Спосіб регулювання збудження синхронних машин

Спосіб регулювання збудження синхронних машин, при якому напругу статора регулюють шляхом зміни струму збудження, який відрізняється тим, що струм збудження регулюють відповідно від зміни радіальної складової вектора напруженості магнітного поля в просторі робочого зазору синхронної машини, а саме - при зменшенні радіальної складової вектора напруженості струм збудження збільшують, а при збільшенні радіальної складової вектора напруженості струм збудження зменшують, для стабілізації електромеханікних коливань ротора синхронної машини регулюють струм збудження відповідно від зміни танген 38314 w - кутова швидкість обертання ротора; n=wz. Оскільки споживач деформує магнітне поле в просторі робочого зазору, то створюється тангенціальна компонента магнітного поля Нх і для різних споживачів електричної енергії потужність може бути виражена як: R-споживач: Р=nH1H2sina12=nНхНу=nНхН1, так як Ну=Н1; RC-споживач: Р=nH1H2sina12=n(НхНу-Нх(Ну-Н1))=nНхН1;(5) RL-споживач: Р=nН1H2sina12=n(НхНу+Нх(Н1-Ну))=nНхН1; де Ну = HScosg- радіальна компонента вектора напруженості сумарного магнітного поля HS; Нх= HSsing- тангенціальна компонента вектора напруженості сумарного магнітного поля HS; g - кут між вектором напруженості магнітного поля обмотки збудження Н1 та вектором напруженості сумарного магнітного поля HS. Система рівнянь (5) дозволяє представити зміну активної потужності ΔР через зміну тангенціальної компоненти ΔНx вектора напруженості сумарною магнітного поля HS зміну вектора напруженості магнітного поля обмотки збудження ΔН1, а також зміну кута Δg. Взаємозв'язок між цими параметрами дозволяє виконати автоматичне регулювання збудження синхронних машин вказаним способом, функціональна схема якого показана на фіг. 3. Таким чином, в основу винаходу поставлено задачу автоматичного регулювання електричних машин шляхом введення зворотних зв'язків по зміні радіальної та тангенціальної компонент напруженості магнітного поля в просторі робочого зазору, вимірюваних за допомогою ортогональних датчиків Холла, що забезпечує необхідну якість напруги на виводах, стійку роботу як в мережі так і при роботі на автономного споживача, спрощення конструкції АРЗ за рахунок зменшення необхідних зворотних зв'язків та датчиків початкової інформації, що в сукупності збільшує надійність АРЗ та зменшує його ціну. 4. Перелік фігур, креслень. Фігура № 1 - векторна діаграма напруженостей магнітних полів обмоток збудження та якоря в просторі робочого зазору електричної машини. На фігурі позначено: Н1 - вектор напруженості магнітного поля обмотки збудження; H2 - вектор напруженості магнітного поля обмотки якоря; Ну=HScosg - радіальна компонента вектора напруженості сумарного магнітного поля HS; Нх= HSsing - тангенціальна компонента вектора напруженості сумарного магнітного поля HS; ΔHS - зміна вектора напруженості сумарного магнітного поля; g - кут між вектором напруженості магнітного поля обмотки збудження Н1 та вектором напруженості сумарного магнітного поля HS; Δg- зміна кута між вектором напруженості магнітного поля обмотки збудження Н1 та вектором напруженості сумарного магнітного поля HS; a12- електричний кут між осями взаємно нерухомих в просторі магніторушійних сил М.Д.С обмоток збудження та якоря. Фігура № 2 - ортогональний датчик Холла. На фігурі позначено: а, 1, d - геометричні розміри датчика Холла; Ux, Uy, Uz - тангенціальна, радіальна та аксіальна електрорушійні сили (Е.Р.