CS196895B1 - Elektrické zapojení budicí polovodičové soustavy s fázovou kompaundací synchronního alternátoru - Google Patents

Description

(54) Elektrické zapojení budicí polovodičové soustavy s fázovou kompaundací synchronního alternátoru

Vynález se týká elektrického zapojení budicí polovodičové soustavy s fázovou kompaundací synchronního alternátoru, které kompenzuje nepříznivý vliv jalového proudu, odebíraného touto soustavou ze synchronního alternátoru, na jeho napětí naprázdno.

Je známo elektrické zapojení budicí polovodičové soustavy s fázovou kompaundací, používající Boucherotova obvodu, tvořeného sériovým řazením napěťového primárního vinutí směšovacího transformátoru s tlumivkou a s kondenzátorem zapojeným paralelně k napěťovému primárnímu vinutí směšovacího transformátoru.

Z teorie Boucherotova obvodu je známo, že střídavý proud, tekoucí do napěťového primárního vinutí směšovacího transformátoru je dán vztahem:

kde U je fázové napětí synchronního alternátoru,

X_T je fázová reaktance tlumivky, j je operátor, udávající, že proud I₂ je za fázovým napětím U posunut o 90°.

Dále je Sílútno, že proud tekoucí tlumivkou je dán vztahem:

It = y i²2 + I²c (2), kde I_c je proud tekoucí kondenzátorem Boucherotova obvodu.

Protože na napěťovém primárním vinutí směšovacího transformátoru a tedy i na paralelně k němu připojeném kondenzátorů je vždy napětí U₂ podstatně menší, než je jmenovité fázové napětí U synchronního alternátoru, je proud I_c malý a neovlivní protú příliš velikost proudu I_T proti proudu I₂ ani jeho fází.

Dále je známo, že uvedené vztahy pro Boucherotův obvod platí za předpokladu, že fázová reaktance X_T tlumivky a fázová reaktance X_c kondenzátorů jsou stejné, čili že tlumivka je v sériové resonanci s kondenzátorem. Důsledkem toho není budicí proud naprázdno synchronního alternátoru závislý na hodnotě ohmického odporu jeho budicího obvodu a je tedy stejný, ať je synchronní alternátor studený nebo teplý, neboť ve vztahu (1) se ohmický odpor nevyskytuje a proudu I₂ je úměrný budicí proud naprázdno.

Fázová reaktance X_T tlumivky, rozhodující o její typové velikosti a konstrukci, vychází ze vztahu (1):

Xt = ...............·.....:· ^(31>

Je tedy nutné znát proud I₂ při známém, např. jmenovitém napětí U synchronního alternátoru. Proud I₂ závisí na počtu, závitů N₂ napěťového primárního vinutí a na počtu závitů N₃ sekundárního vinutí směšovacího transformátoru podle vztahu:

N₂

Při známém poměru » daném návrhem směšovacího transformátoru, je nutné pro možnost výpočtu proudu I₂ znát i proud I₃₀, tj. střídavý proud v sekundárních závitech N₃ směšovacího transformátoru.

Tento proud I₃₀ je dán vztahem:

I30 ~ Ibo · ki (5), kde I_Bo je budicí proud naprázdno synchronního alternátoru, známý z jeho charakteristiky naprázdno při jmenovitém napětí a daný výpočtem synchronního alternátoru a k, je proudový převod budicího polovodičového usměrňovače, závislý na jeho spojení při proudovém napájení vlivem Boucherotova obvodu a je tedy kj známou hodnotou. Je tedy možné ze vztahu (4J vypočítat hodnotu proudu I₂ a tím ze vztahu (3) i reaktanci tlumivky.

Ze vztahu (lj je patrno, že proud I₂ je při stálé fázové reaktanci X_T tlumivky přímo úměrný fázovému napětí U synchronního alternátoru. Podle vztahu (4) je proudu I₂ úměrný i proud I₃₀ a ten je pak též lineárně závislý na fázovém napětí synchronního alternátoru, stejně jako stejnosměrný proud I_Bo ze vztahu (5), tj.

Ibo = (6), který pak též bude úměrný fázovému napětí synchronního alternátoru. Dostane se tak známá budicí přímka X_T . I_B0, tj. závislost budicího proudu naprázdno na napětí, nebo lépe závislost napětí na budicím proudu naprázdno. Tato budicí přímka pak protíná charakteristiku naprázdno, tj. čáru U_o = f [Ibo) při jmenovitém napětí, neboť byla určena ze jmenovitého napětí a z proudu I_Bo, jako známých veličin.

