SU1020955A1

SU1020955A1 - Device for synchronous machine excitation

Info

Publication number: SU1020955A1
Application number: SU802990019A
Authority: SU
Inventors: Владимир Яковлевич Вейгандт; Виталий Григорьевич Кузенков; Михаил Захарович Конторович; Лев Залманович Мадорский; Венедикт Геннадьевич Несветаев; Виктор Маркович Фукс
Original assignee: Ленинградское Производственное Электромашиностроительное Объединение "Электросила" Им.С.М.Кирова
Priority date: 1980-10-10
Filing date: 1980-10-10
Publication date: 1983-05-30

Description

Изобретение относитс к электротехнике и может быть использовано дл возбуждени синхронных машин, преимущественно средней мощности, в том числе бесщеточных. Известно устройство дл возбуждени синхронной машины, содержащее управл емый преобразователь на ти .ристорах с рабочей и форсирующей тре фазными мостовыми группами вентилей, подключенными на стороне переменного тока к соединенным в звезду обмоткам возбудител или трансформатора, а на стороне посто нного тока - к обмотке возбуждени синхронной машины, регул тор напр жени и элементы управлени указанным преобразователем Cl 3 Указанное устройство имеет значительные габариты из-за большого количества силовых вентилей, сложную схему управлени , содержит р д защит ных элементов дл обеспечени высокой надежности и поэтому применимо лишь дл мощных синхронных машин. Известно устройство дл возбуждени синхронной машины, выполненное в виде управл емого трехфазного мостового преобразовател на тиристорах, подключенного на стороне посто нного тока к обмотке возбуждени синхронной машины и имеющего питающий транс форматор, вторична обмотка которого соединена в звезду. Функции рабочей и форсирующей , групп вентилей преобразовател выпол н ют соответственно катодна и анодна группы тиристоров. Между нулевой точкой вторичной обмотки трансформатора и анодами форсирующей группы тиристоров включен диод, через который замыкаетс ток возбуждени при работе рабочей (катодной) группы тиристоров f2 . Указанное устройство содержит, шесть управл емых вентильных элементов (тиристоров), которые должны быть расчитэны на форсировочную мощность, и требует сложной системы управлени Кроме того, вследствие неполной управл емости тиристоров при наличии высокого коэффициента усилени в кон туре автоматического регулировани , необходимого дл обеспечени высокого быстродействи и точности, устройство про вл ет склонность к автоколебани м . Наиболее близким техническим решением к предлагаемому вл етс устройство дл возбуждени синхронной машины, содержащее т-фазный источник переменного тока, свободные выводы выходных обмоток подключены к входу т-фазного управл емого преобразовател , анодна и катодна группы вентилей которого соединены по мостовой схеме, плюсовой и минусовой выводы которой предназначены дл подключени к обмотке возбуждени синхронной машины , а между нулем выходных обмоток источника переменного тока, минусовым , и плюсовым выводами преобразовател включены управл емые ключи, и регул тор напр жени , св занный с управл емыми ключами, и вентил ми преобразовател ГзЗ . Данное устройство содержитвосемь управл емых вентильных элементов, шесть из которых расчитаны на форсировочную мощность и требуют сложный регул тор, который должен осуществл ть формирование импульсов управлени дл катодной или анодной группы тиристоров управл емого преобразовател и дл соответствующего вспомогательного ключа (тиристора), а также формировать импульсы управлени всеми тиристорами преобразовател в режиме форсировки. Сложность системы управлени вентил ми (тиристорами), т.е. самого регул тора , приводит к низкой надежности всей системы регулировани возбуждени , а неполна управл емость вентил ми создает затруднение их запирани из-за включени в цепь посто нного тока, приводит к низким динамическим показател м системы регулировани , что приводит к низкому качеству регулировани в рабочем режиме. Цель изобретени - повышение надежности и качества регулировани . Поставленна цель достигаетс тем, что в устройстве дл возбуждени синхронной машины, содержащем т-фазный источник переменного тока, выходные обмотки которого соединены в звезду с выведенным нулем, свободные выводы выходных ббмоток подключены к входу fn-фаэного управл емого преобразовател , анодна и катодна группы вентилей которого соединены по мостовой схеме, плюсовой и минусовой выводы которой предназначены дл подключени к обмотке возбуждени синхронной машины, а между минусовым выводом преобразовател и нулем выходных обмоток источника переменного тока включен управл емый ключ, и регул тор напр жени , св занный с управл емым ключом, анодна группа вентилей т-фазного управл емого преобразовател выполнена на диодах, управ л емый ключ - на транзисторе, а регул трр напр жени - импульсным, выход которого соединен с управл ющим входом транзистора непосредственно, а с цеп ми управлени вентил ми катодной группы т-фазного управл емого преобразовател - через дополнительно введенный пороговый элемент. На фиг,1 представлена принципиальна схема устройства дл возбуждени синхронной машины при размещении управл емого -преобразовател вне ротора синхронной машины; на фиг.2 - то же, на роторе синхронной машины. Устройство дл возбуждени синхронной машины содержит импульсный регул тор 1 напр жени , измерительные цепи которого в зависимости от регулируемого параметра могут быть подключены, например, к статорным цеп м синхронной машины 2 и выходу тран сформатора 3 тока в цепи нагрузки. Ис точник k переменного тока в качестве примера выполнен как трехфазный синхронный генератор - подвозбудител с индуктором на посто нных магнитах., выходные обмотки переменного тока которого соединены в звезду с выведен ным нулем и подключены к входу трехфазного управл емого преобразовател , анодна группа вентилей которого выполнена на диодах 5, а катодна - на тиристорных оптронах 6, которые совместно с диодами $ образуют выпр мительный мост, плюсовой и минусовой выводы которого .