HUT68154A - Transient-free synchronous electrical power machine - Google Patents

Description

A találmány tárgya villamos erőgép, mely villamos teljesítmény előállítására és felhasználására alkalmas. Közelebbről a találmány nagy teljesítményű, tranziensmentes szinkron motorokra és szinkron generátorokra vonatkozik.

Nagy teljesítményű villamos motorokat és generátorokat használnak gépek hajtására, elsődleges vagy tartalék villamos erőforrásokban, és különösen a szinkron villamos motorok és generátorok vannak kitéve a mágneses fluxusban fellépő hirtelen változásoknak, mivel a forgórész- és állórésztekercsek között minden időpontban fázistolás van a forgórész armatúra fluxus és az állórész armatúra fluxus között. Ilyen fáziseltolódás lép fel a mechanikai terhelés hirtelen növekedése vagy csökkenése hatására, vagy pedig a szinkron motorra adott teljesítmény növekedése vagy csökkenése hatására, és a szinkron generátorra adott villamos terhelés vagy forgatónyomaték hirtelen növekedése vagy csökkenése esetén.

A hirtelen fáziseltolódás nagy mértékű feszültségtranzienseket tud előidézni, ami nem engedhető meg egy generátor kritikus terhelése esetén, vagy amit vissza lehet táplálni egy motor tápvezetékére.

Az érzékeny terheléseket, így például az adatfeldolgozó berendezéseket és orvosi eszközöket manapság nagy méretű, bonyolult és költséges szűrő és szabályozó eszközökkel kell védeni. A közszolgáltatási műveknek védeniük kell berendezéseiket az olyan motor által visszatáplált teljesítményingadozásokkal szemben, mely motor hirtelen generátorrá válik, éspedig áramkör megszakítókkal vagy más »··» • · · . :»· ...... ..· %.· biztonsági eszközökkel, ami növeli az áramkimaradások veszélyét .

A találmány abból ered, hogy megkíséreltük korlátozni ezeket a nem kívánatos hamis vonali tranzienseket a problémának a forrásánál történő megszüntetésével, azaz a szinkron erőgép belsejében. A folyamatos üzemű tápforrás rendszerek egy olyan kapcsolási lehetőséggel vannak ellátva, mellyel a villamos tápforrást a normál vonali tápforrásról egy készenléti vagy háttér tápforrásra lehet kapcsolni a normál tápforrás megszakítása, meghibásodása vagy nem megfelelő működése esetén. Ahhoz, hogy valódi folyamatos üzemű tápforrást kapjunk, az átkapcsolásnak látszólag azonnalinak kell lennie, és váltakozó tápforrás esetén nem szabad, hogy a fázisban, frekvenciában vagy feszültségben változás lépjen fel.

Folyamatos üzemű tápegységeknél szükség lehet az energia átmeneti táplálására, például egy lendkerékkel, mely a terhelést felveszi addig, amíg a készenléti tápforrást fel lehet gyorsítani a kívánt sebességre és a vonalra lehet kapcsolni. A lendkereket kombinálni lehet gyors működésű teljesítmény-veszteség érzékelőkkel és félvezető kapcsolókkal, hogy a lendkerék súlyát és méretét ésszerű határok között tartsák. A gyors működésű kapcsolóra egy példát mutatnak be az US 4,827,152 lajstromszámú szabadalmi leírásban.

Lehet, hogy sok folyamatos üzemű áramforrás képes a gyors kapcsolásra, de ezeket sem tudják jelentős lendkeréksúly nélkül megvalósítani. Attól függően, hogy mekkora forgó tömegre van szükség, a lendkerék egy különálló szerkezeti egység lehet, vagy pedig be lehet építeni a motor, tengely vagy a forgó rész szerkezetébe. Kritikus terheléseknél, ahol még a frekvenciában fellépő kis változások is problémákat okozhatnak, a lendkerék méretére vonatkozó követelmények a gyakorlatban megvalósíthatatlanok lehetnek. A lendkerék nagy forgó tömege szintén problémákat idéz elő a beindításnál és a teljesítménynél, amikor a forgó tömeget gyorsítani vagy lassítani kell.

Előfordulhat, hogy még a valóban nagy tömegű lendkerekeket és a gyors működésű kapcsolókat is ki kell egészíteni forgó tartalék tömeggel, kettős hajtásokkal vagy más eszközökkel. Az ilyen esetekben szükséges kiegészítő eszközökre mutatnak be egy példát az US 3,458,710 sz. szabadalmi leírásban.

Problémák merültek fel az ilyen kiegészítő eszköznél a villamos tápfrekvenciának és a fázisnak tűréshatárokon belül történő tartásával kapcsolatban, kritikus terheléseknél. Korábban frekvencia változtatókat (például csatolt forgóegységek eltérő fázisokban bármilyen forgási helyzetben) és más összetett eszközöket használtak a kritikus alkalmazásoknál a forgó villamos gépek kritikus frekvenciaés fázis kimeneteinek a szabályozására.

Felmerült az igény egyszerűbb és hatékonyabb tartalék táprendszerre, ami azonnal érzékelni tud bármilyen hibát a tápvonalban és szinkron átkapcsolást tud végrehajtani egy tartalék tápegységre anélkül, hogy nagy tömegű kinetikai energiatároló eszközre vagy bonyolult fázis- és frekvencia fenntartó áramkörökre lenne szükség.

Találmányunk elsődleges és másodlagos céljai a következők:

- el akarjuk nyomni a hamis tranzienseket, melyek szinkron motorokban és generátorokban a tápfeszültség vagy terhelés hirtelen változásai következtében lépnek fel,

- automatikusan ki akarjuk javítani a forgórész- és állórész fluxusok közötti átmeneti fáziseltolódást, amit az ilyen változások idézhetnek elő,

- a tartalék tápegységhez egy gyors reagálású villamos teljesítmény érzékelőt/kapcsolót akarunk létrehozni; és

- olyan tartalék tápforrást akarunk létrehozni, aminek fázisa és frekvenciája látszólag megegyezik az eredetivel, anélkül, hogy bonyolult vezérlő áramkörökre vagy nagy lendkeréktömegre lenne szükség.

