RU134716U1 — Бесщеточная система возбуждения синхронной машины — Google Patents
Publication number RU134716U1 RU134716U1 RU2013115530/07U RU2013115530U RU134716U1 RU 134716 U1 RU134716 U1 RU 134716U1 RU 2013115530/07 U RU2013115530/07 U RU 2013115530/07U RU 2013115530 U RU2013115530 U RU 2013115530U RU 134716 U1 RU134716 U1 RU 134716U1 Authority RU Russia Prior art keywords synchronous machine rectifier diodes protection unit rotor Prior art date 2013-04-05 Application number RU2013115530/07U Other languages English ( en ) Inventor Юрий Александрович Бирюков Владимир Моисеевич Гандшу Михаил Юрьевич Горбенко Андрей Владимирович Ефимов Олег Вячеславович Мохов Валерий Викторович Фимин Original Assignee Закрытое акционерное общество «ЭНЕРГОКОМПЛЕКТ» Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.) 2013-04-05 Filing date 2013-04-05 Publication date 2013-11-20 2013-04-05 Application filed by Закрытое акционерное общество «ЭНЕРГОКОМПЛЕКТ» filed Critical Закрытое акционерное общество «ЭНЕРГОКОМПЛЕКТ» 2013-04-05 Priority to RU2013115530/07U priority Critical patent/RU134716U1/ru 2013-11-20 Application granted granted Critical 2013-11-20 Publication of RU134716U1 publication Critical patent/RU134716U1/ru
Links
Images
Abstract
Бесщеточная система возбуждения синхронной машины, состоящая из возбудителя, вращающегося полупроводникового выпрямителя, подвозбудителя с магнитной системой на постоянных магнитах, блока защиты от перенапряжений со стороны ротора синхронной машины и блока защиты от коммутационных перенапряжений, размещенных в общем корпусе, отличающаяся тем, что вращающийся выпрямитель выполнен на роторных диодах, установленных на трех секциях охлаждающего радиатора, блок защиты от перенапряжений со стороны ротора синхронной машины и блок защиты коммутационных перенапряжений размещены на секции охлаждающего радиатора вместе с диодами одной из фаз вращающегося выпрямителя, а блок резисторов тиристорной защиты установлен на ступице якоря возбудителя под диодами выпрямителя.
Description
Полезная модель относится к области электромашиностроения и предназначена для реализации в синхронных машинах с бесщеточным возбуждением, например, в генераторах дизель-электрических агрегатов резервного питания атомных электростанций и генераторах агрегатов автономных электроустановок. Ввиду высокой опасности техногенных аварий на АЭС, все ее элементы должны выполняться с обеспечением максимально возможной надежности. Для повышения надежности они выполняются бесщеточными.
В известной синхронной машине с бесщеточным возбуждением [1 ,2, 3] возбудитель представляет собой обращенный синхронный генератор, якорная обмотка которого соединена с ротором синхронной машины через вращающийся тиристорный выпрямитель, а станина магнитной системы возбудителя закреплена на общем фундаменте с синхронной машиной. Для уменьшения габаритов якорь возбудителя размещен на внешней поверхности цилиндрического стального корпуса (магнитного колеса), а узлы и элементы тиристорного выпрямителя — на его внутренней поверхности. Корпус якоря возбудителя с помощью втулки ступицы посажен на конец вала ротора синхронной машины. Для питания обмотки возбуждения возбудителя в агрегате предусмотрен подвозбудитель (далее — ПВ). Он также представляет собой синхронный генератор с магнитной системой, выполненной на постоянных магнитах. Полюса магнитной системы ПВ установлены с противоположной стороны корпуса на его внутренней поверхности. Якорь ПВ закреплен неподвижно на торцовом щите кожуха возбудителя со стороны подшипника синхронной машины. Фазные выводы обмотки якоря через три отверстия в корпусе возбудителя соединены с тремя секциями кольцевого радиатора, на которых размещены шесть таблеточных тиристоров вращающегося выпрямителя и два тиристора защиты от перенапряжений со стороны ротора. На верхних выводах каждого из тиристоров установлены дополнительные радиаторы, которые с помощью гибких шин и шести шпилек блока токособирательных колец подключены к шинам «+» и «-» этого блока. В свою очередь, через указанные шпильки блок токособирательных колец соединен с ротором генератора токоподводом, состоящим из нескольких кА-бельных проводников, проложенных внутри полого вала ротора генератора. Для надежной работы выпрямителя предусмотрена система защиты от перенапряжений со стороны ротора синхронной машины и система защиты от коммутационных перенапряжений. За полюсами ПВ внутри корпуса возбудителя размещены два ленточных резистора тиристорной защиты. На выходном конце вала синхронной машины установлен стальной цилиндр, в котором размещены блоки формирования импульсов управления тиристорами, управления тиристо-рами защиты от перенапряжений со стороны ротора синхронной машины и защиты от коммутационных перенапряжений, залитые эпоксидным компаундом. Информация на блоки формирования импульсов управления тиристорами через фотокольцо, размещенное на торце указанного цилиндра, поступает со светокольца, закрепленного неподвижно на станине магнитной системы возбудителя с помощью специального держателя. Другая часть системы управления возбуждением установлена вне машинной части системы возбуждения и включает в себя систему управления и регулирования.
