PL221325B1 - Układ połączenia generatora synchronicznego wzbudzanego magnesami trwałymi do pracy równoległej z siecią elektroenergetyczną - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ połączenia generatora synchronicznego wzbudzanego magnesami trwałymi do pracy równoległej z siecią elektroenergetyczną, który umożliwia synchronizację i pracę ciągłą ze stabilizacją bądź regulacją cosq> lub tgp.

Znane są rozwiązania bezpośredniego połączenia generatora synchronicznego wzbudzanego elektromagnetycznie z siecią elektroenergetyczną. W czasie synchronizacji generatora z siecią elektroenergetyczną wartość napięcia generatora jest regulowana prądem wzbudzenia, a w czasie pracy równoległej generatora z siecią elektroenergetyczną prądem wzbudzenia jest regulowany cosq> bądź tgp. Moc czynną generatora reguluje się momentem napędowym turbiny. Prędkość obrotową turbozespołu wymusza częstotliwość napięcia sieci elektroenergetycznej. Przy stałej częstotliwości np. f = 50 Hz, obroty turbiny są stałe i wynoszą 60f/p obrotów/minutę, gdzie p oznacza liczbę par biegunów generatora. Na tej zasadzie pracują wszystkie turbozespoły w elektrowniach.

Znany jest także układ połączenia równoległego generatora synchronicznego wzbudzanego magnesami trwałymi z siecią elektroenergetyczną. W układzie tym generator jest przyłączony do sieci elektroenergetycznej poprzez falownik napięcia lub falownik prądu. W tym układzie zarówno dołączenie generatora do sieci elektroenergetycznej jak i utrzymywanie parametrów pracy generatora na poziomie odpowiadającym parametrom sieci elektroenergetycznej realizuje falownik. Mankamentem tego układu jest odkształcenie napięcia i rozproszenie części energii w falowniku. Falownik generuje do sieci elektroenergetycznej wyższe harmoniczne prądu, co może być przyczyną wzrostu współczynnika THD napięcia sieci elektroenergetycznej, ponadto cała moc generatora jest zwykle dwukrotnie przekształcana w falowniku (AC/DC i DC/AC), występują zatem w falowniku straty mocy, co obniża sprawność energetyczną turbozespołu.

Znane są także z opisów EP 739087 A2 i US 5754420 A układy w których wykorzystuje się maszynę asynchroniczną pierścieniową do połączenie dwóch źródeł energii o różnej częstotliwości. W tym przypadku uzwojenie stojana jest włączane równolegle do źródła napięcia jednego źródła, a uzwojenie wirnika jest włączane równolegle do drugiego źródła napięcia. Rozwiązanie to nie umożliwia regulacji napięcia, a ponadto uzwojenie wirnika jest wyprowadzone na pierścienie ślizgowe, a połączenie ze źródłem napięcia jest poprzez szczotki. W tym układzie występują styki ślizgowe, co także jest niekorzystne dla transmisji energii.

Wynalazek dotyczy układu połączenia generatora synchronicznego wzbudzanego magnesami trwałymi z siecią elektroenergetyczną do pracy równoległej. Układ składa się z generatora synchronicznego wzbudzanego magnesami trwałymi, transformatora obrotowego z regulacją kąta położenia wirnika względem stojana, przetworników pomiarowych prądu i napięcia, sterownika mikroprocesorowego ąP oraz wyłącznika sieciowego. Istotą wynalazku jest włączenie szeregowe w obwód uzwojeń twornika generatora synchronicznego uzwojenia wtórnego transformatora obrotowego, przy czym uzwojenie pierwotne transformatora obrotowego jest połączone z generatorem, bądź z siecią elektroenergetyczną.