A kitűzött célt olyan dinamikus állórész tekercsek kialakításával értük el, melyek szabadon tudnak forgásirányban rezegni a forgórész körül, egy korlátozott tartományban, a forgórész és állórész közötti mágneses erők változásaira és átfordulására válaszképp, ami a tápforrás vagy terhelés hirtelen változásai következtében lép fel. Ez lehetővé teszi, hogy a forgó villamos gép folyamatosan kiegyenlítse vagy kiszűrje a mechanikai vagy villamos bemenő jelekben fellépő tranzienseket. Ha közelség kapcsolókkal kombináljuk, a dinamikus állórész egy szinkron motort szinkron generátorrá alakít át a teljesítményveszteség hatására. Az állórész tekercsek helyzetének megváltoztatása jelzi a gépezet működési körülményeiben fellépő változáso kát; és ezzel egyidejűleg átkapcsolja a funkciókat, hogy állandó feszültséget tartson fenn, és megakadályozza tranziens feszültségek vagy harmonikusok előállítását.

Az állórész tekercsek egy jelentős teljesítményű helyzetében a motor-generátor úgy működik, mint egy normál villamos tápfeszültség által hajtott motor. Az állórész fluxusa kis mértékben siet a forgórész mágneses fluxusához képest, és így a forgórészre forgatónyomatékot fejt ki, az állórészre pedig egy ellenkező értelmű forgatónyomatékot. Mivel az állórész mező lecsökken a veszteség vagy a vonali feszültség nem megfelelő értéke miatt, az ellenkező értelmű forgatónyomaték szintén lecsökken, és az állórész tekercselés elkezd forogni a forgórésszel együtt, amíg a forgórész és állórész mezők azonos helyzetbe nem kerülnek, vagyis amikor látszólag nem állít elő vagy fogyaszt áramot, hogy hasznos munkát végezzen. Az állórész mozgását lehet felhasználni arra, hogy egy kapcsolót működtessünk, mellyel a tápforrást megváltoztatjuk anélkül, hogy bármilyen tranzienst állítanánk elő.

Mivel az állórész tovább forog, az állórész fluxusa elkezd kis mértékben késni a forgórész mágneses fluxusához képest, és így lehetővé teszi a motor-generátor számára, hogy villamos teljesítményt állítson elő, vagy szállítson. A dinamikus vagy lebegő állórésznek megengedhetjük, hogy önmagát automatikusan beállítsa a megfelelő fluxus szögre a forgórész és az állórész között. Ez hatékonyan szigeteli a kimenő tápfeszültséget a villamos bemenőjelben fellépő változásoktól. Lehetővé teszi ez a megoldás továbbá azt is,

hogy a berendezés automatikusan beállítsa a teljesítmény tényezőt.

A találmány szerint tehát egy olyan villamos erőgépet hoztunk létre, mely legalább egy a terhelésen közszolgáltatási tápfeszültség kimaradásakor tápfeszültség fenntartására, mely tartalmaz:

egy burkolatot, amelynek tartófelülettel ellátott alapja van;

a burkolat forgástengelye mentén két végénél alátámasztott forgó tengelye van;

a tengelyre a burkolat belsejében rögzítetten felszerelt, első, N pólusú forgórésze van;

a burkolat belsejében rögzített és a forgórész körül koncentrikusan elrendezett állórésze van;

mely villamos erőgépre jellemző, hogy egy a burkolatot tartó szerkezete van;

a burkolat a tartófelülettől térközzel van elválasztva, és a burkolat valamint az állórész a forgástengely körül legalább 180/N fok és legfeljebb 350/N fok nagyságú ív mentén szabadon forgóan van kialakítva.

A találmány szerinti villamos erőgép előnyös változata tartalmaz:

egy alátámasztó felület felett elhelyezkedő burkolatot;

egy forgó tengelyt;

egy a tengelyre rögzítetten felszerelt első, N pólusú forgórészt, és a forgórész körül koncentrikusan elhelyezett állórészt;

egy eszközt az állórésznek a burkolat belsejében elforgathatóan történő alátámasztására, mely az állórésznek egy a tengellyel egybeeső forgástengely körül legalább 180/N fok, és legfeljebb 350/N fok nagyságú ív mentén való akadálytalan elfordulását teszi lehetővé az erőgép folyamatos, szinkron működése alatt és a villamos teljesítményben és az erőgépre kapcsolt terhelésben fellépő változásokból eredő, a forgórész és az állórész forgatónyomatékai közötti változásokra válaszképpen.

A találmány szerinti villamos erőgép további előnyös kiviteli alakjai értelmében

-a berendezés tartalmaz egy eszközt a villamos tápforrás csatlakoztatására és leválasztására, és egy eszközt a mechanikai tápforrásnak az erőgépre való csatlakoztatására és arról való leválasztására;

a berendezés tartalmaz egy hőerőgépet; és egy eszközt az erőgépnek a hőerőgéppel mechanikusan történő vagy villamos tápforrásról villamosán történő szelektív hajtására;

- az állórész forgásirányú elmozdulását érzékelő eszköze van; és eszköze a villamos tápforrásnak és a hőerőgépnek az érzékelésre válaszképpen történő csatlakoztatására és leválasztására .

A találmány szerint továbbá egy olyan önbeálló villamos terhelés alternáló villamos tápforrás • · ·

- 9 szabályozására és szűrésére hoztunk létre, mely tartalmaz egy szinkron motort, melynek a tápforrással táplált állórész tekercse, tengelye és a tengelyre felszerelt forgórész tekercse van;

egy a tengellyel hajtott mechanikus terhelése; és egy eszköze van az állórésztekercsnek a tengely körül történő korlátozatlan elfordulásának megengedésére a tápforrásban fellépő változásokra válaszképp, egy korlátozott ív mentén, a motor szinkron működésének fenntartására.