В рассмотренном возбудителе применены в качестве выпрямительных элементов тиристоры, что влечет за собой ряд существенных недостатков, заключающиеся в том, что тиристоры требуют применения сложной системы управления и защит, частью размещаемой на вращающейся части системы возбуждения, а частью вне ее, то есть необходимо осуществление бесконтактной связи между обеими частями системы управления. Указанные требования влекут за собой усложнение конструкции возбудителя и технологии его изготовления, а, следовательно, снижение общей надежности системы возбуждения.
Предлагаемая полезная модель позволяет устранить эти недостатки. Рассматриваемая бесщеточная система возбуждения, как и в известном синхронной машине [1], состоит из синхронных возбудителя и ПВ, установленных в одном корпусе. Но в отличие от нее вращающийся выпрямитель выполнен на роторных диодах фланцевого типа, размещаемых на существующих секциях Радиатора. В этом случае полностью исключается стальной цилиндр с указанными ранее блоками управления и защит, свето- и фотокольца, необходимые при выполнении выпрямителя на тиристорах. При этом элементы защит от коммутационных перенапряжений и от перенапряжений со стороны ротора выполнены в виде двух самостоятельных блоков, устанавливаемых на одной с тиристорами защиты и двумя диодами выпрямителя секции радиатора. Регулирование тока возбуждения возбудителя и соответственно тока возбуждения синхронной машины осуществляется с помощью системы управления и регулирования, размещаемой в отдельном шкафу.
Функциональная электрическая схема предлагаемой системы возбуждения приведена на фиг.1.
Здесь: 1-синхронная машина (генератор); 2-обмотка возбуждения генеРатора; 3-магнитная система возбудителя; 4-якорь возбудителя; 5-магнитная система ПВ; 6-якорь ПВ; 7-вращающийся выпрямитель; 8-блок тиристорной защиты от перенапряжений; 9-блок управления тиристорами защиты; 10-блок защиты от коммутационных перенапряжений; 11-система (шкаф) управления и регулирования возбуждением.
На фиг.2 изображен якорь возбудителя предлагаемой системы возбуждения со стороны торца, противоположного генератору.
Здесь: 12-корпус (магнитное колесо) возбудителя; 13,13а-роторные диоды вращающегося выпрямителя; 14-секция радиатора; 15,16-шинные выводы резисторов тиристорной защиты; 17, 17 а-тиристоры защиты от перенапряжений со стороны ротора; 18-прижимная планка тиристора; 19-прижимная планка диода; 20-вывод фазы якорной обмотки возбудителя; 21-наконечник диода; 22-гибкая диодная шина; 23-втулка; 24-блок токособирательных колец; 25-ка-бельные шины токоподвода ротора синхронной машины; 26-блок двух ленточных резисторов.
Шесть диодов 13 разной полярности устанавливаются попарно на трех секциях радиатора, образуя трехфазный выпрямитель. Каждый диод закреплен на секции с помощью прижимной планки 19 винтами, а верхний вывод каждого диода через накидной наконечник 21 соединен с блоком токособирательных колец 24 гибкой шиной 22. Шесть гибких шинных выводов 25 токоподвода ротора генератора через разрезную прижимную втулку 23, закрепленную с помощью болтов на конце вала генератора, соединены с шестью выходными шпильками «+» и « — » блока токособирательных колец 24. Здесь также предусмотрены блоки защит от перенапряжений со стороны ротора и коммутационных перенапряжений. Однако в отличие от прототипа эти блоки 8 и 10 установлены на секции радиатора между тиристорами 17 и 17а с одной стороны и одним из диодов выпрямителя 13а (на фиг.2 — левый) — с другой стороны. Два ленточных резистора 26 тиристорной защиты размещены на ступице возбудителя под диодами выпрямителя. Выводы резисторов 15 и 16 подключены соответственно к тиристорам 17 и 17 а.
