Электроэнергетическая установка

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 19) Я 2 92 А 1 16 я)з Н 02 Р 1/50, 9/1 О 16 Е 1 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ГОСУДАРСТВЕ 3+ЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(56) Ольховский Г.Г., Механиков А.И. и др. Исследование пусковых характеристик од-. новальной ГТУ простого цикла при использовании мристорного пускового устройствэ. - Теплознергемка, 1987, га 6, с. 12-16.Абрамович Р.Д., Виницкий Ю.Д. и др. Система частотного пуска генераторов в режиме синхронного компенсаторв. - Электрические станции, 1984, Ра 4. с. 49-52.(54) ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА (57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при частотном пуске энергетических установок, содержащих турбину и генератор, Цель изобретения - повышение надежности пуске энергетической установки в строго заданном направлении путем увеличения точности определения полярности электромагнитного момента. Энергетическая установка содержит независимый возбудитель 7, связанный с обмоткой 6 возбуждения генератораэнергетической установки, и тиристорный преобразователь, состоя 3 ций из выпрямителя 1, сглаживающего реактора 2 и инаертора 3. системы 8 и 9 управления выпрямителем и инвертором и систему 15 автоматического регулирования. В установку вводится дополнительная цепь. состоящая иэ последовательно соединенмых датчика 10 потокосцеплений генератора, коммутатора 11, управляемого импульсами управления имвертора 3, компаратора 12 напряжения, триггера 13 и двух логических Я элементов ИЛИ 14 и И 16. С помощью уке занной цеди в системе частотного пуска контролируется нэдравлемие создаваемого электромагнитного момента, когда это направление становится противоположным заданному, подается сигнал о прекращении разгона генератора. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при частотном пуске энергетических установок, содержащих турбину и генератор.Цель изобретения - повышение надежности пуска энергетической установки в строго заданном направлении путем увеличения точности определения полярности электромагнитного момента.На фиг, 1 представлена структурная схема злектроэнергетической установки; на фиг, 2 - принципиальная электрическая схема установки; на фиг. 3 и 4 - временные диаграммы ее работы.Электроэнергетическая установка содержит тиристорный преобразователь, который включает в себя управляемый выпрямитель 1 (фиг, 1), подключенный входом к сети переменного тока, а выходом постоянного тока через сглаживающий реактор 2 - к входу инвертора 3, связанного по выходу переменного тока со статорной обмоткой 4 генератора 5. Обмотка 6 возбуждения генератора 5 связана с независимым возбудителем 7. Импульсы управления выпрямителем 1 формирует система 8 управления выпрямителем. Импульсы управления инвертором 3 формирует система 9 управления инвертором. К статорной обмотке 4 генератора 5 подключен датчик 10 потокосцеплений с шестью выходами, связанными с входами управляемого шестиканального коммутатора 11, импульсы управления которым поступают от системы 9 управления инвертором 3, Коммутатор 11 выходом связан с входом компаратора 12 напряжения, выход которого через триггер 13 связан с первым входом логического элемента ИЛИ 14, другой вход которого соединен с первым выходом системы 15 автоматического регулирования. Второй выход системы 15 автоматического регулирования соединен с вторым входом логического элемента И 16, с первым входом которого связан выход логического элемента ИЛИ 14.Датчик иотокосцеплений может быть выполнен в еецветрехплечевого реэистивного делителя 17 напряжений, одни выводы которого соединены по схеме трехлучевой звезды с заземленной общей точкой, двух интеграторов 18 и 19, трех инверторов 20 - 22 и сумматора 23, Вход первого интегратора 18 подключен к среднему выводу первого плеча делителя 17, а выход - к входу первого инвертора 20, Вход второго интегратора 19 подключен к среднему выводу второго плеча делителя 17 напряжения, а выход - к входу второго инвертора 21. Средний вывод третьего плеча делителя 17 напряжения соединен с шиной "Общий" 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 датчика 10 потокосцеплений. Первый вход сумматора 23 соединен с выходом инвертора 20, а второй вход - с выходом интегратора 19. Выход сумматора 23 соединен с входом инвертора 22. Выходы интегратора 18, инвертора 20, сумматора 23, инверторов 22 и 21 и интегратора 19 через соответствующие развяэывающие резисторы 24 - 29 образуют шесть выходов, подключенных к одноименным входам коммутатора 11, содержащего шесть управляемых ключей 30 - 35, установленных на входах 36 - 41 соответственно, выходы которых обьединены между собой и образуют выход коммутатора. Импульсы управления ключами 30 - 35 формируются системой 9 управления инвертора 3 (01 - 06 - импульсы, соответствующие импульсам управления одноименными тиристорами инвертора).