SU729807A1

SU729807A1 - Controllable synchronous machine

Info

Publication number: SU729807A1
Application number: SU772469568A
Authority: SU
Inventors: Лев Абрамович Зильберштейн; Виктор Сергеевич Рыжков; Эдуард Борисович Сабанов; Алексей Андреевич Ступин
Original assignee: Предприятие П/Я Г-4444
Priority date: 1977-04-01
Filing date: 1977-04-01
Publication date: 1980-04-25

Description

(54) РЕГУЛИРУЕМАЯ СИНХРОННАЯ МАШИНА(54) ADJUSTABLE SYNCHRONOUS MACHINE

1one

Изобретение относитс к электро-технике , а именно к синхронным электрическим машинам и их системам регулировани .The invention relates to electrical engineering, in particular to synchronous electrical machines and their control systems.

Изобретение может быть использовано в системах возбуждени и компаундировани синхронных генераторов, в частности в системах возбуждени асинхронизированных синхронных машин .The invention can be used in the systems of excitation and compounding of synchronous generators, in particular, in the systems of excitation of asynchronized synchronous machines.

Известны синхронные машины с устройстваули дл регулировани возбуждени .Synchronous machines from a device for controlling the excitation are known.

Одна из известных синхронных машин содержит неподвижный индуктор с двум одинаковыми вращающимис в разные стороны с одинаковой скоростью один в другом кор ми, причем обмотки соответствующих фаз обоих корей соединены последовательно с помощью контактных колец и щеток. В этой машине автоматически скомпенсирована поперечна реакци кор , индуктор разгружен от момента , и мощность удвоена в соответствии с числом корей 1.One of the known synchronous machines contains a stationary inductor with two identical rotating in different directions with the same speed in one another, and the windings of the respective phases of both Koreas are connected in series by means of slip rings and brushes. In this machine, the transverse response of the core is automatically compensated, the inductor is unloaded from the moment, and the power is doubled according to the number of cores 1.

Недостатком этой машины вл етс то, что продольна реакци кор остаетс нескомпенсированной, а наличие вращаюиоихсн оОмоток и сКольз НИХ контактов ними приводит к снижению надежности.The disadvantage of this machine is that the longitudinal reaction of the core remains uncompensated, and the presence of rotational windings and the use of THIS contacts with them leads to a decrease in reliability.

Известна друга синхронна машина, на роторе которой расположены компенсационна обмотка и сверхпровод ща обмотка розбуждсни .Компенсационна обмотка представ.п ет собой корную обмотку посто нного тока, присоединенную к коллектору. Якор10 на обмотка переменного тока расположена на статоре. Концы фаз этой обмотки присоединены к щеткам, установленным на коллекторе под углом 120 эл. град, друг к другу в та15 ком положении, что волны первой гармоники МДС обмотки кор (статора) и компенсационной взаимно компенсируют друг друга 2.There is another known synchronous machine, on the rotor of which there is a compensation winding and a superconducting winding of excitation. The compensation winding is a DC main winding connected to a collector. Anchor 10 on the AC winding is located on the stator. The ends of the phases of this winding are attached to brushes mounted on the collector at an angle of 120 e. hail, to each other in such a position that the waves of the first harmonic MDS winding of the core (stator) and compensating mutually compensate each other 2.

Это устройство позвол ет осуществл ть компенсацию пол реакции кор , но имеет существенный |недостаток - коллектор, комментирующий переменный ток.This device allows compensation of the reaction box core, but has a significant drawback — a collector commenting on the alternating current.

Наиболее близким по техническойThe closest technical

25 сущности и достигаемом;. результату к изобретению вл етс регулируема синхронна машина с обмоткой возбуждени холостого хода и с продольной и поперечной компенсационными обмотками возбуждени , подключенными к25 essence and achievable; The result of the invention is an adjustable synchronous machine with the excitation winding of idling and with the longitudinal and transverse compensation excitation windings connected to

регулирующему устройс- ву, соединенном с однофазными трансформаторами тока и содержащему управл емые вентили и блоки управлени ими, состо щие из диодов и многообмоточных трансформаторов, первичные обмотки которых подключены к датчику положени ротора, выполненному с числом фаз, равным числу фаз синхронной машины и установленному синфаэно на валу ротора машины 3.a control device connected to single-phase current transformers and containing control valves and control units consisting of diodes and multiwinding transformers whose primary windings are connected to a rotor position sensor made with a number of phases equal to the number of phases of the synchronous machine and installed on the rotor shaft of the machine 3.