Силовая часть бесщеточной системы возбуждения расположена на общем валу с ротором генератора. Ток возбуждения от бесщеточного возбудителя бесконтактно передается по кабелям, проложенным в полом валу генератора в его обмотку возбуждения. Обмотка возбуждения возбудителя подключена к системе управления и регулирования возбуждением, выполненной в виде отдельного шкафа управления. Питание силовых цепей шкафа управления осуществляется от одной якорной обмотки ПВ, а цепей управления — от другой якорной обмотки ПВ. Таким образом, осуществляется независимое возбуждение генератора.
При приведении во вращение ротора генератора и подаче на обмотку возбуждения возбудителя 3 (см. фиг.1) напряжения от системы управления и регулирования 11 в якорной обмотке возбудителя 4 генерируется напряжение переменного тока, которое подается от фазных выводов на диодный выпрямитель 7. Выпрямленное напряжение далее поступает в обмотку возбуждения 2 синхронной машины 1, вследствие чего в ее статоре генерируется требуемое напряжение. Использование диодов вместо тиристоров исключает указанные выше недостатки, значительно упрощая конструкцию и технологию изготовления системы возбуждения. При этом уменьшается ее стоимость и повышается надежность.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.
1. Генератор трехфазный синхронный типа СБГД 6300-6У3. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ОБС.460.534 ТО, 1980.
2. Системы возбуждения. Каталог. ОАО « Силовые машины».
3. Синхронные генераторы типов СБГД-6300-6, СБГД-5600-6 и СБГД-4000-6. ТУ 16-512.500-83.
Claims ( 1 )
Бесщеточная система возбуждения синхронной машины, состоящая из возбудителя, вращающегося полупроводникового выпрямителя, подвозбудителя с магнитной системой на постоянных магнитах, блока защиты от перенапряжений со стороны ротора синхронной машины и блока защиты от коммутационных перенапряжений, размещенных в общем корпусе, отличающаяся тем, что вращающийся выпрямитель выполнен на роторных диодах, установленных на трех секциях охлаждающего радиатора, блок защиты от перенапряжений со стороны ротора синхронной машины и блок защиты коммутационных перенапряжений размещены на секции охлаждающего радиатора вместе с диодами одной из фаз вращающегося выпрямителя, а блок резисторов тиристорной защиты установлен на ступице якоря возбудителя под диодами выпрямителя.
RU2013115530/07U 2013-04-05 2013-04-05 Бесщеточная система возбуждения синхронной машины RU134716U1 ( ru )
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013115530/07U RU134716U1 ( ru ) | 2013-04-05 | 2013-04-05 | Бесщеточная система возбуждения синхронной машины |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013115530/07U RU134716U1 ( ru ) | 2013-04-05 | 2013-04-05 | Бесщеточная система возбуждения синхронной машины |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU134716U1 true RU134716U1 ( ru ) | 2013-11-20 |
§ 19.1. Возбуждение синхронных машин
При рассмотрении принципа действия синхронного генератора (см. § 6.1) было установлено, что на роторе синхронного генератора расположен источник МДС (индуктор), создающий в генераторе магнитное поле. С помощью приводного двигателя (ПД) ротор генератора приводится во вращение с синхронной частотой n1. При этом магнитное поле ротора также вращается и, сцепляясь с обмоткой статора, наводит в ней ЭДС.
Синхронные двигатели конструктивно почти не отличаются от синхронных генераторов. Они также состоят из статора с обмоткой и ротора. Поэтому независимо от режима работы любая синхронная машина нуждается в процессе возбуждения — наведения в ней магнитного поля.
Основным способом возбуждения синхронных машин является электромагнитноевозбуждение, сущность которого состоит в том, что на полюсах ротора располагают обмотку возбуждения. При прохождении по этой обмотке постоянного тока возникает МДС возбуждения, которая наводит в магнитной системе машины магнитное поле.
До последнего времени для питания обмотки возбуждения применялись специальные генераторы постоянного тока независимого возбуждения (см. § 28.2), называемые возбудителями В (рис. 19.1, а), обмотка возбуждения которого (ОВ) получала питание постоянного тока от другого генератора (параллельного возбуждения), называемого подвозбудителем (ПВ). Ротор синхронной машины и якоря возбудителя и подвозбудителя располагаются на общем валу и вращаются одновременно. При этом ток в обмотку возбуждения синхронной машины поступает через контактные кольца и щетки. Для регулирования тока возбуждения применяют регулировочные реостаты, включаемые в цепи возбуждения возбудителя (r1)и подвозбудителя (r2).
В синхронных генераторах средней и большой мощности процесс регулирования тока возбуждения автоматизируют.
