RU2757212C1 - Синхронная машина с общей системой возбуждения при работе в режиме генератор/двигатель - Google Patents
Синхронная машина с общей системой возбуждения при работе в режиме генератор/двигатель Download PDFInfo
- Publication number
- RU2757212C1 RU2757212C1 RU2021101551A RU2021101551A RU2757212C1 RU 2757212 C1 RU2757212 C1 RU 2757212C1 RU 2021101551 A RU2021101551 A RU 2021101551A RU 2021101551 A RU2021101551 A RU 2021101551A RU 2757212 C1 RU2757212 C1 RU 2757212C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- synchronous machine
- winding
- generator
- operating
- rotor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K19/00—Synchronous motors or generators
- H02K19/02—Synchronous motors
- H02K19/10—Synchronous motors for multi-phase current
- H02K19/12—Synchronous motors for multi-phase current characterised by the arrangement of exciting windings, e.g. for self-excitation, compounding or pole-changing
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02K—DYNAMO-ELECTRIC MACHINES
- H02K19/00—Synchronous motors or generators
- H02K19/16—Synchronous generators
- H02K19/38—Structural association of synchronous generators with exciting machines
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
- Synchronous Machinery (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники. Синхронная машина с общей системой возбуждения при работе в режиме генератор/двигатель, содержащая: корпус с подшипниковыми щитами, ротор с валом, статор с основной обмоткой, установленной в корпусе, ротор синхронной машины с основным ротором с обмоткой, установленный на валу, статор возбудителя с обмоткой, установленный на подшипниковом щите корпуса, ротор возбудителя с обмоткой, имеющий магнитную связь со статором с обмоткой, выпрямитель, установленный на роторе возбудителя, выпрямляющий переменное напряжение обмотки ротора возбудителя в постоянное напряжение для обеспечения током возбуждения обмотки основного ротора синхронной машины. Синхронная машина содержит дополнительную обмотку основного статора по третьей гармонике и/или сочетание дополнительных обмоток по первой и третьей гармонике, обеспечивающую форсировку тока возбуждения синхронной машины при набросе/сбросе нагрузки и уменьшение времени переходных процессов. Технический результат - улучшение характеристик, улучшение пусковых характеристик в режиме двигатель, повышение надежности, уменьшение габаритов и массы. 9 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области электротехники, в частности к электрическим машинам, а именно к синхронной машине, которая может работать в режиме синхронного генератора или в режиме синхронного двигателя.
Из уровня техники известна синхронная машина с общей системой возбуждения при работе в режиме генератор/двигатель (патент №2698102 на изобретение, МПК Н02К 19/38; Н02К 11/042; Н02К 3/28, 2019.08.22), содержащая: корпус с подшипниковыми щитами, ротор с валом, статор с основной обмоткой, установленный в корпусе, ротор синхронной машины с основным ротором с обмоткой, установленный на валу, статор возбудителя с обмоткой, установленный на подшипниковом щите корпуса, ротор возбудителя с обмоткой, имеющий магнитную связь со статором с обмоткой, выпрямитель, установленный на роторе возбудителя, выпрямляющий переменное напряжение обмотки ротора возбудителя в постоянное напряжение для обеспечения током возбуждения обмотки основного ротора синхронной машины.
К недостаткам данного изобретения можно отнести следующее:
Источником тока возбуждения синхронной машины является выходное/входное напряжение машины, вследствие чего форсировка тока возбуждения в рабочем режиме осуществляется только работой блока управления, без форсировки источника тока возбуждения. Данная система возбуждения увеличивает время переходных процессов при набросе/сбросе нагрузки.
Источником тока возбуждения синхронной машины является выходное/входное напряжение машины по первой гармонике, вследствие чего при коротком замыкании на выходе синхронной машины в режиме генератора отсутствует ток короткого замыкания. Данная система возбуждения не может обеспечить селективность работы защиты, в частности, отключение тока короткого замыкания выключателем нагрузки.
Выпрямитель и обмотка ротора синхронной машины не имеют защиты от всплесков напряжения при переходных процессах при набросе/сбросе нагрузки. Это может привести к пробою диодов выпрямителя.
Выпрямитель и обмотка ротора синхронной машины не имеют защиты от перенапряжения при первоначальном пуске синхронной машины в режиме двигателя. Это может привести к пробою диодов выпрямителя.
Блок управления работает на высокой частоте переключения тока возбуждения, что приводит к использованию сердечника трансформатора из ферриторных материалов. Данные сердечники имеют высокую стоимость и низкую механическую прочность.
