RU134716U1

RU134716U1 - BRUSHLESS SYNCHRONOUS MACHINE EXCITATION SYSTEM

Info

Publication number: RU134716U1
Application number: RU2013115530/07U
Authority: RU
Inventors: Юрий Александрович Бирюков; Владимир Моисеевич Гандшу; Михаил Юрьевич Горбенко; Андрей Владимирович Ефимов; Олег Вячеславович Мохов; Валерий Викторович Фимин
Original assignee: Закрытое акционерное общество "ЭНЕРГОКОМПЛЕКТ"
Priority date: 2013-04-05
Filing date: 2013-04-05
Publication date: 2013-11-20

Abstract

Бесщеточная система возбуждения синхронной машины, состоящая из возбудителя, вращающегося полупроводникового выпрямителя, подвозбудителя с магнитной системой на постоянных магнитах, блока защиты от перенапряжений со стороны ротора синхронной машины и блока защиты от коммутационных перенапряжений, размещенных в общем корпусе, отличающаяся тем, что вращающийся выпрямитель выполнен на роторных диодах, установленных на трех секциях охлаждающего радиатора, блок защиты от перенапряжений со стороны ротора синхронной машины и блок защиты коммутационных перенапряжений размещены на секции охлаждающего радиатора вместе с диодами одной из фаз вращающегося выпрямителя, а блок резисторов тиристорной защиты установлен на ступице якоря возбудителя под диодами выпрямителя.Brushless excitation system of a synchronous machine, consisting of a pathogen, a rotating semiconductor rectifier, a sub-exciter with a permanent magnet system, an overvoltage protection unit on the rotor side of the synchronous machine and a switching overvoltage protection unit located in a common housing, characterized in that the rotating rectifier is made on rotor diodes mounted on three sections of the cooling radiator, an overvoltage protection unit on the rotor side of the synchronous machine and a protection unit ommutatsionnyh arresters are placed on the cooling radiator sections together with the diodes of one phase of a rotating rectifier and thyristor protection resistor unit mounted on the exciter armature hub under the diodes of the rectifier.

Description

Полезная модель относится к области электромашиностроения и предназначена для реализации в синхронных машинах с бесщеточным возбуждением, например, в генераторах дизель-электрических агрегатов резервного питания атомных электростанций и генераторах агрегатов автономных электроустановок. Ввиду высокой опасности техногенных аварий на АЭС, все ее элементы должны выполняться с обеспечением максимально возможной надежности. Для повышения надежности они выполняются бесщеточными.The utility model relates to the field of electrical engineering and is intended for implementation in synchronous machines with brushless excitation, for example, in generators of diesel-electric units of backup power supply of nuclear power plants and generators of units of autonomous electrical installations. Due to the high risk of technological accidents at nuclear power plants, all its elements must be implemented with the highest possible reliability. To increase reliability, they are brushless.

