RU1838871C - Способ регулировани возбуждени асинхронизированной синхронной машины и устройство дл его осуществлени - Google Patents

Abstract

Использование: управление турбо- и гидрогенераторами продольно-поперечного возбуждени . Сущность: измер ют значени  фазных токов и напр жений статора и ротора, по измеренным значени м фазных токов и напр жений ротора формируют ток, пропорциональный фактическому значению демпферного тока, сравнивают его с ранее вычисленным значением, пропорциональным оптимальному с точки зрени  потерь мощности в роторе значению демпферного тока, по определенной зависимости , результирующего разностное значение используют в качестве управл ющего воздействи . Устройство дл  осуществлени  способа содержит асинхронизирован- ную синхронную машину статорна  цепь машины запитываетс  от электрической сети трехфазного тока, а роторна  подключена к системе возбуждени . Система возбуждени  включает преобразователь, к входу которого подключен автоматический регул тор с каналом обратной св зи по напр жению статорной цепи, св занным с выходом датчика фазного напр жени  статора, подключенного к первому входу вычислительного блока, второй вход которого подключен к выходу датчика фазного тока статора. Выход вычислительного блока соединен с пр мым входом сумматора, инверсный вход которого подключен к выходу блока формировани  величины, пропорциональной фактическому значению демпферного тока, входы которого подключены к выходам соответствующих датчиков фазного тока и напр жени  ротора. 2 с.п. ф-лы, 4 ил. ел С 00 CJ с 00 VI W

Description

Изобретение относитс  к электротехнике , к регул торам возбуждени  асинхрони- зированных синхронных машин, первична  обмотка которых подключена к сети переменного тока, а вторична  получает питание от регулируемого преобразовател  частоты . Оно может быть использовано в электроэнергетике дл  управлени  турбо- и гидрогенераторами продольно-поперечного возбуждени , а также в других отрасл х промышленности, где используютс  подобные электрические машины.

Целью изобретени   вл етс  снижение потерь мощности в роторе.

Цель достигаетс  тем, что в известном способе регулировани  возбуждени  асин- хронизированной синхронной машины, при котором измер ют значени  фазных токов и напр жений статора и ротора по измеренным значени м фазных токов и напр жений ротора формируют ток, пропорциональный фактическому значению демпферного тока с последующим формирующего управл ющего воздействи , сформированное упом нутое значение тока сравнивают с ранее вычисленным значением, пропорциональным оптимальному с точки зрени  потерь мощности в роторе значению демпферного тока по следующей зависимости:

Vl

I Ы

2Xoff

f

X | 2 J 1 - cos arctgrD

(ir+1)

4-А

г I

zx oa

где ID - значение пропорциональной оптимальной с точки зрени  потерь мощности в роторе величины демпферного тока,1

Уц - модуль вектора потокосцеплени ;

X ост -«реактивное сопротивление демпферной цепи;

ro активное сопротивление демпферной цепи;

гь - активное сопротивление цепи ротора;

А - проекци  вектора, равного векторной сумме векторов тока обмотки статора и тока обмотки ротора на ось, совпадающую с векторами потокосцеплени ;

А - проекци  вектора, равного векторной сумме векторов тока обмотки статора и тока обмотки ротора на ось, перпендикул рную вектору потокосцеплени , а результирующее разностное значение используют в качестве управл ющего воздействи .

Кроме того, цель достигаетс  также тем, что в известное устройство дл  реализации

способа регулировани  возбуждени  асинх- ронизированной синхронной машины с системой возбуждени , включенной в цепи роторной обмотки, снабженной автоматиче5 ским регул тором, содержащее датчики фазных токов и напр жений статора и ротора , первый сумматор, блок формировани  величины, пропорциональной фактическому значению демпферного тока, два входа

Ю которого св заны с выходами датчиков фазных тока и напр жени  ротора соответственно , а выход подключен к инверсному входу первого сумматора, дополнительно введены второй, третий и четвертый сумма15 тора, первый, второй, третий и четвертый резисторы, первый и второй делители, формирователь гармонических функций, блок делени , нелинейный преобразователь, блок умножени , выход которого подключен