подключены к зашунтированной диодом 7 обмотке 8 возбуждени синхронной машины возбудител , корные обмотки которой через выпр митель 9 подключены к обмотке возбуждени основной синхронной машины. Наличие возбудител не вл етс об зательным условием, так как он выполн ет функцию усилител и решает задачу обеспечени .бесконтактности. Управл емый ключ выполнен на транзисторе to, подключен коллектором к нулевой точке обмоток переменного тока подвозбудител k, Э1 1ттером - к анодам тиристорных оптронов 6, а управл ющим входом, т.е. базой, к выходу импульсного регул тора 1 напр жени , выходным элементом которого вл етс транзисторный ключ 11. Одновременно ВЫХОД импульсного регул тора 1 напр жени через пороговый элемент 12 соедин етс с цел ми управлени вентил ми - тиристорными оптронами 6 катодной группы преобразовател . Входом порогового элемента 12 вл етс транзистор 13, которыгй далее совместив с транзисторным ключом I, конденсатором 15, стабилитроном 1б и выходным транспортным клочом 17 образуют пороговый элемент 12. В устройстве дл возбуждени синхронных маиин(фиг.2) источником переменного тока с выходной обмоткой, соединенной в звезду, вл етс возбудитель 8, а подвозбудитель с индуктором на посто нных магнитах через выпр митель Э на диодах питает обмотку возбуждени возбудител 8. Входные цепи силового транзистора 10 и порогового элемента 12 со сбросом получают питание от стабилизированно.го источника 18 посто нного тока через фотоключ 19, управл емый световыми сигналами от светодиода 20, подключенного к вмходу регул тора 1 напр жени . Диод 5 оптрон 6, транзистор 10, гюроговый Элемент 12, источник 18 посто нного тока устройства в данном случае расположены на роторе 21 синхронной машины 2. Устройство работает следующим образом . 8 статических режимах работы, когда напр жение синхронной машины 2 поддерживаетс на определенном уровне, широтно-импульсный регул тор 1 напр жени создает на выходе последовательность периодических пр моугольных импульсов,, скважность которых устанавливаетс его измерительным органом, действующим по отклонению измер емой величины, т.е. напр жение синхронной машины 2, от установленного значени . Указанные импульсы непосредственно (фиг.1) или через светодиод 20 и фотоключ 19 подаютс на входы силового транзистора 10 и порогового элемента 12 со сбросом. При наличии импульса на выходе регул тора 1 напр жени , т.е. при закрытом транзисторном ключе 11,.входной транзистор 13 порогового элемента 12 открыт, ключ И закрыт и конденсатор 15 зар жаетс от напр жени питани регул тора 1 напр жени (фиг.1) или стабилизированного источника 18 ,The invention relates to electrical engineering and can be used to drive synchronous machines, preferably of average power, including brushless ones. A device for driving a synchronous machine is known, which contains a controlled converter on Ti resistors with a working and forcing three-phase bridge valve groups connected on the AC side to the star windings of the exciter or transformer, and on the DC side to the excitation winding machines, voltage regulator and control elements of the specified Cl 3 converter. The specified device has considerable dimensions due to the large number of power valves, the complex circuit The controls contain a number of security elements to ensure high reliability and are therefore only applicable to high-power synchronous machines. A device for driving a synchronous machine, made in the form of a controlled three-phase bridge converter on thyristors, connected on the DC side to the excitation winding of a synchronous machine and having a trans power transformer, the secondary winding of which is connected in a star, is known. The functions of the working and forcing groups of converter gates are performed, respectively, of the cathode and anode groups of the thyristors. A diode is connected between the zero point of the secondary winding of the transformer and the anodes of the forcing thyristor group, through which the excitation current closes when the working (cathodic) thyristor group f2 is working. This device contains six controlled valve elements (thyristors) that must be designed for boosting power, and requires a complex control system. Moreover, due to the incomplete control of the thyristors in the presence of high gain in the automatic control loop, and accuracy, the device is prone to self-oscillations. The closest technical solution to the present invention is a device for driving a synchronous machine containing a t-phase AC source, the free terminals of the output windings are connected to the input of a t-phase controlled converter, the anodic and cathodic groups of valves of which are connected by bridge, plus and minus the terminals of which are intended to be connected to the excitation winding of a synchronous machine, and between the zero output windings of an alternating current source, negative, and positive terminals of the converter Controlled keys are included, and a voltage regulator associated with the control keys and the dhz converter valves. This device contains eight controlled valve elements, six of which are designed for boosting power and require a complex