Регулирование электрической машины осуществл етс при помощи изменени напр жений на указанных обмотках пропорционально частоте скольжени . Дл этого формируют сигналы, пропорциональные составл ю1иим токов кор по продольной ( i QJ) поперечной (ic) ос м ротора и индуктивному сопротивлению рассе ни обмотки кор , а затем в зависимости от величи указанных сигналов регулируют напр жени обмоток возбуждени .The adjustment of the electric machine is carried out by varying the voltages on said windings in proportion to the slip frequency. To do this, signals are formed that are proportional to the component of the current in the core along the longitudinal (i QJ) transverse (ic) axis of the rotor and the inductive resistance of the scattering winding of the core, and then, depending on the magnitude of these signals, regulate the voltage of the excitation windings.

В соответствии с этим трехфазна система токов кор преобразуетс в двухфазную при помощи параллельного включени вторичных обмоток трансформаторов тока в двух фазах. Затем методами и устройствами аналоговой электроники полученные два выходных тока умножаютс на фазные ЭДС двухфазной углоизмерительной машины, после чего полученные величины суммируютс и усиливаютс .In accordance with this, the three-phase current system of the core is converted to two-phase by parallel connection of the secondary windings of current transformers in two phases. Then, using the methods and devices of analog electronics, the obtained two output currents are multiplied by the phase EMFs of the two-phase angle measuring machine, after which the values obtained are summed up and amplified.

Недостатком этого устройства вл етс сложность систе у1ы возбуждени , обусловленна тем, что необходит ий сигнал управлени (весьма сложной структуры) сначала лишь формируетс , а затем усиливаетс мощными усилител ми, имеющими значительную массу и габариты, а. также неприспособленность дл работы при несимметричной нагрузке фаз и невозможность компенсации инверсных полей, так как надлежащие значени составл ющих токов кор по продольной и поперечной ос м ротора здесь могут быть выделены только при симметричной нагрузке фаз кор A disadvantage of this device is the complexity of the excitation system, due to the fact that the unnecessary control signal (of a very complex structure) is first formed and then amplified by powerful amplifiers of considerable mass and size, as well. also unsuitability for operation with unbalanced load of phases and impossibility of compensation of inverse fields, since the proper values of the component currents of the core along the longitudinal and transverse axis of the rotor here can be distinguished only with symmetrical loading of the core phases

Цель изобретени - повышение качества регулировани , увеличение синхронизирующего момента и упрощение системы регулировани .The purpose of the invention is to improve the quality of regulation, increase the synchronizing moment and simplify the regulation system.

Это достигаетс тем, что в регулируемой синхронной машине кажда компенсационна обмотка снабжена группой мостовых реверсивных переключателей , число которых в группе равно числу фаз машины, выходы переключателей в группе соединены параллельно , а входы соединены со вторичными oUNiOTKaMH трансформаторов тока, причем выходы вторичных обмоток трансформаторов блоков управлени переключател ми выполнены попарно разнопол рными, а цепи управлени переключателей подсоединены к раэнопол рным выходам указанныхThis is achieved by the fact that in an adjustable synchronous machine each compensation winding is equipped with a group of bridge reversing switches, the number of which in the group is equal to the number of machine phases, the outputs of the switches in the group are connected in parallel, and the inputs are connected to secondary oUNiOTKaMH current transformers, and the outputs of the secondary windings of the control unit transformers the switches are made in pairs of opposite polarity, and the control circuits of the switches are connected to the equal outputs of

трансформаторов. Кроме того, выходные обмотки трансформаторов блока управлени переключател ми, соединенным5- с компенсационной обмоткой, расположенной по продольной оси,могут быть подключены к линейным выводам обмоток датчика положени ротора , а входные обмотки трансформа-торов блока управлени переключател ми , соединенными с компенсационной обмоткой, расположенной по поперечной оси:, подключены к фазным выводам обмоток датчика положени ротора. ПарешлельнЪ выходу и входу каждой из групп .реверсивных переключателей установлены фильтры низкой частоты. Сtransformers. In addition, the output windings of the transformers of the control unit of the switches connected 5 to the compensation winding located along the longitudinal axis can be connected to the linear leads of the windings of the rotor position sensor, and the input windings of the transformers of the control unit of the switches connected to the compensation winding located along the transverse axis :, connected to the phase terminals of the windings of the rotor position sensor. The output and input of each of the groups of reversible switches are set to low-pass filters. WITH