Előnyös a találmány szerinti erőgép,

- amelynél az elfordulást lehetővé eszköz tartalmaz egy eszközt az állórész tekercsnek egy legalább 180/N fok és legfeljebb 350/N fok nagyságú ív mentén való elfordulására, ahol N a motortekercsek pólusainak száma;

- mely tartalmaz egy a szinkronmotorral hajtott villamos generátort.

Előnyös továbbá a találmány szerinti villamos erőgép, legalább egy terhelésen közszolgáltatási tápfeszültség kimaradása esetén a tápellátás fenntartására, mely szinkron villamos erőgépet foglal magába, mely tartalmaz egy a tápforrással táplált állórész tekercset, tengellyel és a tengelyre szerelt forgórésztekerccsel rendelkező szinkron motort; és egy a tengellyel meghajtott villamos generátort;

mely erőgépre jellmező, hogy tartalmaz egy eszközt az állórész tekercsnek a tengely körül akadálytalan forgásirányú elmozdulását • · · · • · · · · · a lehetővé tevő eszközt, a tápforrásban fellépő változásokra válaszképp, egy korlátozott ív mentén, a motor szinkron működésének fenntartására.

A találmány szerintierőgép előnyös változatainál az elfordulást lehetővé tevő eszköz egy az állórész tekercs elfordulását legalább 180/N fok és legfeljebb 350/N fok nagyságú ív mentén lehetővé tevő eszközt tartalmaz, ahol N a motortekercsek pólusainak száma;

- az elfordulást lehetővé tevő eszköz tartalmaz:

egy szinkron motort, melynek:

egy alátámasztó felület felett elhelyezkedő burkolata; N pólust tartalmazó forgórész tekercse; és az állórész tekercset elforgathatóan alátámasztó eszköze van a burkolat belsejében és az állórész tekercs akadálytalan mozgásának lehetővé tételére egy forgástengely körül, mely egybeesik a tengellyel, egy legalább 180/N fok és legfeljebb 350/N fok nagyságú ív mentén, az erőgép folyamatos, szinkron működése során és a forgó armatúra és az állórész között a tápforrásban és a generátor által létrehozott terhelésben fellépő változásokra válaszképpen fellépő forgatónyomaték változásokra válaszképpen;

tartalmaz egy a villamos tápforrás csatlakoztatására és leválasztására szolgáló eszközt; és egy mechanikai tápforrásnak a szinkronmotorra való csatlakoztatására és leválasztására szolgáló eszközt.

- a mechanikai tápforrás egy hőerőgépet tartalmaz; és egy eszközt, mely a tengelyt meghajtó tápforrás • · « meghibásodása esetén a hőerőgépre kapcsol;

- a meghajtó eszköz tartalmaz még egy az állórész forgásirányú elmozdulásának érzékelésére szolgáló eszközt; és egy eszközt a villamos tápforrásnak és a hőerőgépnek az érzékelő eszköz működésére válaszképpen csatlakoztató és leválasztó eszközt.

A találmány szerint létrehozott alternáló villamos tápforrás szabályozására és szűrésére szolgáló önbeálló villamos terhelés tartalmaz egy szinkron motort, melynek a villamos tápforrással táplált állórész terekcse, tengelye és a tengelyre felszerelt forgórész tekercse van; és eszköze a forgórész tekercsnek a tengely körül való akadálytalan elfordulásának lehetővé tételére a tápforrásban fellépő változásokra válaszképpen, egy korlátozott ív mentén, a motor szinkron működésének fenntartására.

Előnyös a találmány szerinti erőgép kiviteli alakja, ahol

- az elfordulást lehetővé tevő eszköz tartalmaz egy eszközt, mely az állórész tekercsnek az elfordulását egy legalább 180/N fok és legfeljebb 350/N fok nagyságú ív mentén teszi lehetővé, ahol N a motortekercsek pólusainak száma.

A találmány szerint kialakított folyamatos működésű villamos tápforrás rendszer, mely érzéketlen a közszolgáltatási tápfeszültség kimaradásaira és változásaira, kritikus villamos terhelésnek folyamatos • ·

- 12 alternáló tápellátására, tartalmaz:

egy szinkron motor-generátort, melynek egy a közszoltáltatási tápforrásra csatlakoztatható állórész tekercse, tengelye, és a tengelyre felszerelt forgórész tekecse van;

eszköze az állórész tekercsnek a tengely körül való akadálytalan elfordulásának lehetővé tételére a tápforrásban fellépő változásokra válaszképpen, egy korlátozott ív mentén, a motor szinkron működésének fenntartására;

egy forgó mechanikus gépet;

egy eszközt a motor-generátor alternatív működtetésére, a mechanikus motorral meghajtva generátorként, a közszolgáltatási tápforrással ellátva pedig motorként; és egy eszközt a kritikus terhelésnek az alternatív csatlakoztatására a motor-generátorhoz, amikor a motor-generátor generátorként működik, és a közszolgáltatási tápforrásra, amikor a motor-generátor motorként működik;

egy eszközt az állórész tekercs forgásirányú elmozdulásának érzékelésére, amikor a motor-generátor motorként működik, és egy eszközt az érzékelő eszköz működésére válaszképp az eszközt az alternatív üzemmódra való kapcsolására, és alternatív csatlakoztatására.

