устройство для гашения поля электрической машины

Формула изобретения

Устройство для гашения поля электрической машины, содержащее нелинейный элемент, емкостный элемент, состоящий из конденсатора с блоком заряда и два параллельно соединенных коммутационных элемента, входы управления которых соединены с выходами блока управления, вход которого подключен к выходу датчика тока, отличающееся тем, что в него дополнительно введен датчик напряжения, выход которого соединен с дополнительным входом блока управления, датчик напряжения включен параллельно первому коммутационному элементу, а датчик тока последовательно с ним, нелинейный элемент подключен параллельно второму коммутационному элементу, второй коммутационный элемент состоит из последовательно соединенных полевого транзистора и запираемого тиристора и емкостный элемент подключен к управляющему электроду этого тиристора, а в качестве первого коммутационного элемента использован выключатель.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам гашения магнитного поля электрических машин при коротких замыканиях (внутри машины) обмотки якоря и внешних к.з. вблизи от ее выводов, и может быть использовано для эвакуации магнитного поля в силовых коммутационных устройствах с индуктивными нагрузками.

Известно устройство [1] для гашения магнитного поля синхронных электрических машин, содержащее выключатель постоянного тока, включенный в цепь обмотки возбуждения и разрядную цепь, состоящую из последовательного соединения двух встречно-параллельно включенных тиристоров и нелинейного разрядного сопротивления, включенную параллельно обмотке возбуждения. При подаче команды на гашение поля силовые контакты выключателя постоянного тока разрывают ток возбуждения, создаваемый возбудителем, а блок-контакты подают основной отпирающий импульс на разрядный тиристор. Резервный импульс на разрядный тиристор создается от повышения напряжения обмотки возбуждения, которое возникает при обрыве тока возбуждения выключателем постоянного тока или при возникновении неисправностей в цепях возбуждения. При включении разрядного тиристора происходит подключение параллельно обмотке возбуждения нелинейного разрядного сопротивления, на котором рассеивается энергия обмотки возбуждения.

Основным недостатком данного устройства является то, что ток ротора начинает разрывать выключатель постоянного тока, а нелинейное сопротивление вступает в работу только после того, как напряжение на контактах выключателя достигнет напряжения ограничения нелинейного сопротивления. В случае применения обычных автоматов постоянного тока, из-за невысокого напряжения на их контактах при обрыве тока, требуется применение нелинейных сопротивлений с низким напряжением ограничения, что приводит к снижению скорости гашения поля.

Для обеспечения быстрого гашения поля требуется создание специального коммутационного аппарата, на контактах которого при обрыве тока возникает достаточно высокое напряжение, необходимое для вступления в работу нелинейных сопротивлений с высоким уровнем ограничиваемого напряжения.

Известно также устройство для гашения поля, содержащее включенный последовательно с обмоткой возбуждения тиристор, а нелинейный элемент через второй тиристор включен параллельно первому тиристору. Параллельно нелинейному элементу подключен емкостный элемент, вход блока управления подключен к датчику короткого замыкания ротора, а выходы блока управления подключены к управляющим электродам тиристоров [2].

Недостатком известного устройства является то, что оно может надежно работать только с электрическими машинами малой мощности, так как при больших токах обмоток возбуждения крупных электрических машин в первом тиристоре вследствие прямого падения напряжения на нем выделяется значительная мощность потерь, которая разогревает этот тиристор выше предельно допустимой температуры р-n перехода.

Изобретение направлено на создание быстродействующего устройства гашения поля, работающего в широком диапазоне токов от единиц до десяти тысяч ампер и обладающее повышенной надежностью.

Сущностью изобретения является обеспечение гашения поля электрической машины при помощи устройства, содержащего нелинейный элемент, ограничивающий величину напряжения на обмотке возбуждения, в качестве которого может быть использован варистор. Для этого, кроме нелинейного элемента, устройство содержит два коммутационных элемента, блок управления, выходы которого соединены с входом управления этих коммутационных элементов, емкостной элемент и датчик тока, выход которого соединен с входом блока управления и в него дополнительно введен датчик напряжения, выход которого соединен с дополнительным входом блока управления. Датчики включены следующим образом: датчик тока последовательно с первым коммутационным элементом, а датчик напряжения - параллельно ему. Нелинейный элемент установлен параллельно второму коммутационному элементу, а емкостной элемент, содержащий конденсатор и блок заряда, подключен к управляющему электроду запираемого тиристора, последовательное соединение которого с полевым транзистором образуют второй коммутационный элемент. Причем в качестве первого коммутационного элемента использован выключатель.

