PL56673B1 - - Google Patents

Description

Opublikowano; 10.11.1969 56673 MKP "CZYTELNIA I J!W? fok»'.~ Twórcawynalazku; mgr inz, Karol Drewnik Wlasciciel patentu: Instytut Energetyki, Warszawa (Polska) ^Ei^^^nmsm Uklad do wytwarzania sinusoidalnych napiec probierczych o bardzo niskiej czestotliwosci Przedmiotem wynalazku jest uklad do wytwa¬ rzania sinusoidalnych napiec probierczych o bar¬ dzo niskiej czestotliwosci przeznaczony do prób napieciowych urzadzen elektroenergetycznych oraz do studiów laboratoryjnych w ^zakresie bardzo niskich czestotliwosci.W chwili obecnej podstawowymi rodzajami na¬ piec probierczych stosowanymi przy próbach na¬ pieciowych w badaniach eksploatacyjnych urza¬ dzen elektroenergetycznych sa napiecia przemien¬ ne 50 Hz i 60 Hz oraz napiecie stale. Próba na¬ pieciem stalym jest zwykle próba zastepcza stoso¬ wana dla obiektów o duzej pojemnosci takich jak duze turbogeneratory, kondensatory do kompensa¬ cji mocy biernej, linie kablowe itp., gdy próba na¬ pieciem przemiennym 50 Hz lub 60 Hz wymagala¬ by zbyt duzych mocy urzadzen probierczych. Pró¬ ba napieciem stalym tylko w pewnym stopniu za¬ stepuje próbe napieciem przemiennym ze wzgledu na odmienny rozklad naprezen w ukladach izola¬ cyjnych przy napieciach przemiennym i stalym.Z tego wzgledu w róznych krajach dazy sie do wprowadzenia innych prób napieciowych, które zachowujac podobna skutecznosc co próba napie¬ ciem o czestotliwosci 50 i 80 Hz wymagalaby nie¬ wielkich mocy urzadzen probierczych. Jedna z tych prób jest badanie ukladów napieciem przemien¬ nym o czestotliwosci rzedu 0,1 Hz. Daje to rozklad naprezen bardziej zblizony do 50 Hz niz próba na¬ pieciem stalym, a jednoczesnie m^g jg^jerana przez obiekt badany maleje w stosunku do próby 50 Hz okolo 500-krotnie zgodnie ze wzorem: P = 2jrfCU2 gdzie: P — moc bierna pobierana przez obiekt; f — czestotliwosc napiecia probierczego; U — wartosc skuteczna napiecia probierczego; C — pojemnosc obiektu badanego. 10 Znane dotychczas uklady do wytwarzania bar¬ dzo niskich czestotliwosci wytwarzaja napiecie sto¬ sunkowo niskie do kilku kilowoltów. Brak jest natomiast rozwiazan technicznych ukladu dajace¬ go napiecie rzedu kilkudziesieciu kilowoltów, nie- 15 zbedne do prób urzadzen elektroenergetycznych.Celem wynalazku jest opracowanie ukladu, po¬ zwalajacego wytwarzac napiecia probiercze prze¬ mienne o czestotliwosci bardzo niskiej rzedu 0,1 Hz i wartosci skutecznej do kilkudziesieciu tysie- 20 cy woltów, nadajacego sie do stosowania przy pra¬ cach badawczych i w warunkach terenowych przy badaniach eksploatacyjnych urzadzen elektroener¬ getycznych.Cel ten zostal osiagniety w rozwiazaniu beda- 25 cym przedmiotem niniejszego wynalazku.Istota niniejszego wynalazku polega na tym, z« uklad do wytwarzania sinusoidalnych napiec pro¬ bierczych o bardzo niskiej czestotliwosci zawiera¬ jacy lacznik o wirujacych stykach, dwa silniki ^ syncbrQQic*ne, mapzyn^ pi$r£cien;owa pradu pr*#« 56 67356 673 3 miennego, przekladnie zebata, regulator napiecia i transformator probierczy, ma silnik synchronicz¬ ny napedzajacy przez przekladnie zebata o bardzo duzym przelozeniu maszyne pierscieniowa pradu przemiennego uzyta jako przetwornica czestotli¬ wosci, której twornik polaczony jest elektrycznie z uzwojeniem pradu przemiennego silnika syn¬ chronicznego sprzezonego z walem lacznika. Styk wejsciowy lacznika polaczony jest z uzwojeniem wysokiego napiecia transformatora probierczego. a*i |Transformator probierczy poprzez regulator napie- "kc|a^ uzwojenie pradu przemiennego silnika syn¬ chronicznego sprzezonego z przekladnia zebata i uzwojenie wzbudz££ffa maszyny pierscieniowej przelaczone sa do tejsjamej sieci pradu przemien¬ nego o czestotliwosci technicznej. Zmiane czesto¬ tliwosci napiecia wyjsciowego ukladu uzyskuje sie przez zmiane przelozenia przekladni zebatej.Przyklad rozwiazania ukladu zostanie blizej ob¬ jasniony na rysunku, gdzie fig. 1 przedstawia sche¬ mat blokowy ukladu, fig. 2 lacznik wirujacy z fil¬ trem dolnoprzepustowym i fig. 3 wykres przebiegu napiec na niektórych elementach ukladu.Silnik synchroniczny 1 zasilany napieciem o czestotliwosci fs napedza poprzez przekladnie ze¬ bata 2 o bardzo duzym przelozeniu 3-fazowa ma¬ szyne pierscieniowa 4-biegunowa 3, której uzwo¬ jenie stojana przylaczone jest do wspólnej sieci zasilajacej o czestotliwosci fs. Maszyna 3 dziala jako transformator napiecia i czestotliwosci. Po¬ wolny obrót wirnika maszyny 3 uzyskany z prze¬ kladni 2, w kierunku zgodnym z kierunkiem wi¬ rowania pola magnetycznego stojana powoduje in¬ dukowanie w uzwojeniu wirnika maszyny 3 na¬ piecia o czestotliwosci fz