В известной синхронной машине с бесщеточным возбуждением [1 ,2, 3] возбудитель представляет собой обращенный синхронный генератор, якорная обмотка которого соединена с ротором синхронной машины через вращающийся тиристорный выпрямитель, а станина магнитной системы возбудителя закреплена на общем фундаменте с синхронной машиной. Для уменьшения габаритов якорь возбудителя размещен на внешней поверхности цилиндрического стального корпуса (магнитного колеса), а узлы и элементы тиристорного выпрямителя - на его внутренней поверхности. Корпус якоря возбудителя с помощью втулки ступицы посажен на конец вала ротора синхронной машины. Для питания обмотки возбуждения возбудителя в агрегате предусмотрен подвозбудитель (далее - ПВ). Он также представляет собой синхронный генератор с магнитной системой, выполненной на постоянных магнитах. Полюса магнитной системы ПВ установлены с противоположной стороны корпуса на его внутренней поверхности. Якорь ПВ закреплен неподвижно на торцовом щите кожуха возбудителя со стороны подшипника синхронной машины. Фазные выводы обмотки якоря через три отверстия в корпусе возбудителя соединены с тремя секциями кольцевого радиатора, на которых размещены шесть таблеточных тиристоров вращающегося выпрямителя и два тиристора защиты от перенапряжений со стороны ротора. На верхних выводах каждого из тиристоров установлены дополнительные радиаторы, которые с помощью гибких шин и шести шпилек блока токособирательных колец подключены к шинам «+» и «-» этого блока. В свою очередь, через указанные шпильки блок токособирательных колец соединен с ротором генератора токоподводом, состоящим из нескольких кА-бельных проводников, проложенных внутри полого вала ротора генератора. Для надежной работы выпрямителя предусмотрена система защиты от перенапряжений со стороны ротора синхронной машины и система защиты от коммутационных перенапряжений. За полюсами ПВ внутри корпуса возбудителя размещены два ленточных резистора тиристорной защиты. На выходном конце вала синхронной машины установлен стальной цилиндр, в котором размещены блоки формирования импульсов управления тиристорами, управления тиристо-рами защиты от перенапряжений со стороны ротора синхронной машины и защиты от коммутационных перенапряжений, залитые эпоксидным компаундом. Информация на блоки формирования импульсов управления тиристорами через фотокольцо, размещенное на торце указанного цилиндра, поступает со светокольца, закрепленного неподвижно на станине магнитной системы возбудителя с помощью специального держателя. Другая часть системы управления возбуждением установлена вне машинной части системы возбуждения и включает в себя систему управления и регулирования.In the known synchronous machine with brushless excitation [1, 2, 3], the exciter is a reversed synchronous generator, the anchor winding of which is connected to the rotor of the synchronous machine through a rotating thyristor rectifier, and the bed of the magnetic exciter system is fixed to a common foundation with the synchronous machine. To reduce the dimensions, the pathogen anchor is placed on the outer surface of the cylindrical steel casing (magnetic wheel), and the nodes and elements of the thyristor rectifier are located on its inner surface. The armature housing of the pathogen, with the help of a hub hub, is mounted on the end of the rotor shaft of a synchronous machine. To energize the field winding of the pathogen, a sub-exciter (hereinafter referred to as PV) is provided in the unit. It is also a synchronous generator with a permanent magnet magnet system. The poles of the PV magnetic system are installed on the opposite side of the housing on its inner surface. The PV anchor is fixed motionless on the end shield of the exciter casing from the bearing side of the synchronous machine. The phase outputs of the armature winding through three holes in the exciter housing are connected to three sections of the ring radiator, on which six tablet thyristors of a rotating rectifier and two thyristors of overvoltage protection from the rotor are placed. Additional radiators are installed on the upper terminals of each thyristor, which are connected to the busbars “+” and “-” of this block with the help of flexible buses and six studs of the collector ring unit. In turn, through the indicated studs, the collector ring unit is connected to the generator rotor by a current lead consisting of several cable-conductors laid inside the hollow shaft of the generator rotor. For reliable operation of the rectifier, an overvoltage protection system from the rotor side of the synchronous machine and a surge protection system are provided. Behind the poles of the PV inside the exciter case there are two tape thyristor protection resistors. A steel cylinder is installed at the output end of the shaft of the synchronous machine, in which there are placed blocks for generating thyristor control impulses, controlling thyristors for surge protection from the rotor side of the synchronous machine and switching surge protection, filled with epoxy compound. Information on the thyristor control pulse generation blocks through the photo ring placed on the end of the specified cylinder comes from the light ring fixed motionless on the bed of the magnetic system of the pathogen using a special holder. Another part of the excitation control system is installed outside the engine part of the excitation system and includes a control and regulation system.

В рассмотренном возбудителе применены в качестве выпрямительных элементов тиристоры, что влечет за собой ряд существенных недостатков, заключающиеся в том, что тиристоры требуют применения сложной системы управления и защит, частью размещаемой на вращающейся части системы возбуждения, а частью вне ее, то есть необходимо осуществление бесконтактной связи между обеими частями системы управления. Указанные требования влекут за собой усложнение конструкции возбудителя и технологии его изготовления, а, следовательно, снижение общей надежности системы возбуждения.In the pathogen considered, thyristors are used as rectifier elements, which entails a number of significant drawbacks in that the thyristors require the use of a complex control and protection system, partly placed on the rotating part of the excitation system, and part outside it, that is, it is necessary to carry out contactless communication between both parts of the control system. These requirements entail a complication of the design of the pathogen and the technology of its manufacture, and, consequently, a decrease in the overall reliability of the excitation system.