Достоинство предлагаемого устройства по сравнению с применяемыми фирмой ABB устройствами гашения поля [1] состоит в том, что гашение поля происходит бесконтактно, т.к. первый коммутационный элемент отключается без тока в связи с тем, что ток обмотки возбуждения у него перехватывает открывшийся тиристор. Такие условия работы коммутационного элемента позволяют использовать серийные выключатели постоянного тока, применяемые в приводе. Это обстоятельство значительно удешевляет коммутационный элемент, так как выключатели с основным и дугогасящим контактом изготавливаются узким сектором производителей и стоят очень дорого. Так как в предлагаемом устройстве ЭДС, необходимая для включения варисторов, создается за счет быстрого выключения тиристора при полностью разомкнутых контактах выключателя 1, нет необходимости включать его силовые токовые контакты последовательно.

На чертеже приведена схема устройства гашения поля электрической машины, где:

1 - выключатель;

2 - датчик тока;

3 - обмотка возбуждения;

4 - 2-ой коммутационный элемент;

5 - запираемый тиристор;

6 - полевой транзистор;

7 - нелинейный элемент;

8 - конденсатор;

9 - блок заряда;

10 - датчик напряжения;

11 - блок управления;

12 - катушка отключения выключателя;

13 - емкостной элемент;

14 - источник питания обмотки возбуждения.

Устройство работает следующим образом.

Для возбуждения электрической машины включается первый коммутационный элемент (выключатель 1) и подсоединяет обмотку возбуждения 3 к источнику питания обмотки возбуждения 14. По обмотке возбуждения начинает протекать ток.

По команде отключения устройства гашения поля, поступающей в блок управления 11, последний выдает одновременно сигналы на входы коммутационных элементов: для первого - катушку отключения 12, а для второго - затвор полевого транзистора 6. Вследствие более высокого быстродействия по сравнению с выключателем полевой транзистор 6 открывается быстрее, чем контакты выключателя 1 успеют разомкнуться. Через управляющий электрод запираемого тиристора 5 начинает протекать ток от блока заряда 9, и второй коммутационный элемент 4 открывается, шунтируя при этом первый коммутационный элемент (выключатель 1). Таким образом, при размыкании контактов первого коммутационного элемента (выключатель 1) ток в цепи обмотки возбуждения перейдет в предварительно открытый второй коммутационный элемент 4 (тиристор 5, полевой транзистор 6). В момент времени, когда ток, протекающий через первый коммутационный элемент, упадет до нуля, что зафиксирует блок управления 11 при помощи датчика тока 2, блок управления отключит полевой транзистор 6. При этом ток обмотки возбуждения по цепи анод - управляющий электрод запираемого тиристора 5 начнет заряжать конденсатор 8 емкостного элемента 13.

Когда ток управляющего электрода запираемого тиристора 5 достигнет порога, необходимого для запирания тиристора, он выключится, и запасенная энергия в обмотке возбуждения выделится в нелинейном элементе 7 (варисторе), т.е. произойдет процесс гашения поля электрической машины.

В случае самопроизвольного отключения первого коммутационного элемента (выключатель 1) на его контактах начинает возрастать напряжение в результате действия ЭДС самоиндукции обмотки возбуждения. Это напряжение измеряется датчиком напряжения 10 и когда превысит порог, определяемый блоком управления 11, последний, воздействуя на вход управления второго коммутационного элемента 4, открывает его. Через управляющий электрод запираемого тиристора 5 начинает протекать ток. Далее процесс протекает так же, как в первом случае.

Источники информации

1. Hansjorg Herzog and Taborda ABB Industrie AG, Turgi / Switzerland " Important design features of modem static excitation systems" "95 Three Gorges Project Technology: International Seminar, Yichang.

2. Авторское свидетельство СССР 1588428, Кл. Н 02 Р 9/12, 1975 (прототип).