regulator, which must form control pulses for the cathode or anode group of the thyristor controlled converter and for the corresponding auxiliary switch (thyristor), as well as generate pulses control of all thyristors of the converter in the forcing mode. The complexity of the control system of the valves (thyristors), i.e. the regulator itself, leads to low reliability of the entire excitation control system, and incomplete control of the valves makes them difficult to lock due to the inclusion of direct current in the circuit, leads to low dynamic performance of the control system, which leads to poor control quality mode. The purpose of the invention is to increase the reliability and quality of regulation. The goal is achieved by the fact that in the device for driving a synchronous machine containing a t-phase AC source, the output windings of which are connected to a star with a zero out, the free terminals of the output bbmots are connected to the input of the fn-phage controlled converter, anode and cathode groups of gates which are connected by a bridge circuit, the positive and negative terminals of which are intended to be connected to the excitation winding of a synchronous machine, and between the negative terminal of the converter and zero output voltages AC source power source includes a controllable switch and a voltage regulator connected to the controllable key, the anodic group of t-phase controllable transducers are made on diodes, the control key is in the transistor, and the voltage regulator is controlled by a pulse , the output of which is connected to the control input of the transistor directly, and to the control circuits of the cathode group valves of the t-phase controlled converter through an additionally introduced threshold element. Fig. 1 is a schematic diagram of a device for driving a synchronous machine when a controlled-converter is placed outside the rotor of a synchronous machine; figure 2 - the same, on the rotor of a synchronous machine. The device for driving a synchronous machine contains a pulse voltage regulator 1, the measuring circuits of which, depending on the controlled parameter, can be connected, for example, to the stator circuits of the synchronous machine 2 and the output of the transformer 3 of the current in the load circuit. The alternating current source k is designed as an example as a three-phase synchronous generator — a driver with an inductor on permanent magnets. The output windings of the alternating current are connected to a star with zero and connected to the input of a three-phase controlled converter, the anode group of gates diodes 5, and the cathode - on thyristor optocouplers 6, which together with diodes $ form a rectifying bridge, the positive and negative terminals of which are connected to the winding 8 excited by the diode 7 No synchronous machine of the exciter, the main windings of which through the rectifier 9 are connected to the excitation winding of the main synchronous machine. The presence of an exciter is not a prerequisite, since it performs the function of an amplifier and solves the problem of providing non-contact. The control key is made on the transistor to, connected by a collector to the zero point of the windings of the alternating current subsupply k, E1 1tter - to the anodes of the thyristor optocouplers 6, and the control input, i.e. base, to the output of the pulse voltage regulator 1, the output element of which is a transistor switch 11. Simultaneously, the output of the pulse voltage regulator 1 through the threshold element 12 is connected with the control purposes of the thyristor optrons 6 of the cathode converter group. The input of the threshold element 12 is a transistor 13, which is further aligned with the transistor switch I, the capacitor 15, the zener diode 1b and the output transport piece 17 to form the threshold element 12. In the device for driving synchronous machines (Fig. 2), an alternating current source with an output winding, connected to a star, is the exciter 8, and a sub-exciter with an inductor on permanent magnets through a rectifier E on diodes feeds the excitation winding of the exciter 8. The input circuits of the power transistor 10 and the threshold element 12 are sat osom stabilizirovanno.go receive power from source 18 through DC fotoklyuch 19 controlled by light signals from the LED 20 connected to the regulator 1 vmhodu voltage. The diode 5 of the optocoupler 6, the transistor 10, the Hurog element 12, the source 18 of the direct current device in this case are located on the rotor 21 of the synchronous machine 2. The device operates as follows. 8 static modes of operation, when the voltage of the synchronous machine 2 is maintained at a certain level, the pulse-width regulator 1 voltage creates at the output a sequence of periodic rectangular pulses, the duty cycle of which is determined by its measuring unit acting on the deviation of the measured value, t. e. voltage of the synchronous machine 2, from the set value. These pulses are directly (Fig. 1) or through the LED 20 and the photo switch 19 supplied to the inputs of the power transistor 10 and the threshold element 12 with a reset. If there is a pulse at the output of the voltage regulator 1, i.e. when the transistor switch 11 is closed, the input transistor 13 of the threshold element 12 is open, the switch AND is closed and the capacitor 15 is charged from the supply voltage of the voltage regulator 1 (Fig. 1) or a stabilized source 18,

