Сокращения

APB — автоматический регулятор возбуждения

БСВ — бесщеточная система возбуждения

БиГОС — бигармонический возбудитель

ВУ — возбудительное устройство

ВС — возбудитель синхронный

ВА — возбудитель асинхронный

ВДТ — вольтодобавочный трансформатор

ВИ — возбудитель индукторный

ВТ — вращающийся трансформатор

ВП — вращающийся преобразователь

ВУ — возбудительное устройство

ГОС — возбудитель гармонический обращенный синхронный ДО — демпферная обмотка

ДР — дроссель с линейной магнитной характеристикой

ИО — индукторная обмотка

КВ — полюс комбинированного возбуждения

КАСВ — каскадный асинхронно-синхронный возбудитель

МДС — магнитодвижущая сила

О ГС — обращенный генератор синхронный

ОДТ — обмотка датчика тока якоря возбудителя

ОИП — обмотка источника питания АРВ

ОВВ — обмотка возбуждения возбудителя

ОВВС — обмотка возбуждения синхронного возбудителя

ОВПИ — обмотка возбуждения индукторного подвозбудителя

ОВУ — обобщенное возбудительное устройство

ОЯПВ — обмотка якоря подвозбудителя

ОЯВ — обмотка якоря возбудителя

П — преобразователь

ПА — подвозбудитель асинхронный

ПС — подвозбудитель синхронный

ПИ — подвозбудитель индукторный ПМ — постоянный магнит ПО — пусковая обмотка СВ — синхронный возбудитель СГ — синхронный генератор СМ — синхронная машина СН — собственные нужды СП — подвозбудитель синхронный СТ — согласующий трансформатор

СФК — система возбуждения фазового компаундирования

ТТ — трансформатор тока

ТН — трансформатор напряжения

УП — управляемый преобразователь

ЯОП — якорная обмотка подвозбудителя

ЯОИП — якорная обмотка индукторного подвозбудителя

ЯОВ — якорная обмотка возбудителя

ЭДС — электродвижущая сила

ЭМ В — полюс электромагнитного возбуждения

ВВЕДЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ. Анализ состояния в области разработки бесщеточных возбудительных устройств синхронных машин

В 1. Исполнение, особенности и тенденции развития бесщеточных систем возбуждения

Для бесщеточного возбуждения синхронных генераторов (С Г) большой мощности наиболее полно разработаны и нашли широкое применение бесщеточные системы возбуждения, в которых в качестве возбудителя используется синхронный генератор обращенного исполнения [76,150,166,182,284,288,291,301,302]. Якорная обмотка возбудителя через вращающийся неуправляемый либо управляемый преобразователь (УП) подключена к обмотке возбуждения возбуждаемого СГ [286, 289, 299, 300]. Регулирование тока возбуждения возбуждаемого СГ осуществляется либо путем изменения тока возбуждения возбудителя, либо управлением вращающегося управляемого преобразователя [115, 239, 294, 295].

В качестве подвозбудителя используется либо согласующий трансформатор, либо синхронная машина с возбуждением от постоянных магнитов (рис. В 1) или с электромагнитным возбуждением классического исполнения, либо самовозбуждающийся индукторный подвозбудитель (рис. В 2) [40,82,165]. Согласующий трансформатор подключается либо к сети собственных нужд [13], либо к шинам возбуждаемой синхронной машины (см. рис. В 1) [296].

При этом может быть использован вольтодобавочный трансформатор (ВДТ), включенный в различных вариантах с возбудительным трансформатором (ВТ) (рис. В 3) [57, 75, 300J.

В 1. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения, состоящей из синхронного генератора обращенного исполнения

Рис. В 1. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения, состоящей из синхронного генератора обращенного исполнения (возбудитель — ВС) и синхронного генератора с возбуждением от постоянных магнитов (подвозбудитель — СП)

В 2. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения с индукторным подвозбудителем

Рис. В 2. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения с индукторным подвозбудителем

В 3. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения с питанием ОВВ от системы фазового компаундирования

Рис. В 3. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения с питанием ОВВ от системы фазового компаундирования (вольтодобавочного трансформатора — ВДТ и возбудительного трансформатора — ВТ)

Для увеличения быстродействия системы возбуждения и упрощения аппаратуры управления обмотки возбуждения возбудителя разделяются на две (см. рис. В 4) [303] и три (рис. В 5) [281] электрически раздельные обмотки, включенные по дифференциальному принципу.

В связи с тем, что материальные затраты и трудозатраты на изготовление подвозбудителя становятся заметными по отношению к материальным затратам и трудозатратам на изготовление возбудителя, то для уменьшения указанных затрат используются приемы конструктивного, частично магнитного, магнитного и электрического совмещения возбудителя, подвозбудителя и возбуждаемой синхронной машины [72, 75, 87, 88].