Előnyös a találmány szerinti rendszer, haaz alternatív meghajtó eszköz egy tengelykapcsolót tartalmaz a mechanikus motor és a motor-generátor között;

-tartalmaz egy a tengellyel hajtott mechanikus terhelést;

tartalmaz:

• ·

- 13 egy szinkron motor-generátort, melynek a közszolgáltatási tápforrásra csatlakoztatható állórész tekercse, tengelye és a tengelyre szerelt forgórész tekercse van;

egy a tengellyel meghajtott villamos generátort;

egy eszközt az állórész tekercsnek a tengely körül akadálytalan elfordulásának lehetővé tételére a tápforrásban fellépő változásokra válaszképp, egy korlátozott ív mentén, a motor szinkron működésének fenntartására;

egy forgó mechanikus gépet;

egy eszközt a motor-generátornak alternatív működtetésére, a mechanikus géppel meghajtva generátorként, és a közszolgáltatási tápforrásról táplálva motorként; és egy eszközt a kritikus terhelésnek a generátorra való csatlakoztatására;

egy eszközt az állórész tekercs forgásirányú elmozdulásának érzékelésére, amikor a motor-generátor motorként működik; és egy eszközt az elfordulás érzékelésre válaszképp az eszköz alternatív működésre való kapcsolására.

A találmány szerinti rendszer további előnyös alakja szerint az alternatív hajtásra szolgáló eszköz egy

tengelykapcsolót	tartalmaz	a mechanikus	motor és a	motor-
generátor között;	tartalmaz	továbbá egy	a tengelyre	szerelt
lendkereket.
Az alábbiakban a	találmány	szerinti villamos

erőgépet kiviteli példa kapcsán, a mellékelt rajz alapján ismertetjük részletesebben, ahol az

1. ábra egy előnyös folyamatos üzemű tápforrás rendszerben lévő lebegő forgórészű motor-generátor vázlatos rajza; a

2. ábra egy tartalék és szabályozó motor és generátor berendezés nézeti képe; a

3. ábra a motor-generátor egyik vége felől vett nézete, a 2. ábrán 3-3 vonal mentén felvéve; a

4. ábra egy alternatív lebegő állórész mechanizmussal ellátott motor-generátor oldalnézete; az

5. ábra a 4. ábrán bemutatott alternatív lebegő állórészes mechanizmus egy részlete; a

6. ábra egy második, kevésbé kritikus villamos terheléseknél használható folyamatos üzemű tápfeszültség rendszer vázlatos rajza; és végül a

7. ábra egy harmadik tápfeszültség rendszer vázlatos raj za.

A továbbiakban a rajzra hivatkozunk, ahol az 1. ábrán egy szinkron 2 motor-generátor látható, mely 1 tartalék tápegység rendszer kulcselemeként működik egy 10 terhelés esetében. A 2 motor-generátor 3 tengelyének egyik vége egy 4 generátorral van összekötve. Egy 6 lendkerék van felszerelve a 3 tengely másik végére, mely egy 5 hőerőgéppel csatolt 7 tengelykapcsolóval van összekapcsolva.

A 2 motor-generátort a talajon a 3 tengely két végénél 13 és 14 támaszok támasztják alá. A 2 motor-generátor 15 burkolata és az abba beépített állórész részben el tud fordulni a 3 tengely és az arra szerelt forgórész körül.

A működés nem kritikus periódusaiban, amikor a 10

terhelés el tudja viselni a tápfeszültségben fellépő változásokat vagy akár a tápfeszültség átmeneti kimaradásait is, csupán egy 12 közszolgáltatás-kapcsoló van zárva, és a 10 terhelés tápfeszültségét a 9 közszolgáltatási tápvonalról egy 10a villamos regulátoros szabályozóegységen keresztül kapja. Magasabb igényeket támasztó körülmények között, amikor a tápfeszültségben fellépő tranzienseket a 10 terhelésnél el kell kerülni, a 8 motor-generátor kapcsoló is és a 11 generátor kapcsoló is zárva vannak. A 2 motor-generátor táplálását a 9 közszolgáltatási tápvonalról kapja, és a 4 generátort meghajtó szinkron motorként működik. A 4 generátor a 10 terhelésre villamos feszültséget a 10a villamos regulátoros szabályozó egységen keresztül ad, a tápfeszültséggel váltakozó áramú vagy egyenáramú üzemmódban. A 10 terhelést teljesen meg lehet védeni a 9 közszolgáltatási tápvonalon fellépő tranziensekkel szemben, ha a 12 közszolgáltatás-kapcsolót kinyitjuk, és a 4 generátorra bízzuk a szükséges teljesítmény biztosítását.

Kritikus esetben, amikor a 10 terhelésnél el kell kerülni a tápfeszültség kimaradást, az 5 hőerőgépet folyamatosan működtetjük, és a 7 tengelykapcsolót összekapcsoljuk, ha a 9 közszolgáltatási tápvonalban hiba lép fel. A 8 motor-generátor kapcsolót kinyitjuk. Mivel a 5 hőerőgép hajtja meg a 2 motor-generátort és a 4 generátort, biztosítja a 10 terhelésre adott villamos teljesítmény folytonos és tranziensmentes szolgáltatását. A 2 motor-generátornak a találmány szerinti speciális elrendezésének köszönhetően a 9 közszolgáltatási tápvonalról biztosított • ··

- 16 tápfeszültségről az 5 hőerőgép által biztosított mechanikus tápfeszültségre való átkapcsolása szintén mentes a tranziensektől, feszültségeséstől, frekvenciaváltozástól vagy fázistolástól. A hálózati tápfeszültséget újból be lehet kapcsolni a 8 motor-generátor kapcsoló zárásával és a 7 tengelykapcsoló szétkapcsolásával. A találmány szerinti villamos erőgép a tápfeszültségnek ezt a visszaállítását anélkül valósítja meg, hogy annak bármilyen káros hatása lenne a 4 generátor által a 10 terhelésre adott feszültségre.

Átmenetileg még a 4 generátor meghibásodásának következményeit is meg lehet szűntetni anélkül, hogy a 10 terhelésre adott tápfeszültséget megszakítanánk vagy abban torzulás lépne fel, ha kinyitjuk a 10 generátor kapcsolót és zárjuk a 33 motor-generátor kapcsolót.