Блок управления при работе в режиме синхронного двигателя использует датчики углового положения ротора. Это не только усложняет конструкцию синхронной машины, но и не гарантирует устойчивость работы двигателя от выхода из синхронизма при резком набросе номинальной нагрузки вследствие инерции изменения тока возбуждения.
Синхронная машина не обеспечивает автоматического определения режима работы генератор/двигатель.
Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является устранение перечисленных выше недостатков, присущих аналогу.
Технический результат - улучшение характеристик, улучшение пусковых характеристик в режиме двигатель, повышение надежности, уменьшение габаритов и массы.
Технический результат достигается за счет того, что синхронная машина с общей системой возбуждения при работе в режиме генератор/двигатель, содержащая: корпус с подшипниковыми щитами, ротор с валом, статор с основной обмоткой, установленный в корпусе, ротор синхронной машины с основным ротором с обмоткой, установленный на валу, статор возбудителя с обмоткой, установленный на подшипниковом щите корпуса, ротор возбудителя с обмоткой, имеющий магнитную связь со статором с обмоткой, выпрямитель, установленный на роторе возбудителя, выпрямляющий переменное напряжение обмотки ротора возбудителя в постоянное напряжение для обеспечения током возбуждения обмотки основного ротора синхронной машины, синхронная машина содержит дополнительную обмотку основного статора по третьей гармонике и/или сочетания дополнительных обмоток по первой и третьей гармонике для форсировки тока возбуждения в рабочем режиме и сокращения времени переходных процессов при набросе/сбросе нагрузки.
В одном из вариантов осуществления изобретения синхронная машина с общей системой возбуждения при работе в режиме генератор/двигатель при работе в режиме генератора может содержать дополнительную обмотку основного статора по третьей гармонике или сочетания дополнительных обмоток по первой и третьей гармонике для форсировки тока возбуждения.
Синхронная машина с общей системой возбуждения при работе в режиме генератор/двигатель при работе в режиме двигателя при начальном пуске может содержать реле гашения поля, соединенного через щеткодержатель и щетки с контактными кольцами для защиты выпрямителя и обмотки ротора синхронной машины от перенапряжения при первоначальном пуске в режиме двигателя. Реле гашения поля своими контактами через узел контактных колец подключено параллельно выпрямителю и обмотке ротора синхронной машины, замыкает обмотку ротора синхронной машины, переводя синхронную машину в режим асинхронного пуска.
Изобретение может осуществляться в варианте, когда синхронная машина с общей системой возбуждения при работе в режиме генератор/двигатель содержит регулятор возбуждения, который может работать с выходной частотой регулятора тока возбуждения не превышающей 2-х или 3-х, или 6-ти кратную частоту синхронной машины, обеспечивая при этом стабильность управления при применении недорогой электротехнической стали сердечников статора ротора возбудителя.
Изобретение может осуществляться в варианте, когда для питания и форсировки тока возбуждения в рабочем режиме используется дополнительная обмотка по первой и третьей гармонике.
Изобретение может осуществляться в варианте, когда для форсировки тока возбуждения при коротком замыкании в режиме генератора используется дополнительная обмотка по первой и третьей гармонике.
В этом варианте осуществления изобретения источником питания возбуждения синхронной машины при коротком замыкании в режиме работы генератора является дополнительная обмотка по первой и третьей гармонике, обеспечивающая форсировку тока возбуждения синхронной машины при коротком замыкании и селективность работы защиты.
Изобретение может осуществляться в варианте, когда синхронная машина с общей системой возбуждения при работе в режиме генератор/двигатель содержит регулятор возбуждения с подключенным выходным/входным напряжением синхронной машины и датчиком тока в режиме генератора обеспечивает стабильное выходное напряжение и статизм по реактивному току при параллельной работе, а в режиме двигателя обеспечивает стабильный реактивный ток потребления из сети, обеспечивая устойчивую работу двигателя и отсутствие выпадение его из синхронизма при включении 100% номинальной нагрузки.
Данный режим позволяет использовать синхронную машину в режиме двигателя с коэффициентом мощности от 1 до 0,8 (опережающий) при номинальной нагрузке. При работе с cosϕ=1, двигатель потребляет из сети минимальный ток (активный) со ступенчатым 50% набросе нагрузки, не выходя из синхронизма При работе с cosϕ=0,8 (опережающим), двигатель может принять 100% номинальной нагрузки без опасения выхода из синхронизма.
Режим работы генератор/двигатель регулятора возбуждения с реле работы генератора и реле работы двигателя выбирается автоматически, в зависимости от того, на каком из реле первым появится напряжение, на синхронной машине или в сети.