(r.2}. При наличии на выходе регу тора 1 паузы т.е. при открытом транзисторном ключе-11, конденсатор(r.2}. If there is a pause at the output of the controller 1, that is, with the transistor switch -11 open, the capacitor

15разр жаетс через насыщенный ключ Ik. в том и другом случае стабилитрон 515 is discharged through the saturated key Ik. in either case the zener diode 5

16не включаетс , транзисторный16 does not turn on, transistor

Ключ 17 закрыт, токи через светодиоды оптронов 6 не протекают и фртотирис торы оптроноа $ форсирующей группы остаютс закрытыми. Питание обмотки возбуждени возбудител 8 (фиг.) или :ам6й синхронной мгниины 2 (фиг.2) в этом случае осуществл етс по нулевой схеме, образованной диодаг«1 5 рабочей группы и обмотками переменного тока подвозбудител 4 ил возбудител 8. Регулирование тока возбуждени , а вместе с ним и напр жени синхронной машины 2 осущестал етс изменением длительности включенного и отключенного .состо ний силового транзистора 10 в соответствии со .скважностью выходных импульсов регул тора 1 напр жжени . . ;.. : -;;.V;.... -.,/The key 17 is closed, the currents through the LEDs of the optocouplers 6 do not flow, and the thermistors of the optron-forcing group remain closed. The excitation winding of the exciter 8 (Fig.) Or: Am 6 synchronous synchronous 2 (Fig. 2) in this case is powered by the zero circuit formed by the "1 5 working group diode" and alternating current windings of the exciter 4 or exciter current regulation, and along with it, the voltage of the synchronous machine 2 is carried out by changing the duration of the on and off states of the power transistor 10 in accordance with the importance of the output pulses of the voltage regulator 1. . ; ..: - ;;. V; .... -., /

В динамических режимах, например при внезапных изменени х нагрузки, напр жение синхронной машины значительно отклон етс от установленного значени и на выходе регул тора 1 напр жени по вл ютс сигналы, длитель- 30 ность которых превышает период следовани выходных«импульсов в статических режимах : ; In dynamic modes, for example, with sudden changes in load, the voltage of the synchronous machine significantly deviates from the set value and the output of the voltage regulator 1 appears signals whose duration exceeds the follow-up period of the output pulses in static modes:;

При Наличии длительного форсирующего сигнала на выходе регул тора 1 35 напр жени ,.е. когда транзисторный ключ 11 закры т, напрИ|1«|, принабросах нагрузки, включаетс силов трэнэйс трр 10 и обеспечиваетс Форсировка возб ркдени по нулевой схеме 40 преобразова1тел , т.е. через с:илб8ойIf there is a long forcing signal at the output of the voltage regulator 1 35, .e. when the transistor switch 11 is closed, for example, | 1 "|, the load is supplied, the power trans-TRS 10 is switched on and the Forcing of the excitation of the displacement in the zero circuit 40 of the transducer, i.e. through with: ilb8

транзисти 1() и диоды 5transistors 1 () and diodes 5

Одновременно npoHtxoAHt гтереключение транзисторных ключей 13 и 1 порогового э)1емента 12 и Зсф д конден145 сатора 15 до напр жени при которой срабатывает стабилитрон le, Тран:г1исторнь1й «слюч 17 оТк0ывае с и обес печи0ае1г: гфотекание tC)iKo через све тодиоды OntpCMOB 6 и со |1гветственно 5 включение их фртотйристорбв. ПреО азователь пёрежздит в мостЬвой режим р абОТыу увеличивает форси0ов1ог возSimultaneously npoHtxoAHt gtereklyuchenie transistor switches 13 and 1 threshold e) 1ementa 12 and WSB d konden145 Satoru 15 to a voltage which is triggered by a zener le, Tran: g1istorn1y "slyuch 17 oTk0yvae with and OJEC pechi0ae1g: gfotekanie tC) iKo through CBE todiody OntpCMOB 6 and ω | 1, respectively, 5 the inclusion of their fret thyristor. Beneficiary reloads in bridge mode increases abundant forcing

