Устройство для защиты от перенапряжений на обмотке возбуждения синхронной машины с бесщеточной системой возбуждения

Заявленная полезная модель относится к области электромашиностроения и касается особенностей конструкции устройств для защиты от перенапряжений на обмотке возбуждения синхронной машины с бесщеточной системой возбуждения.
Известно устройство для защиты от перенапряжений на обмотке возбуждения синхронной машины с бесщеточной системой возбуждения, в которой между управляющим электродом и анодом включены последовательно соединенные резистор и стабилитрон, а между управляющим электродом и катодом тиристора включен контакт реле (Авторское свидетельство №534010, опубликовано в 1974 г.).
Недостатком такого устройства является формирование сигнала управления тиристором цепью, состоящей из последовательно соединенных резистора и стабилитрона. Данная цепь формирует сигнал управления тиристором с низкой скоростью нарастания тока управления, что инициирует включение тиристора только в локальной точке вблизи управляющего электрода. В определенных случаях это может привести к разрушению полупроводникового элемента тиристора.
Известно устройство для защиты от перенапряжений на обмотке возбуждения синхронной машины с бесщеточной системой возбуждения содержащее тиристор, включенный встречно-параллельно диодам выпрямителя 2, блок управления тиристором, включенный последовательно с пороговым элементом 7. Блок управления тиристором представляет собой генератор импульсов, состоящий из накопительного конденсатора, зашунтированного резистором, порогового элемента 9 и силового ключа. При этом пороговый элемент 9 блока управления через сопротивление соединен с пороговым элементом 7 (см. патент на полезную модель RU 164750, опубликованного 10.09.2016 (ближайший аналог).
Недостатком известного устройства является то, что в данной схеме пороговый элемент 9 открывается за счет накопленного напряжения на конденсаторе 8. В случае выхода из строя или ложного срабатывания порогового элемента 7 при изменении нагрузки на электродвигателе происходит ложное срабатывание схемы при работающем электродвигателе. Это приводит к тому, что происходит срабатывание тиристора 5 с потерей возбуждения синхронного электродвигателя и его остановкой.
Техническая проблема, на решение которой направлена заявленная полезная модель, заключается в устранении указанного недостатка.
Технический результат, достигаемый при реализации заявленной полезной модели, заключается в повышении надежности работы предлагаемого устройства защиты за счет разделения работы порогового элемента блока управления тиристором от порогового элемента схемы устройства защиты.
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для защиты от перенапряжений на обмотке возбуждения синхронной машины с бесщеточной системой возбуждения содержит выпрямитель, состоящий из диодов, тиристор, включенный встречно-параллельно диодам выпрямителя, пороговый элемент и блок управления тиристором, выполненный в виде генератора импульсов, включающий накопительный конденсатор, пороговый элемент блока управления, силовой ключ и сопротивления. Пороговый элемент соединен параллельно с пороговым элементом блока управления. При этом вход порогового элемента соединен через сопротивление с контактом порогового элемента блока управления, соединенным с анодом тиристора, а выход порогового элемента соединен через конденсатор с контактом порогового элемента блока управления, соединенным с катодом тиристора. Силовой ключ с одной стороны соединен с управляющим электродом тиристора и с контактом порогового элемента блока управления, соединенным с анодом тиристора, а с другой стороны - с конденсатором и выходом порогового элемента.
Соединение порогового элемента параллельно с пороговым элементом блока управления, при указанной выше схеме соединения остальных элементов устройства, позволяет за счет разделения напряжения срабатывания указанных пороговых элементов предотвратить ложное срабатывание силового ключа при выходе из строя или ложном срабатывании (за счет нелинейной характеристики) порогового элемента от перенапряжения в процессе работы электродвигателя. В результате чего повышается надежность работы предлагаемого устройства защиты.
Сущность полезной модели поясняется фигурой, на которой показана схема предлагаемого устройства защиты от перенапряжений на обмотке возбуждения синхронной машины с бесщеточной системой возбуждения.
Заявленное устройство, подключаемое к ротору 1, содержит выпрямитель 2, состоящий из диодов, тиристор 5, включенный встречно-параллельно диодам выпрямителя 2, пороговый элемент 10 (варистор) и блок управления тиристором (БУ), выполненным в виде генератора импульсов. БУ включает накопительный конденсатор 11, пороговый элемент 8 (стабилитрон) блока управления и силовой ключ 7.
Пороговый элемент соединен параллельно с пороговым элементом БУ. При этом вход порогового элемента 10 (точка В) соединен через сопротивление 9 с контактом порогового элемента 8 БУ, который соединен с анодом тиристора 5, а выход порогового элемента 10 (точка Г) соединен через конденсатор 11 с контактом порогового элемента 8 БУ, который соединен с катодом тиристора (точка Б). Силовой ключ 7 с одной стороны соединен с управляющим электродом тиристора (точка А) и с контактом порогового элемента 8 БУ (точка Д), соединенным с анодом тиристора, а с другой стороны - с конденсатором 11 и выходом порогового элемента 10 (точка Г).
Сопротивление 6 подключенное к управляющему электроду и к катоду тиристора 5, также как в ближайшем аналоге, служит для формирования значения тока отпирания на управляющем электроде тиристора 5.
Параллельно выпрямителю 2 и тиристору 5 могут быть включены сопротивление 3 и конденсатор 4 для дополнительной защиты от коммутационных перенапряжений.
Предлагаемое устройство защиты работает следующим образом. Когда величина напряжения, наведенного в роторе 1 синхронной машины, превысит напряжение порогового элемента 10, начинается заряд накопительного конденсатора 11 (величина импульса управления для тиристора 5 будет определяться емкостью конденсатора 11).
Когда величина падения напряжения между точкой Д и катодом тиристора 5 (точка Б) превысит напряжение порогового элемента 8 (сопротивление 9 определяет разность напряжений между анодом и катодом тиристора, создавая потенциал точки Д), происходит срабатывание ключа 7. При этом ключ 7 переходит в проводящее состояние и через него происходит разряд конденсатора 11, создавая импульс управления на управляющем электроде тиристора 5 (точка А) со скоростью нарастания тока управления необходимой для быстрого открытия тиристора 5.