20

к пр мому входу первого сумматора, а первый и второй входы блока умножени  соот- вественно к выходам нелинейного преобразовател  и второго сумматора, объединенные входы первого и второго делите25 л  - к выходу второго сумматора, первый вход которого через первый резистор соединен с выходом датчика фазного напр жени  статора, а второй - через второй резистор - с выходом датчика фазного тока статора и с

30 первым выходом четвертого резистора, второй вывод которого подключен к инверсному входу третьего сумматора, пр мой вход которого через третий резистор подключен к выходу первого делител , а выход - через

35 блок формировани  гармонических функций св зан с первым входом блока делени  и первым входом четвертого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго делител , а выход - со вторым

40 входом блока делени , выход которого соединен со входом нелинейного преобразовател , выход первого сумматора предназначен дл  подключени  ко входу автоматического регул тора,

45 Формирование сигнала, пропорционального оптимальной с точки зрени  потерь мощности в роторе величине демпферного тока по величинам статорных тока и напр жений, сравнение его с величи50 ной, пропорциональной фактическому значению демпферного тока позвол ют синтезировать алгоритм регулировани  системой возбуждени  асинхронизированной синхронной системы, при котором потери

55 мощности в роторе будут минимальны по сравнению с имеющимис  в прототипе, аналогах .

На фиг. 1 представлена структурна  схема устройства дл  реализации способа регулировани  возбуждени  асинхронизированной синхронной машины; на фиг. 2 приведена структурна  схема вычислитель- нфго устройства; на фиг. 3 - векторна  диаг- рамма асинхронизированной синхронной машины; на фиг. 4 - векторна  диаграмма асинхронизированной синхронной машины в системе координат, сориентированной по вбктору потокосцеплени .

Устройство дл  реализации способа регулировани  возбуждени  асинхронизиро- ванной синхронной машины 1 состоит из следующих элементов. Статорна  цепь асинхронизированной синхронной машины 1 подключена к электрической сети 2 трехфазного переменного тока, а роторна  - к системе 3 возбуждени . Структурна  схема системы 3 возбуждени , используема  в за вл емом техническом решении, хорошо известна. На чертеже показаны основные элементы известной системы 3 возбужде- н и : преобразователь 4 частоты, к входу которого подключен автоматический регул тор 5 с каналом 6 обратной св зи по напр жению статорной цепи, подключенным к выходу датчика 7 фазного напр жени  статора, который также подключен к Первому входу вычислительного блока 8. Второй вход последнего подключен к выходу датчика 9 фазного тока статора, который вместе с датчиком 7 фазного напр жени  статора установлены в статорной цепи асинхронизированной синхронной машины 1. Выход вычислительного блока 8 соединен с пр мым входом сумматора 10, инверсный Вход которого подключен к выходу блока 11 формировани  величины, пропорциональной фактическому значению демпферного тока, аналогичному по составу имеющемус  В устройстве - прототипе. Ко входу блока 11 формировани  величины, пропорциональной фактическому значению демпферного тока, подключены выходы датчиков 12, 13 фазных тока и напр жени  соответственно ротора, установленных в роторной цепи асинхронизированной синхронной машины 1. Выход сумматора 10 соединен со входом автоматического регул тораб системы 3 возбуждени .

Вычислительный блок 8 может иметь следующую структуру. Его первый вход через первый резистор 14 подключен ко входу сумматора 15, второй вход которого через третий резистор 16 соединен со вторым входом вычислительного блока 8. Выход второго сумматора 15 соединен со входами первого и второго делителей 17, 18. Выход первого делител  17 через третий резистор 19 подключен к пр мому входу третьего сумматора 20, инверсный вход которого через четвертый резистор 21 соединен со вторым

входом вычислительного блока 8, а выход - со входом формировател  22 гармонических функций (принцип действи  и состав которого аналогичны известному, Выход оторо- 5 го делител  18 соединен со входом четвертого сумматора 23, второй вход которого подключен к первому выходу формировател  22 гармонических функций, второй выход которого соединен с первым входом

0 блока 24 делени . Выход четвертого сумматора 23 подключен ко второму входу блока 24 делени . Выход блока 24 делени  соединен через нелинейный преобразователь 25 С первым входом блока 26 умножени , вто5 рой вход которого подключен к выходу второго сумматора 15. Выход блока 26 умножени  и  вл етс  выходом вычислительного блока 8.

