CZ20001949A3 - Způsob regulace magnetického toku v rotačním elektrickém střídavém stroji na vysoké napětí s rotorem buzeným permanentním magnetem a zařízení k provádění tohoto způsobu - Google Patents

Abstract

Rotační elektrický stroj pro přímé spojení se silovou sítí na vysoké napětí, ve kterém magnetický obvod uzpůsobený pro vysoké napětí zahrnuje rotor (52) s permanentními magnety, stator, hlavní vinutí (53, 54, 55) a pomocné rozběhové vinutí (56) pro regulaci magnetického toku, které je ve funkčním vztahu s hlavním vinutím (53, 54, 55). Alespoň jedno z vinutí je tvořeno vodičem obklopeným magneticky propustným, elektrické pole-uzavírajícím, izolačním pláštěm.

Description

Způsob regulace magnetického toku v rotačním elektrickém střídavém stroji na vysoké napětí s rotorem buzeným permanentním magnetem a zařízení k provádění tohoto způsobu

Oblast techniky

Vynález se týká způsobu regulace magnetického toku v rotačním elektrickém střídavém stroji na vysoké napětí s rotorem buzeným permanentní magnetem a statorem zahrnujícím alespoň jedno pomocné rozběhové vinutí, a zařízení k provádění tohoto způsobu.

Vynález se zejména týká elektrických střídavých strojů, které jsou určeny pro přímé připojení k distribuční nebo přenosové síti a které zahrnují magnetický obvod s magnetickým jádrem, hlavní vinutí, alepoň jedno pomocné rozběhové vinuti a rotor buzený permanentním magnetem. Tyto elektrické stroje jsou tvořeny synchronními stroji, které jsou zejména používány ve formě generátorů určených pro připojení k distribučním a přenosovým sítím, které jsou obvykle označovány jako silové sítě. Synchronní stroje jsou rovněž používány ve formě motorů a sychronních kompenzátorů. Oblast techniky související s vynálezem rovněž zahrnuje stroje s vnějším polem a synchronní stroje s magnetickým tokem.

Dosavadní stav techniky

Rotor synchronního stroje obvykle zahrnuje elektromagnety nebo permanentní magnety, které v ustáleném stavu rotují rychlostí, která je úměrná frekvenci elektrického proudu ve * »·« • ft ftftft • ···· ft·· ftftft • ··· · · · ft · ft·· ··· · ··· ftft ftft statorovém vinutí, které je obvykle tvořeno třífázovým vinutím. Stator je v podstatě stejný u obou typů rotorů.

Když rotor zahrnuje elektromagnety, budící vinutí je obvykle napájeno stejnosměrným proudem z buď statického nebo rotačního budiče. Regulací stejnosměrného proudu v budícím vinutí, magnetický tok ve stroji může být regulován a tudíž může být regulováno, např. napětí na vývodech statorového vinutí. Budící regulační systém má obvykle různé regulační funkce, takže dotyčný stroj se chová přijatelně pro silový systém. Jako přiklad těchto regulačních funkcí může být uvedena funkce AVR (Automatic Voltage Regulátor) a funkce PSS (Power System Stabilizer).

Následující text obsahuje stručný popis různých dílčích systémů, které typicky zahrnují regulační systém zobrazený na obr. 1.

Budič 1 napájí budící vinutí synchronního stroje stejnosměrným proudem, čímž vytváří výkonový stupeň budícího systému.

Regulátor 2 zpracovává a zesiluje vstupní regulační signály na úroveň a formu vhodnou pro regulaci budiče.

Snímač 3. svorkového napětí a kompenzátor 2 zátěže snímá statorové svorkové napětí, načež ho usměrňuje a filtruje na stejnosměrné napětí, které nato porovnává s referenční hodnotou, která zastupuje žádoucí svorkové napětí. Kromě toho kompenzátor zátěže (nebo úbytku napětí ve vedení, nebo jalových ztrát) může být žádoucí pro udržení konstantního napětí v určitém bodě vedení vzdáleném od vývodů generátoru. Stabilizátor 4 výkonového systému poskytuje regulátoru dodatečný vstupní signál pro utlumení kmitání výkonového • »· * · «V* v · · « • · 4 4 4 4 4 4 · 4 ·

444 44444

44»· ·4· »4 444 ·4 44 systému. Takovým obvykle používaným vstupním signálem je odchylka rychlosti rotoru, urychlující výkon a frekvenční odchylka. Omezovače a ochranné obvody _5 mají širokou řadu regulačních a ochranných funkcí, které zajišťují, aby výkonostní omezení budiče a synchronního stroje nebyly překročeny. Jako příklad obecně používaných funkcí může být uvedena funkce omezovače typu pole-proud, omezovače maxima buzení, omezovače svorkového napětí, regulátoru typu V/Hz a omezovače podbuzení.

Synchronní stroj 6. má rotor a stator. Magnetický tok ve stroji je regulován budičem 1 a budícím vinutím rotoru.

Když rotor zahrnuje permanentní magnety, není žádoucí žádný zdroj stejnosměrného proudu pro buzení. Jednou výhodou permanentních magnetů v rotoru je tudíž to, že nedochází k žádným ztrátám při buzení. To velkou měrou snižuje potřebu chlazení rotoru. To vede k vyšší účinnosti stroje. To má rovněž za následek možnost realizace kompaktnějšího provedení rotoru.

Hlavní nevýhoda použití permanentních magnetů v rotoru spočívá v tom, že regulace buzení je nepraktická. Provozní charakteristiky strojů s permanentními magnety, a to jak generátorů tak i motorů, jsou v důsledku toho omezeny nedostatkem možnosti regulovat buzení. U samostatného generátoru se svorkové napětí mění v závislosti na zatížení. Za účelem ponechání svorkového napětí v určitém přijatelném rozmezí je někdy žádoucí regulovat činitel výkonového zatížení použitím nastavitelných bočníkových kondenzátorů

I připojených k silové síti v blízkosti generátoru. Ve formě motoru je stroj s permanentními magnety zejména používán jako pohon s proměnnou rychlostí, který je napájen zdrojem s • 444 «

• · 4 · · ·

4444 · · ·

4 44 4 4 · · 4

4444 444 «4 44« 4· *· regulovatelným napětím a frekvencí.

Existuje velký počet rozdílných provedení rotoru s permanentními magnety. Některá tato provedení jsou popsána v kapitole 9 publikace Handbook of Electric Machines, S.A. Nasar, McGraw Hill, 1987.

Podstata vynálezu

Vynález.,je tvořen elektrickým strojem typu popsaného ve výše uvedených souvisejících přihláškách vynálezu, přičemž v tomto elektrickém stroji je použito vinutí ve formě kabelu a tento elektrický stroj zahrnuje stator, rotor zahrnující permanentní magnety, alespoň jedno hlavní vinutí a alespoň jedno pomocné rozběhové vinutí. Hlavní vinutí je připojeno k silové síti pro produkci nebo spotřebu činné a jalové energie.

V rámci vynálezu je možné regulovat magnetický tok ve stroji, ačkoliv jeho rotor má permanentní magnety. Ve vynálezu je jedno hlavní vinutí a jedno pomocné rozběhové vinutí zapouzdřeno ve statoru, což je dosaženo spojením vnějšího elektrického obvodu s pomocným rozběhovým vinutím. Vnější elektrický obvod je regulován tak, aby v pomocném rozběhovém vinutí protékaly elektrické toky, které žádoucím způsobem ovlivňují magnetický tok. Takto realizovanou regulací je možné nahradit všechny relevantní regulační funkce typické pro konvenční regulační systém spolupracující s budícím vinutím ve stroji s elektromagnety v rotoru. Kromě toho je možné poskytnout další regulační funkce, které nemohou být uskutečněny u regulačního systému spolupracujícího s budícím vinutím. Takovými funkcemi mohou • ··· • ··

9 9 9 9 · 9 • 9 999 ·· ·9 být funkce spočívající v dynamickém brzdění určeném pro omezení akcelerace rotoru, regulaci magnetického toku určené pro omezení poruchového proudu a omezení harmonických složek generovaných ve stroji.

Následující text je věnován stručnému popisu rozličných dílčích systémů určených pro synchronní stroj podle vynálezu zobrazený na obr. 2, přičemž přky stejné, jako jsou prvky regulačního systému na obr. 1, jsou označeny vztahovými značkami.