Układ mikroprocesorowy ąP steruje położeniem wirnika transformatora obrotowego w czasie synchronizacji generatora z siecią, tak aby wartość napięcia generatora dopasować do wartości napięcia sieci. W czasie pracy równoległej generatora z siecią, układ mikroprocesorowy ąP steruje położeniem wirnika transformatora obrotowego, tak aby generator pracował z zadaną wartością napięcia U_z oraz zadaną wartością cosq> lub Xgq>.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony na rysunkach fig. 1 i fig. 2 na których generator synchroniczny wzbudzany magnesami trwałymi 1 jest napędzany silnikiem spalinowym bądź turbiną mechaniczną 3. Na rysunku Fig. 1 jest przedstawiony układ połączenia generatora synchronicznego wzbudzanego magnesami trwałymi 1 z siecią elektroenergetyczną 5, poprzez transformator obrotowy 2, którego uzwojenie pierwotne jest zasilane napięciem generatora synchronicznego 1. Na rysunku Fig. 2 jest przedstawiony ten sam układ przy zasilaniu uzwojenia pierwotnego transformatora obrotowego 2 napięciem sieci elektroenergetycznej 5. Układ składa się z generatora synchronicznego wzbudzanego magnesami trwałymi 1, transformatora obrotowego 2 z regulacją kąta położenia wirnika, przetworników pomiarowych: prądu 6, napięcia generatora 7 i napięcia sieci elektroenergetycznej 8 oraz wyłącznika sieciowego 4 i sterownika mikroprocesorowego ąP 6. Fazy uzwojenia wtórnego transformatora 2 nie są połączone i są włączone szeregowo w obwód generatora synchronicznego 1. Uzwojenie pierwotne transformatora obrotowego 2 jest zasilane napięciem generatora 1, bądź napięciem sieci elektroenergetycznej 5. Jeśli uzwojenie pierwotne transformatora obrotowego 2 jest zasilane

PL 221 325 B1 napięciem z generatora 1, jak na rysunku fig. 1, to wyłącznik 4 znajduje się między siecią elektroenergetyczną 5, a uzwojeniem wtórnym transformatora 2. Jeśli natomiast uzwojenie pierwotne transformatora jest zasilane z sieci 5, to wyłącznik 4 znajduje się między uzwojeniem twornika generatora synchronicznego 1 a uzwojeniem wtórnym transformatora 2, jak to pokazano na rysunku fig. 2. W czasie synchronizacji generatora 1 z siecią 5, układ mikroprocesorowy μΡ 6, steruje układem napędowym 9, który zmienia kąt położenie wirnika względem stojana transformatora obrotowego 2. Silnik elektryczny w układzie napędowym 9, po załączeniu wiruje w prawo (P) bądź w lewo (L) i poprzez przekładnię ślimakową samohamowną, zmienia kąt położenia wirnika względem stojana transformatora obrotowego 2. Wirnik transformatora obrotowego 2, poprzez zmianę kąta położenia, zmienia kąt między napięciem dodawanym z transformatora obrotowego 2 i fazą napięcia generatora 1. Napięcie wypadkowe podnosi się lub obniża się, wyrównując jego wartość z napięciem sieci 5, co stwarza warunki do synchronizacji. W czasie pracy równoległej generatora synchronicznego 1 z siecią 5, układ mikroprocesorowy μP 6 steruje położeniem kąta wirnika transformatora obrotowego 2, tak aby generator 1 pracował z zadaną wartością napięcia U_zoraz zadaną wartością cosq> lub tgp.

Układ połączenia generatora synchronicznego wzbudzanego magnesami trwałymi 1 do pracy równoległej z siecią elektroenergetyczną 5 według wynalazku reguluje tylko częścią mocy wytwarzanej przez generator. Moc regulowana wynosi około ± 10% i na taką moc jest dobierany transformator obrotowy 2. Zatem straty regulacyjne mocy są niewielkie. Układ jest liniowy i nie generuje harmonicznych napięcia i prądu. Zaletą tego układu jest brak styków ślizgowych w generatorze synchronicznym 1 i transformatorze 2.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Układ połączenia generatora synchronicznego wzbudzanego magnesami trwałymi do pracy równoległej z siecią elektroenergetyczną, składa się z generatora synchronicznego wzbudzanego magnesami trwałym, transformatora obrotowego z regulacją kąta położenia wirnika, przetworników pomiarowych prądu i napięcia, sterownika mikroprocesorowego μP oraz wyłącznika sieciowego i jest, znamienny tym, że w obwód uzwojeń twornika generatora synchronicznego (1) włączone jest szeregowo uzwojenie wtórne transformatora obrotowego (2), przy czym uzwojenie pierwotne transformatora obrotowego (2) jest połączone z generatorem (1), bądź z siecią elektroenergetyczną (5).