целью уменьшени вли ни продольной компенсационной обмотки на обмотку возбуждени холостого хода в динамических режимах устройство может бытьthe purpose of reducing the influence of the longitudinal compensation winding on the excitation winding of idling in dynamic modes, the device can be

0 снабжено трансформатором с воздушным зазором, первична обмотка которого включена последовательно с продольной компенсационной обмоткой, а вторична - последовательно в цепь0 is equipped with a transformer with an air gap, the primary winding of which is connected in series with the longitudinal compensation winding, and the secondary winding is sequentially connected to the circuit

5 обмотки возбуждени холостого хода.5 excitation windings.

На чертеже представлена принципиаг )ьна электрическа схема регулируемой синхронной машины.The drawing shows the principle) on the electrical circuit of an adjustable synchronous machine.

Трехфазна синхронна машина содержит обмотку 1 кор , продольную 2 и поперечную 3 компенсационные обмотки возбуждени , обмотку 4 возбуждени холостого хода, однофазные трансформаторы тока 5-10 в цепи кор , реверсивные мостовые переключатели 11-16, блоки 17 и 18 принудительной коммутации, датчик 19 положени индуктора, входные фильтры 20-25 высших гармоник тока, выходные фильтры 26 ;i 27 высших гармоник тока, разв зывающий трансформатор 28, блоки 29 и 30 управлени реверсивными переключател ми. Реверсивные мостовые переключатели 11-16 выполнены , в частности, на симисторах 31-34. Блоки управлени переключател ми включают в себ по три чейки, кажда из которых построена на трансформаторе 35 и диодах 36-39, а в качестве датчика положени индуктора используетс трехфазный углоизмерительный генератор, причем ЭДС его фаз а, 8, с синфазны соответствующим ЭДС фаз А, В, С мащины.The three-phase synchronous machine contains a winding 1 core, a longitudinal 2 and a transverse 3 compensation excitation windings, an excitation winding 4 of idling, single-phase current transformers 5-10 in the core circuit, reversing bridge switches 11-16, blocks 17 and 18 forced switching, position sensor 19 inductor, input filters 20–25 high current harmonics, output filters 26; i 27 high current harmonics, isolation transformer 28, reversing switch control units 29 and 30. Reversible bridge switches 11-16 are made, in particular, on triacs 31-34. The control blocks of the switches include three cells each, each of which is built on a transformer 35 and diodes 36-39, and a three-phase angle-measuring generator is used as an inductor position sensor, with the emf of its phases, 8, being in phase with the corresponding emf of phases A, B, C maschiny.

Элементы схема соединены следующим образом.The elements of the scheme are connected as follows.