Так, например, в качестве якорной обмотки синхронного подвозбудителя используется дополнительная обмотка, размещенная в пазах якоря возбуждаемого СГ. В указанной обмотке наводится ЭДС основной и утроенной частоты (рис. В 6) [37, 292, 293].

В 4. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения с двумя О В по оси d, включенных встречно

Рис. В 4. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения с двумя О В по оси d, включенных встречно

В 5. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения с тремя ОВ по оси d, включенных

Рис. В 5. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения с тремя ОВ по оси d, включенных

по дифференциальной схеме

В 6. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения с питанием ОВ от дополнительной обмотки, размещенной в пазах статора возбуждаемого синхронного генератора СГ

Рис. В 6. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения с питанием ОВ от дополнительной обмотки, размещенной в пазах статора возбуждаемого синхронного генератора СГ

Очевидные недостатки скользящего контакта [158,159] и проблемы, связанные с ним, в случае работы возбуждаемой синхронной машины во взрывоопасной среде привели к необходимости разрабатывать конструктивно сложные компоновки возбуждаемой синхронной машины, возбудителя и подвозбудителя [280, 281,282, 283]. Один из вариантов компоновки показан на рис. В 7.

В 7. Принципиальная схема компоновки возбуждаемой синхронной машины, возбудителя и подвозбудителя

Рис. В 7. Принципиальная схема компоновки возбуждаемой синхронной машины, возбудителя и подвозбудителя:

  • 1 — возбуждаемая синхронная машина; 2 — подвозбудитель; 3 — возбудитель;
  • 4 — вращающийся преобразователь

Так, например, в бесщеточных синхронных машинах серии ТУР ДКВ мощностью от 30 до 2000 кВА, разработанных фирмой AEG, полем возбуждения подвозбудителя служит часть магнитного потока возбуждения возбуждаемой СМ (см. рис. В 7) [304].

При магнитном совмещении в качестве подвозбудителя используется как асинхронная машина, первичная обмотка которой подсоединена к фазам якоря возбудителя (рис. В 8) [43,144,302], так и синхронная машина, обмотка возбуждения которой обтекается выпрямленным током возбудителя (рис. В 9) [301]. Последнее решение применено в судовых бесщеточных СГ фирмы ASEA.

В 8. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения с асинхронным подвозбудителем, включенным по параллельной схеме

Рис. В 8. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения с асинхронным подвозбудителем, включенным по параллельной схеме

В 9. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения с синхронным подвозбудителем, включенным по последовательной схеме

Рис. В 9. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения с синхронным подвозбудителем, включенным по последовательной схеме

В пространстве между главными полюсами на специальных дополнительных полюсах возбудителя в [305] предлагается разместить обмотку возбуждения и якорную обмотку индукторного подвозбудителя либо обмотку для измерения тока ротора синхронной машины с бесщеточным возбудителем (рис. В 10).

В 10. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения (а) и конструктивное размещение элементов в магнитной системе (б)

Рис. В 10. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения (а) и конструктивное размещение элементов в магнитной системе (б)

В [100, 298] рассматривается случай магнитного совмещения синхронного возбудителя с однофазной якорной обмоткой, размещенной в полюсных наконечниках индуктора возбуждаемого СГ (см. рис. В 11).

В [86] совмещенная якорная обмотка подвозбудителя размещается в полюсных наконечниках возбудителя.

В [202,225,226] электродвижущие силы в совмещенной якорной обмотке подвозбудителя наводятся полями, созданными одной из высших пространственных гармоник МДС реакции якоря возбудителя и зубцовой составляющей поля индуктора (см. рис. В 12, а, б).

В [26, 275] выполнено электрическое совмещение обмоток возбудителя и возбуждаемого СГ (см. рис. В 13).

При магнитном и электрическом совмещении возбудителя с возбуждаемой СМ применяется индукторный возбудитель, якорная обмотка которого размещается на полюсном наконечнике индуктора, при отсутствии (см. рис. В 14, а) [192, 235, 285] и наличии демпферной системы (см. рис. В 14, б) [201].

В 11. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения (а) и с индукторным подвозбудителем, размещенным на дополнительном полюсе (б)

Рис. В 11. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения (а) и с индукторным подвозбудителем, размещенным на дополнительном полюсе (б)

Для бесщеточного возбуждения синхронных машин, в основном, с регулируемой частотой вращения (самолетные генераторы, вентильные двигатели и др.), чаще всего используются асинхронный возбудитель и вращающийся трансформатор [290].