Budič 1^ na obr. 1, který reguluje rotor, je na obr. 2 nahrazen vnějším elektrickým obvodem 7, který reguluje proud v pomocném rozběhovém vinutí', čímž ovlivňuje magnetický tok.

.Regulátor 2 zpracovává a zesiluje vstupní regulační signál na úroveň a do formy vhodné pro regulaci vnějšího elektrického obvodu.

Snímač svorkového napětí a kompenzátor 3 zatížení snímá statorové .svorkové napětí, usměrňuje a filtruje toto napětí do stejnosměrné formy, a porovnává toto napětí s referenční hodnotou, která zastupuje žádoucí svorkové napětí. Kromě toho může být poskytnuta kompenzace zatížení (nebo úbytku napětí ve vedení nebo jalových ztrát), když je žádoucí udržet konstantní napětí v určitém místě elektrického vedení vzdáleném od svorek generátoru.

Stabilizátor 4. výkonového systému poskytuje regulátoru dodatečný vstupní signál za účelem utlumení kmitání výkonového systému. Obvykle používaným vstupním signálem je signál odchylky rychlosti rotoru, akcelerace výkonu a frekvenční odchylky.

Omezovače a ochranné obvody 5 mají širokou řadu • 9 ·· * 999 · 9 9 • ·«·· 9 9 9 9 *9

999 99999

999 999 9· ··· 99 99 regulačních a ochranných funkcí, které zajišťují nepřekročeni vykonostních omezení vnějšího elektrického obvodu a synchronního stroje. Mezi tyto funkce patří funkce spočívající v omezení svorkového napětí na hlavním vinutí, omezení svorkového napětí na pomocném rozběhovém vinutí, omezení proudu v pomocném rozběhovém vinutí ve statoru a regulace typu V/Hz.

Synchronní stroj _5 podle vynálezu má alespoň jedno pomocné rozběhové vinutí a rotor buzený permanentním magnetem.

Jak to bylo výše uvedeno, v případě regulace magnetického toku ve vzduchové mezeře pomocným rozběhovým vinutím ve statoru synchronního stroje je možné dosáhnout další regulační funkce ve srovnání s regulací magnetického toku ve vzduchové mezeře provedenou pouze pomocí budícího vinutí v rotoru. To je například případ, kdy pomocné rozběhové vinutí je tvořeno třífázovým vinutím, které může být regulováno asymetrickým způsobem.

Kromě toho u synchronních strojů podle vynálezu časové konstanty mezi pomocným rozběhovým vinutím a magnetickým tokem ve vzduchové mezeře jsou nižší, než jsou časové konstanty mezi budícím vinutím a magnetickým tokem ve vzduchové mezeře u strojů s rotorem buzeným elektromagnety. To znamená, že je možné magnetický tok ve vzduchové mezeře v rámci vynálezu pomocí pomocného rozběhového vinutí ovlivnit rychleji než pomocí budícího vinuti u stroje s rotorem zahrnujícím elektromagnety.

V rámci vynálezu je možné využít výhody, které poskytuje na rozdíl od rotoru s elektromagnety rotor s permanentním φ ··· • φ Φ·· · · * φ • · φ φ «φ* · φ « * · φ φ · · · φ · ··· ··· Φ· ·φ· φφ φφ magnetem a které například spočívají ve značném snížení ztrát v rotoru, v jednoduším chlazení rotoru, kompaktnějším provedení rotoru.

S přídavnými ztrátami ve statoru způsobenými ztrátami v mědi v pomocném statorovém vinutí je možné se daleko jednodušším způsobem vypořádat než se ztrátami v rotoru s elektromagnety. To je důsledek skutečnosti, že stator je stacionární.

Napěťová regulace je v rámci vynálezu dosažena regulací vnějšího elektrického obvodu, což zavádí jalový výkon do pomocného rozběhového vinutí nebo vyjímá jalový výkon z pomocného rozběhového vinutí.

Obr. 3 zobrazuje některé charakteristické znaky výkonostního diagramu stroje podle vynálezu, ve kterém na osu X je vynesen jalový výkon Q a na osu Y je vynesen činný výkon P, přičemž CL odpovídá proudovému omezení založenému na produkovaném teplu v hlavním vinutí, MP odpovídá maximánírau výkonu turbíny, C zastupuje výkon bez pomocného rozběhového vinutí, CI a CC odpovídá proudovému omezení založenému na produkovaném teplu v pomocném rozběhovém vinutí (předpokládá se, že pomocné rozběhové vinutí nese zanedbatelné množství činného výkonu), omezení CI odpovídá indukčnímu proudu v pomocném rozběhovém vinutí, zatímco omezení CC odpovídá kapacitnímu proudu, přičemž šrafovaná oblast NO odpovídá oblasti normálního provozu NO. Bod OP zastupuje provozní bod, ve kterém ztráty v pomocném vinutí jsou nulové za předpokladu, že žádná činná energie není do pomocného rozběhového vinutí zavedena a žádná činná energie není z pomocného rozběhového vinutí vyjmuta. Bod TLC je provozním bodem při omezení CC kapacitního proudu. Bod TLI je provozním • ··* • ·· • · • · · • · « ♦ · ··· bodem při omezením Cl indukčního proudu. Za účelem provozovat stroj mezi provozním bodem OP a bodem TLC se množství činné energie zavedené do pomocného rozběhového vinutí zvýší- V tomto příkladě jak hlavní vinutí tak i pomocné rozběhové vinutí je tepelně omezeno při provozním bodě TLC. Za účelem provozovat stroj mezi provozním bodem OP a TLI se množství jalové energie vyjmuté z pomocného rozběhového vinutí zvýší.

V následujícím textu je učiněno porovnání mezi ztrátami v pomocném rozběhovém vinutí ve stroji podle vynálezu a ztrátami buzením u stroje s rotorem zahrnujícím elektromagnety. Stroj s rotorem zahrnujícím elektromagnety má nulový budící proud a minimální ztráty buzením v oblasti UE podbuzení výkonostního diagramu, zatímco stroj podle vynálezu má minimální ztráty v pomocném rozběhovém vinutí podél křivky C. Je známé, že synchronní stroj je často provozován při vysokém výkonu turbíny v blízkosti křivky C, avšak zřídka v blízkosti oblasti UE. Z toho je zřejmé, že stroj podle vynálezu může mít účinnost vyšší než stroj s rotorem majícím elektromagnety.

Je možné permanentní magnet rotoru opatřit tlumícím vinutím, přičemž je rovněž možné toto vinutí vyloučit z permanentního magnetu.

Další výhoda vynálezu samozřejmě spočívá v eliminaci problému spojeného s napájením rotačního vinutí elektrickou energií, poněvadž tento problém, se vyskytuje u rotoru s elektromagnety

V rámci příkladného provedení vynálezu pomocné vinutí {pomocná vinutí) popsané v souvisejících přihláškách vynálezu a v této přihlášce vynálezu jsou v provozu při relativně • ftftft · · ftftft « ftft · ft ftft·· ftftft··· • ftftft ftftftftft • ftftft ftftft ftft ftftft ftft ftft nízkém napětí. Připojené elektrické obvody tudíž zahrnují laciné nízkonapěťové vybavení ve srovnání s vybavením připojeným k hlavnímu vinutí.

Obr. 4A zobrazuje možné umístění pomocného rozběhového vinutí 56 ve statoru 51. Je rovněž možné opatřit permanentní magnet rotoru pomocným rozběhovým vinutím s prostředky pro regulaci proudu v tomto vinutí. Jinými slovy, pomocné rozběhové vinutí působí v tomto provedení jako budící vinutí. Rotor se stává hybridem mezi rotorem s permanentním magnetem a rotorem s elektromagnetem.

Napěťová regulace v rámci vynálezu může být provedena zavedením jalové energie do pomocného rozběhového vinutí 56 nebo vyjmutím jalové energie z pomocného rozběhového vinutí 56.

Tato regulace může být provedena jednoduchým zapojením zobrazeným na obr. 14, ve kterém k pomocnému rozběhovému vinutí je přes přerušovač připojen kondenzátor a reaktor. Uzavřením jednoho z přerušovačů je jalová energie buď produkována kondenzátorem a zavedena do pomocného rozběhového vinutí nebo spotřebována a vyjmuta z pomocného rozběhového vinutí. Jak je to -zřejmé z konfigurace hlavního vinutí, jalová energie může být tímto způsobem produkována nebo spotřebována strojem.

