SU661708A1

SU661708A1 - Synchronous machine exciting device

Info

Publication number: SU661708A1
Application number: SU762409741A
Authority: SU
Inventors: Борис Николаевич Абрамович; Юрий Александрович Бирюков
Original assignee: Центральное Проектно-Конструкторское И Технологическое Бюро Крупных Электрических Машин
Priority date: 1976-10-08
Filing date: 1976-10-08
Publication date: 1979-05-05

Description

1one

Изобретение относитс к электротехнической промышленности и может быть использовано ДЛЯ возбуждени бесщеточных синхронных двигателей и генераторов, и.меющих возбудитель переменного тока с выпр мителем , выполненным по нулевой схеме .. ,The invention relates to the electrical industry and can be used to initiate brushless synchronous motors and generators that have an alternating current pathogen with a rectifier made according to the zero scheme ..,

Известны устройства, содержащие синхронную электрическую .машину, возбудитель неременного.тока и вращающийс полупроводниковый выпр митель, установленный на валу синхронной машины между корем возбудител 11/)бмоткой возбуждени сн.чхрошюй машины. Дл зани1ты от перенапр жений , возникающих на обмотке возбуждени при пуске ИЛИ других асинхронных режимах, а также дл создани необходимого врашаюн1его момента в них примсмены управл емые вентили, включаемые встречно-параллельно вентил м выпр мител ИЛИ обмотке возбуждени и закорачивающие последнюю при возникновении перенапр жении (1.Devices are known that contain a synchronous electrical machine, a non-temporary current exciter and a rotating semiconductor rectifier mounted on the shaft of the synchronous machine between the driver exciter 11 /) excitation winding and the final machine. To take into account overvoltages arising on the excitation winding when starting up OR other asynchronous modes, as well as to create the necessary torque for them, they can be replaced by controlled valves, which turn on the opposite side of the exciter windings or shorting the excitation winding and shorting the latter when overvoltage occurs. one.

Недостатком .известного устройства в .| етс то, что при подаче тока возбуждени в процессе синхронизации при открытом шунтирующем тиристоре, через него иThe disadvantage of the. Known device in. | That is, when applying the excitation current in the synchronization process with the shunt thyristor open, through it and

2разр дное сопротивление может замыкатьс выпр мленный ток возбудител , что преп тствует его закрытию и увеличивает врем ввода мащины в работу.2discharge resistor can short-circuit the rectified exciter current, which prevents its closure and increases the time it takes to put the machine into operation.

Наиболее близкил) техническим решением К изобретению вл етс устройство ДЛЯ возбуждени синхронной , содержащее возбудитель с m-фазной корной обмоткой переменного тока, выпр митель, выполненный по т-фазной нулевой схеме и соединенный с корной обмоткой возбудител , тиристор, включенный встречно-параллельно одному из вентилей выпр мител , н разр дный резистор 2.The closest technical solution to the invention is a synchronous excitation device containing an exciter with a m-phase AC core winding, a rectifier made in a t-phase zero circuit and connected to the exciter core winding, connected in parallel with one of rectifier valves, discharge resistor 2.