Látható, hogy a 10 terhelés által a tápfeszültségben előidézett változásokat nem azzal valósítjuk meg, hogy a 10 terhelést közvetlenül átkapcsoljuk, hanem azzal, hogy a 2 motor-generátort vagy villamosán tápláljuk a 9 közszolgáltatási tápvonalról, vagy pedig mechanikusan az 5 hőerőgép segítségével. A 10 terhelés el van szigetelve a 4 generátorral és a 2 motor-generátorral végrehajtott ezen tápfeszültség átkapcsolástól.

Az 5 hőerőgép lehet egy belsőégésű motor, egy gázvagy gőzturbina. Egy kiegészítő hidraulikus motort lehet használni az 5 hőerőgép teljesítményének a feljavítására, hogy a 6 lendkereket a kívánt sebességre gyorsítsuk. A 7 tengelykapcsoló előnyösen egy csúszó típusú tengelykapcsoló, mely azonnal szétkapcsolódik, amikor a 2 motor-generátor • · · ·*·· ··*· ·· • · · • · · · ·

- 17 túlterheli az 5 hőerőgépet. Azt tapasztaltuk, hogy számos előny származik abból, ha hagyjuk a 2 motor-generátor állórészét a kerület mentén elmozdulni a tápfeszültség átkapcsolás alatt. Előnyös továbbá az is, hogy ha a 4 generátorban valamint a 2 motor-generátorban megengedjük, hogy az állórész korlátozott mértékben elforduljon.

Mint azt a bejelentő US 4,827,152 sz. szabadalmi leírásában már kifejtette, egy szinkron motor-generátor lazán alátámasztott állórészének az elmozdulását úgy lehet érzékelni, mint a tápfeszültségben fellépő változás jelzését. Ezt a változást egy 32 elmozdulás érzékelővel lehet érzékelni, és egy másik tápfeszültségre való átkapcsolás indítására lehet használni. Az állórész forgásirányú elmozdulását különböző szerelési kialakításokkal lehet lehetővé tenni.

Egy korábban leírt helyzetben, amikor a 10 terhelés tápellátását a 9 közszolgáltatási tápvonalról is és a 4 generátorral is biztosítjuk, a 10a villamos regulátoros szabályozó egység terhelés megosztóvezérléseit előnyösen úgy állítjuk be, hogy a szükséges teljesítménynek kb. 90 %-át a 4 generátorról, és a többit pedig a 9 közszolgáltatási tápvonalról biztosítsuk. Ha a 9 közszolgáltatási tápvonal vagy a tartalék rendszer közül bármelyik meghibásodik, az egyik vagy mindkét tápforrásról egy másikra, vagy pedig egy egyetlen forrásra való átkapcsolást szintén a 2 motor-generátor állórészének a dinamikus felszerelésével szabályozzuk, mint azt az alábbiakban majd elmagyarázzuk.

A 2. és 3. ábrákon a 2 motor-generátor állórészének ···· ···· ·· ·· ··«· • · · · · _Λ · · ·♦· ··« · dinamikus alátámasztására szemléltetünk egy megfelelő módszert, mely módszert különösen olyan felhasználáshoz fejlesztettük ki hagyományos típusú motor-generátorokhoz, ahol az állórész hozzá van hegesztve a burkolat belsejéhez.

Míg a 4 generátor burkolata csavarral van rögzítve a betonlemez 16a felső részéhez, a 2 motor-generátor 15 burkolata lebegő módon van felfüggesztve a 16 betonlemez 16b alsó része felett. A 3 tengely 3a elülső végét, mely a 6 lendkereket is hordozza és a 7 tengelykapcsolóhoz kapcsolódik, egy első 13 támasz tartja egy 13a csapágyon keresztül. Az a H magasság, amelynél a 3 tengely alá van támasztva a 16 betonlemez 16b alsó része felett, lényegesen nagyobb annál a távolságnál, ami a 3 tengely és a 15 burkolat alsó oldala között van. Egy második 14 támasz támasztja alá a 3 tengely 3b másik végét egy 14a csapágyon keresztül, ahol a 3 tengely a 4 generátor tengelyével kapcsolódik össze. Ez a második 14 támasz elhagyható, ha a 4 generátor belső csapágyai elbírják a 2 motor-generátor hozzáadódó súlyát.

A 15 burkolat és a 16 betonlemez közötti C függőleges hézagnak elegendően nagynak kell lennie ahhoz, hogy a 15 burkolat a 3 tengely körül forogva forgásirányban el tudjon mozdulni. Egy tipikus négypólusú gépnél az állórész forgásirányú elmozdulásához bármely irányban 22,5 foknál nagyobb elmozdulásra van szükség. Ez egy 90 fokos villamos fázistolásnak felel meg. Ennek megfelelően az állórész A legkisebb szögirányú elmozdulását a pólusok N számának függvényében a következő összefüggés szerint határozzuk meg:

A = 180/N fok ·* • · · • · « * · · ··· ···

- 19 A megengedett elfordulás legnagyobb tartománya valamivel kisebb kell legyen egy 180 fokos fázistolásnál, például 350/N fok. Ezt a határértéket 17 és 18 ütközőkkel biztosítjuk, melyeket a 16b alsó rész felületére megfelelő magasságban kell elhelyezni a 2 motor-generátor lábának 19 és 20 külső élei alatt.

A szinkron 2 motor-generátor dinamikus felfüggesztésének megvalósítására egy másik módot mutatunk be a 4. és 5. ábrákon. Ahelyett, hogy az állórészt a 15 burkolat belső részéhez hegesztenénk, mint ahogy azt rendszerint teszik, a állórész egy sor 22 görgőscsapággyal van alátámasztva. A görgőscsapágyak 23 állórészei hozzá vannak hegesztve a 21 állórészhez, és a 24 görgők a kör alakú 26 burkolat 25 belső falának nekitámaszkodva gördülnek el. A 21 állórész elfordulását a 27 forgórész körül egy 30 nyúlvány állítja meg, mely 30 nyúlvány az egyik 22 görgőscsapágy 23 állórészén található, és ez ütközik neki a 26 burkolat 31 belső felületére felszerelt 28 illetve 29 ütközőknek. Ebben a kiviteli változatban a 26 burkolat hagyományos módon van hozzácsavarozva az alátámasztó 16 betonlemezhez.