Za účelem dosažení hladcí regulace kondenzátor a reaktor mohou být rozděleny do několika mechanicky spínaných jednotek, jak je to zřejmé z obr. 15. Další způsob, jak dosáhnout hladčí regulace, spočívá v nahrazení mechanicky spínaného kondenzátoru a reaktoru kondenzátorem spínaným tyristorem resp. reaktorem spínaným tyristorem nebo statickým • »9*9 999999 • 9 « 9 9 9·9·

9999 999 99 «99 99 99 variačním kompenzátorem, jak je to zřejmé z obr. 16. Tímto způsobem může být množství jalové energie zavedené do pomocného rozběhového vinutí nebo vyjmuté z pomocného rozběhového vinutí nepřetržitě regulováno.

V případě, že účelem pomocného rozběhového vinutí je rovněž poskytnout stanoviště s pomocným rozběhovým vinutím, výhodné provedení zahrnuje měnič typu st/ss a ss/st s prostředkem pro akumulaci energie 10, jakým je např. baterie, přičemž tento měnič je připojen ke stejnosměrné sběrnici, jak je to zřejmé z obr. 8. Měnič 11 je použit pro nepřetržitou regulací napětí v pomocné napěťové sběrnici a pro dodávku činné energie do zátěže spojené s pomocnou sběrnicí při jmenovité frekvenci. Kromě toho měnič 2 nejbliŽŠí pomocnému rozběhovému vinutí může být regulován tak, že muže zavádět jalovou energii do pomocného rozběhového vinutí nebo vyjímat jalovou energií z pomocného rozběhového vinutí.

Kromě toho jsou možná další provedení, např. provedeni podle obr. 7 a 9. V případě, že stroj je opatřen dvěma vinutími, potom může být použito provedení podle obr. 11.

Charakteristickým znakem silového systému, který má sklon k napěťovému zhroucení je to, že synchronní generátory při provozu dosahují svých omezení pro produkci jalového výkonu, a to buď dosažením omezení pro budící proud nebo omezení proudu kotvy {viz. např. Section 2.2.3, CIGRÉ report Criteria and Countermeasures for Voltage Collapse). V takové mimořádné situaci je obvykle povoleno, aby dotyčné stroje přesahovaly své limity po určitou dobu, která je závislá na časové konstantě určené pro ohřátí rotoru resp. statoru.

• 4 ·

444 v v «

4 4 4 4 ·

4 4 4 4

44

V provedení statoru podle vynálezu jsou časové konstanty pro ohřátí statoru vyšší, než jsou odpovídající časové konstanty u konvenčního stroje. To je zejména způsobeno volbou výhodného izolačního systému. Pomocí pomocného rozběhového vinutí ve statoru podle vynálezu je možné produkovat dodatečnou jalovou energii zavedením jalové energie do pomocného rozběhového vinutí ve statoru. Pomocné rozběhové vinutí ve statoru může mýt izolační systém, stejný jako má hlavní vinutí a proto může být provedeno tak, aby mělo stejné časové konstanty pro ohřátí statoru. To znamená, že pro ohřátí statoru mohou být zcela použity vysoké Časové konstanty. V důsledku toho stroj podle vynálezu může být přetížen po delší dobu ve srovnání se strojem s rotorem zahrnujícím elektromagnety, za předpokladu, že obsluha silové sítě pokud možno co nejdříve učiní opatření pro zabránění zhroucení napětí.

Omezovač proudu v hlavním statorovém vinutí a omezovač proudu v pomocném rozběhovém statorovém vinutí měly by být provedeny tak, aby uvedené časové konstanty byly plně použity.

Během přechodné poruchy vyvolané závadou v silové síti a hladkého překonání poruchy izolováním poškozeného prvku je svorkové napětí generátoru nízké. U konvenčího generátoru se odezva automatického regulátoru napětí na tyto podmínky projeví zvýšením budícího napětí, které má užitečný účinek na přechodovou stabilitu. Účinnost tohoto typu regulace závisí na schopnosti budícího systému rychle zvýšit budící napětí na pokud možno co nejvyšší hodnotu.

U stroje podle vynálezu vysoce rychlostní budící systém působící' skrze obvod rotoru může být nahrazen elektrickým ·9·

V «

9 9 ·

9 9 · ·9 • 9

9 9 9 9

9*99

999 999 99 ·9· obvodem připojeným k pomocnému rozběhovému vinutí, které může rychle zvýšit napětí hlavního vinutí. Tento elektrický obvod může zahrnovat kondenzátor řízený tyristorem, jak je to zřejmé z obr. 16. Vstupní signál může být stejný, jako je vstupní signál pro konvenční vysoce rychlý budící systém. Systém působící skrze pomocná rozběhové vinutí má nižší časové konstanty, než má systém působící skrze budící obvod. Kromě toho izolační systém pomocného rozběhového vinutí může odolávat vyváženému základnímu vysokému frekvenčnímu přepětí, částečně kvůli tomu, že je dimenzován tak, aby odolal zemním poruchám ve vnějším obvodě a částečně poněvadž izolace typu XPLE může odolat základnímu vysokému frekvenčnímu přepětí po dobu několika minut. To umožňuje vysoké mezní napětí. Jinými slovy, systém působící skrze pomocné rozběhové vinutí může rychle ovlivnit napětí hlavního vinutí.

Dynamické brzdění strojů spočívá v použití umělé elektrické zátěže během přechodové poruchy pro zvýšení elektrického výstupního výkonu strojů a tudíž k omezení akcelerace jejich rotorů. Jedna forma dynamického brzděni spočívá v zapnutí bočníkových re2istorů přibližně 0,5 s po objevení poruchy za účelem omezení akcelerace výkonu nejblížších strojů a vyjmutí kinetické energie získané během poruchy. Tak např., subjekt Bonneville Power Administration používá ve své síti Pacific Northwest tuto formu dynamického brzděni pro zvýšení přechodové stability během poruch, přičemž brzdný výkon je 1400 MW při napětí 240 kV.

U stroje podle vynálezu v případě poruchy v síti připojené k hlavnímu vinutí může být z pomocného rozběhového vinutí vyjmuta činná energie. To omezuje akceleraci výkonu a tudíž omezuje akceleraci rotoru. Ve výhodném provedení je k *

• ··· • · • « ·*·· ··« • · » « I · • · 4 • 4 4«4 «

• 4 4

4· pomocnému rozběhovému vinutí skrze přerušovač připojen rezistor ve formě bočníku. Pomocí přerušovače, který spíná dotyčný rezistor (viz. obr. 17) je postaráno o zamezení nestability v důsledku efektu backswing, ke kterému může dojít, když rezistor zůstane připojen k pomocnému rozběhovému vinutí příliš dlouho. Kromě toho jsou rovněž možná další provedení, např. provedení s rezistorem řízeným tyristorem 18). Při porovnání tohoto řešení s řešením výše uvedeným subjektem Bonneville Power ňdministration je nutné upozornit na to, že v rámci vynálezu je napěťová úroveň typicky nižší, což má za následek jednodušší vybavení stroje, a že toto vybavení je hlavně použito pro brzdění stroje z nepočetné skupiny strojů, které přicházejí v úvahu pro dynamické brzdění v silové síti.

(viz. obr použitým

Ve výhodném provedení systému pro dynamické brzdění strojů je dynamické brzdění výhodně kombinováno s výše popsanou rychlou regulací napětí, poněvadž jak dynamické brzdění tak i rychlá regulace napětí mají pozitivní účinek na přechodovou stabilitu.

Další aplikace výše uvedeného dynamického brzdění spočívá v použití dynamického brzdění u strojů, které jsou určeny pro produkci špičkového výkonu, tj. strojů, které jsou často uváděny do chodu a do klidu. Brzdění strojů přináší problém spočívající v převedení energie uložené ve formě kinetické energie. Existují v podstatě dva způsoby vyloučení tohoto problému, přičemž jeden z nich spočívá v použití mechanické brzdy a druhý v použití elektrické brzdy. Mechanické brzdy mají krátkou dobu životnosti, t j. vyžadují často údržbu a opravu. Nej jednodušší způsob realizace elektrické brzdy spočívá v tom, že po vyjmutí mechanického momentu a odpojenj.

* V V ««V * V V V • 9 9 9 9 999 ··«

999 9*9*9

9999 999 99 999 99 99 stroje od systému je k vývodům stroje přiložen zkratový obvod a stroj je zmagnetován tak, že např. ve statorovém vinutí protéká jmenovitý proud. Tento proud vyvolá ztráty v mědi, což vede k velmi dobrému brzdícímu efektu, zejména při nižších rychlostech.