буждени до максимальной, и ток возбуждени быстро возрастает. Длительность перехода преобразовател в мостовой режим от момента по влени на выходе регул тора 1 напр жени форсирующего сигнала равна времени зар да конденсатора 15 до напр жени срабатывани стабилитрона 16, которое по УСЛОВИЯМ обеспечени динамических режимов Выбрано минимальным, но не Аенее одного периода следовани импульсов на выходе регул тора 1 напр жени в статических режимах работы синхронной машины 2.Buses to maximum, and the excitation current increases rapidly. The transition time of the converter to the bridge mode from the moment when the output of the boost signal voltage regulator 1 is equal to the charging time of the capacitor 15 to the response voltage of the zener diode 16, which, according to the CONDITIONS for providing dynamic modes, is selected but not less than one period of output pulses voltage regulator 1 in static operation modes of a synchronous machine 2.

При наличии длительного расфорсирующего сигнала на выходе регул тора 1 напр жени , т.е. когда транзисторный ключ 11 открыт, например при сбросах нагрузки, транзистор 13 пор04 гового элемента 12 закрываетс , а транзисторный ключ 14 открываетс и обеспечивает Конденсатора 15 и соответственно закрытие стабилитрона 16. Транзисторный ключ 17 также закрываетс и токи через светодиоды оптронов 6 не протекают. Так как при этом напр жение на базе си лового транзистора 10 отсутствует, то при прохождении токов фототиристоров оптронов 6 через нуль они закрываютс и преобразователь переходит в режим расфорсировки. Ток возбуждени в этом режиме замыкаетс через шунтирующий диод 7 и быстро снижа етс .. /., . .-/ , . .,, . :. Использование в устройстве дл возбуждени синхронных машин преоб раэовател с т-фазной мостовой схемой включени форсирующей и рабочей г0упп вентилей, из которых только одна выполнена на управл емых вентил х, силового транзистора в цеп х рабочей неуправл емой группы вентилей, а также простого и надежного элемента управлени форсирующей группой вентилей в виде порогового элемента «) сбросом, в сочетании с применением пмротнЬ-импульсного регул тора напр жени приводит к упроценмо предлвгаемогч} устройства, повь оению его надежности и улучшению качества регулировани .If there is a long rasforssia signal at the output of the voltage regulator 1, i.e. when transistor switch 11 is open, for example, at load shedding, transistor 13 of por04 of cell 12 is closed, and transistor switch 14 opens and provides capacitor 15 and, accordingly, closure of zener diode 16. Transistor switch 17 also closes and currents through the LEDs of optocouplers 6 do not leak. Since there is no voltage at the base of the power transistor 10, as the photothyristors 6 pass through the currents through the zero, they close and the converter goes into rassforyrovaniya mode. The excitation current in this mode is closed through the shunt diode 7 and quickly decreases .. /.,. .- /,. . ,,. :. Use in the device for driving synchronous machines a converter with a t-phase bridge circuit for switching the forcing and working gates of the gates, of which only one is made on controlled gates, the power transistor in the working uncontrollable group of gates, as well as a simple and reliable element control of a forcing valve group in the form of a threshold element ") by resetting, in combination with the use of a voltage-voltage regulator, leads to an increase in the reliability of the device and improving the quality of regulation.

Фиг.11

Claims

, 3. Copyright certificate of the USSR * G 558367, cl. I 02 P 9/08, 1975. ί (5A) A DEVICE FOR EXCITING A SYNCHRONOUS NAVIN, containing a w-phase alternating current source, the output windings of which are connected to a star with output zero, the free outputs of the output windings are connected to the input of the w-phase controlled. 7. a converter, the anode and cathode groups of valves of which are connected along the bridge. the circuit _{to the} plus and minus terminals of which are designed to be connected to the excitation winding of a synchronous machine, and between the minus terminal of the converter and the zero output windings of the AC source, a controlled key is turned on, and a voltage regulator associated with a controlled key is turned off. In order to improve the reliability and quality of regulation, the anode group of valves of the m-phase controlled converter is made on diodes, the controlled key is on a transistor, and the voltage regulator is pulse, and in The output of the voltage regulator is connected directly to the transistor input, as the control circuits of the valves of the cathode group of the w-phase controllable converter through an additionally introduced threshold element.