Асинхронный возбудитель (АВ) применяется как составная часть системы фазового компаундирования (см. рис. В 15), так и как элемент системы возбуждения, управляемой посредством регулируемых преобразовательных устройств (рис. В 16), как для машин малой мощности, так и для крупных синхронных машин [80, 162, 163].

Мощность на возбуждение АВ потребляется как из сети собственных нужд или шин возбуждаемой СМ (см. рис. В 16) [41], так и от подвозбудителя (см. рис. В 17) [30, 46J.

В 12. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения типа БиГОС и размещение их в магнитной системе возбудительного устройства

Рис. В 12. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения типа БиГОС и размещение их в магнитной системе возбудительного устройства

В 13. Принципиальная электрическая схема совмещенной бесщеточной системы возбуждения синхронного двигателя

Рис. В 13. Принципиальная электрическая схема совмещенной бесщеточной системы возбуждения синхронного двигателя

В 14. Принципиальная электрическая схема совмещенной бесщеточной системы возбуждения синхронной машины с индукторным возбудителем а — при отсутствии и б — при наличии демпферной системы

Рис. В 14. Принципиальная электрическая схема совмещенной бесщеточной системы возбуждения синхронной машины с индукторным возбудителем а — при отсутствии и б — при наличии демпферной системы

В 15. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения с асинхронным возбудителем и вольтодобавочным подвозбудителем

Рис. В 15. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения с асинхронным возбудителем и вольтодобавочным подвозбудителем

Вместо асинхронного возбудителя в указанных выше решениях может быть использован вращающийся трансформатор (см. рис. В 18) [95, 99, 276].

Вращающиеся трансформаторы, используемые в качестве возбудителя, разрабатываются и применяются фирмами: Allis Chalmers Manuf (США), Siemens (ФРГ), Tokyo Schibura Electric (Япония) и др.

Кроме указанных выше отдельно выполненных подвозбудительных устройств применяются их комбинации для увеличения надежности работы возбудительного устройства [32,46, 151, 154].

Нашли применение композиционные возбудительные устройства (см. рис. В 19—В 21) [42, 77, 228, 278].

В 16. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения с асинхронным возбудителем и согласующим трансформатором

Рис. В 16. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения с асинхронным возбудителем и согласующим трансформатором

В 17. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения с асинхронным возбудителем и синхронным подвозбудителем

Рис. В 17. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения с асинхронным возбудителем и синхронным подвозбудителем

Очевидный недостаток бесщеточных диодных систем возбуждения, а именно невозможность активного воздействия на скорость уменьшения тока возбуждения возбуждаемой СМ, приводит к необходимости разработки бесщеточных систем возбуждения с управляемым вращающимся преобразователем. Так, например, фирма «Дженерал Электрик» (США) на трех гидрогенераторах электростанции Джон Дей, штат Орегон США, каждый из которых мощностью 142 МВт, 13,8 кВ,

90 об/мин, применила бесщеточную систему возбуждения с вращающимся тиристорным преобразователем [287, 306].

В Советском Союзе также был разработан и поставлен в эксплуатацию тиристорный бесщеточный возбудитель для ТГ мощностью 300 МВт [67].

В 18. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения с вращающимся трансформатором ВТ

Рис. В 18. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения с вращающимся трансформатором ВТ

В 19. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения с асинхронно-синхронным возбудителем

Рис. В 19. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения с асинхронно-синхронным возбудителем

Проведенный анализ патентной, технической и информационной литературы показал, что сегодня применяются различные по структуре возбудительные устройства. Последнее обусловлено, на наш взгляд, не столько конкурентными соображениями, сколько отсутствием удачного решения и единого мнения о структуре возбудительного устройства и, как следствие, стремлением к поиску альтернативных решений.

В 20. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения с асинхронно-синхронным возбудителем и синхронным подвозбудителем

Рис. В 20. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения с асинхронно-синхронным возбудителем и синхронным подвозбудителем

В 21. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения с параллельно включенными асинхронным возбудителем и синхронным возбудителем

Рис. В 21. Принципиальная электрическая схема включения элементов бесщеточной системы возбуждения с параллельно включенными асинхронным возбудителем и синхронным возбудителем

Вместе с тем можно выделить две основные тенденции, заложенные в современные конструкции бесщеточных возбудительных устройств. Это совмещение в одной магнитной системе нескольких электромагнитных преобразователей, входящих в возбудительное устройство, и замена вращающегося неуправляемого полупроводникового преобразователя на управляемый. Первая тенденция обусловлена стремлением уменьшить материальные и трудовые затраты на возбудительное устройство. Вторая — современными требованиями к быстродействию бесщеточных систем возбуждения.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >