Изобретение относится к электротехнике в частности многофазным вентильным генераторам переменного тока c радиальными полюсами, которые используются в качестве подвозбудителя для возбуждения электромагнитных синхронных генераторов на электростанциях.
Электрические машины, например синхронные вентильные машины, могут содержать помимо статорной обмотки также обмотку возбуждения, расположенную между двумя пакетами статора. Она должна питаться электрической энергией, чтобы вырабатывать магнитное поле возбуждения. Электрическая энергия подается к обмоткам возбуждения за счет трансформаторной связи между одной или несколькими первичными обмотками на статоре. Образованный первичными и вторичными обмотками трансформатор возбуждения может быть расположен со смещением, например аксиальным, на оси вращающейся электрической машины. В других случаях в качестве первичной обмотки трансформатора возбуждения может быть использована также первичная обмотка.
Известны способы и устройства для определения тока возбуждения в бесщеточных электрических машинах, содержащие трансформатор возбуждения, который включает в себя статорную обмотку возбуждения в качестве первичной обмотки и роторную обмотку возбуждения в качестве вторичной обмотки. Роторная обмотка возбуждения соединена посредством диодного выпрямительного моста с обмоткой возбуждения. За счет этого к обмотке возбуждения подается электрический постоянный ток, ток возбуждения, который генерирует магнитное поле возбуждения [1].
К недостаткам такого способа и устройств возбуждения следует отнести большое количество пульсаций напряжения. При аварийном случае, например, обрыве одного, двух тиристоров или фазы число пульсаций достигает выше предельного, что приводит к увеличению потерь в генераторе и нарушению работы системы.
Наиболее близким к заявляемому способу и устройсву возбуждения синхронных генераторов переменного тока являются бесщеточные тиристорные системы [2]. Данная система возбуждения синхронной машины, содержащая силовой трансформатор с сетевой и вентильной обмотками, тиристорный преобразователь с рабочей и форсировочной группами вентилей. Силовой трансформатор выполнен с двумя вентильными обмотками, соединенными в треугольник, одна из которых - низкого напряжения, с подключением рабочей группы вентилей полностью открытых при нормальных режимах работы синхронной машины, другая - среднего напряжения, с подключением форсировочной группы, соединенной последовательно с рабочей группой вентилей, с открытием на время форсирования возбуждения синхронной машины.
Недостатками вышеуказанного изобретения являются: повышение температуры тиристоров во время экслплуатации, особенно во время форсировки возбуждения, повреждение силового трансформатора, дающего некоректную работу тиристоров, что влияет на устойчивость системы.
Целью предлагаемого многофазного подвозбудителя возбуждения является повышение надежности системы возбуждения синхронного генератора при аварийном режиме подвозбудителя при обрыве одной фазы или одного, двух тиристоров.
Многофазный вентильный подвозбудитель для возбуждения электромагнитного синхронного генератора состоит из: 1 - регулятора выходного напряжения, 2 - обмотки возбуждения подвозбудителя, 3- активного сопротивления, 4 - неуправляемых диодов, 5 - индуктора в виде постоянного магнита, 6 - обмотки якоря подвозбудителя, 7- тиристорных мостов, 8 - регулировочного сопротивления, 9 - обмотки возбуждения генератора подвозбудителя, 10 - активного сопротивления, 11 - диода, 12 - синхронного генератора, К1-К4 ключей.
Сущность предлагаемого изобретения заключается в том, что для повышения надежности системы возбуждения электромагнитного синхронного генератора 12, который состоит из индуктора в виде постоянного магнита 5, обмотки якоря подвозбудителя 6 соединяется в пяти фаз имеющих форму пятиугольника в виде замкнутой обмотки, которая подключена к тиристорным мостам 7 соединёнными с регулятором выходного напряжения 1, состоящей из обмотки возбуждения подвозбудителя 2, подключённого к мостовой схеме и К1-К4 ключей из неуправляемых диодов 4 с учётом активного сопротивления 3. Для стабилизации выходного напряжения возбуждения генератора подвозбудителя, регулировочное сопротивление 8 соединено к обмотке возбуждения генератора подвозбудителя 9, позволяющее ограничение тока в сторону обмотки возбуждения подвозбудителя посредством установленого активного сопротивления 10 и диодов 11 подключённых к выходам тиристорного моста подвозбудителя 7.
Многофазный вентильный подвозбудитель для возбуждения электромагнитного синхронного генератора работает следующим образом: плечами моста 1 являются ключи К1-К4, порог срабатывания которых определяется диапазоном стабилизации напряжения. При превышении требуемого выходного напряжения в регуляторе открываются ключи, которые подключают обмотку возбуждения на подавление ЭДС от постоянных магнитов. При недостаточном напряжении происходит обратный процесс: подключается пара ключей, которые включают обмотку возбуждения на добавление ЭДС к напряжению, которое генерируют постоянные магниты.
Примерами применения способа возбуждения синхронных генераторов с помощью тиристорного многофазного подвозбудителя могут служить исследования проведеные при внедрении системы на Сангтудинской ГЭС-1.
В существующем типе трёхфазной тиристорной системы возбуждения Сангтудинской ГЭС-1 во время эксплуатации и теоретических исследований, были выявлены следующие недостатки:
- повышение температуры тиристоров при выработке реактивной мощности синхронного генератора до критической 50 0С;
- с большой вероятностью, потери системы возбуждения при обрыве одной фазы значительно больше из-за высокого числа пульсаций напряжения.
Вышеуказанные недостатки снижают надежную работу системы возбуждения, снижается устойчивость работы генератора, а также срок службы выпрямляющих элементов.
Предлагаемый многофазный подвозбудитель системы возбуждения "Тиристорная многофазная система возбуждения генераторов" представляет научный и практический интерес для Сангтудиникской ГЭС-1. Поскольку научно-исследовательская работа, проведенная в программном пакете Ansys Electronics Desktop, показывает уменьшение числа пульсаций до 20% при обрыве одной фазы или двух тиристоров по сравнению с существующим типом системы возбуждения. При установившихся режимах (предел возможности выработки реактивной мощности) наблюдается снижение температуры тиристоров на 15%, в отличие от трехфазной тиристорной системы возбуждения.
Полученные результаты позволяют сделать вывод, что использование тиристорной многофазной системы возбуждения повышает надежность работы синхронного генератора, повышается устойчивость работы генератора и срок службы выпрямляющих элементов.
Таким образом, разработанный многофазный подвозбудитель с регулятором напряжения и системой управления обмотки возбуждения подвозбудителя повышает надежность работы системы возбуждения, понижает потери электрической энергии, температуру выпрямляющих элементов и уменьшает число пульсаций выпрямленного напряжения при нормальном и аварийном режиме обрыва одной, двух фаз или выпрямляемых элементов подвозбудителя.