Ve stroji podle vynálezu je samozřejmě možné realizovat eletrickou brzdu přiložením zkratového obvodu k vývodům hlavního vinutí. Avšak, poněvadž tyto vývody představují vysokonapěťové vývody, zařízení, k jehož vývodům má být přiložen zkratový obvod, mělo by být dimenzováno na vysoké napětí, což zvyšuje náklady na toto zařízení. Naproti tomu ve výhodném provedení vynálezu je zkratový obvod přiložen k vývodům pomocného rozběhového vinutí výhodně přes přerušovací rezistor (viz. obr. 17), rezistor řízený tyristorem (viz. obr. 18) nebo prostředek pro akumulaci energie (viz. obr. 6).

Omezení kolísání výkonu v silové síti

V silové síti se vyskytuje určitý počet prvků, které mohou být použity pro tlumení kolísání výkonu. Rovněž je také možné elektrárny typu SVC a HVDC vybavit doplňkovými regulačními prostředky. Nicméně jeden z neobvyklejších způsobů spočívá v tlumení kolísání rotoru generátoru regulací jeho buzení použitím pomocného stabilizačního signálu (stabilizačních signálů). Tato regulace je obvykle označována jako regulace typu PSS (Power System Stabilizer). Obr. 19 dostupný na str. 767 publikace Power System Stabilty and Control, Prabha Kundur, zobrazuje blokové schéma generátoru s napěťovou regulací a regulací typu PSS. Za účelem poskytnutí • *44 » · ft* · 4 * • ♦ 4 · 4 · 4 4 · 4 · • 444 · 4 4 4 · • 444 4·· 44 4·4 ·♦ 4* tlumení kolísání výkonu regulace typu PSS musí produkovat Složku elektrického momentu ve fázi s odchylkami rychlosti rotoru. Logickým signálem pro použití v regulaci buzení generátoru je odchylka rychlosti rotoru. Když převodová funkce G_í)t(S) budiče a převodová funkce generátoru mezi budičovým napětím (ÁE_fd) a elektrický moment (ΔΤ_β) představují čisté zesílení, potom přímá zpětná vazba odchylky (Áo_r) rychlosti rotoru vede k tlumení momentové složky. Avšak v praxi jak generátor tak i budič (v závislosti na typu) mají frekvenci závislou na ziskové a fázové charakteristice. V ideálním případě, ve kterém fázová charakteristika regulační funkce (G_pss(s)) je pravým opakem fázové charakteristiky budiče a generátoru, která má být kompenzována, regulace typu PSS vede k čistému tlumícímu momentu při všech oscilačních frekvencích. Je však obtížné realizovat regulaci typu PSS tak, aby se dosáhlo čistého tlumení pro všechny frekvence, částečně kvůli změnám fázových charakteristik při změnách systémových podmínek. Obvykle důležitým frekvenčím rozmezím je rozmezí od 0,1 do '2 Hz, přičemž fázový předstih sítě poskytuje kompenzaci v tomto rozmezí.

Když stroj je opatřen pomocným rozběhovým vinutím podle vynálezu, konvenční regulace typu PSS, která působí skrze budicí vinutí, může být nahrazena regulací typu PSS působící skrze pomocné rozběhové vinutí. To je případ zapojení, jehož jednopólové schéma je zobrazeno na obr. 6. Měnič 2 může být regulován tak, aby kolísání výkonu, rovněž i kolísání momentu ve zduchové mezeře, bylo redukováno nebo eliminováno, a tudíž kolísání systému bylo tlumeno. Je zřejmé, že jsou možná i jiná zapojení, např. zapojení na obr. 8. Vstupní signály pro regulační smyčku mohou být založeny, např. na rychlosti φφ φφφ φ · ·· rotoru nebo činné energii z hlavního vinutí. Je jednoduché realizovat regulaci typu PSS působící skrze pomocné rozběhové vinutí tak, aby bylo dosaženo více nebo méně čisté tlumení pro široký frekvenční rozsah, poněvadž zisk a fáze jsou méně frekvenčně závislé na pomocném rozběhovém vinutí a elektrickém momentu ve vzduchové mezeře.

Omezení vnitřních poruchových proudů

Když je stroj připojen k silové síti bez zvyšovacího transformátoru, jak silová síť tak i stroj kvůli rotačnímu magnetickému toku budou přispívat k poruchovému proudu ve stroji v případě vnitřní zemní poruchy.

Výskyt vnitřní zemní poruchy může vést k vysokému poruchovému proudu, který může poškodit stroj. Poškození proudu závisí na velikosti a době trvání poruchového proudu. Za účelem omezení poškození stroje je žádoucí omezit jak velikost tak i dobu trvání poruchového proudu.

V konvenčních elektrárnách je toho dosaženo pokud možno co nejrychleším odpojením dotyčného stroje od silové sítě a takovou regulací budícího proudu, aby se tento proud pokud možno co nejrychleji snížil za účelem vyjmutí rotačního magnetického toku ze stroje.

Se strojem s rotorem- zahrnujícím permanentní magnet a se statorem v konvenčním provedení není možné omezit rotační magnetický tok ve stroji. To je kvůli konstantnímu magnetickému toku z permanentních magnetu.

Se strojem podle vynálezu s pomocným rozběhovým vinutím * · ·· • φ · • · φ »· ··· • φ ··· • φ · · • » · · · • · φ · • φ · · ve statoru je možné omezit nebo vyloučit rotační magnetický tok ve stroji s rotorem zahrnujícím permanentní magnety a tím omezit příspěvek poruchového proudu. To může být provedeno zavedením proudu do pomocného vinutí, které je regulováno tak, že ve stroji produkuje rotační magnetický tok, který se superponuje na rotační magnetický tok produkovaný permanentními magnety rotoru tak, že výsledný magnetický tok je omezen nebo vyloučen. To vede k omezení velikosti a doby trvání poruchového proudu.

Jak je to zřejmé z obr. 12, vynález může být realizován, např. připojením pomocného rozběhového vinutí 4 k měniči 15 frekvence, _ který může generovat regulovatelný proud v pomocnérm/vinutí 4. Když se objeví vnitřní zemní porucha ve stroji 1, stroj 1_ je odpojen od silové sítě 7 přerušovačem 2· Kromě toho měnič 15 kmitočtu zavede proud do pomocného rozběhového vinutí 4, v důsledku čehož se produkuje magnetický tok, který se superponuje na rotační magnetický tok produkovaný permanentními magnety rotoru tak, že výsledný magnetický tok se omezí nebo vyloučí.

Na obr. 12 je .měnič 15 frekvence regulován měřícím obvodem 19 pro snímání úhlu rotoru pomocí měřícího signálu 24 úhlu rotoru a pro generování regulačních signálů 20.

Rychlé vyloučení magnetického toku regulací budícího proudu je komplikované kvůli relativně vysoké časové konstantě pro budící vinutí a kvůli obtížnosti přenést žádoucí proud do rotoru. V konvenčním stroji budící vinutí má časovou konstantu přibližně 2 - 10 s.

Pomocí vynálezu s pomocným rozběhovým vinutím je možné omezit příspěvek poruchového proudu, generovaného rotačním

II · · · ·· ft ·· * ··· · ftftft ftft · • ftft · ftftftft »· ft· ftftft ·♦ je možné omezit tento magnetickým tokem, rychleji, než příspěvek u konvenčních strojů. To konstanta pro vinutí ve statoru je nižší, než je časová konstanta pro vinutí v rotoru, a že je jednodušší regulovat proud ve vinutí statoru než ve vinutí v rotoru.

Jak je to zřejmé z obr. 12, vynález může být realizován spojením pomocného rozběhového vinutí 4 s měničem 15 frekvence, který může generovat regulovatelný proud v pomocném rozběhovém vinutí 4. Když ve stroji 1 nastane vnitřní porucha, tento stroj 1 se odpojí od silové sítě 7 přerušovačem 3. Ve stejném okamžiku měnič 15 frekvence započne v pomocném rozběhovém vinutí generovat rotační magnetický tok s opačnou velikostí. Oba rotační magnetické toky se budou superponovat na nulu, což potom znamená, že rotační magnetický tok bude eliminován rychleji, než je tomu u konvenčních způsobů.

Na obr. 12 je měnič 15 frekvence regulován měřícím obvodem 19 pomocí regulačních signálů 20. Měřící obvod 19 měří úhel rotoru pomocí příslušného měřícího signálu 24.