Предлагаемая полезная модель позволяет устранить эти недостатки. Рассматриваемая бесщеточная система возбуждения, как и в известном синхронной машине [1], состоит из синхронных возбудителя и ПВ, установленных в одном корпусе. Но в отличие от нее вращающийся выпрямитель выполнен на роторных диодах фланцевого типа, размещаемых на существующих секциях Радиатора. В этом случае полностью исключается стальной цилиндр с указанными ранее блоками управления и защит, свето- и фотокольца, необходимые при выполнении выпрямителя на тиристорах. При этом элементы защит от коммутационных перенапряжений и от перенапряжений со стороны ротора выполнены в виде двух самостоятельных блоков, устанавливаемых на одной с тиристорами защиты и двумя диодами выпрямителя секции радиатора. Регулирование тока возбуждения возбудителя и соответственно тока возбуждения синхронной машины осуществляется с помощью системы управления и регулирования, размещаемой в отдельном шкафу.The proposed utility model eliminates these disadvantages. Consider the brushless excitation system, as in the well-known synchronous machine [1], consists of synchronous exciter and PV installed in one housing. But unlike it, a rotating rectifier is made on rotary diodes of a flange type, placed on existing sections of the Radiator. In this case, the steel cylinder with the previously specified control and protection units, light and photo rings, necessary when performing the rectifier on the thyristors, is completely excluded. In this case, the protection elements against switching overvoltages and from overvoltages on the rotor side are made in the form of two independent units mounted on one with protection thyristors and two rectifier diodes of the radiator section. The excitation current of the exciter and, accordingly, the excitation current of the synchronous machine are regulated using a control and regulation system located in a separate cabinet.

Функциональная электрическая схема предлагаемой системы возбуждения приведена на фиг.1.Functional electrical circuit of the proposed excitation system is shown in figure 1.

Здесь: 1-синхронная машина (генератор); 2-обмотка возбуждения генеРатора; 3-магнитная система возбудителя; 4-якорь возбудителя; 5-магнитная система ПВ; 6-якорь ПВ; 7-вращающийся выпрямитель; 8-блок тиристорной защиты от перенапряжений; 9-блок управления тиристорами защиты; 10-блок защиты от коммутационных перенапряжений; 11-система (шкаф) управления и регулирования возбуждением.Here: 1-synchronous machine (generator); 2-winding excitation generator; 3-magnetic system of the pathogen; 4-anchor pathogen; 5-magnetic PV system; 6-anchor PV; 7-rotating rectifier; 8-block thyristor surge protection; 9-block control thyristors protection; 10-block surge protection; 11-system (cabinet) control and regulation of excitation.

На фиг.2 изображен якорь возбудителя предлагаемой системы возбуждения со стороны торца, противоположного генератору.Figure 2 shows the anchor of the pathogen of the proposed excitation system from the side opposite to the generator.

Здесь: 12-корпус (магнитное колесо) возбудителя; 13,13а-роторные диоды вращающегося выпрямителя; 14-секция радиатора; 15,16-шинные выводы резисторов тиристорной защиты; 17, 17 а-тиристоры защиты от перенапряжений со стороны ротора; 18-прижимная планка тиристора; 19-прижимная планка диода; 20-вывод фазы якорной обмотки возбудителя; 21-наконечник диода; 22-гибкая диодная шина; 23-втулка; 24-блок токособирательных колец; 25-ка-бельные шины токоподвода ротора синхронной машины; 26-блок двух ленточных резисторов.Here: 12-case (magnetic wheel) of the pathogen; 13,13a-rotor diodes of a rotating rectifier; 14-section radiator; 15.16-bus terminals of thyristor protection resistors; 17, 17 a-thyristors of surge protection on the rotor side; 18-clamp bar of the thyristor; 19-clamp bar of the diode; 20-output phase of the anchor winding of the pathogen; 21-tip diode; 22-flexible diode bus; 23-sleeve; 24-block collector rings; 25-cable busbars of the rotor current supply of the synchronous machine; 26-block two tape resistors.

Шесть диодов 13 разной полярности устанавливаются попарно на трех секциях радиатора, образуя трехфазный выпрямитель. Каждый диод закреплен на секции с помощью прижимной планки 19 винтами, а верхний вывод каждого диода через накидной наконечник 21 соединен с блоком токособирательных колец 24 гибкой шиной 22. Шесть гибких шинных выводов 25 токоподвода ротора генератора через разрезную прижимную втулку 23, закрепленную с помощью болтов на конце вала генератора, соединены с шестью выходными шпильками «+» и « - » блока токособирательных колец 24. Здесь также предусмотрены блоки защит от перенапряжений со стороны ротора и коммутационных перенапряжений. Однако в отличие от прототипа эти блоки 8 и 10 установлены на секции радиатора между тиристорами 17 и 17а с одной стороны и одним из диодов выпрямителя 13а (на фиг.2 - левый) - с другой стороны. Два ленточных резистора 26 тиристорной защиты размещены на ступице возбудителя под диодами выпрямителя. Выводы резисторов 15 и 16 подключены соответственно к тиристорам 17 и 17 а.Six diodes 13 of different polarity are mounted in pairs on three sections of the radiator, forming a three-phase rectifier. Each diode is fixed to the section using the clamping plate 19 with screws, and the upper terminal of each diode is connected via a sleeve tip 21 to the current collector ring unit 24 by a flexible bus 22. Six flexible bus terminals 25 of the generator rotor current supply through a split pressure sleeve 23, bolted to the end of the generator shaft, connected to six output pins “+” and “-” of the collector ring 24. The blocks of overvoltage protection from the rotor and switching overvoltage are also provided here. However, unlike the prototype, these blocks 8 and 10 are installed on the radiator section between the thyristors 17 and 17a on the one hand and one of the rectifier diodes 13a (on the left in FIG. 2) on the other hand. Two tape resistors 26 of the thyristor protection are located on the pathogen hub under the rectifier diodes. The findings of resistors 15 and 16 are connected respectively to thyristors 17 and 17 a.