Первый делитель 17 содержит в своем

0 составе последовательно включенные п тый и шестой резисторы 27, 28, причем первый выход п того резистора 27  вл етс  входом делител , а точка соединени  п того и шестого резисторов 27,28 - выходом. Вто5 рой делитель 18 содержит в своем составе последовательно включенные диод 29, седьмой и восьмой резисторы 30, 31, причем анод диода 29  вл етс  входом делител  18, а точка соединени  седьмого и восьмого ре0 зисторов 30, 31 - выходом. Параллельно восьмому резистору установлен конденсатор 32.

Сущность за вл емого способа регулировани  возбуждени  асинхронизирован5 ной синхронной машины можно по снить с помощью векторной диаграммы фиг. 3, построенной на базе известной дл  асинхронизированной машины. С целью упрощени  работы с векторной диаграммой ее можно

0 изобразить в системе координат, сориентированной по вектору потокосцеплени , как это показано на фиг. 4.

Обозначени , использованные в век- 5 торных диаграммах фиг. 3 и фиг. 4:

Us - вектор напр жени , приложенного к обмотке статора;

- U - вектор тока обмотки статора; Ть - вектор тока обмотки ротора; 0 1р - вектор тока демпферной обмотки;

А - вектор, равный векторной сумме векторов тока обмотки статора U и тока обмотки ротора 1ь в асинхронизированном режиме , т.е. при ненулевом скольжении 5 (S 5й 0); или в синхронном режиме (при S . 0), совпадающий с вектором тока обмотки резистора Ть;

А - проекци  вектора А на ось,совпа- дающую с вектором токосцеплени  трц

А - проекци  вектора А на перпендикул рную ей ось;

г - активное сопротивление цепи статора;

X s a реактивное сопротивление цепи

статора;

Х«- сопротивление самомодул ции;

X во реактивное сопротивление демпферной цепи;

ФУи Угол межДУ векторами и Us;

у- угол, пропорциональный величине скольжени .

На фиг. 4с целью обеспечени  нагл дности величина угла у (а, следовательно, и векторов То ) показана большей, чем требуетс  дл  реализации за вл емого способа .

Как известно, мощность потерь в роторе определ етс  дл  асинхронизированного режима по формуле:

РАСР ГЬ 1ь2 + го1о2,0) где гь - активное сопротивление цепи ротора;

го - активное сопротивление демпферной .цепи.

Мощность потерь в роторе рассматриваемой электрической машины дл  синхронного режима определ етс  по формуле Рср iblbo ,(2) где Тьо . А.

Как нагл дно видно из векторной диаграммы (фиг. 4), существует диапазон у, при котором мощность потерь в роторе в асинх- ронизированном режиме меньше, чем в синхронном на величину

Д Р - РСР - РАСР(3)

После подстановки в выражение (3) данных из (1) и (2) нетрудно получить

(4)

ДР-rtflbo - ь

2 ,.2 .Г.D .2л

ГЬ

И

Не представл ет особого труда синтез закона изменени  величин, вход щих в выражение (4), при котором величина будет максимальной, который производитс  по уравнени м асинхронизированной синхронной машины.

Дл  того, чтобы АР было максимальным по величине, необходимо и достаточно, чтобы

Ы

V2 -(1 -cosy)

(5)

2XDfT

где у можно вычислить из следующего выражени :

y,arctg

(-- + 1)

V Ги

ГЬ

2 -X

DC7

+ А

За вл емый способ и предлагает алгоритм управлени  регулированием возбуждени  асинхронизированной синхронной машиной, который по выражени м (5) и (6)

5 вычисл ет оптимальную с точки зрени  нагрева ротора величину дл  демпферного тока , сравнивает ее с фактической величиной упом нутого тока и по результату сравнени  оказывает регулирующее воздействие.

10 Устройство дл  реализации способа регулировани  возбуждени  асинхронизированной синхронной машины работает по принципу поддержани  оптимальной с точки зрени  нагрева ротора величины де15 мпферного тока при любых изменени х параметров электрической машины.

