СТАТИЧЕСКИЙ ВОЗБУДИТЕЛЬ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована для возбуждения синхронных двигателей среднего напряжения 6/10 кВ, имеющих широкое применение.
Известны статические (тиристорные) возбудители синхронного двигателя (SU 282487 A1, опубликовано: 01.01.1970; RU 2095935 C1, опубликовано 10.11.1997; RU 2375812 C2, опубликовано 10.12.2009), каждый их которых содержит двухобмоточный трехфазный трансформатор, тиристорный выпрямитель и систему управления выпрямителя. При этом первичная обмотка трансформатора соединена по схеме Υ и выводами присоединена к цепям трехфазной питающей сети низкого напряжения ~380 В, а вторичная - к входам питания тиристорного выпрямителя. Выходы выпрямителя присоединены к обмотке возбуждения синхронного двигателя. С помощью системы управления обеспечивается регулирование выходного напряжения возбудителя и, соответственно, тока в обмотке возбуждения двигателя.
Недостатком известных аналогов является отсутствие в них технических средств подавления индустриальных радиопомех (далее, ИРП) в питающей сети низкого напряжения ~380 В.
Наиболее близким аналогом, принятым за прототип, является статический (тиристорный) возбудитель синхронного двигателя серий ВТЕ(П), ТЕ-8 и др., выполненные по унифицированной схеме (Электронный ресурс. http://roselco.ru/catalog/avtomatizirovannye_elektroprivody/vozbuditeli_tiristornye_dlya_sinkhronnykh_dvigateley_serii_vte/, http://www.complectprom.ru/cat/preobr6.pdf. см. фигуры 1, 2). Прототип содержит трехфазный двухобмоточный трансформатор, трехфазный тиристорный выпрямитель, блок ограничения перенапряжений, присоединенный к выходу выпрямителя и блок системы управления выпрямителя с входами и выходами управления, при этом первичная обмотка трехфазного трансформатора соединена по схеме Υ и выводами присоединена к питающей сети, а вторичная - к входам питания выпрямителя, выходы которого присоединены к обмотке возбуждения синхронного двигателя. Прототип обеспечивают:
оптимальный пуск синхронного двигателя в функции скольжения (частоты) и фазы тока ротора, а именно, в обмотке возбуждения;
стабилизацию заданного тока возбуждения;
автоматическое регулирование тока возбуждения в функции напряжения и/или тока статорной обмотки синхронного двигателя;
быстродействующую форсировку тока возбуждения при просадках напряжения на статорной обмотке;
«гашение» поля ротора;
контроль сопротивления изоляции обмотки возбуждения;
соответствуют требованиям ГОСТ24688-81, «Возбудители статические полупроводниковые для синхронных двигателей».
Недостатком прототипа является отсутствие в них технических средств подавления ИРП. Рекомендуется устранить указанный недостаток известными техническими средствами путем применения сетевого фильтра, например типоисполнения «Квазар Φ100», предназначенного для предотвращения распространения ИРП по питающей сети от промышленного оборудования (электронный ресурс http://www.poligonspb.ru/catalog/setevye-filtry/magistralnye/).
В состав сетевых фильтров входят конденсаторы и дроссели, последние определяют основные массогабаритные показатели фильтра и его высокую стоимость. В целом включение в состав статического возбудителя типового сетевого фильтра увеличивает на 25% его габариты и стоимость.
Технический результат заявляемого устройства - снижение индустриальных радиопомех, генерируемых в питающую сеть статическим (тиристорным) возбудителем до уровней, не превышающих требований ГОСТ30804.6.4-2013 (Электромагнитные помехи от технических средств, применяемых в промышленных зонах. Нормы и методы испытаний, табл. 1)
Технический результат достигается тем, что в статический возбудитель синхронного двигателя, содержащий двухобмоточный трехфазный трансформатор, трехфазный тиристорный выпрямитель, блок ограничения перенапряжений присоединенный к выходу трехфазного тиристорного выпрямителя и блок системы управления трехфазного тиристорного выпрямителя с входами и выходами управления, при этом первичная обмотка двухобмоточного трехфазного трансформатора соединена по схеме Υ с выводами А, В, С, N и присоединена выводами А, В, С к одноименным цепям питающей сети, а его вторичная обмотка - к входам питания трехфазного тиристорного выпрямителя, введены четыре конденсатора, присоединенные первыми выводами, к соответствующим выводам двухобмоточного трехфазного трансформатора А, В, С и Ν, а вторыми выводами - к цепи контура заземления двухобмоточного трехфазного трансформатора.
