PL44322B1 - - Google Patents

Description

Opublikowano dnia 21 kwietnia 1961 r.^ Hi °* |»IBLfOt*LKA| [Urzedu r. j^c POLSKIEJ RZECZYPOSPOLITEJ LUDOWEJ OPIS PATENTOWY Nr44322 KI. 21 d2, 9 VEB Wissenschaftlich - Technisches Buro fur Geratebau*) Berlin, Niemiecka Republika Demokratyczna Sposób zlozonej regulacji wzbudzenia maszyn synchronicznych dla zwiekszenia stabilnosci ich obrotów Patent trwa od dnia 10 listopada 1958 r.Wynalazek dotyczy sposobu zwiekszenia sta¬ bilnosci obrotów maszyn synchronicznych przy pomocy zlozonej regulacji wzbudzenia.Przyjecie kata obciazenia # maszyny syn¬ chronicznej, przedstawiajacego przesuniecie fa¬ zowe wektora sily elektromotorycznej od stru¬ mienia magnesów wzgledem wektora napiecia sieci, jako wielkosci nastawczej w ukladzie stabilizacji obrotów maszyn synchronicznych jest mozliwe przy zalozeniu zmiennosci obro¬ tów wirnika z biegunami wydatnymi lub z bie¬ gunami utajonymi. Wartosc rzeczywista kata obciazenia maszyny mozna wyznaczyc, przy po¬ mocy elektromechanicznych czlonów pomiaro¬ wych, jedynie przy zmianie obrotów wirnika, do której wartosc ta jest proporcjonalna.Kazda zmiane liczby obrotów poprzedza jed¬ nak zmiana parametrów pracy maszyny syn¬ chronicznej (zmiana obciazenia lub zaklócenie).* Wlasciciel patentu oswiadczyl, ze twórca wy¬ nalazku jest Hellmut Yólker, Po zalozeniu zmiany parametrów nalezy przede wszystkim rozwazyc zmiane; obrotów.Niestalosc predkosci katowej wirnika jest oczy¬ wiscie niepozadana ze wzgledu na stabilnosc pracy maszyny. Moga tu wystapic szkodliwe kolysania wirnika, a nawet wypadniecie ma¬ szyny z synchronizmu. Nalezy wiec, po przy¬ spieszeniu wzglednie opóznieniu wirnika wy¬ music, przy pomocy ukladu regulacyjnego pier¬ wotne, stale obroty.Wykorzystujac do stabilizacji, jako wielkosc nastawcza kat ftr przesuniecia fazowego sily elektromotorycznej od wypadkowego ' strumie¬ nia szczeliny powietrznej, wzgledem napiecia sieci mozna zrezygnowac ze zmiany obrotów, jako punktu wyjsciowego rozwazan, a takze dzialania ukladu regulacyjnego. Proces regula¬ cji opiera sie tutaj nie na zalozeniu zmiany obrotów zwiazanej z duza bezwladnoscia wir¬ nika, lecz na szybciej zachodzacych zmianach parametrów elektrycznych. Podany sposób dzia¬ lania ukladu regulacyjnego zabezpiecza stabil-na prace maszyny synchronicznej w ukladzie energetycznym.Dla otrzymania niezawodnej wspólpracy ma¬ szyn^ syttchroniqenej *z siecia, przy wszelkich zmianach warunków ruchu, a takze 100%-go wykorzystania termicznego maszyny, przy ob¬ ciazeniu silnie biernym, konieczne jest wpro¬ wadzenie dodatkowej stabilizacji obrotów, (prócz samosynchronizacji), aby zapobiec wspomnianym juz kolysaniom wirnika oraz wy¬ padnieciu z synchronizmu.Dodatkowa sztuczna stabilizacja maszyny synchronicznej r -potrzebna jest przy pracy na obciazenie pojemnosciowe sieci, kiedy to ma¬ szyna jest niewzbudzona lub niedowzbudzona, przy pracy na obwód rezonansowy, na który sklada sie: indukcyjnosc maszyn i pojemnosc linii oraz przy uderzeniach obciazenia.Na rysunku fig. 1 przedstawia definicje ka¬ ta # obciazenia, fig. 2 — wykres wektorowy 7 a fig. 3 — uklad polaczen.Stabilizacje maszyny synchronicznej uzyskuje sie przez dodatkowa regulacje wzbudzenia