Допустим, что фазировка статорной обмотки 4 генератора 5, присоединение датчика 10 потокосцеплений к фазам статорной обмотки 4, а также присоединение входов коммутатора 11 к выходам датчика 10 потокосцеплений и управляющих входов коммутатора 11 к выходам системы 9 управления инвертором выполнены в соответствии с фиг, 2,Пуск энергетической установки из неподвижного состояния начинается с момента определения начального углового положения ротора генератора и определения пары тиристоров инвертора, при включении которых вращающий момент, создаваемый взаимодействием токов статора и ротора, максимален и направлен в строго заданном направлении.При пуске энергетической установки от тиристорного преобразовательного устройства с естественной коммутацией вентилей инвертора в зоне низких частот, когда напряжение на зажимах статора генератора не достаточно для осуществления коммутации вентилей инвертора, управляемый выпрямитель переводят в инверторный режим по команде, формируемой системой 15 регулирования и проходящей через логический элемент И 16 на систему 8 управления выпрямителем. При переводе выпрямителя в инверторный режим ток в звене постоянного тока снижается до нуля и соответствующая пара тиристоров инвертора выключается (импульсный режим работы тиристорного преобразовательного устройства).На этапах трогания из неподвижного состояния и импульсного режима возможны сбои в системе управления, которые могут привести к изменению знака вращающего момента и, следовательно, к изменению на 161 75 Мправления вращения ротора, что категорически запрещено условиями работы энергетической установки,Именно нэ этих этапах необходим контроль зэ знаком создаваемого вращэмщегомомента,Величина вращающего момента описывается выражениеммэм -у(Фд(в с)+2+ Фв 0 с - д)+Феод-в, (1)где фд, фв, фс - потокосцепления фаз генерэторв;1 д, 1 в,с - токи фаз генерэто,а.При работе тиристорного преобразовательного устройства в импульсном режимена каждом твкте рабагы инверторэ один изфазных токов генератора равен нулю, другой фэзный ток рввен 0, в третий рьье.-И.где 1 б- выпрямленный ток в звене постоянного тока. Подставляя в (1) эти знвчечияфазных токов на каждом твкте работы прв.обрвэовэтвля и учитывая, что сумма потокосцеплениА фэз рввнэ нулю, получимвырвжвние для определения ращэющегомомвнтэ нв квждом тэкте2Мам у Аф д, (2)где фи - потокосцепленив Фазы, не проводящей ток на дэнном тек ге.Поскольку ток 1 б нв может изменить полярность, контроль за знэком вращающегомоментв можно осуществлять по знаку потокосцеплвния фф. Для вычисления потокосцеплений могут быть использовэнылинейные или фэзные напряжения генераторв.Потокосцепление фазы Фр =Г (Оф - гфЪф) й, (3) где Оф - напряжение Фазы ствтора генератора;гф - омическое сопротивление обмотки фазы ствторв и подводящих кабелей;1 ф - ток, протекэющий через фазную обмотку.Пренебрегая величиной гф 1 ф по сравнению с Оф, получимуф=3 ОфбаТвким образом, сигналы, пропорционэльныв потокосцеплениям фаз, могут быть получены путем интегрирования напряжений фээ статора генератора.Принципиальные особенности построения схемы датчика потокосцеплений приводят к тому, что на входы интеграторов 1 и 19 (по отношению к потенциалу "Общий" ) поступают напряжения, соответствующие в:,эсштабе делителя 17 напряжения линейьм напряжеияли статойл,в генератора, т. в.на входе интегратора 18- нзпрлжение Одв, з интегратора 19 - напряжение Оса. Пока жем, что схема, изображенная на фиг. 2,позволяет выделить на каждом такте работы инверторэ 3 напряжение, соответствующее итегралу тока непроводящей фэзы, т. е.сигнал, полярость которого определяет 10 знак электромагнитного момента,Нэ выходах датчика потокосцепленийформируются сигналы;нэ выходе 36 3 Овд;15на выходе 37 Оь,на выходе дГОдв - -3" Овд;2 О м выходе 33,) Осв - -Овс,нл выходе 4 СОсд (У Одв+ ( Овс 4125 на выходе 41 ) Одс - -(Осд.