Недостатком известного устройства вл етс то, что при синхронизации внополюсного двигател с небольшим моментом на валу не происходит устойчивого закрыти тиристора с помощью ЭДС кор возбудител . Это происходит из-за того, что независимо от пол рности полюса ротора по отношению, к полю возбуждени ЭДС,на0 в роторе двигател , приводит к включению тиристора и затуханию возникшего тока со скоростью, определ емой посто нными контуров ротора двигател и возбудител . Включение возбуждени возбудител в этот момент привбдйт к ToivLy, Что выпр мленный ток возбудител начинает протекать через тиристор и возбудитель подает в режим короткого замыкани . Машина .остаетс невозбужденно до тех пор, пока составл юща тока тиристора, определ ема энергией, запасенной в роторе , не снизитс до величины тока удержани , и ток обмотки возбуждени не примет положительного значени . После этого тиристор закроетс и начнетс процесс нор:мального возбуждени . Процесс затухани переменной составл ющей тока ротора двигател может длитьс от единиц до нескольких дес тков секунд. Все это врем машина остаетс без возбуждени , что зат гивает процесс нормального возбуждени , а тиристор, возбудитель и вентили выпр мител нагружаютс значительными токами короткого замьп ани . Помимо указанных влений, в рассматриваемой системе возбуждени на зажимах обмотки возбуждени возбудител в синхронном режиме возникают значительные перенапр жени , вьгзываемые протеканием пе , ременного тока ротора через фазы возбудител . Перенапр жени представл ют опас ..:.ность дл низковольтной обмотки возбужде ,-н« возбудител ,и вентилей статического - выпр мител , питающего эту обмотку. Поэтому обмотка должна быть замкнута на -коротко или на некоторое сопротивление. В закороченной обмотке возникает пульсирующий ток, который наводит в фазах возбудител значительные ЭДС, измен ющиес с частотой, обратно пропорциональной скольжению . Под действием этих ЭДС в обмотке кор возникают токи, замыкающиес через тиристор. Эти токи дополнительно нагружают тиристор и выпр митель, вл сь дл возбудител токами короткого замыкани . В системе возбуждени бесщеточного син хронного двигател фирмы «ЛЕС предусмотрена также установка разр дного резистора, включаемого последовательно с обмоткой возбуждени двигател между ней и вращющимс выпр мителем. Этот резистор по окончании пуска закорачиваетс так назы-Ваемым последовательным тиристором, включающимс с помощью стаби итронной цепочки после по влени выпр мленного напр жени . Этот резистор ускор ет процесс -затухани переменной составл ющей тока .р9тор:а, но не предотвращает протекани токов короткого замыкани через розбуди те ь , вентили вращающегос выпр мител и тиристор, включаемый встречно-параллёльно одному из вентилей выпр мител . Кроме того, система усложн етс наличием Другого, последовательного тирист{ ра, шунтирующего разр дный резистор в режиме нормального возбуждени . При этом последовательный тиристор должен быть рас661708 считан на пропуск полного тока возбуждени , достигающего дл средних и крупных синхронных машин 300-500 А. Все это удорожает и усложн ет конструкцию, увеличива габариты системы возбуждени . Целью изобретени вл етс повышение надежности и упрощение системы возбуждени синхронной машины. Дл этого разр дный резистор включает- , с последовательно между катодом тиристора и фазой корной обмотки возбудител . . Такое включение резистора, величина сопротивлени которого обеспечивает закрытие тиристора в любом асинхронном режиме , в каждом периоде переменного тока ротора, позвол ет существенно снизить межфазные токи короткого замыкани возбудител и. обеспечить нормальную синхронизацию машины. При этом отпадает необходимость во включении между выпр мителем и одним из зажимов обмотки , возбуждени синхронной машины резистора и шунтирующего его последовательного тиристора с его цеп ми управлени , что упрощает и удешевл ет систему возбуждени . На чертеже представлено устройство возбуждени электрической машины, электрическа схема. Устройство содержит обмотку 1 возбуждени синхронной машины 2, котора подключена одним своим зажимом к плюсу выпр мител 3, выполненного по ш-фазной (в частности, трехфазной) нулевой схеме выпр млени , а другим - к средней точке корной обмотки 4 возбудител переменного тока. Встречно-параллельно одному из вентилей преобразовател установлен тиристор 5, последовательно с которым включен разр дный резистор 6. По конструктивным сображени м это сопротивление целесообразно включать между тиристором и фазой .