A szinkron 2 motor-generátor dinamikus állórész elrendezésének előnyös működését jobban megérthetjük, ha végigtekintjük az állórész mozgását a motor üzemmódból a generátor üzemmódba és fordítva történő váltás során.

Amikor az 1. ábrán látható 2 motor-generátor a 9 közszolgáltatási tápvonalról energiával ellátott szinkron motorként működik, az állórész mágneses fluxusa siet a forgórész mágneses fluxusához képest. Az így létrejövő ··· ···« ·· ·· ···· • · · « · • · ··· «·· · forgatónyomaték az állórészre hatva a kerület mentén az állórészt annak legnagyobb megengedett elmozdulására készteti az forgórész forgásirányával szemben.

Ha a 9 közszolgáltatási tápvonalban hiba lép fel, az állórész mező eltűnik, és az állórész a forgórész irányában mozog. Ennél a pontnál az állórész és a forgórész mágneses mezői fázisban vannak, és nem generálódik áram. A 32 elmozdulás érzékelő érzékeli a teljesítmény veszteséget, és egy jelet ad ki a 9 közszolgáltatási tápvonal lekapcsolására és a 7 tengelykapcsoló összekapcsolására.

Az állórésznek a tovább folytatódó forgómozgása a gépnek szinkron motorból szinkron generátorrá történő átalakulása során késlelteti az átkapcsolás hatását és ennek következtében, rövid időre, fenntartja azt a forgatónyomatékot, amit a 2 motor-generátor ad a 4 generátorra, amíg az 5 hőerőgép mechanikai teljesítménye átadódik. Nem lép fel hirtelen feszültség- vagy frekvenciaesés, csupán egy 90 fokos fáziseltolódás a 4 generátorból kijövő teljesítményben. Ez a jelenség kiegészíti a 6 lendkerék hatását, ennélfogva a 6 lendkerék tömege kisebb lehet, és bizonyos alkalmazásokban azt teljesen el is lehet hagyni.

A fent leírt jelenség fordítottja történik olyan alkalmazásokban, ahol a 2 motor-generátor szerepe szinkron motorról motorra változik vissza. Amikor a 2 motor-generátor szinkron generátorként működik, az állórész mágneses fluxusa késik a forgórész mágneses fluxusához képest. így a mechanikus hajtást kell helyettesíteni a 9 közszolgáltatási tápvonalról kapott villamos teljesítménnyel, és az állórész • · · ·

folytatódó visszatérő mozgása fenntartja a teljesítmény kimenetet, ami lehetővé teszi a sima átmenetet a másik tápforrásra .

Elméletileg a szinkron motor forgó mágneses mezőjének fel kellene gyorsulnia kissé, hogy tranziensmentes átváltást kapjunk a motor üzemmódról generátor üzemmódra, de ez nem lehetséges, mivel az állórész mágneses fluxusa az, ami ezt a mezőt előállítja, és amikor az állórész mágneses fluxusa gyengül vagy eltűnik, a mező automatikusan lelassul, ami viszont nagy tranziens feszültségeket idéz elő.

Az állórész szabad mozgása egy kiegyenlítő mágneses fluxus változást idéz elő az állórész és forgórész mezők között. Az állórész mozgása természetes és azt az állórész és a forgórész közötti forgatónyomaték változása idézi elő. Egy motor esetében az állórész nyomatéka a forgó mező nyomatékával ellentétes értelmű. Egy generátor esetében az állórész nyomatéka és a tengely nyomaték ugyanolyan irányokba mutatnak. A nyomaték, teljesítmény és tápfeszültség közötti összefüggés következtében a tápfeszültségben fellépő bármilyen változásnak közvetlen hatása lesz az állórész/forgórész nyomatékra, aminek hatására az állórész mozgása vagy elnyel vagy előállít egy kiegyenlítő mennyiségű teljesítményt.

Kevésbé kritikus terhelésekhez egy másik folyamatos üzemű tápegység rendszert mutatunk be a 6. ábrán. A 2 motor-generátort az 5 hőerőgéppel gyorsítjuk fel és a 9 közszolgáltatási tápvonallal szinkronizáljuk. Mivel a 12 közszolgáltatás-kapcsoló és a 8 motor-generátor kapcsoló • ♦ · · ···· ··«« ·· «* • · · <

_φ ♦ · ··· ··«

- 22 zárva vannak, az 5 hőerőgépet le lehet állítani és a 7 tengelykapcsolót szét lehet kapcsolni, hogy ezzel lehetővé tegyük a 2 motor-generátor számára, hogy szinkron kondenzátoros szűrőként működjön. A forgó 6 lendkerék és a 2 motor-generátorban lévő forgórész kiszűri vagy kisimítja a 9 közszolgáltatási tápvonal tranzienseit és stabilizálja a feszültséget. A túl nagy teljesítményt látszólag azonnal el lehet nyeletni a 2 motor-generátor dinamikusan felépített állórészének a helyzetében előidézett változással. Következésképpen az állórész helyzet szinte azonnali elcsúszása úgy szabályozza a teljesítményt, ahogy azt a 10 terhelés változásai megkívánják. Ha a feszültség egy küszöbérték alá esik, vagy a 9 közszolgáltatási tápvonalon veszteség lép fel, a 12 közszolgáltatás-kapcsoló kinyílik, az 5 hőerőgép beindul, és a 7 tengelykapcsoló összekapcsolódik és biztosítja a 10 terhelés táplálását. Ha a 10 terhelés érzékenyebb a teljesítménycsökkenésre, mint a túl nagy feszültségra, például a közszolgáltatási tápfeszültség lökésekre, az 5 hőerőgépet működésben lehet tartani, míg a 9 közszolgáltatási tápvonalat arra lehet használni, hogy biztosítsa a 10 terhelés tápellátásának egy részét, és biztosítsa a tápforrások még gyorsabb és simább kapcsolását.