Tak by tomu bylo jen tehdy, kdyby proud I>r tlumivky byl zanedbatelně malý a neměl fázový posun téměř 90° za fázovým napětím synchronního alternátoru.

Ve skutečnosti však i poměrně malý proud I_T tlumivky proti jmenovitému proudu synchronního alternátoru vyvolá, pro okolnost, že je téměř čistě induktivní, na synchronní reaktanci a na ohmickém odporu synchronního alternátoru takové úbytky napětí, že charakteristika svorkového napětí U = f (I_BoJ synchronního alternátoru se značně liší od charakteristiky naprázdno U_o = f (I_Bo). Díky strmému průběhu charakteristiky U = f (I_Bo) dochází pák k jejímu průsečíku s budicí přímkou X_T . I_Bo při značně menším napětí, než je jmenovité napětí synchronního alternátoru. Napětí dané tímto průsečíkem je vlastně napětím naprázdno samobuzeného synchronního alterátoru. Toto napětí je ve skutečnosti neúměrně nižší než požadované napětí jmenovité.

Snaha jeho zvýšení by vedla k větší typové velikosti tlumivky, jejíž reaktance by musela být nižší než vypočtená z daných známých hodnot synchronního alternátoru a směšovacího transformátoru. I při nižší fázové reaktanci X_T tlumivky, tj. při více skloněné budicí přímce X_T . I_B0 není zcela zaručeno, že se dosáhne jmenovitého napětí naprázdno, neboť tlumivka o nižší fázové reaktanci odebírá větší proud a ten opět sníží charakteristiku svorkového napětí U = f (IboJ, takže poloha průsečíku čar X_T . I_Bo a U = f (I_BoJ se podstatně nezvýší ani při zvýšeném kompaundním účinku proudového primárního vinutí N₂ směšovacího transformátoru, protékaného při chodu naprázdno proudem I₂.

Uvedené obtíže odstraňuje elektrické zapojení budicí polovodičové soustavy s fázovou kompaundací synchronního alternátoru podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že paralelně k Boucherotovu obvodu je zapojen kompenzační kondenzátor.

Elektrické zapojení budicí polovodičové soustavy s fázovou kompaundací synchronního alternátoru podle vynálezu je jednoduché, tudíž spolehlivé a poskytuje menší typovou velikost tlumivky Boucherotova obvodu, navržené podle známých podkladů od synchronního alternátoru a směšovacího transformátoru. Toto zapojení se dá uskutečnit jednoduchým připojením kompenzačního kondenzátorů v případech, kde zařízení je již hotové a jiné úpravy, např. snížení fázové reaktance tlumivky dostatečným vyvedením vhodné odbočky by byly obtížné a nákladné a byly by spojeny s provozními obtížemi, např. zvýšeným oteplením tlumivky, popřípadě by nebyly zcela úspěšné.

Příklad elektrického zapojení budicí polovodičové soustavy s fázovou kompaundací synchronního alternátoru podle vynálezu je na přiloženém výkresu, kde na obr. 1 je znázorněno schéma zapojení obvodu, ve kterém jsou pro přehlednost trojfázové obvody kresleny jednopólově. Na obr. 2 jsou znázorněny charakteristiky obvodu.

Statorové vinutí 1 synchronního alternátoru je zapojeno v sérii s proudovým primárním vinutím N₂ směšovacího transformátoru. Napěťové primární vinutí N₂ směšovacího transformátoru je zapojeno v sérii s tlumivkou 2, zapojenou na vývody synchronního alternátoru. Paralelně k napěťovému primárnímu vinutí N₂ směšovacího transformátoru je zapojen kondenzátor 3.

Sériová kombinace napěťového primárního vinutí N₂ s tlumivkou 2 a kondenzátor 3 tvoří Boucherotův obvod.

Na sekundárním vinutí N₃ směšovacího transformátoru je připojen diodový usměrňovač 4 (příkladně v trojfázovém můstkovém provedení), připojený na budicí vinutí přes kroužky a kartáče 5 synchronního alternátoru. Paralelně k Boucherotovu obvodu 2, N₂₎ 3 je zapojen kompenzační kondenzátor 6.