В возможном варианте осуществления изобретения для защиты выпрямителя и обмотки ротора синхронной машины от импульсных всплесков напряжения при набросе/сбросе нагрузки может содержать варистор, подключенный параллельно выпрямителю и обмотке ротора синхронной машины.
Синхронная машина обеспечивает автоматический выбор режима работы генератор/двигатель. Данный режим определяется работой реле работы генератора и реле работы двигателя. При вращении вала синхронной машины, она возбуждается и на ее выходе появляется напряжение, вследствие чего включается реле работы генератора, которое своими контактами блокирует включение реле работы двигателя и переводит регулятор возбуждения в режим работы генератора, который подключается к нагрузке выключателем нагрузки. При появлении напряжения в сети, включается реле работы двигателя, которое своими контактами блокирует включение реле работы генератора, и переводит регулятор возбуждения в режим работы двигателя.
Изобретение поясняется следующим графическим материалом:
на фиг. - показазана принципиальная схема синхронной машины, где арабскими цифрами обозначены:
1 - основная обмотка синхронной машины;
2 - обмотка ротора синхронной машины;
3 - вал;
4 - обмотка статора возбудителя;
5 - обмотка ротора возбудителя;
6 - выпрямитель;
7 - узел контактных колец;
8 - реле гашения поля;
9 - контакт реле гашения поля;
10 - дополнительная обмотка;
11 - выходное/входное напряжение синхронной машины;
12 - датчик тока;
13 - регулятор возбуждения;
14 - реле работы генератора;
15, 16 - контакты реле работы генератора;
17 - реле работы двигателя;
18, 19 - контакты реле работы двигателя;
20 - выключатель нагрузки/сети;
21 - корпус;
22 - нагрузка/сеть;
23 - варистор;
24 - синхронная машина.
Как показано на фиг., синхронная машина 24 имеет корпус 21 с подшипниковыми щитами, статор с основной обмоткой 1 и дополнительной обмоткой 10, статор возбудителя с обмоткой 4, ротор машины с валом 3. На валу установлены основной ротор с обмоткой 2, ротор возбудителя с обмоткой 5, выпрямителем 6 и варистором 23, контактные кольца 7. К контактным кольцам через щетки и щеткодержатель подключены контакты 9 реле гашения поля 8. В основную обмотку синхронной машины 24 включен датчик тока 12, выключатель нагрузки/сети 20, реле работы генератора 14 и реле работы двигателя 17. Синхронная машина 24 имеет регулятор возбуждения 13, к которому подключена дополнительная обмотка 10, обмотка статора возбудителя 4, реле гашения поле 8, выходное/входное напряжение синхронной машины 11, датчик тока 12, контакты реле работы генератора 16, контакты реле работы двигателя 19. В цепь питания обмотки реле работы генератора 14 включен контакт реле работы двигателя 18. В цепь питания обмотки реле работы двигателя 17 включен контакт реле работы генератора 15.
Дополнительная обмотка 10 по первой и третьей гармонике может являться источником питания возбуждения синхронной машины в рабочем режиме, обеспечивает форсировку тока возбуждения при набросе/сбросе нагрузки, уменьшая время переходных процессов.
Дополнительная обмотка 10 по первой и третьей гармонике может являться источником питания возбуждения синхронной машины при коротком замыкании, обеспечивая форсировку тока возбуждения при коротком замыкании в режиме синхронного генератора.
Реле гашения поля 8 своими контактами 9 через узел контактных колец 7 обеспечивает защиту выпрямителя 6 и обмотки ротора синхронной машины 2 от перенапряжения при первоначальном пуске в режиме двигателя.
Регулятор возбуждения 13 осуществляет управление током возбуждения синхронной машины с частотой коммутации 2-х или 3-х, или 6-ти кратной частоты синхронной машины, обеспечивая стабильную работу системы возбуждения, используя в качестве сердечника статора возбудителя 4 и ротора возбудителя 5 обычное недорогое электротехническое железо.
Регулятор возбуждения 13 с подключенным выходным/входным напряжением синхронной машины 11 и датчиком тока 12 в режиме генератора обеспечивает стабилизацию выходного напряжения и обеспечивает статизм по реактивному току при параллельной работе, а в режиме двигателя обеспечивает стабилизацию реактивного тока двигателя из сети от 0% до 100%. Данный режим обеспечивает устойчивость работы синхронной машины от выхода из синхронизма при набросе/сбросе нагрузки в режиме двигателя.
