УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЗАЩИТЫ ОТ ПЕРЕНАПРЯЖЕНИЙ НА ОБМОТКЕ ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННОЙ МАШИНЫ С БЕСЩЁТОЧНОЙ СИСТЕМОЙ ВОЗБУЖДЕНИЯ

Заявляемая полезная модель относится к электромашиностроению и касается особенностей конструкции устройства для защиты от перенапряжений на обмотке возбуждения синхронной машины с бесщёточной системой возбуждения.
Из уровня техники известны различные варианты выполнения устройств аналогичного назначения.
Так, известно устройство, а именно, блок защиты от перенапряжения в электрической машине, раскрытый в описании полезной модели «Бесщёточная система возбуждения синхронной машины» РФ по патенту №134716. В этом  устройстве предусмотрены блоки защит от перенапряжений со стороны ротора и коммутационных перенапряжений. Данные блоки установлены на секции радиатора между двумя тиристорами с одной стороны и одним из диодов выпрямителя - с другой стороны. Два ленточных резистора тиристорной защиты размещены на ступице возбудителя под диодами выпрямителя. Выводы резисторов подключены к соответствующим тиристорам.
Данное устройства характеризуются наличием двух тиристоров, двух ленточных резисторов, устройством для управления двумя тиристорами и его установка в ограниченных габаритах ротора бесщёточного возбудителя не всегда возможна или вызывает определенные затруднения.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой полезной модели является устройство для защиты от перенапряжений на обмотке возбуждения синхронной машины с бесщёточной системой возбуждения, в котором тиристор, включен встречно-параллельно диодам выпрямителя бесщёточного возбудителя (а.с. СССР № 534010).
Недостатком известных устройств является отсутствие элементов, ограничивающих скорость нарастания разрядного тока di/dt конденсатора защитной RC – цепи, предназначенной для защиты от коммутационных перенапряжений полупроводникового выпрямителя, через тиристор при его открытии. Скорость нарастания разрядного тока di/dt конденсатора защитной RC-цепи в этих устройствах может существенно превышать критическую скорость нарастания тока в открытом состоянии для применяемых тиристоров т.к. она ограничена только паразитной индуктивностью разрядной цепи. Это обстоятельство обусловливает ограниченный ресурс работы силовых тиристоров в данных устройствах для защиты от перенапряжений на обмотке возбуждения синхронной машины с бесщёточной системой возбуждения.
Задачей заявляемого технического решения является снижение скорости нарастания разрядного тока di/dt конденсатора защитной RC–цепи через тиристор.
Технический результат, достигаемый при использовании заявляемой полезной модели, заключается в снижение скорости нарастания разрядного тока di/dt конденсатора защитной RC–цепи через тиристор, что позволит улучшить эксплуатационные характеристики заявляемого устройства за счет увеличения ресурса работы тиристоров.
Поставленная задача решается тем, что в устройстве для защиты от перенапряжений на обмотке возбуждения синхронной машины с бесщёточной системой возбуждения, содержащем тиристор, включенный встречно-параллельно диодам выпрямителя бесщёточного возбудителя и защищенный от коммутационных перенапряжений RC-цепью, блок управления тиристором, включенный последовательно с пороговым элементом, согласно техническому решению, в цепи анода или катода тиристора включен коммутационный реактор.
Индуктивность реактора позволяет снизить скорость нарастания разрядного тока di/dt конденсатора защитной RC–цепи через тиристор.
Заявляемая полезная модель поясняется следующими чертежами, где:
на фиг. 1 представлена схема электрическая принципиальная ротора бесщёточного возбудителя с заявляемым устройством для защиты от перенапряжений с коммутационным реактором, включенным в цепь анода тиристора; а
на фиг. 2 представлена схема электрическая принципиальная ротора бесщёточного возбудителя с заявляемым устройством для защиты от перенапряжений с коммутационным реактором, включенным в цепь катода тиристора.
Схема устройства включает обмотку 1 ротора бесщёточного возбудителя, полупроводниковый выпрямитель 2, резистор 3 и конденсатор 4 RC-цепи для защиты от коммутационных перенапряжений полупроводникового выпрямителя, тиристор 5, блок управления тиристором 6, пороговый элемент 7 и реактор 8.
Включение реактора в цепи анода или катода тиристора (см. фиг.1 или 2 соответственно) зависит только от конструктивных особенностей ротора бесщёточного возбудителя.
Заявляемое устройство работает следующим образом.
При превышении величины напряжения, наведенного в роторе синхронной машины, например, при пуске синхронного двигателя, величины напряжения срабатывания порогового элемента 7, блок управления тиристором 6 формирует импульс управления, открывающий тиристор 5, в результате чего тиристор 5 шунтирует ротор синхронной машины, но при этом конденсатор 4 защитной RC–цепи разряжается на тиристор через резистор 3 и реактор 8. Напряжение на конденсаторе в этот момент времени практически равно напряжению срабатывания порогового элемента 7.
Рассмотрим принцип ограничения скорости нарастания разрядного тока dI/dt конденсатора 4 через тиристор при наличии в цепи тиристора реактора.
В начальный момент времени в разрядной цепи, состоящей из конденсатора 4, резистора 3, реактора 8 и тиристора 5, кроме источника тока - конденсатора 4 с ЭДС «Е», из-за появления разрядного тока конденсатора 4 будет действовать и ЭДС самоиндукции «Ес» реактора 8, соответственно и закон Ома для этой цепи, будет иметь вид:
I=(Е+Ес)/R,
где I –разрядный ток конденсатора 4 через тиристор;
Е – ЭДС источника – напряжение на конденсаторе 4;
Ес - ЭДС самоиндукции реактора 8, где Ес=-L(dI/dt);
L – индуктивность реактора 8;
dI/dt - скорость нарастания разрядного тока конденсатора 4;
R – сопротивление резистора 3;
тогда разрядный ток конденсатора 4 через тиристор равен:
I=(Е - L(dI/dt))/R,
соответственно скорость нарастания тока через тиристор равна:
dI/dt=E/L-I(R/L).
В начальный момент времени имеем максимальную скорость нарастания разрядного тока конденсатора 4 через тиристор dI/dt=E/L, и она в данном техническом решении ограниченна индуктивностью реактора 8.
Индуктивность реактора выбирается таким образом, чтобы скорость нарастания анодного тока тиристора 5 от разряда конденсатора 4 была ниже критической скорости нарастания тока в открытом состоянии, для установленного тиристора и обычно равна единицам микрогенри.
Так при использовании порогового элемента с напряжением срабатывания равным 1500 В и тиристора с критической скоростью нарастания тока в открытом состоянии равной 320 А/мкс реактор 8 должен иметь индуктивность L не ниже 4,7 микрогенри (1500/320=4,7).
Таким образом, включение реактора в цепь анода или катода тиристора позволяет ограничить скорость нарастания разрядного тока di/dt конденсатора защитной RC–цепи через тиристор устройства защиты от перенапряжений на обмотке возбуждения синхронной машины, что гарантирует надежную работу тиристора, повышает его ресурс и соответственно повышает надежность всего возбудителя в целом.