Na obr. 2 je na svislé ose vynášeno napětí U synchronního alternátoru a na vodorovné ose budicí proud naprázdno I_Bo synchronního alternátoru. Charakteristika naprázdno synchronního alternátoru U_o = ϊ (I_Bo) je vyznačena čarou 20, budicí přímka X_T . Ibo je vyznačena čarou 21 resp. 21’ a závislost svorkového napětí U synchronního alternátoru na budicím proudu naprázdno I_Bo je vyznačena čarou 22 (U — f (I_Bo)). Budicí přímka znázorněná čarou 21 protíná charakteristiku naprázdno (čára 20) při jmenovitém napětí U_N synchronního alternátoru. Vlivem úbytků napětí na synchronní reaktanci a ohmickém odporu statorového vinutí 1 synchronního alternátoru dává čára 22 závislosti svorkového napětí na budicím proudu naprázdno U = f (I_Bo) nižší hodnoty napětí než charakteristika naprázdno U_o = f (I_Bo). Synchronní alternátor, nezatížený proudem lj sítě by potom měl místo požadovaného napětí U_N pouze napětí U_o, dané průsečíkem čar 21 a 22.

K tomu by došlo pokud by nebylo kompaundního účinku proudového primárního vinutí N₂ směšovacího transformátoru.

Protože proud I_T tlumivky a proud I₂ v napěťovém primárním vinutí N₂ směšovacího transformátoru jsou při malém proudu Ic, tekoucím kondenzátorem 3 Boucherotova obvodu téměř stejné, proti jmenovitému proudu I₃ synchronního alternátoru malé a za jeho fázovým napětím U téměř o 90° posunuté, bude kompaundní účinek proudového primárního vinutí Nj směšovacího transformátoru proudem I_T malý a při jeho

Claims (3)

1. PŘEDMĚT

   Elektrické zapojení budicí polovodičové soustavy s fázovou kompaundací synchronního alternátoru, sestávající z diodového budicího usměrňovače, směšovacího transformátoru a Boucherotova obvodu, tvořeného sériovým spojením napěťového primárnírespektování se projeví jen nepatrným posunutím budicí přímky 21 do nové polohy, vyznačené čerchovanou přímkou 21’, takže i tehdy bude mít synchronní alternátor skutečné napětí naprázdno U_o” podstatně nižší, než je jeho jmenovité napětí U_N.

   Připojením kompenzačního kondenzátoru 6 o stejné reaktanci X_c jako má kondenzátor 3 Boucherotova obvodu, poteče do něj při témže napětí stejný kapacitní proud:

   ’-άjako je proud I₂ = —, neboť pro Boucherotův obvod platí X_T = X_c. Kapacitní proud kompenzačního kondenzátoru 6 je jen zanedbatelně menší než je proud I_T tlumivky, zatěžující při proudu sítě I₂ = 0 synchronní alternátor, neboť

   I_T = F I²2 + I²c a proud I_c = je při

   A_c malém napětí U₂ malý.

   Kompenzační kondenzátor 6 tedy prak• ticky zcela vykompenzuje proud I_T tlumivky 2, který měnil charakteristiku naprázdno 20 na charakteristiku svorkového napětí 22 a s budicí přímkou 21, resp. 21’ dával napětí naprázdno U_o’, resp.
2. U”_o < U_N.

   Při použití kompenzačního kondenzátoru 6 nebude tedy statorovým vinutím 1 synchronního alternátoru protékat při chodu naprázdno proud lj = I_T = I₂, tj. bude L = 0 a synchronní alternátor bude mít skutečně charakteristiku naprázdno danou čárou 20, kterou budicí přímka 21 protne při hodnotě jmenovitého napětí U_N. Zmizí i malý kompaundní účinek proudového vinutí směšovacího transformátoru od proudu

   Ιτ·

   V případě, že kompenzační kondenzátor 6 má menší reaktanci než kondenzátor 3 Boucherotova obvodu, bude proud I_T tlumivky 2 překompenzován a napětí naprázdno synchronního alternátoru stoupne přes jmenovitou hodnotu.

   VYNÁLEZU ho vinutí směšovacího transformátoru s tlumivkou a kondenzátorem, zapojeným paralelně k napěťovému primárnímu vinutí směšovacího transformátoru, význačné tím, že paralelně k Boucherotovu obvodu (2, N₂,
3. 3) je zapojen kompenzační kondenzátor (6).