Фазы обмотки кор 1 подключены к линейным зажимам машины к фазам А, В, С через две группы однофазных трансформаторов тока 5-7 и 8-10. Вторичные обмотки трансформаторов тока 5-7 соединены с входами входных фильтров 0-22, выходы которых присоединены к входам переключателей 11-13. Выходы переключателей 11-13 соединены параллельно с блоком 17 и выходным фильтром 2fi, ко-торый своими выходными Зс1жимами подключен к поперечной компенсацион ной обмотке 3. Управл ющие электроды симисторов переключателей 11-13 подключены к выходам чеек блока 29 Ячейка управлени реверсивным переключателем 11 построена следующим образом. Управл ющие электроды симисторов 31-34 переключател II присоединены через диоды 36-39 к вторичным обмоткам трансформатора 35, первична обмотка которого включена на клегу мы фазы С датчика 19. Реверсивные мостовые переключатели 12 и 13 подключены к аналогичным чейкам управлени , входы которых подключены к фазам и Я. датчика 19. Трансформаторы тока 8-10 присоединены через входные фильтры 23-25 к входам переключателей 14-16, выходы которых соединены параллельно с блоком принудительной коммутации 18 и входом выходного фильтра 27. Выход фильтра 27 подключен к продольной -компенсационной обмотке 2 через первичную обмотку разв зывающего трансформатора 28,вторична об мотка которого соединена последовательно с обмоткой 4.Управл ющие эле троды симисторов переключателей 14подключены к выходам чеек блока 30 кажда из которых построена аналоги но чейке управлени переключателем 11, описанным выше. Первичные обмот ки трансформаторов чеек управлени переключател ми 14-16 подключены к линейным Эспкимам датчика 19, а имен но к зажимам 0,6, Q.C, с соответстве но . В случае нецелесообразности или невозможности выполнени в Мсшшне поперечной компенсационной обмотки возбуждени ( внополюсных, бесконтактных машинах с когтеобразным или индукторным ротором) или в случае отсутстви необходимости регулировани потока возбуждени по продольной оси, регулирующее устрой ство выполн етс с одной группой реверсивных мостовых переключателей присоединенных к продольной или поперечной компенсационным обмоткам соответственно. Следовательно,при выполнении машины трехфазной, токи в продольной (1ц ) и поперечной () компенсационных обмотках возбуждени равны (за начало отсчета времени прин т момент времени, когда продольна ось индуктора совпадает с осью фазы А обмотки кор ) : 4(3 Vsigrn cosu t ig5(.(u)i-) + tcsig-n cc«(),(I 7 И-V f Ч B e s Ч -f ) -1 & епЬАп(ш1- ), где lo , ig, и Q - мгновенные значени токов в фазах обмотки кор . Если коэффициенты трансформации () тpaнcфop aтopoв тока, к которым подключено регулирующее S CTройстЕО , выбраны равныьот 3/2. 4/Л-, (амплитуда первой гармоники единичной пр моугольной функции равна 4/Jt) , то посто нные составл ющие и вторые гармоники токов в компенсационных обмотках возбуждени будут равны аг алогичныг составл юищм токов, описанным управлени ми Блондел V- ) ) ( 3) y-fHA,(( Высшие же гармоники токов при необходимости могут быть удалены или ослаблен отфильтрованием. Регулируема синхронна машина работает следуюш,им образом. Вторичные токи трансформаторов 5-10, образующиес при нагрузке машины, протекают через фильтры 20-25, где отфильтровываютс внаине гармоники токов, затем поступает на группы реверсивных мостовых переключателей 11-13, и 14-16, количество которых в каждой группе равно числу фаз машины и выходы которых соединены параллельно , и далее через выходные фильтры 26 и 27, где отфильтровываютс гармоники токов выше второй,на поперечную 3 ii продольную 2 компенсационные обмотки возбуждени соответственно . В случае, если необходимо обеспечить компенсацию инверсного пол кор , эти фильтры расчитываютс так, чтобы гармоника удвоенной частоты (сравнительно с частотой цепи кор ) мало искажалась по амплитуде и фазе. Управл ющие электроды симисторов 31-34 переключателей 11-13, присоединены через диоды 36-39 и трансформаторы 35 блока 29 к фазам датчика 19, осуществл ют попеременное включение симисторов 31, 33 и 32, 34 противоположных плеч моста в моменты равенства нулю мгновенных значений соответствующих фазных ЭДС . машины. Епок 17 при этом гасит симисторы 32, 34 или 31f 33 соответственно. Cyf.