В синхронных генераторах большой мощности — турбогенераторах (см. § 19.2) — иногда в качестве возбудителя применяют генераторы переменного тока индукторного типа (см. § 23.6). На выходе такого генератора включают полупроводниковый выпрямитель.
Рис. 19.1. Контактная (а) и бесконтактная (б) системы
электромагнитного возбуждения синхронных генераторов
Регулировка тока возбуждения синхронного генератора в этом случае осуществляется изменением возбуждения индукторного генератора.
Получила применение в синхронных генераторах бесконтактная система электромагнитного возбуждения, при которой синхронный генератор не имеет контактных колец на роторе.
В качестве возбудителя и в этом случае применяют генератор переменного тока (рис. 19.1, 5), у которого обмотка 2, в которой наводится ЭДС (обмотка якоря), расположена на роторе, а обмотка возбуждения 1 расположена на статоре. В результате обмотка якоря возбудителя и обмотка возбуждения синхронной машины оказываются вращающимися, и их электрическое соединение осуществляется непосредственно, без контактных колец и щеток. Но так как возбудитель является генератором переменного тока, а обмотку возбуждения необходимо питать постоянным током, то на выходе обмотки якоря возбудителя включают полупроводниковый преобразователь 3, закрепленный на валу синхронной машины и вращающийся вместе с обмоткой возбуждения синхронной машины и обмоткой якоря возбудителя. Питание постоянным током обмотки возбуждения 1 возбудителя осуществляется от подвозбудителя (ПВ) — генератора постоянного тока.
Отсутствие скользящих контактов в цепи возбуждения синхронной машины позволяет повысить ее эксплуатационную надежность и увеличить КПД.
В синхронных генераторах, в том числе гидрогенераторах (см. § 19.2), получил распространение принцип самовозбуждения (рис. 19.2, а), когда энергия переменного тока, необходимая для возбуждения, отбирается от обмотки статора синхронного генератора и через понижающий трансформатор и выпрямительный полупроводниковый преобразователь (ПП) преобразуется в энергию постоянного тока. Принцип самовозбуждения основан на том, что первоначальное возбуждение генератора происходит за счет остаточного магнетизма магнитопровода машины.
Рис. 19.2. Принцип самовозбуждения синхронных генераторов
На рис. 19.2, б представлена структурная схема автоматической системы самовозбуждения синхронного генератора (СГ) с выпрямительным трансформатором (ВТ) и тиристорным преобразователем (ТП), через которые электроэнергия переменного тока из цепи статора СГ после преобразования в постоянный ток подается в обмотку возбуждения. Управление тиристорным преобразователем осуществляется посредством автоматического регулятора побуждения АРВ, на вход которого поступают сигналы напряжения на выходе СГ (через трансформатор напряжения ТН) и тока нагрузки СГ (от трансформатора тока ТТ). Схема содержит блок защиты БЗ, обеспечивающий защиту обмотки возбуждения и тиристорного преобразователя ТП от перенапряжений и токовой перегрузки.
В современных синхронных двигателях для возбуждения применяют тиристорные возбудительные устройства, включаемые в сеть переменного тока и осуществляющие автоматическое управление током возбуждения во всевозможных режимах работы двигателя, в том числе и переходных. Такой способ возбуждения является наиболее надежным и экономичным, так как КПД тиристорных возбудительных устройств выше, чем у генераторов постоянного тока. Промышленностью выпускаются тиристорные возбудительные устройства на различные напряжения возбуждения с допустимым значением постоянного тока 320 А.
Наибольшее распространение в современных сериях синхронных двигателей получили возбудительные тиристорные устройства типов ТЕ8-320/48 (напряжение возбуждения 48 В) и ТЕ8-320/75 (напряжение возбуждения 75 В). Мощность, затрачиваемая на возбуждение, обычно составляет от 0,2 до 5% полезной мощности машины (меньшее значение относится к машинам большой мощности).
В синхронных машинах малой мощности находит применение принцип возбуждения постоянными магнитами, когда на роторе машины располагаются постоянные магниты. Такой способ возбуждения дает возможность избавить машину от обмотки возбуждения. В результате конструкция машины упрощается, становится более экономичной и надежной. Однако из-за дефицитности материалов для изготовления постоянных магнитов с большим запасом магнитной энергии и сложности их обработки применение возбуждения постоянными магнитами ограничивается лишь машинами мощностью не более нескольких киловатт (см. §23.1).
- Т – образная схема замещения асинхронной машины.
- Условия параллельной работы трансформаторов.