Заданными величинами в системе можно считать величину активной мощности, котора  определ етс  установкой регул тора

20 скорости турбины, и величину напр жени  на шинах генератора, котора  определ етс  установкой по напр жению в системе автоматического регулировани  асинхронизированной синхронной машины 1. По этим

25 величинам, преобразованным системой в значени  векторов напр жени  и тока, формируетс  оптимальное значение тока в демпферном контуре, которое сравниваетс  с фактическим его значением, и  вл етс 

30 управл ющим сигналом в канале регулировани  скольжени  ротора асинхронизированной синхронной машины.

Величина напр жени , пропорциональна  оптимальному значению демпферного

35 тока, формируетс  вычислительным блоком 8 по величинам статорных фазных токов и напр жений, информаци  с которых поступает от датчиков 7 и 9. Работа вычислительного устройства 8 основана на

40 осуществлении расчетов согласно выражени м (5) и (6). Вход щие в его состав, компоненты вычисл ютс  на элементах вычислительного блока 8.

Величина, пропорциональна  модулю

45 вектора потокосцеплени  $, вычисл етс 

согласно известному вторым сумматором 15, на вход которого поступают сигналы от датчиков 7 и 9 напр жени  и тока статорных обмоток через резисторы 14 и 16 соответст- 50 венно. Сопротивление резистора 14 относитс  к сопротивлению резистора 16 как 1:(r + J Xscr), На выходе первого делител  17 за Счет соотношени  сопротивлений между резисторами 27 и 28 формируетс  из величины, пропорциональной ifi, величина

Уи -тг-. По этой величине, а также по величине

Х/

тока статорной обмотки, получаемой от датчика 9, третий сумматор 20, согласно вектор (.-- + 1), котора  при сложении ее

ой диаграмме фиг. 4 формирует величину, г ропорциональную IA I, котора  с помощью формировател  22 гармонических функций г реобразуетс  в величины А и А - проекции вектора А на ось, сориентированную по вектору потокссцеплени  и перпендикул рную ей ось соответственно. Причем сигнал на первом выходе формировател  22 гармонических функций будет пропорционален величине А , а на втором - А. На выходе второго делител  18 за счет соотношени  сопротивлений резисторов 30, 31 формируетс  величина, пропорциональна 

j Vfr ,/р

TXrJo4 гь ца четвертом сумматоре 23 с величиной А , поступающей с первого выхода формирова- тел  22 гармонических функций, образует результирующий сигнал, величина которого пропорциональна значению знаменател  выражени  (6). Блок 24 делени , согласно выражению (6), формирует величину, про- Норциональную tg у, использу  которую не- л;инейный преобразователь 25 формирует величину, котора  после перемножени  на фоке 26 умножени  с величиной, пропорци- о|нальной I tyn образует сигнал, пропорциональный оптимальному значению демпферного тока.

Последний поступает на вход сумматора 10, где сравниваетс  с величиной фактического значени  демпферного тока, формируемой блоком 11. Результат срав- нЬни  поступает на вход автоматического регул тора 5 системы 3 возбуждени  асинхронизированной синхронной машины 1.

; Если в ходе работы по каким-либо причинам произойдет увеличение (уменьшение ) скольжени  при неизменных величинах статорных тока и напр жений, согласно векторной диаграмме (фиг. 4), это приведет к увеличению (уменьшению) фактического значени  демпферного тока, что вызовет соответствующее изменение сигнала на выходе блока 11. А это, в свою очередь , уменьшит (увеличит) вели-чину напр жени  и тока возбуждени  асинхро- низированной синтронной машины 1. Последнее , вследствие изменени  частоты вращени  ротора, позволит уменьшить (увеличить ) скольжение до исходной оптимальной величины; изменение которого приведет, вследствие однозначной зависимости между величинами скольжени  и фактического значени  демпферного тока, к уменьшению (увеличению) последнего до исходной величины.

Изменени  величин статорных тока или напр жени , или тока и напр жени  одновременно при неизменном напр жении возбуждени  также приведет к изменению величины скольжени . Однако при этом произойдет изменение сигналов на входах вычислительного устройства 8. А это, в свою очередь, позволит сформировать новое значение оптимальной величины дл  демпферного тока, которое и обеспечит частичную компенсацию изменени  сигнала на выходе

0 блока 11 формировани  величины, пропорциональной фактическому значению демпферного тока. Таким образом, изменени  тока и напр жени  возбуждени  не вызовут изменени  скольжени  до исходной (до мо5 мента изменени  статорных тока и напр жени ) величины, а обеспечит поддержание новой, оптимальной с точки зрени  нагрева ротора при новых значени х статорных тока и напр жени , величины скольжени .