równej róznicy predkosci wirowania pola magnetycznego stojana i predkosci obrotowej wirnika. Napiecie z wirnika maszyny 3 zasila uzwojenie wirnika identycznej maszyny 4 sluzacej jako silnik synchroniczny napedzajacy wal 5 lacznika 6. Lacznik 6, rozwiazany podobnie jak znany z techniki wysokich napiec prostownik mechaniczny o wirujacych stykach, sklada sie z dwóch styków nieruchomych wejsciowego 7 i wyjsciowego 8 i dwóch styków wirujacych 9 i 10.Styki 9 i 10 polaczone sa ze soba elektrycznie prze¬ wodem 11 i odizolowane od walu 5. Do zacisku 7 lacznika 6 dolaczone jest uzwojenie wysokiego na¬ piecia transformatora probierczego 12 zasilanego poprzez regulator 13 ze wspólnej sieci o czesto¬ tliwosci fs..Przy ustaleniu obrotów synchronicznych walu ^ lacznika 6 odpowiadajacych czestotliwosci fz wsku¬ tek niestalosci przesuniecia fazowego miedzy chwi¬ la przejscia przez zero napiecia zasilajacego za¬ cisk 7 i chwila zwarcia zacisków 7 i 8, na konden¬ satorze 12 otrzymuje sie napiecie o zmieniajacej sie schodkowo wartosci i zmiennej biegunowosci.Zmiany napiecia na kondensatorze 12 przy takiej pracy zilustrowano na fig. 3 dla przypadku, gdy wal opóznia sie o kat na kazdy okres napiecia zasilajacego. Dla uprosz¬ czenia wykresu przyjeto, ze czas trwania zwarcia styków jest pomijalnie maly i ze nie wystepuje dostrzegalne samorozladowanie kondensatora 14 w okresie miedzy dwoma kolejnymi zwarciami, oraz,. ze stala czasowa obwodu zasilajacego jest bliska zeru. Wykres ilustruje, ze w dodatnich polówkach okresów od drugiego do szóstego kondensator 14 zostaje stopniowo naladowany. do wartosci szczy- 5 towej, a w okresach siódmym i ósmym nastepuje w sposób analogiczny schodkowe rozladowywanie kondensatora 14 przez uzwojenie transformatora 12. Otrzymana linia schodkowa napiecia U14 moze byc zastapiona sinusoida napiecia U16, której jedna io cwiartka zawiera 5V4 okresu napiecia zasilajacego U7. Jeden okres napiecia na kondensatorze 14 obej¬ muje wiec 5V4 X 4 = 21 okresów napiecia U7, co przy czestotliwosci fg równej 50 Hz daje na wyjsciu ukladu czestotliwosc fw równa okolo 2,5 Hz. Schod- 15 kowe znieksztalcenia sinusoidy napiecia wyjscio¬ wego usuwa filtr dolnoprzepustowy 15 i 16.W przypadku stosowania w ukladzie maszyny 4 z iloscia biegunów rózna od czterech i uzyciu ma¬ szyny 3 o innej ilosci biegunów niz w maszynie 4 20 moze zaistniec potrzeba uzycia lacznika 6 o innym ukladzie styków wirujacych niz przedstawiono na rysunku.Miedzy szybkosciami i czestotliwosciami w ukla¬ dzie zachodza nastepujace zwiazki: 25 30 45 50 fw = fs nw - ns 2nsw-nv *s-2fw fs-fw dla nw dla nw gdzie: fw — czestotliwosc podstawowej harmonicz¬ nej napiecia na kondensatorach 14 35 i 16; fs — czestotliwosc napiecia zasilajacego za¬ cisk 7 równa czestotliwosci sieci za¬ silajacej uklad; nsw— szybkosc synchroniczna walu lacznika 40 odpowiadajaca fg; nw — szybkosc rzeczywista walu lacznika.Czestotliwosc napiecia otrzymanego z maszyny 3 musi spelniac warunek gdzie: fz = nw*P f — czestotliwosc napiecia wyjsciowego ma¬ szyny 3; p — ilosc par biegunów maszyny 4.Dla maszyny 3 istnieje zaleznosc nSD nD fz = V dlanw gdzie: 55 nsp — szybkosc obrotowa silnika 1; np — szybkosc obrotowa maszyny 3.Jesli ilosc par biegunów wszystkich trzech ma¬ szyn jest jednakowa, to aby otrzymac wymagane obroty nw walu lacznika musi byc spelniona za- 60 leznosc fs-fw i = dla nw gdzie: w gg i — wartosc przelozenia przekladni 2. n&l o .n<£58. 6 Jesli ilosc par biegunów wszystkich maszyn 1, "3 i 4 nie jest jednakowa, to wzór na wartosc prze¬ lozenia „i" zmienia nieco swoja postac.W wykonanym urzadzeniu dla czestotliwosci fw = 0,1 Hz przy f. = 50 Hz obroty nw musza byc równe 0,99799 X ngw. Zastosowano przekladnie sli¬ makowa o przelozeniu 100:1 i przekladnie zebata •o przelozeniu 5:1. Przyjecie zaokraglonej wartosci przelozenia powoduje uchyb systematyczny czesto¬ tliwosci fw równy —0,2tyo. Uchyb fw wywolany wahaniami czestotliwosci fs jest praktycznie rów¬ ny uchybowi fg i przy zasilaniu ukladu z sieci •energetycznej nie przekracza l°/o.Uklad wedlug wynalazku odznacza sie calkowita staloscia czestotliwosci wyjsciowej przy stalej czestotliwosci zasilania, bardzo malym wplywem zmian czestotliwosci zasilania na czestotliwosc wyjsciowa, oraz latwoscia i dokladnoscia pomiaru czestotliwosci wyjsciowej. Wyznaczenia czestotli¬ wosci wyjsciowej dokonuje sie przez pomiar czesto¬ tliwosci napiecia zasilajacego uklad i obliczenie -czestotliwosci wyjsciowej ze wzoru fw = i + 1 -Zaleta ukladu jest latwosc zmiany czestotliwosci wyjsciowej przez zmiane przelozenia przekladni oraz jego stosunkowo niewielkie rozmiary i ciezar* PL