poza pospieszna regulacja napiecia. Jako wielkosc nastawcza procesu regulacyjnego uzyty jest kat {)¦ przesuniecia fazowego wektorów sily elektromotorycznej" od strumfenia magnesów oraz napiecia sieci. Po przeksztalceniu wielkos¬ ci kata # na proporcjonalne do niej napiecie U# oddzialywuje sie na obwód wzbudzenia przy pomocy tego napiecia i jego pochodnych: uV, u a".Fig. 1 przedstawia wzajemne usytuowanie osi podluznej magnesów (bieguna P), sily elektro¬ motorycznej Ep indukowanej w stoianie przez strumien magnesów oraz napiecia sieci.Dotychczas uzywano kata obciazenia maszy¬ ny synchronicznej, jako wielkosci nastawczej i zakladano zmiane predkosci katowej wirnika, a wiec pokonywanie duzej bezwladnosci mas wirujacych. Ponadto potrzebne byly dodatkowe maszyny lub pomocnicze aparaty do okresla¬ nia sily elektromotorycznej od strumienia mag¬ nesów, w celu uzyskania napiecia U %• wpro¬ wadzanego do maszyny synchronicznej od stro¬ ny wzbudzenia.Okolicznosc, ze przy zmianach obciazenia wy¬ stepuje w maszynie najpierw zmiana parame¬ trów elektrycznych, a nastepnie dopiero zmia¬ na ta pociaga za soba zmiane obrotów wirnika, naprowadzila na mysl, by zamiast kata N# ob¬ ciazenia maszyny przyjac dla celów stabilizacji kat -0-, miedzy sila elektromotoryczna wypad¬ kowa a napieciem sieci. Przy zmianie obcia¬ zenia, a w krancowym wypadku przy zwarciu kat frr zmienia sie o wartosc A -9-, , nato¬ miast kat # obciazenia pozostaje chwilowo nie zmieniony z powodu duzej bezwladnosci wirnika.Fig. 2 przedstawia uproszczony wykres wek¬ torowy pradnicy synchronicznej w stanie nie ustalonym, przy obciazeniu udarowym. Sila elektromotoryczna wypadkowa Er w stojanie przechodzi w polozenie Er " doznajac przyro¬ stu AEr ". W tym samym czasie sila elektro¬ motoryczna Ep od strumienia magnesów wzras¬ ta do wartosci E p "? przy nie zmienionym ka¬ cie obciazenia.Na wykresie tym pokazano równiez odpo¬ wiadajace silom elektromotorycznym, prosto¬ padle do nich wektory strumieni magnetycz¬ nych: $p " — strumien magnesów, po zwiek¬ szeniu wzbudzenia, 4r — strumien wypadko¬ wy w szczelinie powietrznej, przed udarem ob¬ ciazenia, r "-|- A4r " — strumien wypadko¬ wy, po zwiekszeniu obciazenia, 4a — strumien oddzialywania twornika, wywolany pradem I8 stojana. Napiecie bierne wyrazone ogólnym wzorem jIX9 w którym j — oznacza pierwia¬ stek z — 1, I — prad, a X — opornosc bierna, przyjmuje tu postac: jl (Xn — Xa)j gdzie X n oznacza opór indukcyjny, odpowiadajacy od¬ dzialywaniu twornika, a X a — opór indukcyj¬ ny rozproszenia strumienia stojana.Kat fazowy miedzy napieciem sieci Ui i pra¬ dem, stojana I oznaczony jest przez Dla otrzymania wielkosci nastawczej U $• r proporcjonalnej do kata miedzy sila elektromo¬ toryczna wypadkowa a napieciem sieci, jak równiez dla otrzymania pochodnej U &c ' zasto¬ sowano wedlug wynalazku znane, bezinercyjne generatory Halla. Generatory te umieszczono w szczelinie powietrznej miedzy stojanem a wirnikiem, w poblizu blach stojana, na obsza¬ rze jednej podzialki biegunowej, wskutek cze¬ go napiecie efektu Halla Uh, opartego na zja¬ wisku galwanomagnetycznym, mozna zmierzyc jako napiecie magnetyczne szczeliny powietrz¬ nej.Napiecie efektu Halla jest proporcjonalne do