Pomocí vynálezu se' poruchový proud eliminuje rychleji ve srovnání s konvenčním systémem.

Omezení harmonických složek

V etapě vývoje třífázových střídavých strojů je obvykle cílem dosáhnout pokud možno co nejsymetričtějších a nej sinusovějších průběhů žádoucích veličin. Za účelem dosažení hospodárného provozu elektromagnetických obvodů v • ·· » · w·» - » • 4 · 4 4 4 4 44 ·

4 · 4 4 444>

44·« «4« 4« ·4· 44 «4 obvyklých typech proudových strojů jsou harmonické elektromotorické síly generovány jako harmonické složky k základní elektromotorické síle. Tyto harmonické elektromotorické síly mohou za jistých podmínek způsobit průtok harmonických proudů v proudovém stroji a silové síti.

Jak je to známé, za účelem vyloučení jedné nebo více harmonických složek může být zvolen stator s vinutím se zkráceným/prodlouženým krokem. Rovněž je známé, že průběh elektromotorické síly u proudových strojů s vyniklými póly může být ovlivněn a zlepšen vhodným zvolením provedení pólů rotoru a zejména tvarem pólových nástavců.

Avšak úplné vyloučení třetí harmonické složky napětí zvolením vhodné velikosti kroku vinutí vede ke značné redukci, přibližně 14%, napětí, při základní frekvenci, které je dostupné pro danou generaci točivého momentu. To tudíž znamená pouze 86% využití možného jmenovitého výkonu. Za účelem zamezení této redukce je krok vinutí použit hlavně pro potlačení páté složky harmonické, kde redukce představuje pouze několik procent. Úprava tvaru pólových nástavců se často používá pro cenově úspornou redukci sedmé harmonické složky napětí. Vyloučení nebo redukce nebezpečných účinků třetí harmonické napětí/proudu musí bý tudíž provedeny jinými technikami.

Konvenční generátory jsou obvykle připojeny k silové síti skrze zvyšovací transformátor v zapojení hvězda-trojúhelník. Hlavním účelem tohoto transformátoru je zvýšit napětí generátoru, která je typicky v rozmezí od 10 do 20 kV, na napětí silové sítě, které může být několik stovek kV. Zapojení transformátoru, který je připojen ke generátoru, do trojúhelníku má schopnost blokovat třetí harmonickou složku • *·· · · ··· · · · · • · · · · »····· • · · · ····· *·· ··· ·· ··· ·« ·· proudu.

V případě, že stroj je přímo připojen k silové síti tato třetí harmonická složka napětí {závisí na uzemnění generátoru) rezultuje v třetí harmonickou složku proudu v silové síti. Za účelem omezení třetí harmonické složky proudu je možné zvolit uzemnění generátoru s vysokou impedancí, uzemnění s filtrem třetí harmonické složky nebo izolovaným uzemňovacím vodičem. V případě, že je žádoucí přímé uzemnění, problém spojený s třetí harmonickou složkou není řešen výše popsanými technikami.

Se strojem podle vynálezu s pomocným rozběhovým vinutím ve statoru je možné omezit nebo vyloučit harmonické složky ve stroji. To může být provedeno zavedení proudu do pomocného rozběhového vinutí, které je regulováno takovým způsobem, že produkuje ve stroji magnetický tok, který se superponuje na generovaný harmonický magnetický tok produkovaný strojem, v důsledku čehož je výsledný harmonický magnetický tok omezen nebo vyloučen. To redukuje nebo vylučuje příspěvek harmonických složek ze stroje.

Jak je to zřejmé ž obr. 13, vynález může být realizován spojením pomocného rozběhového vinutí 4 s měničem 15 frekvence, který ve stroji může generovat regulovatelný magnetický tok. Měnič 15 frekvence je regulován tak, aby pomocné rozběhové vinutí 4 generovalo magnetický tok, který se superponuje na generovaný harmonický magnetický tok produkovaný strojem, v důsledku čehož výsledný harmonický magnetický tok je omezen nebo vyloučen. To omezuje nebo vylučuje příspěvek harmonických složek ve stroji.

·· « φφφ φ φ φ · φ » φ φ φ · φφφφ

ΦΦ >Μ ΦΦ ΦΦ

Kompenzace vnějších negativních sekvenčních proudů

V případě konvenčních synchronních strojů a vyvážených podmínek systému magnetický tok ve vzduchové mezeře rotuje ve stejném směru jako budící vinutí na rotoru a je synchronizované s budícím vinutím na rotoru. Při nevyvážených podmínek systému je produkován negativní sekvenční proud. Existuje několik zdrojů nevyvážených troj fázových proudů zavedených do stroje. Jako nejobvyklejší případy mohou být uvedeny následující zdroje nevyvážených troj fázových proudů: asymetrie systému (např. netransponované přenosové vedení), nevyvážené zátěže, nevyvážené systémové poruchy a otevřené obvody {např. přerušený vodič). Negativní sekvenční proudová složka rotuje v opačném směru než rotor. Magnetický tok produkovaný tímto proudem má z hlediska rotoru frekvenci, která je dvojnásobkem synchronní rychlosti, v důsledku reverzní rotace kombinované s pozitivní rotací rotoru. Skinefekt rotorového proudu s dvojnásobnou frekvencí způsobí, že tento proud je nucené zaveden do povrchových částí rotoru. Tyto rotorové proudy mohou způsobit během velmi krátké doby nebezpečně vysoké teploty. Je běžnou praxí, že se generátory opatřují ochranou před vnějšími negativními sekvenčními proudy. Tato ochrana spočívá v poskytnutí časových nadproudových relé, které mají odezvu na negativní sekvenční proud a obvykle působí ve formě spouště přerušovače generátoru.

U rotoru s permanentními magnety a tlumícím vinutím budou negativní proudy ve statorovém vinutí indukovat v tlumícím vinutí a rovněž případně v jiných částech rotoru zhotovených ze železa proudy s dvojnásobnou frekvencí. Když synchronní • ··· • · *·· · · · · • · * · · ····»· * · · * ···* ······· ·· ··· ·· ·· stroj je opatřen pomocným rozběhovým vinutím podle vynálezu, je možné provozovat stroj, ačkoliv na stroj působí vnější negativní sekvenční proudy. To může být provedeno zavedením negativního sekvenčního proudu do pomocného vinutí, které produkuje ve vzduchové mezeře složku negativního sekvenčního toku, v důsledku čehož složka negativního sekvenčního toku ve vzduchové mezeře je kvůli negativnímu sekvenčnímu proudu v hlavním vinutí vyloučena nebo omezena do míry, která zamezuje nebezepečné ohřátí motoru.

Stručný přehled obrázků na výkresech

Za účelem lepšího pochopení vynálezu bude vynález dále vysvětlen pomocí popisu příkladů provedení vynálezu, ve kterém budou dělány odkazy na přiložené výkresy, na kterých obr. 1 zobrazuje funkční blokový diagram systému pro regulaci buzení synchronního stroje, obr. 2 zobrazuje funkční blokový diagram regulačního systému pro synchronní stroj podle vynálezu s rotorem zahrnujícím permanentní magnety, obr. 3 zobrazuje výkonostní diagram, z kterého jsou zřejmé charakteristické znaky stroje podle vynálezu, obr. 4A zobrazuje stroj podle vynálezu, obr. 4B zobrazuje perspektivní pohled na kabel použitý ve stroji podle vynálezu, obr. 5-18 zobrazují blokové diagramy různých regulačních obvodů použitých společně s vynálezem a • »·· • · 999 9 9 9 · • 9 · 9 9 9 9 9 9 9 9 • · 9 9 9 9 9 9 9

999 ·99 ·· ··» 99 ·· obr. 19 zobrazuje konvenční regulační systém.

Příklady provedení vynálezu

Obr. 4A zobrazuje schématický pohled na výseč statoru 51 stroje, ve kterém je uspořádáno pomocné rozběhové vinutí 56. Permanentní magnet rotoru je zastoupen vztahovou značkou 52, přičemž rotor je tvořen, např. rotorem s vyniklými póly, přičemž hlavní vinuti je označeno vztahovými značkami 55, 54 a 53. V tomto provedení pomocná rozběhová vinutí 56 jsou umístěna v zadní části rotoru. Je samozřejmé, že jiné umístění pomocných rozběhových vinutí 56 jsou možné.