возбудител , так как в,этом случае все вентили, включа тиристор, могут быть установлены на общем охладителе. Управл ющий электрод тиристора посредством стабилитрона 7 подключен к аноду этого же тиристора. В цепь управл ющего электрода тиристора могут быть включены также другие полупроводниковые элементы с нелинейной вольт-амперной характеристикой,-напржмер , динистор, симметричный ограничитель перенапр жений и т.п. Сопротивление 8 шунтирует управл ющий переход тиристора , повыша его помехоустойчивость. Между анодом и катодом тиристора дл снижени крутизны напр жени , прикладываемото к тиристору, влючена RC-цепочка 9. Ука занна цепь может быть подключена пр мо на зажимы обмотки ротора. RC-цепь выполн ет также функции ограничени коммутационных перенапр жений выпр мител . Параллельно обмотке 10 возбуждени возбудител устновлен защитный элемент И, ограничивающий перенапр жение на ее зажимах в асинхронных режимах. В качестве защитного элемент.а могут быть применены полупроводниковые приборы со стабилитронной характеристикой, резисторы, и т. п. Найболее эффективно применение стабилитронов , выполн ющих в асинхронных режимах роль ограничител перенапр жений, а. в режимах возбуждений - шунтирующего, управл емого выпр мител 12 питани обмот-. ки возбуждени возбудител , что позвол ет существенно повысить коэффициент мощности и расширить диапазон регулировани выпр мител 12. Работа устройства аналогична. работе обычной схемы возбуждени синхронной машины. В начальный момент пуска в токе ротоpa синхронной машины 2 возникает апери одическа составл юща ,амплитуда и знак которой определ ютс первоначальным положением ритора относительно статора и моментом включени . В св зи с несимметричным характером схемы в цепи ротора возникнет посто нна составл юща тока, бключениё тиристора 5 происходит всегда после перехода тока ротора через ноль и возникновени перенапр жени на зажимах обмотки возбуждени такой амплитуды и длительности, при которых ток управлени достигнет тока открыти . Включ,ени разр дного резистора 6 последовательно с тиристором 5 позвол ет ограничить ток через тиристор 5 в каждый период до величины, обеспечивающей его устойчивое закрытие, что позвол ет ограничить врем его открытого состо ни в процессе синхронизации, предотвратить токи короткого замыкани .A disadvantage of the known device is that when synchronizing a pole-mounted motor with a small moment on the shaft, the thyristor does not stably close with the EMF of the exciter core. This is due to the fact that regardless of the polarity of the rotor pole in relation to the field of excitation, the EMF, 0 in the motor rotor, causes the thyristor to turn on and attenuate the generated current at a speed determined by the constant rotor contours of the motor and exciter. Turning on the excitation of the exciter at this moment privyddyt ToivLy, That the rectified current of the exciter begins to flow through the thyristor and the activator delivers in short circuit mode. The machine remains unexcited until the component of the thyristor current, determined by the energy stored in the rotor, is reduced to the value of the holding current, and the excitation winding current takes a positive value. After this, the thyristor is closed and the normal excitation process starts. The decay process of the variable component of the motor rotor can last from a few to several tens of seconds. All this time, the machine remains without excitation, which delays the process of normal excitation, and the thyristor, the pathogen, and the rectifier valves are loaded with significant short-circuit currents. In addition to these phenomena, in the considered excitation system at the terminals of the excitation winding of the exciter in a synchronous mode there are significant overvoltages caused by the flow of rotor current through the exciter phases. Overvoltages pose a danger ..: ... nness for the low voltage winding of the excitation, - n "exciter, and static valves - rectifier supplying this winding. Therefore, the winding must be closed for -short or some resistance. A pulsating current arises in the shorted winding, which induces significant emfs in the phases of the exciter, varying with a frequency inversely proportional to slip. Under the action of these electromotive forces in the winding of the core, currents arise that are closed through the thyristor. These currents additionally load the thyristor and rectifier, being short-circuit currents for the driver. In the excitation system of a brushless synchronous motor produced by LES, it is also possible to install a discharge resistor connected in series with the motor excitation winding between it and the rotating rectifier. At the end of the start-up, this resistor is short-circuited by the so-called sequential thyristor, which is turned on with the help of a stabilized