Силовая часть бесщеточной системы возбуждения расположена на общем валу с ротором генератора. Ток возбуждения от бесщеточного возбудителя бесконтактно передается по кабелям, проложенным в полом валу генератора в его обмотку возбуждения. Обмотка возбуждения возбудителя подключена к системе управления и регулирования возбуждением, выполненной в виде отдельного шкафа управления. Питание силовых цепей шкафа управления осуществляется от одной якорной обмотки ПВ, а цепей управления - от другой якорной обмотки ПВ. Таким образом, осуществляется независимое возбуждение генератора.The power part of the brushless excitation system is located on a common shaft with the generator rotor. The excitation current from the brushless exciter is contactlessly transmitted via cables laid in the hollow shaft of the generator into its field winding. The excitation winding of the pathogen is connected to a control and regulation system of excitation, made in the form of a separate control cabinet. Power supply of the control cabinet power circuits is provided from one PV winding armature, and control circuits from another PV winding winding. Thus, the independent excitation of the generator.

При приведении во вращение ротора генератора и подаче на обмотку возбуждения возбудителя 3 (см. фиг.1) напряжения от системы управления и регулирования 11 в якорной обмотке возбудителя 4 генерируется напряжение переменного тока, которое подается от фазных выводов на диодный выпрямитель 7. Выпрямленное напряжение далее поступает в обмотку возбуждения 2 синхронной машины 1, вследствие чего в ее статоре генерируется требуемое напряжение. Использование диодов вместо тиристоров исключает указанные выше недостатки, значительно упрощая конструкцию и технологию изготовления системы возбуждения. При этом уменьшается ее стоимость и повышается надежность.When the generator rotor is brought into rotation and the exciter winding 3 is supplied (see Fig. 1), the voltage from the control and regulation system 11 in the armature winding of the exciter 4, an alternating current voltage is generated, which is supplied from the phase leads to the diode rectifier 7. The rectified voltage further enters the excitation winding 2 of the synchronous machine 1, as a result of which the required voltage is generated in its stator. The use of diodes instead of thyristors eliminates the above disadvantages, greatly simplifying the design and manufacturing technology of the excitation system. At the same time, its cost decreases and reliability increases.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.INFORMATION SOURCES.

1. Генератор трехфазный синхронный типа СБГД 6300-6У3. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ОБС.460.534 ТО, 1980.1. Three-phase synchronous generator type SBGD 6300-6U3. Technical description and operating instructions OBS.460.534 TO, 1980.

2. Системы возбуждения. Каталог. ОАО « Силовые машины».2. Excitation systems. Catalog. OJSC Power Machines.

3. Синхронные генераторы типов СБГД-6300-6, СБГД-5600-6 и СБГД-4000-6. ТУ 16-512.500-83.3. Synchronous generators of types SBGD-6300-6, SBGD-5600-6 and SBGD-4000-6. TU 16-512.500-83.

Claims

Brushless excitation system of a synchronous machine, consisting of a pathogen, a rotating semiconductor rectifier, a sub-exciter with a permanent magnet system, an overvoltage protection unit on the rotor side of the synchronous machine and a switching overvoltage protection unit located in a common housing, characterized in that the rotating rectifier is made on rotor diodes mounted on three sections of the cooling radiator, an overvoltage protection unit on the rotor side of the synchronous machine and a protection unit ommutatsionnyh arresters are placed on the cooling radiator sections together with the diodes of one phase of a rotating rectifier and thyristor protection resistor unit mounted on the exciter armature hub under the diodes of the rectifier.