Реле работы генератора 14 и реле работы двигателя 17 обеспечиваеют автоматический выбор работы синхронной машины в режиме генератор/двигатель. При вращении вала синхронной машины 3 она возбуждается и на ее выходе появляется напряжение, включается реле работы генератора 14, которые своим контактом 16 задает режим работы регулятору возбуждения 13 режим работы генератора, а контактами 15 блокирует работу реле работы двигателя 17. При подаче напряжения на выключатель нагрузка/сеть 20 включается реле работы двигателя 17, которое своими контактами 19 задает режим работы регулятора возбуждения 13 режим работы двигателя, а контактами 18 блокирует работу реле работы генератора 14.
Варистор 23 обеспечивает защиту выпрямителя 6 и обмотки ротора синхронной машины 2 от всплесков напряжения при набросе/сбросе нагрузки в рабочем режиме.
Claims (10)
1. Синхронная машина с общей системой возбуждения при работе в режиме генератор/двигатель, содержащая: корпус с подшипниковыми щитами, ротор с валом, статор с основной обмоткой, установленный в корпусе, ротор синхронной машины с основным ротором с обмоткой, установленный на валу, статор возбудителя с обмоткой, установленный на подшипниковом щите корпуса, ротор возбудителя с обмоткой, имеющий магнитную связь со статором с обмоткой, выпрямитель, установленный на роторе возбудителя, выпрямляющий переменное напряжение обмотки ротора возбудителя в постоянное напряжение для обеспечения током возбуждения обмотки основного ротора синхронной машины, отличающаяся тем, что содержит дополнительную обмотку основного статора по третьей гармонике и/или сочетание дополнительных обмоток по первой и третьей гармонике, обеспечивающую форсировку тока возбуждения синхронной машины при набросе/сбросе нагрузки и уменьшение времени переходных процессов.
2. Синхронная машина с общей системой возбуждения при работе в режиме генератор/двигатель по п. 1, отличающаяся тем, что при работе в режиме генератора содержит дополнительную обмотку основного статора по третьей гармонике или сочетания дополнительных обмоток по первой и третьей гармонике для форсировки тока возбуждения.
3. Синхронная машина с общей системой возбуждения при работе в режиме генератор/двигатель по п. 1, отличающаяся тем, что при работе в режиме двигателя при начальном пуске содержит реле гашения поля, соединенные через щеткодержатель и щетки с контактными кольцами для защиты выпрямителя и обмотки ротора синхронной машины от перенапряжения.
4. Синхронная машина с общей системой возбуждения при работе в режиме генератор/двигатель по п. 1, отличающаяся тем, что при работе в режиме генератор/двигатель регулятор возбуждения работает с выходной частотой регулятора тока возбуждения, не превышающей 2-, или 3-, или 6-кратную частоту синхронной машины, обеспечивая при этом стабильность управления при применении недорогой электротехнической стали сердечников статора ротора возбудителя.
5. Синхронная машина с общей системой возбуждения при работе в режиме генератор/двигатель по п. 1, отличающаяся тем, что для питания и форсировки тока возбуждения в рабочем режиме используется дополнительная обмотка по первой и третьей гармонике.
6. Синхронная машина с общей системой возбуждения при работе в режиме генератор/двигатель по п. 1, отличающаяся тем, что для форсировки тока возбуждения при коротком замыкании в режиме генератора используется дополнительная обмотка по первой и третьей гармонике.
7. Синхронная машина с общей системой возбуждения при работе в режиме генератор/двигатель по п. 1, отличающаяся тем, что источником питания возбуждения синхронной машины при коротком замыкании в режиме работы генератора является дополнительная обмотка по первой и третьей гармонике, обеспечивающая форсировку тока возбуждения синхронной машины при коротком замыкании и селективность работы защиты.
8. Синхронная машина с общей системой возбуждения при работе в режиме генератор/двигатель по п. 1, отличающаяся тем, что содержит регулятор возбуждения с подключенным выходным/входным напряжением синхронной машины и датчиком тока, в режиме генератора обеспечивает стабильное выходное напряжение и статизм по реактивному току при параллельной работе, а в режиме двигателя обеспечивает стабильный реактивный ток потребления из сети, сохраняя при этом устойчивую работу двигателя и отсутствие выпадения его из синхронизма при включении 100% номинальной нагрузки.
9. Синхронная машина с общей системой возбуждения при работе в режиме генератор/двигатель по п. 1, отличающаяся тем, что режим работы генератор/двигатель регулятора возбуждения с реле работы генератора и реле работы двигателя выбирается автоматически в зависимости от того, на каком из реле первым появится напряжение, на синхронной машине или в сети.