Claims (4)

1. Zastrzezenie patentowe Uklad do wytwarzania sinusoidalnych napiec probierczych o bardzo niskiej czestotliwosci skla¬ dajacy sie z dwóch silników synchronicznych, przekladni zebatej, maszyny pierscieniowej pradu przemiennego, lacznika o wirujacych stykach, re¬ gulatora napiecia i transformatora probierczego znamienny tym, ze silnik synchroniczny (1) nape¬ dza poprzez przekladnie zebata (2) o bardzo du¬ zym przelozeniu, maszyne pierscieniowa (3) pradu przemiennego, uzyta jako przetwornica czestotli¬ wosci, której twornik polaczony jest z uzwojeniem pradu przemiennego silnika synchronicznego (4), sprzezonego z walem (5) lacznika (6), którego styk wejsciowy (7) polaczony jest z uzwojeniem wyso¬ kiego napiecia transformatora probierczego (12), przy czym transformator probierczy (12) poprzez regulator napiecia (13) oraz uzwojenie pradu prze¬ miennego silnika synchronicznego (1) sprzezonego z przekladnia zebata (2) i uzwojenie wzbudzenia maszyny pierscieniowej (3) przylaczone sa do tej samej sieci pradu przemiennego o czestotliwosci technicznej, a zmiane czestotliwosci napiecia wyj¬ sciowego ukladu uzyskuje sie przez zmiane prze¬ lozenia przekladni zebatej (2). 220/380/ h '-50Hz € # ¦fr -4f # /, r A % iKI. 21 e, 37/01 56 673 MKP G 01 r Fiy.

2. Fig.

3. Bltk 3768/68, 340 egz. A

4. PL