chain after the appearance of a rectified voltage. This resistor accelerates the process of dimming the variable component of the current .p9tor: a, but does not prevent the flow of short-circuit currents through rozbudi, the valves of the rotating rectifier and the thyristor, turned on counter-parallel to one of the rectifier valves. In addition, the system is complicated by the presence of Other, serial thyristor, shunting the discharge resistor in the normal excitation mode. In this case, the sequential thyristor must be expanded 661708 to pass the total field current, reaching 300-500 A for medium and large synchronous machines. All this increases the cost and complexity of the design, increasing the size of the excitation system. The aim of the invention is to increase the reliability and simplify the excitation system of a synchronous machine. For this, the discharge resistor includes, with a series between the cathode of the thyristor and the phase of the core winding of the driver. . Such inclusion of a resistor, the resistance value of which ensures the closure of the thyristor in any asynchronous mode, in each period of the alternating current of the rotor, allows to significantly reduce the interphase short-circuit currents of the exciter and. ensure normal machine synchronization. In this case, there is no need to connect between the rectifier and one of the winding terminals, excite the synchronous machine of the resistor and shunt its sequential thyristor with its control circuits, which simplifies and reduces the cost of the excitation system. The drawing shows a device for driving an electric machine, an electrical circuit. The device contains the excitation winding 1 of the synchronous machine 2, which is connected by one clamp to the positive rectifier 3, made on the W-phase (in particular, three-phase) zero rectifier circuit, and the other to the midpoint of the main winding 4 of the AC exciter. A thyristor 5 is installed counter-parallel to one of the converter gates, in series with which the discharge resistor 6 is connected. In terms of design considerations, it is reasonable to include this resistance between the thyristor and the driver phase, since in this case all the gates, including the thyristor, can be installed on a common cooler. The control electrode of the thyristor is connected via the Zener diode 7 to the anode of the same thyristor. Other semiconductor elements with a nonlinear current-voltage characteristic, for example, dynistor, symmetrical overvoltage suppressor, etc. can also be included in the thyristor control electrode circuit. Resistance 8 shunts the thyristor control transition, increasing its noise immunity. Between the anode and the cathode of the thyristor to reduce the voltage steepness, we attach it to the thyristor, an RC-chain 9 is connected. The said circuit can be connected directly to the rotor winding clamps. The RC circuit also performs the functions of limiting the switching overvoltages of the rectifier. Parallel to the excitation winding 10, a protective element I is mounted, which limits the overvoltage at its terminals in asynchronous modes. As a protective element, semiconductor devices with a zener diode characteristic, resistors, etc. can be used. The zener diodes that perform the role of an overvoltage suppressor in asynchronous modes are most efficient as well. in the modes of excitation - shunt, controlled rectifier 12 power winding -. excitation of the exciter, which makes it possible to significantly increase the power factor and extend the control range of the rectifier 12. The operation of the device is similar. operation of a conventional driving circuit of a synchronous machine. At the initial moment of launching in the rotor current of the synchronous machine 2, an aperic component occurs, the amplitude and sign of which are determined by the initial position of the device relative to the stator and the moment of switching on. Due to the asymmetrical nature of the circuit in the rotor circuit, a constant component of the current will occur, the switching off of the thyristor 5 always occurs after the rotor current passes through zero and an overvoltage occurs at the terminals of the excitation winding of such amplitude and duration at which the control current reaches the open current. Turning on the discharge resistor 6 in series with the thyristor 5 allows to limit the current through the thyristor 5 in each period to a value that ensures its stable closure, which allows to limit the time of its open state during the synchronization process, to prevent short-circuit currents.

