитель 3 в режим работы неуправляемого выпрямителя, а управление возбуждением осуществляется регулятором возбуждения возбудителя 25, который в этом режиме выполняет функции ШИРН 5, и возбуждение бесщеточной электрической машины 1 определяется величиной напряжения на обмотках переменного тока возбудителя 4. Регулятор возбуждения возбудителя имеет повышенную уставку по напряжению и при исправном ШИРН 5 не влияет на работу устройства. Количество светодиодов в дугах 36 определяется угловым расстояниемайзакс+ап, а также диаграммы направленности выбранных светодиодов. Близко рас 5 положенные светодиоды образуютпротяженный источник излучения, обеспечивающий отсутствие дискретности регулирования. В этом случае при выходе из строячасти светодиодов устройство обеспечивает10 нормальную работу бесщеточной электрической машины 1.Для уменьшения вероятности включения фототиристоров отраженным световымпотоком поверхности роторной втулки 2915 целесообразно покрыть светопоглощающим веществом.Если светодиоды расположены друг отдруга так, что их потоки не перекрываются,то для устройства характерна нечувстви 20 тельность, которая может вызватьмодуляцию напряжения. Однако в ряде случаев такая модуляция вполне допустима.На фиг. 4 показан непрерывной линиейпервый вариант расположения приемных25 окон, однако такое расположение не является единственным. Пунктирной линией показан второй вариант расположенияприемных окон, сдвинутых относительнорасположения первого варианта на 36030 эл.град. Очевидно, возможно комбинирование указанных вариантов, что дает свободупри разработкеконструкции вращающейсячасти. Например, приемные окна фототиристоров 16,18 и 20 можно расположить по35 первому варианту. а приемные окна фототиристоров 17, 19 и 21 - по второму варианту.В общем случае число вариантов расположения каждого приемного окна равно Р,а общее число всех вариантов Р а, где в -40 количество приемных окон, 1614093 10Подвозбудитель 16 может быть необходим только при начальных пусках системы. В остальных режимах, включая режим короткого замыкания на шинах бесщеточной электрической машины 1, питание регулято ра 25 возбуждения возбудителя может быть обеспечено по схеме самовозбуждения от. датчиков 6 и 7 с токовым или фазовым компаундированием, т.е, подвозбудитель 26 может быть малогабаритным, практически 10 не увеличивающим массогабаритные показатели системы.Таким образом, устройство позволяет избежать необходимости установки на роторе каких-либо элементов системы управ Ления, позволяет увеличить надежность устройства и упростить конструкцию ротора, при этом расположенная на статоре система управления вращающимися силовыми выпрямителями также упрощает ся.Ф ор мул а изобретен ияИсточник электроэнергии, содержащий бесщеточную электрическую машину с вращающимся силовым выпрямитеоем, вход.25 которого подключен к силовым выводам возбудителя переменного тока, управляющие входы связаны с фотоприемниками, а выход связан с обмоткой возбуждения бесщеточной электрической машины, широтно импульсный регулятор напряжения бесщеточной электрической машины с входом, связанным с силовыми выводами бесщеточной электрической машины, и с выходом, связанным с входами излучателей 35 световых сигналов на форсировку возбуждения, излучатели световых сигналов на инвертирование возбуждения, все излучатели расположены. на статоре бесщеточной элек 40 трической машины, а фотоприемники - на роторе бесщеточной электрической машины с возможностью оптической связи излучателей с фотоприемниками, о т л и ч а ющ и й с ятем, что, с целью повышения надежности и упрощения конструкции ротора, в него введен источник постоянного напряжения, выход которого связан с входами излучателей световых сигналов на инвертирование возбуждения, излучатели обьединены в светодуги, расположенные равномерно по окружности статора, количество которых равно числу пар полюсов возбудителя переменного тока, светодугисоставлены каждая из двух полудуг, первая по направлению вращения ротора полудуга состоит из излучателей световых сигналов на форсировку возбуждения и ее длина соответствует максимальному углу управления вентилями вращающегосясилового выпрямителя, вторая полудуга состоит из излучателей светового сигнала на инвертирование возбуждения и ее длина соответствует угловой длительности импульсов управления, обеспечивающих надежное включение вентилей вращающегося силового выпрямителя, число приемных окон фотоприемников равно числу плеч вращающегося силового выпрямителя, а каждое приемное окно фотоприемника управления вентилем вращающегося силового выпрямителя сдвинуто относительно оси фазы обмотки ротора возбудителя переменного тока, к которой подключен укаэанный вентиль вращающегося силового выпрямителя на угол на 30 эл,град. меньший угла сдвига между началом светодуги и осью соответствующего этой дуге полюса возбудителя переменного тока.1614093г,ЮСоставитель А. Акимов Редактор Л. Пчолинская Техред М.Моргентал Корректор В. Гирн 3 3897Тираж 451 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035,.Москва, Ж, Раущская наб., 4/5оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 10