Obr. 4B zobrazuje příkladné provedení kabelu 57 použitého ve formě vinutí ve stroji 1. na obr. 4A. Tento kabel 57 zahrnuje vodivé jádro 58 tvořené množinou vodivých pramenu, které se mohou křížit a které jsou obvykle izolovány s výjimkou několika pramenů 5 9 A. v blízkosti okraje vodivého jádra 58, které nejsou izolovány. Kabel 57 má podle vynálezu magneticky propustný, pole-uzavírající, izolační plášť 60. Tento plášť 60 zahrnuje první nebo vnitřní vrstvu 61 obklopující vodivé jádro 58. V tomto příkladě provedení vnitřní vrstva 61 má polovodičové vlastnosti. Vnitřní vrstva je obklopena pevnou izolační vrstvou 62 vytvořenou z izolačního materiálu, který je podél styčné plochy spojen s vnitřní vrstvou 61. Pevnou izolační vrstvu 62 obklopuje druhá nebo vnější vrstva 63, která je vytvořena z materiálu, který má polovodičové vlastnosti, a který je podél styčné plochy spojen s pevnou izolační vrstvou 62. K uspořádání kabelu 57 na obr. 4 není třeba dodávat nic dalšího s výjimkou toho, že »* * · ·”··· * · · • ·** ·«.«· tento kabel je schopen snést působení vysokého napětí, produkuje ekvipotenciální plochy, které uzavírají elektrické pole a umožňují kabelu být magneticky propustným a tudíž být operační částí magnetického obvodu.

Obr. 5 zobrazuje výhodné provedení vynálezu, kde stroj 1. je připojen k silové síti Ί_ a pomocné rozběhové vinutí 4 je připojeno k pasivnímu a, je-li to žádoucí, regulovatelnému obvodu 8. typu R,L,C. Obvod 8_ může zahrnovat jeden nebo více pasivních prvků, jakými jsou např. rezistory, kondenzátory nebo induktory zapojené sériově nebo paralelně, do trojúhelníku nebo hvězdice, a, je-li to žádoucí, spojené ze zemi. Tento obvod 8_ rovněž může zahrnovat přerušovače, tyristory polovodičových silových spínačů. Na obr.5 není zobrazeno spojení uvedených pasivních prvků se zemí a rovněž není z tohoto obrázku zřejmé, že pasivní prvky mohou být regulovány.

Pomocí obvodu zahrnujícího kondenzátor spojený s pomocným rozběhovým vinutím 4 je stroj schopen produkovat dodatečnou jalovou energii a poskytovat dodatečný příspěvek jalové energie silové síti -7. Když obvod připojený k pomocnému rozběhovému vinutí 4_ zahrnuje induktor, stroj 1^ je schopen spotřebovávat jalovou energii ze silové sítě. Když obvod připojený k pomocnému rozběhovému vinutí 4 zahrnuje rezistor, potom stroj 1_ je schopen spotřebovat činnou energii, což má za následek generování brzdícího/tlumícího momentu ve stroji 1.

Obr. 6 zobrazuje další výhodné provedení vynálezu, kde stroj 1^ je připojen k silové síti 7 a pomocné rozběhové vinutí £ je připojeno k čtyřkvadrantovému měniči frekvence. V tomto provedení měnič £ kmitočtu je tvořen měničem 9 typu

4 4 ·*· 4 4 4 4

444 4 » 44· · 4 4 4

444 4 444 44 ·

444 44444

4444 444 44 444 44 4» st/ss, ke kterému je připojena baterie jako prostředek 10 pro uchování energie. Prostředek 10 pro uchování energie může být rovněž tvořen kondenzátorem nebo jiným prvkem, který je schopen uchovat energii. Měnič 9 typu st/ss může být tvořen čtyřkvadrantovým měničem s impulsovou šířkovou modulací. Jsou rovněž možné i ostatní typy měničů.

Pomocí vynálezu je možné nepřetržitě a rychle ovlivňovat vzájemnou výměnu činné a jalové energie mezi měničem 9_ typu st/ss a pomocným rozběhovým vinutím 4.

Měnič 9 typu st/ss mže poskytovat jak vyvážené tak i nevyvážené třífázové veličiny.

Obr. 7 zobrazuje další výhodné provedení vynálezu, které je v podstatě stejné jako zapojení na obr. 6 s výjimkou toho, že zapojení na obr. 7 dodatečně zahrnuje přerušovač 3_, skrze který je k pomocnémo rozběhovému vinutí _4 připojen obvod 8. s pasivními prvky typu R,L,C.

t

S tímto výhodným provedením vynálezu je možné použít spínaný obvod 8_ s pasivními prvky typu R,L,C k dosažení pomalejších diskrétních kroků ve vzájemné výměně činné a jalové energie mezi pomocným rozběhovým vinutím 4. a obvodem 8_ s pasivními prvky typu R,L,C a použít měnič 9 typu st/ss a prostředek 10 pro uchování energie k dosažení rychlejší nepřetržité vzájemné výměny činné a jalové energie.

Obr. 8 zobrazuje další výhodné provedení vynálezu, které je v podstatě stejné jako zapojení na obr. 6 s tím rozdílem, že pomocné rozběhové vinutí £ je připojeno k pomocné silové síti 12 skrze měnič 9 typu st/ss, prostředek 10 pro uchování energie a měnič 11 typu ss/st. Oba měniče mohou být tvořeny čtyřkvadrantovými měniči, např. čtyřkvadrantovými měniči s • 444 • * 44* · · 4 * • 4 4*4 444 ·φ« • 44» 44444 4»·· 444 4» 4»4 44 44 impulsovou šířkovou modulací.

S tímto výhodným provedením vynálezu je rovněž možné použít pomocné rozběhové vinutí 4 k napájení pomocné silové sítě 12 energií pří jmenovitým napětí a jmenovité frekvenci uvnitř stanovených tolerancích skrze měnič 9 typu st/ss, prostředek 10 pro uchování energie a měnič 11 typu ss/st.

Obr. 9 zobrazuje další výhodné provedení vynálezu, které je v podstatě stejné jako zapojení na obr. 8 s tím rozdílem, že k pomocnému rozběhovému vinutí 4 je skrze přerušovač 2 dodatečně připojen obvod 8. s pasivními prvky typu R, L,C. Oba měniče mohou být tvořeny čtyřkvadrantovými měniči, např. čtyřkvadrantovými měniči s impulsovou šířkovou modulací.

S tímto výhodným provedením vynálezu je možné dosáhnou výhod, které poskytují již popsaná zapojení na obr. 7 a 8.

Obr. 10 zobrazuje další výhodné provedení vynálezu, které je v podstatě stejné jako zapojení na obr. 9 s výjimkou toho, že pomocná silová síť 12 je skrze transformátor 13 připojena k silové síti 7.

S tímto výhodným provedením vynálezu je možné nepřetržitě napájet energií prostředek 10 pro uchování energie ze silové sítě 7 skrze transformátor 13.

Obr. 11 zobrazuje další výhodné provedení vynálezu, které je v podstatě stejné jako zapojení na obr. 8 s výjimkou toho, že zapojení na obr. 11 zahrnuje dodatečné pomocné rozběhové vinutí 14 a dodatečný měnič 27 typu st/ss.

S výhodným provedením vynálezu muže být regulační obvod jednodušší kvůli tomu, že každé z pomocných rozběhových vinutí může být určeno ke splněni samostatného úkolu.

• 9 9 ·

9 · 9 « · 9 ·

99 * ··· • 9 · ·

9 999 • 9

9 9

9*9

Obr. 12 zobrazuje další výhodné provedení vynálezu, které je v podstatě stejné jako zapojení na obr. 8 s tím rozdílem, že zapojení na obr. 12 dodatečně zahrnuje měřící obvod 19. Vztahová značka 24 označuje měřící signál příslušný pro úhel rotoru. -Rovněž mohou být měřeny další regulační signály.

S výhodným provedením vynálezu je možné použít pomocné rozběhové vinutí k omezení poruchového proudu generovaných v případě vnitřní poruchy.

Obr. 13 zobrazuje další výhodné provedení vynálezu, které je v podstatě stejné jako zapojení na obr. 8 s tím rozdílem, že zapojení na obr. 13 dodatečně zahrnuje transformátor 13 a měřící obvod 19. V tomto provedení měřící obvod 19 měří skrze transformátor 13 harmonické složky generované ve stroji 1. . Rovněž ostatní regulační signály mohou být měřeny. Měnič 15 frekvence je regulován měřícím obvodem 19 regulačními signály vysílanými z měřícího obvodu do měniče 20 frekvence.