Villamos kapcsolókat is lehet vezérelni a dinamikus állórész mozgásának érzékelése helyett vagy azokat kiegészítve más eszközökkel is. Egy 34 érzékelőt tachométer formájában tüntettünk fel, mely szintén képes vezérlő jeleket adni villamos kapcsolók nyitásához vagy zárásához, a 2 motor-generátor állórésze mozgását követő érzékelő kiegé···· ·*·· «4 44 ««·· • 4 · A • ···*»»· * szításéképp vagy ahelyett.

Egy hagyományos készenléti generátor rendes körülmények között egy mechanikusan kényszerkapcsolt megszakítás nélküli átkapcsolón keresztül van elszigetelve. A közszolgáltatásban fellépő hiba alatt a terhelést a közszolgáltatásról átkapcsolják a készenléti tápforrásra; majd visszakapcsolják, ha a rendes tápforrás helyreállt. Minden egyes hiba két megszakítást idéz elő a terhelésnél. A kritikus fogyasztók, így például kórházak megkívánják, hogy vésztartalék készenléti generátorait teljes vagy részleges terhelésekkel legaláb kéthetenként egyszer működtessék. Ez csak nem kritikus időpontokban történhet, mivel a normál tápellátást meg kell szakítani a rendszer ezen működtetési időszakai alatt.

A találmány szerinti készenléti tápellátó rendszer lehetővé teszi a felhasználó számára, hogy tartalék tápellátását bármikor működtesse és ellenőrizhesse. A 2 motor-generátort egy 5 hőerőgép segítségével hozzuk szinkron sebességre, és szinkronizáljuk a 9 közszolgáltatási tápvonalhoz. Ha a 8 motor-generátor kapcsolót zárjuk, az 5 hőerőgép leáll és a megcsúszásos típusú 7 tengelykapcsolón keresztül lekapcsolódik.

A szinkron 2 motor-generátor szinkron motorrá (vagy szinkron kondenzátorrá) válik, feljavítja a teljesítménytényezőt, és segít a feszültséget állandó értéken tartani. A tartalék tápellátó rendszer ellenőrző működtetéséhez elegendő beindítani az 5 hőerőgépet. Amikor a csúszó 7 tengelykapcsoló mechanikusan összekapcsolja a 2 motor-generátor 3 ·· · tengelyét, az állórész többé nem hoz létre forgatónyomatékot, és ennek következtében a 3 tengely forgásirányába fordul, amíg el nem éri az állórész leállási helyzetet, és ekkor a 2 motor-generátor generátorrá válik. A 12 közszolgáltatás-kapcsoló automatikusan kinyit, és a 10 terhelés most a tartalék rendszeren van. Amikor az ellenőrző működési időszak végetér, egy jelfogó zárja a 12 közszolgáltatás-kapcsolót a megfelelő szinkron időpontban, a 2 motor-generátor leáll, és az állórész hirtelen visszavált a 3 tengely forgásirányával ellentétes irányba, ekkor a 2 motor-generátor szinkron kondenzátorrá válik.

A 7. ábrán szemléltetjük a találmány szerinti villamos erőgép egy további kiviteli változatát, folyamatos működésű mechanikai teljesítmény és/vagy villamos teljesítmény szolgáltatására. Az 5 hőerőgépet használhatjuk a 35 mechanikai terhelés indítására (azaz lágy indítására), amíg a 3 tengely forgási sebessége megengedi, hogy a 2 motor-generátort szinkronizáljuk a 9 közszolgáltatási tápvonallal. A normál működés hatására a 36 közszolgáltatás-kapcsolónak és a 37 motor-generátor kapcsolónak zárva kellene lennie, az 5 hőerőgépnek le kellene állnia és a 7 tengelykapcsolónak szét kellene kapcsolódnia. A 2 motor-generátor dinamikus állórésze a tranzienseket lecsillapítja és kiszűri, mely tranziensek különben átkerülnének a 35 mechanikai terhelésre. A 35 mechanikai terhelés lehet egy szivattyú vagy egy sűrítő, amilyet például egy kritikus eljáráshoz használnak folyadék állandó áramának a fenntartására.

Amikor a 9 közszolgáltatási tápvonal feszültsége

··<· • · · · • · kimarad vagy lecsökken, a 2 motor-generátor állórészének dinamikus mozgása jelzi a tápfeszültség hibát, és ezzel egyidejűleg a 2 motor-generátor elkezd teljesítményt előállítani. A teljesítmény- vagy feszültségkimaradás jelzése kiváltja az 5 hőerőgép beindítását, hogy az biztosítsa a teljes mechanikai teljesítmény tápellátást a 35 mechanikai terhelésen. Ha a 9 közszolgáltatási tápvonalat lehet szigetelni, és az 5 hőerőgépet és 2 motor-generátort ennek megfelelően lehet méretezni, mechanikai és villamos teljesítményt egyidejűleg lehet szolgáltatni. Az 5 hőerőgépet akkor is üzemben lehet tartani arra az időtartamra, miközben a 9 közszolgáltatási tápvonal rendelkezésre áll, hogy teljesen megvédjük a villamos terhelést bármilyen átkapcsolási tranzienstől. A rendszer képes arra is, hogy biztosítsa a csúcskiegyenlítés lehetőségét is, azaz a 35 mechanikai terhelést az 5 hőerőgéppel egy együttes teljesítmény előállítási üzemmódban is meg lehet hajtani a csúcsfogyasztási időszakok alatt, hogy csökkentsük a közszolgáltatás terhelését. A 2 motor-generátor javítani fogja a teljesítmény tényezőt és más nem kívánatos villamos teljesítmény viszonyokat.