Нов-электро
admin
В зависимости от способа питания обмотки возбуждения различают системы независимого возбуждения и самовозбуждения. При независимом возбуждении в качестве источника для питания обмотки возбуждения служит генератор постоянного тока (возбудитель), установленный на валу ротора синхронной машины (рис. 1, а), либо отдельный вспомогательный генератор, приводимый во вращение синхронным или асинхронным двигателем.
Рис. 1. Схемы возбуждения синхронной Машины:
1 – обмотка якоря;
2 – ротор генератора;
3 – обмотка возбуждения;
4 – кольца;
5 – щетки;
6 – регулятор напряжения;
7 – возбудитель;
8 – выпрямитель;
9 – обмотка якоря возбудителя;
10 – ротор возбудителя;
11 – обмотка возбуждения возбудителя;
12– подвозбудитель;
13 – обмотка возбуждения подвозбудителя
При самовозбуждении обмотка возбуждения питается от обмотки якоря через управляемый или неуправляемый выпрямитель — обычно полупроводниковый (рис. 1, б). Мощность, необходимая для возбуждения, сравнительно невелика и составляет 0,3 — 3% от мощности синхронной машины.
В мощных генераторах кроме возбудителя обычно применяют подвозбудитель — небольшой генератор цостоянного тока, служащий для возбуждения основного возбудителя. Основным возбудителем в этом случае может служить синхронный генератор совместно с полупроводниковым выпрямителем.
Питание обмотки возбуждения через полупроводниковый выпрямитель, собранный на диодах или на тиристорах, широко применяют как в двигателях и генераторах небольшой и средней мощности, так и в мощных турбо- и гидрогенераторах (тиристорная система возбуждения). Регулирование тока возбуждения Iв осуществляется автоматически специальными регуляторами возбуждения, однако в машинах небольшой мощности применяется регулировка и вручную реостатом, включенным в цепь обмотки возбуждения. При необходимости форсирования возбуждения генератора повышают напряжение возбудителя и увеличивают выходное напряжение выпрямителя.
В современных синхронных генераторах применяют так называемую бесщеточную систему возбуждения (рис. 1, в). При этом в качестве возбудителя используют синхронный генератор, у которого обмотка якоря расположена на роторе, а выпрямитель укреплен непосредственно на валу. Обмотка возбуждения возбудителя получает питание от подвозбудителя, снабженного регулятором напряжения.
При таком способе возбуждения в цепи питания обмотки возбуждения генератора отсутствуют скользящие контакты, что существенно повышает надежность системы возбуждения.
Похожие материалы:
- Конструкция синхронной машины
- Генератор с постоянным магнитом (PMG) в системе возбуждения генератора
- УЗО – устройство защитного отключения
- Руководство по эксплуатации ВСП-20(40,80)-3000
Ремонт вспомогательных электрических машин тепловозов — Синхронный подвозбудитель ВС-652
Подвозбудитель (рис. 5, а) является однофазной четырехполюсной машиной переменного тока, служащий для питания рабочих цепей магнитного усилителя и трансформаторов в системе возбуждения тягового генератора тепловоза 2ТЭ10. Основные характеристики его следующие: мощность — 1,1 кВА, напряжение — 110 В, ток 10 А, частота 133 Гц. Подвозбудитель имеет стальной корпус, в который запрессована кольцевая коробка 7 из немагнитного материала. Кольцевая коробка вместе со стальными листами образует станину 8, к которой болтами прикреплены четыре полюса 9 с закрепленными на них катушками возбуждения 11. Катушки соединены последовательно, а выводы их и от щеткодержателей выведены на изоляционную панель 15, закрытую крышкой 16. В пазы сердечника 10 якоря уложена обмотка 6, концы которой соединены с контактными кольцами 13. На каждом кольце установлены по две щетки марки ЭГ-8. Щеткодержатели установлены на траверсе 12, закрепленной в подшипниковом щите 3.
Рис. 5. Синхронный подвозбудитель ВС-652
Выводы от щеткодержателей и от катушек полюсов закреплены на изоляционной панели 15 (на рис. 5, б и в показано расположение выводов, где С1 и С2 — выводы с контактных колец, U1 и U2 — начало и конец обмотки возбуждения).
Якорь опирается на два шариковых подшипника 14, смонтированных в подшипниковых щитах.
Для запрессовки смазки в подшипники с обеих сторон имеются масленки 4. Со стороны контактных колец масленка завернута непосредственно в крышку 1, а с противоположной стороны — в трубку 2.
Охлаждается подвозбудитель вентилятором 5, ступица которого напрессована на вал. Воздух на охлаждение машины забирается со стороны контактных колец, а выбрасывается с противоположной.
Для осмотра контактных колец и замены щеток в корпусе имеются люки, которые закрыты крышками.