Ξ výhodným provedením vynálezu je možné použít pomocné rozběhové vinutí 4. k omezení harmonických složek generovaných ve stroji JL·

Obr. 14 zobrazuje další výhodné provedení vynálezu, ve kterém stroj 2 je skrze přerušovač 3 připojen k silové síti J_ a pomocné rozběhové vinutí 4 je skrze přerušovač 2 připojeno jednak ke kondenzátoru 6 a jednak k rezistorů 28.

S tímto výhodným provedením vynálezu je možné použít pomocné rozběhové vinutí 4. a kondenzátor 2 produkování nebo spořebování jalové energie, a tudíž využít jejich mimořádnou schopnost zavést jalovou energii do silové sítě 7 nebo vyjmout jalovou energii ze silové sítě 7.

Obr. 15 zobrazuje další výhodné provedení vynálezu, které • ·· • · ··· · * ’ τ ··· · · · · ·· * • ··· · · · · ···· ··» ·· ··« ·· ·· ²⁸ je v podstatě stejné jako zapojení na obr. 14 s tím rozdílem, že zapojení na obr. 15 zahrnuje množinu přerušovačů 2 připojených k jednotlivým kondenzátorům 6 a rezistorům 28.

S tímto výhodným provedením vynálezu je, stejně jako tomu bylo u výhodného provedení na obr. 14, možné použít pomocné vinutí 4, kondenzátory 6 a rezistory 28 k produkování nebo spotřebování jalové energie, a tudíž využít jejich mimořádné schopnosti zavést jalovou energii do silové sítě 7 nebo vyjmout jalovou energii ze silové sítě 7. V důsledku činnosti přerušovačů 3 může být zavedení/vyjmutí jalové energie realizováno v diskrétních krocích.

Obr. 16 zobrazuje další výhodné provedení vynálezu, ve kterém je pomocné rozběhové vinutí 4 připojeno k statickému variabilnímu kompenzátoru 21 typu jako kondenzátor řízený tyristorem nebo induktor řízený tyristorem.

S tímto výhodným provedením vynálezu je možné použít pomocné rozběhové vinutí £ a statický variabilní kompenzátor 21 k produkování nebo spotřebování jalové energie,. a tudíž využít jejich mimořádné schopnosti zavést jalovou energii do silové sítě 7 nebo vyjmout jalovou energii ze silové sítě 2· V důsledku působení statického variabilního kompenzátoru může být zavedení/vyjmutí jalové energie provedeno rychleji ve srovnáni se zapojením s přerušovači.

Obr. 17 zobrazuje další výhodné provedení vynálezu, kde pomocné rozběhové vinutí 4 je skrze přerušovač 2 připojeno k rezistorů 22.

S tímto výhodným provedením vynálezu je možné použít pomocné vinutí 2 ^a rezistorem 22 k elektrickému zabrzdění stroje 1.

φ φ φ · φ φ φ · φφ φφ • * * φ φφφ φφ φφφ

Obr. 18 zobrazuje další výhodné provedení vynálezu, kde pomocné rozběhové vinutí £ je připojeno k rezistoru 22 regulovaným tyristorem 23.

S tímto výhodným provedení je možné použít pomocné rozběhové vinutí £ s rezistorem 22 regulovaným tyristorem 23 k elektrickému brzdění rotoru.

Obr. 19 zobrazuje blokové schéma konvenčního stroje s konvenčním automatickým regulátorem napětí a stabilizátorem silového systému.

Výše uvedená výhodná provedení vynálezu představují pouze příkladná provedení vynálezu, která nikterak neomezují rozsah vynálezu, který je vymezen přiloženými patentovými nároky. Pro odborníka v daném oboru jsou zřejmé další modifikace těchto provedení, které spadají do rozsahu vynálezu.

Claims (45)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Rotační elektrický stroj na vysoké napětí pro spojení se silovou sítí, zahrnující stator, rotor zahrnující alespoň jeden rotor s permanentním magnetem, a alespoň dvě vinutí, vyznačený tím, že alespoň jedno z uvedených vinutí je tvořeno hlavním vinutím pro spojeni se silovou sítí pro výrobu a/nebo spotřebu elektrické energie, přičemž alespoň jedno z uvedených vinutí je tvořeno pomocným rozběhovým vinutím pro regulaci magnetického toku ve stroji, přičemž alespoň jedno z uvedených vinutí je tvořeno kabelem zahrnujícím alespoň jeden vodič elektrického proudu a magneticky propustný, elektrické poie-uzavírající izolační plášť obklopující vodič elektrického proudu, přičemž uvedený kabel tvoří alespoň jeden nepřerušený závit v příslušném vinutí stroje.
2. 2. Rotační elektrický stroj podle nároku 1, vyznačený t>í m, že kabel zahrnuje alespoň jednu polovodičovou vrstvu obklopující vodič.
3. 3. Rotační elektrický stroj podle nároku 2, vyznačený t í m, že uvedená alespoň jedna polovodičová vrstva má součinitel tepelné roztažnosti stejný, jako je součinitel tepelné roztažnosti izolační vrstvy.
4. 4. Rotační elektrický stroj podlenároku 1, vyznače31 φ φ · · φ «φφ φφ « φ · · φ φ φ φ φ φ φφφ φφφ ·· φφφ Φ· φφ η ý t ί m, že uvedený plášť zahrnuje izolační vrstvu obklopující vodič elektrického proudu a vnější vrstvu oblopující izolační vrstvu a mající polovodičové vlastnosti pro vytvoření ekvipotenciálního povrchu uzavírajícího elektrické pole.
5. 5. Rotační elektrický stroj podle nároku 4, vyznačený t í m, že kabel dále zahrnuje vnitřní vrstvu mezi vodičem elektrického proudu a izolační vrstvou, přičemž tato vnitřní vrstva má polovodičové vlastnosti.
6. 6. Rotační elektrický stroj podle nároku 4, vyznačený t í m, že vnější vrstva tvoří ekvipotenciální povrch obklopující vodič.
7. 7. Rotační elektrický stroj podle nároku 5, vyznačený t í m, že vnitřní a vnější vrstva má odpovídající kontaktní povrch a je připevněna k přilehlé izolační vrstvě podél délky odpovídajícího kontaktního povrchu.
8. 8. Rotační elektrický stroj podle nároku 4, vyznačený t í m, že vnější polovodičová vrstva je připojena ke zvolenému potenciálu.
9. 9. Rotační elektrický stroj podle nároku 8, vyznačený t í m, že zvoleným potenciálem je zemní potenciál.

   t c.

   f c r f < ' < t f r, ' r t C ' / < Γ < r ί I I <r » * ( f · f if r f t ι i ( t r r r i{f r r < t
10. 10. Rotační elektrický stroj podle nároku 4, vyznačený t í m, že každé vinutí je připojitelné k samostatnému potenciálu.
11. 11. Rotační elektrický stroj podle nároku 4, vyznačený t í m, že kabel je tvořen pružným kabelem.
12. 12. Rotační elektrický stroj podle nároku 5, vyznačený t í m, že vodič elektrického proudu zahrnuje první množinu izolovaných pramenů a alespoň jeden neizolovaný pramen v elektrickém kontaktu s vnitřní vrstvou.
13. 13. Rotační elektrický stroj podle nároku 1, vyzná ceny t í m, že plášť má vodivost dostatečnou k vytvoření ekvipotenciálního povrchu kolem vodiče.
14. 14. Rotační elektrický stroj podle nároku 1, vyznačený t í m, že dále zahrnuje prostředek spojený s pomocným rozběhovým vinutím pro selektivní zavedení elektrické energie do stroje a vyjmutí elektrické energie ze stroje.
15. 15. Rotační elektrický stroj podle nároku 1, vyznačený t í m, že elektrickou energií je činná a/nebo jalová elektrická energie.
16. 16. Rotační elektrický stroj podle nároku 1, vyznačený t í m, že dále zahrnuje regulační prostředek spojený * ftftft · · ftftft · · · ’ « · · · ft «····· • ··· ····· ··· ··· ft· ·«· «· ·· alespoň s pomocným rozběhovým vinutím pro regulaci fáze a/nebo amplitudy a/nebo frekvence magnetického toku ve stroji.
17. 17. Rotační elektrický stroj podle nároku 1, vyznačený t í m, že dále zahrnuje alespoň jeden střídač/měnič a prostředek pro uchování stejnosměrné energie, které jsou spojeny s pomocným rozběhovým vinutím.
18. 18. Rotační elektrický stroj podle nároku 1, vyznačený t í m, že dále zahrnuje transformátor zapojený mezi výstup hlavního vinutí a pomocného vinutí.
19. 19. Rotační elektrický stroj podle nároku 1, vyznačený t í m, že zahrnuje RCL-obvod spojený s pomocným vinutím.
20. 20. Rotační elektrický stroj podle nároku 19, vyznačený t í m, Že RCL-obvod zahrnuje třífázové rezistory a/nebo induktory a/nebo kondenzátory zapojené do hvězdy nebo trojúhelníku.
21. 21. Rotační elektrický stroj podle nároku 19, vyznačený t i m, že RCL-obvod zahrnuje spínací prostředek pro selektivní spínaní komponent RCL-obvodu pro regulaci magnetického toku ve stroji.
22. 22. Rotační elektrický stroj podle nároku 21, vyznačený t í m, že spínací prostředek je tvořen přerušovačem