Описанное устройство было реализовано при разработке опытных образцов электродвигателей типов СДБО-99/49 и СДКМ2-16-24-12.The described device was implemented in the development of prototypes of electric motors of types SDBO-99/49 and SDKM2-16-24-12.

Включение последовательно с параллельным тиристором резистора с сопротивлением , равным трехкратной величине активного сопротивлени обмотки возбуждени двигател , позволило ограничить врем открытого состо ни тиристора в процессе синхронизации с 3-5 с до 0,2-0,4 с, т. е. практически,временем длительности последней полуволны переменного тока ротора. При этом параллельный тиристор зйпираетс сразу после спадани отрицательной полуволны тока ротора, чем предотвращались межфазные короткие замыкани .The inclusion of a resistor with a resistance equal to three times the active resistance of the motor field winding, in series with the parallel thyristor, made it possible to limit the open state of the thyristor during synchronization from 3-5 s to 0.2-0.4 s, i.e. practically the duration of the last half-wave AC rotor. In this case, the parallel thyristor zipperats immediately after the negative half-wave of the rotor current decays, thus preventing interphase short-circuits.

Благодар применению стабилитронов, удалось ограничить перенапр жени , достигавшие 1500 В, уровнем напр жени стабиУстройство дл возбуждени синхронной машины, содержащее возбудитель с тфазной корной обмоткой переменного тока, выпр митель, выполненный по т-фазной нулевой схеме и соединенный с корной обмоткой возбудител , тиристор, включенный встречно-параллельно одному из вентилей выпр мител , и разр дный резистор, отличающеес т ч , что, сцелью упрощени и повышени надежности, указанный разр дный резистор включен последовательно между катодом тиристора и фазой корной обмотки возбудител . Thanks to the use of zener diodes, it was possible to limit overvoltages, which reached 1500 V, the voltage level of the stabilizer to excite a synchronous machine, which contains a causative agent with an AC phase winding, a rectifier made in a T-phase zero circuit and connected to the core winding of an exciter, an anti-parallel gate connected to one of the rectifier valves, and a discharge resistor, characterized by the fact that, in order to simplify and increase reliability, the discharge discharge resistor is switched on the follower but between the cathode of the thyristor and the phase of the core winding of the exciter.

Источники информации, прин тые во внимание при экспертизеSources of information taken into account in the examination

1. Патент США №,3098959, кл. 318-181,1. US Patent No. 3098959, cl. 318-181,

23.07.63.07.23.63

2. Бесщеточна система возбуждени , «Ротадукт дл синхронных генераторов и двигателей средней мощности. - Ж-л «AEG Mitteitungen, 1968. № 3, с. 145- 148. лрации. В пр мом,.направлении стабилитрЬн при возникновении перенапр жений. ш;унтировал обмотку и выполн л роль шунти-. рующего (нулевого) вентил в нормальных режимах возбуждени . Осциллографированиё напр жени тиристора в режиме пуска двигател показало , что скорость нарастани напр жени снизилась в несколы о дес тков раз по сравненито со случаем, когда RC- цепочка не была включена. Включение разр дного резистора последовательно с параллёльным тиристором принципиально увеличивает несимметрию схемы по отношению к обмотке возбуждени машины . Однако исследовани показали, что дл крупных и средних синхронных двигателей и генераторов с возбудителем переменного тока синхронного типа не происходит сущестенного ухудшени моментной характеристики в области больших скольжений, а провал, в моментной характеристике от действи тормозного момента практически отсутствует. Указанные исследовани проводились тео-. ретически с помощью ЭЦВМ и на натурных образцах, бесщеточных синхронных двигателей мощностью 200, 315 и 630 кВт. Таким образом, за счет исключени последовательного тиристора и его цепей управлени и размещени разр дного резистора в цепи параллельного тиристора может . быть получен существенный экономический эффект.2. Brushless excitation system, Rotaduct for synchronous generators and engines of average power. - Journal “AEG Mitteitungen, 1968. No. 3, p. 145-148. lratsii. Directly, direction is stabilized when overvoltages occur. w; untirovan winding and played the role of shunt-. a (zero) valve in normal driving conditions. The oscillography of the thyristor voltage in the engine start mode showed that the voltage rise rate decreased several times by a factor of ten compared with the case when the RC-chain was not included. The inclusion of a discharge resistor in series with a parallel thyristor essentially increases the asymmetry of the circuit with respect to the excitation winding of the machine. However, studies have shown that for large and medium-sized synchronous motors and generators with a synchronous type ac exciter, there is no significant deterioration of the torque characteristic in the area of large slip, and there is almost no failure in the torque response from the braking torque. These studies were carried out by theo-. retically using an electronic computer and on-site samples, brushless synchronous motors of 200, 315 and 630 kW. Thus, by eliminating the series thyristor and its control circuits and placing the discharge resistor in the parallel thyristor circuit, it can. be obtained a significant economic effect.

Claims

Invention Formula

pz