С.) Холла від відповідних компонент вектора напруженості сумарного магнітного поля HS. тного поля в просторі робочого зазору синхронної машини; а не напруга статора. Складові векторів напруженості магнітних полів струмів обмоток збудження та якоря показано на векторній діаграмі фіг. 1. В АРЗ, виконаного за допомогою способу, для виміру вищезгаданих компонент магнітного поля використовується система ортогональних датчиків Холла. Кожний з ортогональних датчиків являє собою конструкцію з трьох взаємно-перпендикулярних датчиків Холла, що показано на фіг. 2, встановлену в просторі робочого зазору електричної машини з розрахунку один датчик на полюсну поділку росточки статора. Такий датчик дозволяє виміряти радіальну, тангенціальну та аксіальну складову вектора напруженості магнітного поля електричної машини. Значення аксіальної складової може бути використане для релейного захисту електричної машини від внутрішніх пошкоджень. Для доказу того, що вищезгадані параметри можуть бути використані для регулювання електричної машини представимо активну потужність синхронної машини як зміну енергії магнітного поля по куту між магнітними осями обмоток ротора та статора. Виразимо енергію магнітного поля W через вектор індукції В, або для простору робочого зазору електричної машини через вектор напруженість Н (так як mr=1 для повітря): ( ) W = ò B 2 / 2 m 0 m r dV = [ V ; (1) ] = ò (1 / 2)m 0 m r H 2 dV V де: V - об'єм робочого зазору електричної машини. Тоді, нехтуючи струмами в демпферних контурах і визначаючи об'єм робочого зазору через геометричні розміри маємо: W = ( ptd 0 l / 2 m 0 m r ) × ( 2 2 ) × B1 + B2 + 2 B1 B2 cosa12 = ( = z H 1 + H 2 + 2 H 1 H 2 cosa 12 2 2 ; (2) ) де: z = ptd 0 lm 0 m r / 2 коефіцієнт, який харак теризує конструкцію синхронної машини; р - кількість пар полюсів; t = (pR)/p - полюсна поділка; R радіус росточки статору; d0- робочий зазор синхронної машини; l - довжина активної частини синхронної машини; m0- магнітна постійна, 4p×10-7 Гн/м; mr- відносна магнітна проникність сере-до-вища робочого зазору; В1(Н1) - амплітуда індукції (напруженості) магнітного поля обмотки збудження; В2(Н2) - амплітуда індукції (напруженості) магнітного поля обмотки якоря; a12- електричний кут між осями взаємно нерухомих в просторі магніторушійних сил М.Д.С. обмоток збудження та якоря. Відповідно електромагнітний момент є похідною енергії по куту a12: М=p(dW/da12)=zH1H2sina12; (3) і для постійної частоти обертання ротору активна потужність: Р=wM=wzH1H2sina12=nH1H2sina12; (4) де: 2 38314 Фігура № 3 - функціональна схема способу регулювання збудження електричних машин по відхиленню радіальної та тангенціальної компонент напруженості магнітного поля в просторі робочого зазору. На фігурі позначено: СОДХ - система ортогональних датчиків Холла; РЗА - релейний захист та автоматика електричної машини; БРК - блок формування сигналу по відхиленню або похідній радіальної компоненти Ну=HScosg; БТК - блок формування сигналу по відхиленню або похідній тангенціальної компоненти Нх= HSsing; S - суматор сигналів; СЗ - система збудження; ОЗ - обмотка збудження; ЕМ - електрична машина. 5. Відомості, які підтверджують можливість здійснення винаходу. Здійснення запропонованого способу регулювання збудження електричних машин засновано на явищі Холла. Напруга на виході датчика Холла (ДХ) прямо пропорційна напруженості магнітного поля: Uix=(IHiR×10-8)/(d×j(l/a)); (6) де: і = x, y, z - проекції в декартовій системі коор динат; R - постійна Холла; d, l, а - геометричні розміри ДХ; j(І/а)- функція, залежна від розмірів ДХ. Використання системи ортогональних датчиків Холла дозволяє виміряти радіальну, тангенціальну та аксіальну компоненти вектора напруженості (індукції) магнітного поля в повітряному зазорі електричної машини. Оскільки ці компоненти повністю характеризують всі можливі інтегральні параметри режиму роботи (напругу і струм статора, активну та реактивну потужності), то регулюючи збудження по Їх відхиленню забезпечуються необхідні характеристики синхронної машини. Джерела інформації. 1. Автоматические регуляторы возбуждения. Под ред. Г.Р. Герценберга. - М., "Энергия", 1966. – 312 с. 2. Глебов И.А. Системы возбуждения мощных синхронных машин. - Л.: "Наука", 1979. – 311 с. 3. Веников В.А., Герценберг Г.Р., Совалов С.А. и др. Сильное регулирование возбуждения. - М.Л., Госэнергоиздат, 1963. - 152 с. Фіг. 1 3 38314 Фіг. 2 Фіг. 3 4 38314 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2001 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 5