Сущность заявляемого технического предложения заключается в том, что за счет оригинального подключения конденсаторов, реализуется трехфазный П-образный LC-фильтр, блокирующий эмиссию ИРП в питающую сеть. При этом функцию индуктивного элемента L выполняет индуктивность рассеяния первичной обмотки в каждой фазе трансформатора.
На фигуре 3 представлена принципиальная схема предлагаемого устройства, где приняты следующие обозначения:
1 - двухобмоточный трехфазный трансформатор, с первичной обмоткой соединенной по схеме Υ с выводами А, В, С и Ν;
2 - трехфазный тиристорный выпрямитель, выполненный по мостовой или нулевой схеме;
T
3 - блок ограничения перенапряжений на обмотке возбуждения и тиристорах выпрямителя, выполненный на «тормозном» резисторе R и тиристорах V1 и V2;
4 - блок системы управления с входами и выходами управления;
5, 6, 7, 8 - конденсаторы;
9 - синхронный двигатель среднего напряжения;
В
I - ток на выходе возбудителя, измеряемый датчиками тока ДТ1..ДТ3;
В
U - напряжение на выходе выпрямителя;
R
T
U - напряжение на резисторе R;
CT
CT
I, U - ток и напряжение статорной обмотки синхронного двигателя;
C
U - напряжение питающей сети для синхронизации управляющих импульсов тиристорного выпрямителя;
З
B
U- внешнее управляющее задание тока возбудителя.
Статический возбудитель синхронного двигателя содержит двухобмоточный трехфазный трансформатор 1, трехфазный тиристорный выпрямитель 2, блок ограничения перенапряжений 3 присоединенный к выходу трехфазного тиристорного выпрямителя 2 и блок системы управления выпрямителя с входами и выходами управления 4. Первичная обмотка двухобмоточного трехфазного трансформатора 1 соединена по схеме Υ с выводами А, В, С, N и присоединена выводами А, В, С к одноименным цепям питающей сети ~380 В. Вторичная его обмотка - к входам а, в, с питания трехфазного тиристорного выпрямителя 2. В устройство введены четыре конденсатора 5, 6, 7, 8 и присоединенные первыми выводами, к выводам двухобмоточного трехфазного трансформатора 1 А, В, С и Ν, а вторыми выводами - к цепи контура заземления двухобмоточного трехфазноготрансформатора 1.
Работа устройства происходит следующим образом.
B
B
R
CT
CT
C
Заявляемый статический возбудитель синхронного двигателя выполнен по унифицированной схеме прототипа. Введение в его состав конденсаторов 5,6,7,8, с целью подавления ИРП в частотном диапазоне (0,15-30)МГц, обеспечивает штатные, вышеуказанные алгоритмы управления в функции контролируемых параметров возбудителя I, U, U, синхронного двигателя I, U и напряжения питающей сети U. Регулирование или стабилизация тока возбуждения выполняется общеизвестным способом, путем фазового регулирования моментом подачи управляющих импульсов на тиристоры с частотой питающей сети ~380 В. Работа трехфазного тиристорного выпрямителя сопровождается коммутационными процессами переключения тиристоров из непроводящего состояния в проводящее состояние и, наоборот, с частотой питающей сети, что приводит искажению формы тока в обмотках (фазах) трехфазного трансформатора и напряжения, а именно, появляются коммутационные провалы длительностью ~(10-20) эл. град, периода частоты питающей сети. Указанные нелинейные искажения являются источником ИРП и генерируются через двухобмоточный трехфазный трансформатор 2 в питающую сеть ~380 В. Наличие в заявляемом устройстве конденсаторов 5, 6, 7, 8, подключенных к выводам А, В, С первичной обмотки трехфазного трансформатора 1 и контуру заземления см. 5, 6, 7, а также к общему выводу первичной обмотки N, соединенной по схеме Υ и контуру заземления см. 8, позволило реализовать малогабаритный трехфазный П-образный LC-фильтр.
В данном фильтре, в отличие от известных, роль основного индуктивного элемента L выполняет индуктивность рассеяния первичной обмотки трехфазного трансформатора, что существенно упростило его конструктивное исполнение и стоимость.
Проведенные испытания заявляемого статического возбудителя для синхронного двигателя типоисполнения СПВД-М-315-5 УХЛ4, ТУ-3416-055-20572135-2015, зав. №5 с доработкой по предлагаемому техническому решению и методике испытаний по ГОСТ 30805.22 (ГОСТ Р51318.2) подтвердили эффективность подавления ИРП до уровня не превышающих требований ГОСТ 30804.6.4-2013, табл. 1.