&tapHHfi ток на выходе группы реверсивных переключателей 11-13, поступающий в компенсационную обмотку 3, пропорционален или, при соответствующем выборе коэффициентов трансформации трансформаторов токаThe phases of the winding of the core 1 are connected to the line terminals of the machine to the phases A, B, C through two groups of single-phase current transformers 5-7 and 8-10. The secondary windings of current transformers 5-7 are connected to the inputs of input filters 0-22, the outputs of which are connected to the inputs of switches 11-13. The outputs of the switches 11-13 are connected in parallel with the block 17 and the output filter 2fi, which is connected to the transverse compensation winding 3 with its output clips. The control electrodes of the triacs of the switches 11-13 are connected to the outputs of the cells of the block 29 The control switch cell of the reversing switch 11 is constructed as follows in a way. Triac control electrodes 31-34 of switch II are connected via diodes 36-39 to the secondary windings of transformer 35, the primary winding of which is connected to terminal C of sensor 19. Reversible bridge switches 12 and 13 are connected to similar control cells, the inputs of which are connected to phases and I. sensor 19. Current transformers 8-10 are connected through input filters 23-25 to the inputs of switches 14-16, the outputs of which are connected in parallel with the forced switching unit 18 and the input of the output filter 27. The output of the filter 27 is 27 To the longitudinal compensation winding 2 through the primary winding of the isolation transformer 28, the secondary winding of which is connected in series with the winding 4. The driving electrodes of the triacs of the switches 14 are connected to the outputs of the cells of the block 30 each of which is analogous to the control switch 11 cell described above. . The primary windings of the transformers of the control cells by the switches 14-16 are connected to the linear Espacams of the sensor 19, and namely to the terminals 0.6, Q.C, with correspondingly. In the event of the inadvisability or impossibility of carrying out a transverse compensation excitation winding (in the pole-pole, non-contact machines with a claw or inductor rotor) or in the absence of the need to control the excitation flow along the longitudinal axis, transverse compensation windings, respectively. Consequently, when the machine is executed three-phase, the currents in the longitudinal (1c) and transverse () compensation excitation windings are equal (the time when the longitudinal axis of the inductor coincides with the axis of phase A of the winding core) is taken as the time reference: 4 (3 Vsigrn cosu t ig5 (. (u) i-) + tcsig-n cc "(), (I 7 I-V f B B es f -f) -1 & amphibious (sh1-), where lo, ig, and Q - instantaneous values of currents in the phases of the winding of the box. If the transformation ratios () of the current transfer voltages to which the regulating ST CT is connected, are chosen equal to 3/2. 4 / L-, (the amplitude of the first harmonic of a single right-angled function is 4 / Jt), the constant components and the second harmonics of the currents in the compensation windings of the excitation will be equal to the analogous composition of the current described by the Blondel controls V-)) (3) y-fHA, ((Higher harmonics of currents If necessary, they can be removed or weakened by filtering. An adjustable synchronous machine works in the following manner. Secondary currents of transformers 5-10, generated when the machine is loaded, flow through filters 20-25, where they are filtered at the harmonics of the currents, then fed to reversible groups x bridge switches 11-13, and 14-16, the number of which in each group is equal to the number of machine phases and the outputs of which are connected in parallel, and then through the output filters 26 and 27, where the harmonics of currents above the second are filtered, to transverse 3 ii longitudinal 2 compensatory field windings respectively. In case it is necessary to provide compensation for the inverse field, these filters are calculated so that the harmonic of twice the frequency (compared to the frequency of the core chain) is little distorted in amplitude and phase. Triac control electrodes 31-34 of switches 11-13, connected through diodes 36-39 and transformers 35 of unit 29 to the phases of sensor 19, alternately turn on triacs 31, 33 and 32, 34 of the opposite shoulders of the bridge when the instantaneous values of the corresponding values are zero. phase emf. cars. In this case, Epok 17 dampens triacs 32, 34 or 31f 33, respectively. Cyf. &Amp; tapHHfi, the current output from the group of reversing switches 11-13 entering the compensation winding 3 is proportional to or, with an appropriate choice of current transformer ratios