0 При одновременном изменении токов и напр жений возбуждени  и статорных характеристик процессов будет носить вид, аналогичный описанным выше. При этом ве личина скольжени  будет измен тьс  до

5 значени , оптимального с точки зрени  установившихс  новых величин статорных токов и напр жений.

За вл емое устройство реализует за вл емый способ регулировани  возбуждени 

0 асинхронизированной синхронной машины и обеспечивает возможность формировани  сигнала, пропорционального по величине оптимальному значению демпферного тока с необходимой степенью точности, исполь5 зование которого по предложенному алгоритму позвол ет существенно снизить потери мощности в роторе.

Достоинством за вл емых способа и устройства  вл етс  возможность их исполь0 зовани  в любых системах автоматического регулировани  и защиты асинхронизиро- ванных синхронных машин, где требуетс  использование сигнала, пропорционального величине скольжени , а также в мощных

5 агрегатах, в которых снижение потерь мощности в роторе имеет существенное значение .

Claims (2)

1. Способ регулировани  возбуждени 

0 асинхронизированной синхронной машины , при котором измер ют значени  фазных токов и напр жений статора и ротора, по измеренным значени м фазных токов и напр жений ротора формируют ток. пропор5 циональный фактическомузначению демпферного тока, с последующим формированием управл ющего воздействи , отличающийс  тем, что, с целью снижени  потерь мощности в роторе, сформированное , упом нутое значение тока сравнивают

с ранее вычисленным значением, пропорциональным оптимальному с точки зрени  потерь мощности в роторе значению демпферного тока, по следующей зависимости:

ID

2Х

D(T

Y2.{1cos arctg

+ A

(-Ш- + О V П T1 2Х D0r

где ID - значение пропорциональной оптимальной с точки зрени  потерь мощности в роторе величины демпферного тока;

typ - модуль вектора потокосцеплени ;

X Qа -.реактивное сопротивление демпферной цепи;

гр - активное сопротивление демпферной цепи;

,гь - активное сопротивление цепи ротора;

А - проекци  вектора, равного векторной сумме векторов тока обмотки статора и тока обмотки ротора на ось, совпадающую с вектором потокосцеплени ;

А - проекци  вектора, равного векторной сумме векторов тока обмотки статора и тока обмотки ротора на ось, перпендикул рную вектору потокосцеплени ; а результирующее разностное значение используют в качестве управл ющего воздействи .

2. Устройство дл  регулировани  возбуждени  асинхронизированной синхронной машины с системой возбуждени , включенной в цепи роторной обмотки, снабженной автоматическим регул тором, содержащее датчики фазных токов и

напр жений статора и ротора, первый сумматор , блок формировани  величины, пропорциональной фактическому значению демпферного тока, два входа которого св заны с выходами датчиков фазных тока и напр жени  ротора соответственно, а выход подключен к инверсному входу первого сумматора, отличающеес  тем, что, с целью снижени  потерь мощности в роторе,

з него введены второй, третий и четвертый сумматоры, первый - четвертый резисторы, первый и второй делители, формирователь гармонических функций, блок делени , нелинейный преобразователь, блок умноже

ни , выход которого подключен к пр мому входу первого сумматора, а первый и второй входы - соответственно к выходам нелинейного преобразовател  и второго сумматора, объединенные входы первого и второго делителей - к выходу второго сумматора, первый вход которого через первый резистор соединен с выходом датчика фазного напр - жени; статора, а второй через второй резистор - с выходом датчика фазного тока

статора и с первым выводом четвертого резистора , второй вывод которого подключен к инверсному входу третьего сумматора, пр мой вход которого через третий резистор подключен к выходу первого делител ,

а выход через блок формировани  гармонических функций св зан с первым входами блока делени  и четвертого сумматора, второй вход которого соединен с выходом второго делител , а выход,- с вторым входом

блока делени , выход которого соединен с входом нелинейного преобразовател , выход первого сумматора предназначен дл  подключени  к входу автоматического регул тора .

/IV+

fZ 13

/ v

tpMf

Iff

&

fe/

(риЯЗ