wypadkowej indukcji Br panujacej w szczeli¬ nie i wyprzedza ono o 90' sile elektromotorycz¬ na wypadkowa.Do podanych celów nadaja sie szczególnie dobrze znane indoarsenkowe generatory Halla, gdyz posiadaja one charakterystyki nie zalezne w szerokim zakresie od temperatury.Poniewaz wielkosc nastawcza U&£ wraz z jejpochodna dodaja sie do wielkosci nastawczej Ucp9 z pospiesznego regulatora SR napiecia pradnicy, dajac w wyniku, badz napiecie wy¬ padkowe: U9-T ^r.ep. badz tez przeplyw wypad¬ kowy 0ftr $rep sterujacy wzbudzeniem maszy¬ ny, uzyskuje sie w ten sposób ocene stabilnos¬ ci pracy maszyny, przy zmianach obciazenia, a w szczególnosci maksymalny kat kolysania wzgledem ustalonej wartosci kata obciazenia.Wynalazek daje teoretyczna mozliwosc osiag- " niecia zmiany kata obciazenia maszyny w spo¬ sób" aperiodyczny. Juz od pierwszej chwili roz¬ poczecia procesu zmiany kata obciazenia zmie¬ nia sie wzbudzenie Oraz opór synchroniczny maszyny stosownie do nowego stanu obciaze¬ nia przy pomocy zmienionej wartosci kata &T .Pochodna wzgledem czasu kata 0-r ,. wyrazaja- o d ^r . , ca sie wzorem <9v= musi miec war- dt tosc ograniczona, aby uniknac przewzbudzenia, co mogloby doprowadzic do kolysania wirnika.Fig. 3 przedstawia zasadniczy uklad zlozonej stabilizacji maszyny synchronicznej sposobem wedlug wynalazku. Uklad obejmuje maszyne synchroniczna S ze wzmacniaczem elektroma¬ szynowym hn jako wzbudnica pomocnicza i ze wzmacniaczem elektromaszynowym H jako wzbudnica glówna, nastepnie pospieszny regu¬ lator napiecia SR oraz generatory Halla HGm i HGl dla otrzymania napiecia proporcjonalne¬ go do sily elektromotorycznej ET i zgodnego z nia w fazie. Napiecia UHm oraz UHJ wzbu¬ dzone w generatorach Halla HGm i HGl poda¬ je sie na wejscie wzmacniacza V. Napiecie wyj¬ sciowe Uh wzmacniacza jest proporcjonalne do sumy U Hm £ U H1 , wielkosc zas i kierunek jego odpowiada wektorowi sily elektromoto¬ rycznej ET . Wyzsze harmoniczne na wyjsciu wzmacniacza tlumione sa przez filtr SG. Na¬ piecie efektu Halla, wyrazone poprzez Uh jest porównywane w indykatorze JGr z napieciem sieci Ui i róznica U frr = Uh *- "Oj stanowi wielkosc nastawcza dla stanu ustalonego. Przy biegu jalowym mozna uzyskac U $T = 0.W stanach nieustalonych natomiast dochodzi o. jeszcze wartosc pochodnej U# . = — — dt otrzymana takze w indykatorze J#f , przy po¬ mocy czlonu rózniczkujacego.Przyrzad pomiarowy, HA wskazuje wartosc kata &r przesuniecia fazowego wypadkowej sily elektromotorycznej twornika i napiecia sieci.W przykladzie wedlug wynaiazku wielkosc nastawcza kata U#r $.,» dopasowywana jest przy pomocy urzadzenia StE, a wielkosc na¬ stawcza napiecia U rp', przy pomocy urza¬ dzenia SFy wskutek czego suma D$r $f^n' tych wielkosci nastawczych, tworzona w pospiesz¬ nym regulatorze napiecia SR i podawana do wzbudzenia uwzglednia obie wielkosci w odpo¬ wiednim stosunku. Sterowac mozna albo za po¬ srednictwem uzwojenia wzbudzenia wh wzbud¬ nicy pomocniczej hn, albo tez bezposrednio uzwojeniem wzbudzenia w H wzbudnicy glów¬ nej H. Jezeli zastosowac, jako stopien wzbu¬ dzenia wzmacniacz elektromaszynowy z polem poprzecznym, np. amplidyne, to wartosc na¬ stawcza katowa U#r #r. doprowadza sie nie do szybkiego