В каждый момент времени ";амкнутыдва ключа коммутатора из шести и напряжение на выходе коммутатора равно полусум медвух входых. Пусть, нвпример,включены вентили 02 и ОЗ. При этом нэ выходе коммутатора проходят сигналыОдв и Одс и формируется напряжение(УОдв+ Х Одс). Это напряжение совпв35дает с векторомОд. 1.е, с интвгрвлом нэ пряжения дейстеительнс не проводящей нэ денном такте фазы А. При подаче сигнэлов 03-04 на вентили коммутатора нэ выходе 40 коммутатора формируется сигнал, соответ- ,ствующий напряжению /ОС и т,д.Рассмотрим работу системы частотногопуска в нормальном режиме (фиг. Зэ) и в случае нарушений в системе управления 45 (фиг. Зб и 4).На Фиг. 3 и 4 показаны следующие временные диаграммы: 42 - сигналы на входе интеграторов при пуске; 43 - сигналы нв выходе датчика потокосцеплений; 44 - сиг налы на выходе системы управления инвертором; 45 - ток преобразователя 1; 46 - сигнал М на выходе коммутатора и порог срабатывания компаратора; 47 - эналоговый сигнал, соответствующий частоте вра щения ротора генератора.После определения необходимой дляпервого толчка ротора пары вентилей инвертора (04-05, Фиг, За) подают ток в обмотку возбуждения и одновременно начинают интегрировать напряжения, которые нахо 1617592дятся в статоре генератора при изменении тока возбуждения, На выходах датчика 10 потокосцеплений формируются аналоговые сигналы 43, пропорциональные величинам потокосцеплений генератора. На выход коммутатора 11 проходят два сигнала иэ шести, поскольку замкнуты два ключа, соответствующие включенной паре указанных ве 1 тилей инвертора 3. В результате выходной сигнал (сигнал 46, фиг, За) коммутатора 11, который формируется как полусумма двух сигналов, пропорциональных потокосцеплениям генератора, должен соответствовать данному угловому положению ротора генератора относительно заданного напряжения и величины электромагнитного момента при трогании, Этот сигнал сравнивается с напряжением Осраб, срабатывания компаратора 12, и поскольку сигнал не превышает этот порог, то выходное напряжение компаратора не вызывает переключения триггера 13. Выходной сигнал триггера 13 поступает на первый вход логического элемента ИЛИ 14, на второй вход которого из системы 15 автоматического регулирования приходит (уровнем "0") сигнал об отсутствии непрерывного режима работы тиристорного преобразовательного устройства, который разрешает в этом режиме воздействие сигнала триггера на первый вход логического элемента И 16 и далее на вход системы 8 управления выпрямителем, При наличии разрешающего (уровнем "1") сигнала триггера 13 управление выпрямителем 1 осуществляется от системы 8 управления по сигналам, поступающим от системы 15 автоматического регулирования, т.е. после набора заданной величины тока возбуждения начинается непосредственно разгон генератора в импульсном режиме: по сигналу "1" на втором выходе системы 15 автоматического регулирования выпрямитель 1 отпирается и через две фазы генератора протекает первый импульс тока вплоть до момента перевода выпрямителя 1 в инверторный режим по сигналу "0" на указанном выходе системы автоматического регулирования, Процесс изменения тока в такте переключения вентилей повторяется на всем протяжении импульсного режима (сигнал 45, фиг, За). Кривая изменения сигнала 46 (фиг. За) сформирована при управлении инвертором 3 с углом опережения д = 15. Этот сигнал постоянно сохраняет свою отрицательную полярность, что соответствует заданному положительному направлению действия электромагнитного момента М, вследствие чего частота вращения генератора монотонно нарастает(сигнал 47, фиг. За). По окончании импульсного5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 режима на первом выходе системы автоматического регулирования появляется сигнал (уровнем "1"), который блокирует в дальнейшем воздействие сигнала триггера 13 нв работу выпрямителя 1.На фиг. Зб приведены временные диаграммы работы системы частотного пуска в случае ошибки при определении начального углового положения ротора. Это нарушение состоит в том, что вместо пары вентилей, открывающихся импульсами 04-05, соответствующей данному положению неподвижного ротора относительно заданного направления вращения, ошибочно указана пара, открывающаяся импульсами 01-02. Это приводит к тому, что на выходе коммутатора 11 к моменту окончания процесса нарастания тока возбуждения сигнал 46 существенно превышает порог срабатывания компараторв 12, вследствие чего сигнал триггера 13 становится запрещающим (т.