Az egyedi csúcskiegyenlítési lehetőséget az állórész korlátozott elmozdulásával biztosítjuk. Például normál körülmények között a 35 mechanikai terhelést, például egy légsűrítőt meghajtó 2 motor-generátor 300 A-t vesz fel 600 V-on. Amikor a földgáz üzemű 5 hőerőgépet beindítjuk a csúcsfogyasztási időszakban, az biztosítja a szükséges tengelymeghajtó nyomaték egy részét.

Ezen idő alatt az · ·· ·

- 26 állórész veszít valamennyit az ellenkező értelmű nyomatékéből és az átmeneti vagy generátor helyzete felé mozdul el, attól függően, mekkora forgatónyomatékot szolgáltat az 5 hőerőgép. Az 5 hőerőgép teljesítmény kimenetét egy villamos regulátoros fogyasztás-táplálás szabályozó modulon keresztül lehet beállítani. Ha a regulátoros szabályozóegységet 80 % erőgép teljesítményre állítanánk be, a szinkron motor csupán 60 A-t venne fel a csúcskiegyenlítési üzemmódban való működés során.

A találmány szerinti villamos erőgép számos előnye közé tartozik a kiegyenlített motor-generátor üzemmód átmenet, illetve a generátor-motor üzemmód átmenet, egyetlen gépben hoztunk létre egy szinkron motor-generátort, csökkentettük vagy kiküszöböltük a csökkentett feszültségű vagy teljes feszültségű indítók alkalmazásának szükségességét, kiküszöböltük a villamos és mechanikai tranzienseket, sima indítást, folyamatos átmenetet biztosítunk a villamos energia előállítási és felvételi állapotok között, elkerüljük a kapcsolási és kapcsoló tranzienst, szinkron kondenzátorként működik az erőgép, és javítja a teljesít mény tényezőt és stabilizálja a feszültséget, ezzel lehetővé tesszük, hogy a forgóegységet két vagy több forrás hajtsa meg, és egy vésztartalék, csúcsüzemű és folyamatos üzemű villamos és mechanikai energia ellátást biztosítunk.

Claims (9)

1. SZABADALMI IGÉNYPONTOK

   1. Villamos erőgép, mely tartalmaz:

   egy alátámasztó felülettel kialakított alappal rendelkező burkolatot;

   egy a burkolat két oldalán kinyúló elülső véggel és másik véggel rendelkező forgó tengelyt;

   egy első, a burkolat belsejében lévő tengelyre rögzítetten felszerelt N pólusú forgórészt;

   egy a forgórész körül koncentrikusan elhelyezett és a burkolat belsejében rögzített állórészt;

   azzal jellemezve, hogy a tengely elülső végét első támasz tartja;

   a tengely másik végét második támasz tartja;

   az első és második támaszok olyan méretűek, hogy a burkolat az alátámasztó felülettől térközzel van elválasztva, és a burkolat valamint az állórész a tengely körül legalább 180/N fokban, de legfeljebb 350/N fokban szabadon elforgathatóan vannak kialakítva.
2. 2. Villamos erőgép, azzal jellemez- v e , hogy tartalmaz egy alátámasztó felületen elhelyezett burkolatot;

   egy forgó tengelyt;

   egy a tengelyre rögzítetten felszerelt első forgó N pólusú forgórészt;

   egy a forgórész körül koncentrikusan elhelyezett állórészt;

   - 28 az állórészt a burkolat belsejében elforgathatóan alátámasztó és azt a tengely körül legalább 180/N fokban és legfeljebb 350/N fokban való elfordulását lehetővé tevő eszközzel van alátámasztva.
3. 3. Az 1. igénypont szerinti erőgép, azzal jellemezve, hogy tartalmaz egy eszközt az erőgépre kapcsolt villamos tápforrásnak a csatlakoztatására és leválasztására .
4. 4. Az 1. igénypont szerinti erőgép, azzal jellemezve, hogy tartalmaz egy eszközt az erőgépre kapcsolt mechanikai tápforrásnak a csatlakoztatására és leválasztására.
5. 5. Az 1. igénypont szerinti erőgép, azzal jellemezve, hogy kritikus terhelés tápellátására tartalék villamos tápforrással van kombinálva és az erőgéppel hajtott generátort foglal magába.
6. 6. Az 5. igénypont szerinti erőgép, azzal jellemezve, hogy tartalmaz egy hőerőgépet; és eszközt az erőgépnek szelektíven történő hajtására mechanikusan a hőerőgépről vagy villamosán egy villamos tápforrásról .
7. 7. A 6. igénypont szerinti erőgép, azzal jellemezve, hogy a forgórész forgásirányú

   *··· • • ·· • V* • *·· • · • · • · • « t • · ·· 4· ··

   »

   - 29 elmozdulásának érzékelésére szolgáló eszközt tartalmaz; és egy eszközt a villamos tápforrásnak és a hőerőgépnek a csatlakoztatására és leválasztására az érzékelésre szolgáló eszközre válaszképpen.
8. 8. Berendezés alternáló villamos tápforrás szabályozására, azzal jellemezve, hogy tartalmaz egy szinkronmotort, melynek a tápforrásról táplált állórész tekercse, tengelye és a tengelyre szerelt forgórész tekercse van, továbbá egy tengelyről hajtott mechanikus terhelése; és egy az állórész tekercsnek a tengely körül a tápforrásban fellépő változásokra válaszképpen forgásirányú elmozdulását lehetővé tevő eszköze van.
9. 9. A 8. igénypont szerinti berendezés azzal jellemezve, hogy az eszköz az állórész tekercsnek legalább 180/N fokú és legfeljebb 3 50/N fokú ív mentén történő elfordulását lehetővé tevő eszköze van, ahol N a motortekercsek pólusainak száma.