regulatora napiecia SR, lecz do jed¬ nego z uzwojen sterujacych wzmacniacza, gdzie tworzona jest suma nie napiec nastawczych, lecz przeplywów, odpowiadajacych nastawczej wielkosci napieciowej i katowej.Wartosc zadana napiecia Ux maszyny, a za¬ razem wzbudzenia wp nastawia sie przy po¬ mocy urzadzenia nastawczego SE. Przy wspól¬ pracy maszyny z siecia, uklad regulacji obej¬ muje nie tylko maszyne S o opornosci biernej X a , lecz równiez odcinek linii doprowadzaja¬ cej L o impedencji R + jX (gdzie R oznacza opór czynny, a X — opór bierny doprowadze¬ nia). Siec sztywna o napieciu U2 oznaczono na rysunku przez N. Na stanowisku pomiarowym UM mozna wybrac do pracy ukladu napiecie Ux lub tez napiecie U*. Napiecie Up» sluzy do tlumienia, drgan ukladu regulacyjnego, po¬ niewaz jest tu zastosowane ujemne sprzezenie zwrotne napieciowe.Poniewaz zmiany kata $ obciazenia maszy¬ ny i kata $T miedzy sila elektromotoryczna wypadkowa a napieciem sieci sa do siebie pro¬ porcjonalne (wedlug podobienstwa trójkatów), przy opisanym wiec sposobie regulacji mozna nie brac w ogóle pod uwage kata obciazenia.I PL

Claims (1)

Zastrzezenia patentowe

1. Sposób zlozonej regulacji wzbudzenia ma¬ szyn synchronicznych, majacy na celu roz¬ szerzenie zakresu roboczego tych maszyn i zwiekszenie stabilnosci ich ruchu, zna¬ mienny tym, ze kat (frr ) miedzy wektorem wypadkowej sily elektromotorycznej (£r ) stojana i wektorem napiecia sieci mierzy sie za* pomoca generatorów Halla, umiesz¬ czonych na zelazie stojana w obszarze jed-4. nej podzialki biegunowej, przy czym otrzy¬ mane napiecie proporcjonalne do tego kata i do predkosci zmiany tego kata stosuje sie jako wielkosc nastawcza do regulacji napie¬ cia wzbudzenia maszyny synchronicznej. Sposób wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze stosunek wielkosci nastawczej uzyskanej za pomoca generatora lub generatorów Hal- la oraz wielkosci nastawczej, otrzymanej z pospiesznego regulatora napiecia dobiera sie tak, aby zakres roboczy oraz stabilnosc pracy maszyny synchronicznej zwieksza¬ ly sie. Sposób wedlug zastrz. 1 i 2, znamienny tym, ze wielkosc nastawcza otrzymywana za po¬ moca generatora lub generatorów Halla, do¬ prowadza isie do pospiesznego regulatora na¬ piecia tak, iz wypadkowa wielkosc nastaw¬ cza doprowadzona do wzbudzenia maszyny synchronicznej wynika z dodawania napiec sterujacych. Sposób wedlug zastrz. 1 i 2, znamienny tym, ze wielkosc nastawcza otrzymywana za po¬ moca generatora lub generatorów Halla oraz wielkosc nastawcza, otrzymywana z pos¬ piesznego regulatora napiecia, doprowadza sie do wzbudzenia maszyny synchronicznej tak, iz wypadkowa wielkosc nastawcza wy¬ nika z dodawania przyplywów magnetycz¬ nych. . Sposób wedlug zastrz. 1 -— 4, znamienny tym, ze z góry wyznaczona zmiane predko¬ sci wirujacych mas maszyny stosuje sie do¬ piero, jako skutek wielkosci nastawozych dla regulacji wzbudzenia, otrzymanych na zasadzie elektromagnetycznej lub galwano- magnetycznej proporcjonalnych zarówno do kata ( padkowa i napieciem (Ui), jak i do szybkos¬ ci zmiany tego kata. V E B Wissenschaftlich - Technisches Buro fur Geratebau Zastepca: inz. Józef Felkner rzecznik patentowy ^,' ' * W" .. %' 5, RSW „Prasa", Kielce. V Jiq.Z PL