е. уровнем "0"), Таким образом, независимо от сигнала системы автоматического регулирования, поступающего на второй вход логического элемента И 16, система 8 управления формирует сигнал на эапирание выпрямителя 1.На фиг. 4 даны временные диаграммы работы системы частотного пуска в случае появления неисправности в системе 9 управления инвертором. Эта неисправность проявляегся в том, что после первого толчка ротора в нужном направлении дальнейших переключений вентилей инвертора 3 не происходит, После укаэанного толчка ротор продолжает свое вращение (сигнал 47) вод действием сил инерции и электромагнитного момента, изменяющегося в функции косинуса угла поворота (сигнал 46), так как направление вектора тока статора постоянно(сигнал 45), Пунктирной линией показано изменение сигналов в предположении отсутствия срабатывания триггера 13 (т, е. запирания выпрямителя 1) и при возможности свободного вращения вала в любую сторону. После изменения знака момента отрицательное значение его возрастает, ротор тормозится, проходит точку равновесия и начинаетдвижение в обратную сторону, Далее, если ток статора не будет отключен, качание ротора продолжается,Введение в систему частотного пуска укаэанных дополнительных элементов позволяет повысить надежность пуска энергетической установки. Предлагаемая система частотного пуска энергетической установки в принципе не допускает приложения к валопроводу энергетической установки тормозящего момента, поскольку своевременно реагирует на неисправность и отклю 1617592 10чает ток статора турбогенератора заранее, т, е. до того момента, когда к валу приложится усилие, действующее в запрещенном направлении.Формула изобретения1. Электроэнергетическая установка, содержащая генератор, независимый возбудитель, к выходу которого подключена обмотка возбуждения генератора, тири- сторныЯ преобразователь, составленный из последовательно соединенных управляемого выпрямителя, сглаживающего реактора в цепи выпрямленного тока и управляемого инвертора, выходом соединенного со статорной обмоткой генератора, две системы управления, систему автоматического регулирования, выход первой системы управления связан с управляющим входом выпрямителя, а выход второй системы управления - с управляющим входом инвертора, отличающаяся тем,что,сцелью повышения надежности пуска энергетической установки в строго заданном направлении путем увеличения точности оопределения полярности электромагнитного момента, введены датчик потокосцеплений генератора энергетической установки, шестиканальный коммутатор, компаратор напряжения, триггер, двухвходовый логический элемент ИЛИ и двухвходовый логический элемент И, входы датчика потокосцеплений подключены к статорной обмотке генератора, а его выходы - к информационным входам коммутатора, управляющие входы которого связаны с выходом второй системы управления, выход коммутатора соединен с входом компаратора напряжения, к выходу которого подключен вход триггера, выходом соединенного с первым входом логического элемента ИЛИ, 5 к второму входу которого подключен первый выход системы автоматического регулирования, выход логического элемента ИЛИ соединен с первым входом логического элемента И, с вторым входом которого 10 соединен второй выход системы автоматического регулирования, а выход логического элемента И соединен с управляющим входом системы управления выпрямителя. 15 2.Установка пои. 1, отл ич а ю щаяс я тем, что датчик потокосцеплений составлен из трехплечевого резистивного делителя напряжений, двух интеграторов, трех инверторов и сумматора и снабжен шиной 20 "Общий", плечи резистивного делителя напряжения одними выводами соединены по схеме трехлучевой звезды с заземленной нейтралкою, другие выводы укаэанных плеч образуют вход датчика потокосцеплений, 25 входы интеграторов соединены соответственно со средними отводами двух плеч резистивного делителя, средний отвод третьего плеча которого подключен к шине "Общий" датчика потокосцепления, выход 30 каждого интегратора соединен с входом одного иэ инверторов, входы сумматора подключены соответственно к выходу одного из инверторов и одного из интеграторов, выход сумматора подключен к дходу третьего 35 инвеотооа, пои этом вьходы датчика потокосцеплений, образованы выходами интеграторов, сумматора, инверторов соответстВеннэ.1617592Фиг.4Составитель В, Тарасов Редактор А, Огар Техред М.Моргентал Корректор Т. Мал Заказ 4127 Тираж 457 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ С113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1