10. Синхронная машина с общей системой возбуждения при работе в режиме генератор/двигатель по п. 1, отличающаяся тем, что для защиты обмотки ротора синхронной машины и выпрямителя от импульсных всплесков напряжения при набросе/сбросе нагрузки в рабочем режиме установлен варистор.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021101551A RU2757212C1 (ru) | 2021-01-25 | 2021-01-25 | Синхронная машина с общей системой возбуждения при работе в режиме генератор/двигатель |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021101551A RU2757212C1 (ru) | 2021-01-25 | 2021-01-25 | Синхронная машина с общей системой возбуждения при работе в режиме генератор/двигатель |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2757212C1 true RU2757212C1 (ru) | 2021-10-12 |
Family
ID=78286555
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021101551A RU2757212C1 (ru) | 2021-01-25 | 2021-01-25 | Синхронная машина с общей системой возбуждения при работе в режиме генератор/двигатель |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2757212C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2771475C1 (ru) * | 2021-12-27 | 2022-05-04 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Устройство для запуска и стабилизации частоты электроэнергетической установки |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU153326A1 (ru) * | ||||
| US3025450A (en) * | 1958-02-14 | 1962-03-13 | Krabbe Ulrik | Self-excited synchronous generator |
| SU313503A1 (ru) * | 1969-10-21 | 1975-11-15 | В. С. Арутюн , В. Мириман | Синхронна электрическа машина |
| US6483218B1 (en) * | 1999-05-20 | 2002-11-19 | Alex Petrinko | Brushless electric exciter for dynamoelectric machines |
| RU2698102C2 (ru) * | 2014-09-26 | 2019-08-22 | Зе Боинг Компани | Синхронная машина с общей ступенью устройства возбуждения для двигателя/генератора |
-
2021
- 2021-01-25 RU RU2021101551A patent/RU2757212C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU153326A1 (ru) * | ||||
| US3025450A (en) * | 1958-02-14 | 1962-03-13 | Krabbe Ulrik | Self-excited synchronous generator |
| SU313503A1 (ru) * | 1969-10-21 | 1975-11-15 | В. С. Арутюн , В. Мириман | Синхронна электрическа машина |
| US6483218B1 (en) * | 1999-05-20 | 2002-11-19 | Alex Petrinko | Brushless electric exciter for dynamoelectric machines |
| RU2698102C2 (ru) * | 2014-09-26 | 2019-08-22 | Зе Боинг Компани | Синхронная машина с общей ступенью устройства возбуждения для двигателя/генератора |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2771475C1 (ru) * | 2021-12-27 | 2022-05-04 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") | Устройство для запуска и стабилизации частоты электроэнергетической установки |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Nøland et al. | Excitation system technologies for wound-field synchronous machines: Survey of solutions and evolving trends | |
| CA1097738A (en) | Fast de-excitation brushless exciter | |
| EP0237246B1 (en) | Starter generator system | |
| US6768278B2 (en) | Gas turbine engine starter generator with switchable exciter stator windings | |
| US4156172A (en) | Main field current transient control circuit for dynamoelectric machines | |
| US10584671B2 (en) | Brushless starter generator | |
| RU2757212C1 (ru) | Синхронная машина с общей системой возбуждения при работе в режиме генератор/двигатель | |
| US3210603A (en) | Generator protection | |
| US3534228A (en) | Generator and exciter protection circuit | |
| US5416398A (en) | Method and device for operating a synchronous machine | |
| US3906321A (en) | Direct current motors | |
| US4103217A (en) | Brushless synchronous generator with an exciter | |
| Schaefer | Excitation control of the synchronous motor | |
| US10320316B2 (en) | Supplying a synchronous machine with an excitation current | |
| JP5841748B2 (ja) | 発電装置 | |
| CN214674963U (zh) | 一种带无刷双复励的三相同步发电机 | |
| RU2262178C1 (ru) | Генератор переменного тока с комбинированным возбуждением | |
| CN218124579U (zh) | 同步电动机励磁灭磁电路 | |
| RU2501148C2 (ru) | Трехфазный асинхронный сварочный генератор с электрической связью обмоток статора | |
| RU2396692C1 (ru) | Устройство пуска синхронного двигателя | |
| RU2234181C2 (ru) | Турбогенератор для энергосберегающих технологий | |
| US3549981A (en) | Static exciter field suppressor | |
| RU70604U1 (ru) | Устройство для защиты электродвигателя от перегрузки и обрыва фазы | |
| EP3267576A1 (en) | Controller and generator-motor starting method | |
| SU655346A3 (ru) | Устройство дл защитного отключени в сети переменного тока |