    9 ·· • 9 ··· 9 9 9 9 « 999 9 * 9 9 9 9 9

    9 999 *9999 ···· ··· ·· ·«· 99 ·9 a/nebo polovodičovým silovým spínačem.
23. 23. Rotační elektrický stroj podle nároku 1, vyznačený t í m, že dále zahrnuje druhé pomocné rozběhové vinutí.
24. 24. Rotační elektrický stroj podle nároku 23, vyznačený t í m, že dále zahrnuje alespoň jeden střídač pro každé pomocné rozběhové vinutí.
25. 25. Rotační elektrický stroj podle nároku 20, vyznačený t í m, Že reaktanční prostředek zahrnuje alespoň kondenzátor a odpovídající spínač zapojený paralelně s pomocným vinutím.
26. 26. Rotační elektrický stroj podle nároku 1, vyznačený t í m, že dále zahrnuje rezistor spínatelně zapojený s pomocným rozběhovým vinutím do trojúhelníku a/nebo hvězdy.
27. 27. Rotační elektrický stroj podle nároku 26, vyznačený t í m, že spínací prostředek je tvořen přerušovačem a/nebo polovodičovým spínačem a/nebo tyristorem.
28. 28. Rotační elektrický stroj podle nároku 1, vyznačený t í m, že dále zahrnuje senzorový prostředek spojený s hlavním vinutím pro produkování výstupu a prostředek spojený s pomocným rozběhovým vinutím a mající odezvu na uvedený výstup pro zavedení elektrické energie do pomocného rozběhového vinutí nebo vyjmutí elektrické energie z

    4 ···

    4 444 • 4 · 4 4 444 44 4

    4 4 · 4 44444

    4444 444 44 ·«· ·♦ «4 pomocného vinutí.
29. 29. Rotační elektrický stroj podle nároku 1, vyznačený t í tn, že pomocné rozběhové vinutí je umístěno v rotoru a/nebo statoru, přičemž rotační elektrický stroj dále zahrnuje prostředek pro regulaci fáze a/nebo amplitudy a/nebo frekvence magnetického toku stroje.
30. 30. Rotační elektrický stroj podle nároku 1, vyznačený t í m, že hlavní a pomocné rozběhové vinutí jsou umístěny ve statoru.
31. 31. Rotační elektrický stroj podle nároku 1, vyznačený t í m, že alespoň jedno statorové vinutí je tvořeno třífázovým vinutím.
32. 32. Rotační elektrický stroj podle nároku 1, vyznačený tím, že zahrnuje vícefázová vinutí, přičemž každá fáze je samostatně regulovatelná pro kompenzaci nevyváženého zatížení hlavního vinutí.
33. 33. Rotační elektrický stroj podle nároku 1, vyznačený t í m, že rotor je v podstatě prostý ztrát ve vinutí.
34. 34. Rotační elektrický stroj podle nároku 33, vyznačený t í m, že alespoň jedno pomocné vinutí je umístěno v rotoru s permanentním magnetem, přičemž rotační elektrický * *99 • · ««· · 9 · *

    9 999 9 999 99 «

    9 999 9 9 9 9 *

    999 ··· ·9 999 99 99 stroj dále zahrnuje prostředek pro regulaci magnetického toku ve stroji regulováním proudu v pomocném rozběhovém vinutí.
35. 35. Rotační elektrický stroj podle nároku 34, vyznačený t í m, že prostředek pro regulaci magnetického toku ve stroji je zapojen před pomocným rozběhovým vinutím a budícím vinutím.
36. 36. Rotační elektrický stroj podle nároku 1, vyznačený t í m, že pomocné rozběhové vinutí je rovněž určeno pro produkování pomocné rozběhové energie.
37. 37. Rotační elektrický stroj na vysoké napětí zahrnující stator, rotor s permanentním magnetem a alespoň dvě vinutí, přičemž alespoň jedno z uvedených vinutí zahrnuje hlavní vinutí pro produkování nebo spotřebu elektrické energie a alespoň jedno pomocné rozběhové vinutí pro regulaci magnetického toku ve stroji, přičemž alespoň jedno z uvedených vinutí je tvořeno kabelem zahrnujícím alespoň jeden vodič elektrického proudu a magneticky propustný, elektrické pole-uzavírající, izolační plášť obklopující vodič, přičemž uvedený kabel tvoří alespoň jeden nepřerušený závit v příslušném vinutí stroje, přičemž rotor je v podstatě prostý ztrát v budícím vinutí.
38. 38. Rotační elektrický stroj podle nároku 17, vyznačený tím, že střídač/měnič je tvořen čtyřkvadrantovým střídačem/měničem.

    • ··· • ··· • · · · · ·»·*·« • ♦ ♦ · · · · · · ··*· *·· ·· ··· ·· ··
39. 39. Rotační elektrický stroj podle nároku 28, vyznačený t í m, že senzorový prostředek je určen pro snímání svorkového napětí hlavního vinutí, přičemž prostředek spojený s pomocným rozběhovým vinutím je tvořen prostředkem pro umožnění zavedení jalové energie do pomocného rozběhového vinutí nebo vyjmutí jalové energie z pomocného rozběhového vinutí pro ponechání svorkového napětí hlavního vinutí při žádoucí velikosti.
40. 40. Rotační elektrický stroj podle nároku 28, vyznačený t í m, že senzorový prostředek je určen pro snímání kolísání výkonu v silové síti, přičemž prostředek spojený s pomocným rozběhovým vinutím je tvořen prostředkem pro umožnění zavedení elektrické energie do pomocného rozběhového vinutí nebo vyjmutí elektrické energie z pomocného rozběhového vinutí pro omezení nebo vyloučení kolísání magnetického toku ve vzduchové mezeře.
41. 41. Rotační elektrický stroj podle nároku 28, vyznačený t í m, že senzorový prostředek je určen pro snímání vnitřních poruch ve stroji, přičemž prostředek spojený s pomocným rozběhovým vinutím je tvořen prostředkem pro umožnění omezení magnetického toku ve stroji a tudíž pro omezení poruchového proudu.
42. 42. Rotační elektrický stroj podle nároku 28, vyznačený t í m, že senzorový prostředek je určen pro snímámí harmonických složek magnetického toku ve stroji, přičemž prostředek spojený s pomocným rozběhovým vinutím je tvořen • 44» • 4 444 4 «4

    4 444 « 444 »4 >

    4 44« 444··

    444 444 4« 44« 44 44 prostředkem pro umožnění produkce složek magnetického toku v pomocném rozběhovém vinutí a tudíž pro omezení nebo vyloučení harmonických složek ve výsledném magnetickém toku.
43. 43. Rotační elektrický stroj podle nároku 28, vyznačený t í m, že senzorový prostředek je určen pro snímání poruch v silové síti, přičemž prostředek spojený s pomocným rozběhovým vinutím je tvořen prostředkem pro dynamické brzdění rotoru a tudíž pro omezení akcelerace rotoru.
44. 44. Rotační elektrický stroj podle nároku 28, vyznačený t í ra, že senzorový prostředek je určen pro snímání nevyvážených fázových proudů v hlavním vinutím, přičemž prostředek spojený s pomocným rozběhovým vinutím je tvořen prostředkem pro umožnění zavedení nevyvážených proudů do pomocného rozběhového vinutí a tudíž pro ponechání pouze pozitivního sekvenčního magnetického toku ve stroji.
45. 45. Rotační elektrický-stroj podle nároku 1, vyznačený t í m, že hlavní vinutí je tvořeno uvedeným kabelem.