5-7, равен составл ющей токов кор по поперечной оси индуктора машины.5-7, equal to the component of the currents of the core along the transverse axis of the inductor of the machine.

Формирование тока в компенсационной обмотке 2, пропорционального или равного составл ющей токов кор по продольной оси индуктора машины , осуществл етс аналогичным образом путем суммировани токов переключателей 14-16 переключение которых с одной пол рности на другую в данном случае осуществл етс в те моменты, когда мгновенные значени соответствующих фазных ЭДС машины принимают максимальные значени . При этом трансформаторы блока 30 получают питание от линейных напр жений датчика 19 и указанные переключени коммутаторов происход т в моменты равенства нулю их мгновенных значений .The formation of a current in the compensation winding 2, proportional to or equal to the component of the currents of the core along the machine’s inductor longitudinal axis, is carried out in a similar way by summing the currents of the switches 14-16, which in this case are switched from one polarity to another the values of the corresponding phase emf of the machine take on maximum values. At the same time, the transformers of the unit 30 are powered from the linear voltages of the sensor 19, and the switchings indicated are made at times of instantaneous values.

Разв зывающих трансформатор 28 (с воздушным зазором) при динамических режимах нагрузки машины компенсируют вли ние продольной обмотки 2 на обмотку возбуждени холостого хода 4, св занных взаимоиндуктивно магнйтопроводом машины.Developing a transformer 28 (with an air gap) under dynamic load conditions of the machine compensates for the effect of the longitudinal winding 2 on the excitation winding 4, connected mutually inductively by the machine's magnetic conductor.

Трансформатор в. оптимальном случае настроен так, чтобы при изменении тока нагрузки генератора изменение потокосцеплени всей цепи обмотки 4 было минимальным.Transformer in. optimally, it is adjusted so that when the load current of the generator changes, the flux linkage of the entire coil circuit 4 is minimal.

При надлежащем выборе коэффициентов трансформации трансформаторов тока 5-10 или числа витков в обмотках возбуждени 2 и 3 поле реакции кор может быть полностью скомпенсировано , в том числе и при несимметричной нагрузке машины. При этом переходные процессы в цеп х кор и индуктора будут практически разв заны.With proper selection of the transformation ratios of current transformers 5-10 or the number of turns in the excitation windings 2 and 3, the reaction field of the core can be fully compensated, including under asymmetric machine load. In this case, transients in the core and inductor chains will be practically untied.

Положительный эффект заключаетс в существенном упрощении машины при непосредственном получении моющих сигналов дл воздействи на обмотки возбуждени , повышении пределов статической и динамической устойчивости машины в услови х несимметричных нагрузок, сокращении длительности переходных процессов, повышении точности регулировани , а также в уменьшении потерьот инверсных полей.The positive effect is to significantly simplify the machine while directly receiving cleaning signals to affect the excitation windings, increasing the limits of static and dynamic stability of the machine under conditions of unbalanced loads, reducing the duration of transients, improving the control accuracy, as well as reducing the losses of inverted fields.

Упрощение устройства приводит к замене дорогосто щих блоков аналоговой электроники на значительно более дешевые (в 10-20 раз) силовые тиристорные элементы.Simplification of the device leads to the replacement of expensive analog electronics units with much cheaper (10–20 times) power thyristor elements.

Claims

1. Adjustable synchronous machine with excitation winding idle, longitudinal and. transverse compensation excitation windings are connected and connected to the regulating device 1y with single-phase current transformers containing

controllable valves and control units consisting of diodes and multiwinding transformers, the primary windings of which are connected to a rotor position sensor, made with a number of phases equal to the number of phases of the synchronous machine and installed in-phase on the rotor shaft,

topics

that, with increasing the control quality, increasing the synchronizing moment and simplifying the control system, each compensation winding is equipped with a group of bridge switches, the number of which in the group is equal to the number of machine phases, the outputs of the switches in the group are connected in parallel, and the inputs are connected to the secondary windings of current transformers, the outputs of the secondary windings of the transformers of the control blocks of the switches are made in pairs of opposite polarities, and the control circuits of the switches are connected Hetero-polar to outputs of said transformer.

2. Adjustable synchronous machine according to claim 1, characterized in that the input windings of the transformers of the control block of the switches connected to the compensation winding located along the longitudinal axis are connected to the linear terminals of the windings of the rotor position sensor, and the input windings of the transformers of the control block of the switches Connected to the compensation winding located along the transverse axis are connected to the phase terminals of the windings of the rotor position sensor.

3. Adjustable synchronous machine on the PP. 1 and 2, characterized in that low-pass filters are included between the compensation excitation windings and the outputs of the reversible switch groups.

4. Adjustable synchronous machine according to paragraphs. 1, 2 and 3, which differs from the fact that, in order to increase accuracy with non-sinusoidal phase currents, low-pass filters are included between the current transformers and the inputs of the reversible switch groups.

5. Adjustable synchronous machine according to paragraphs. 1,2,3 and 4, characterized in that, in order to reduce the influence of the longitudinal compensation winding on the excitation winding in dynamic modes, the synchronous machine is equipped with a transformer with an air gap, the primary winding of which is connected in series with the longitudinal compensation winding, and secondary - successively in the circuit of the winding of the excitation winding.

Sources of information, are one in mind in the examination

1. US Patent 3742265, cl. H 02 K 19/00, 1973,

2. USSR author's certificate number 369659, cl. H 02 K 19/16, 1971.

3. Certificate of CCCI 289488, cl. H 02 R 9/10, 1969.