Бесщеточная система возбуждения синхронной машины
Полезная модель относится к области электромашиностроения и предназначена для реализации в синхронных машинах с бесщеточным возбуждением, в частности, в генераторах дизель-электрических агрегатов резервного питания атомных электростанций и генераторах агрегатов автономных электроустановок. Технический результат, заключающийся в упрощении конструкции и технологии производства бесщеточной системы возбуждения синхронной мАши-ны, снижении ее стоимости и повышении надежности, достигается за счет того, что вращающийся выпрямитель, входящий в состав системы возбуждения, выполнен на роторных диодах фланцевого типа, а блоки защиты от перенапряжений со стороны ротора синхронной машины и коммутационных перенапряжений размещены на одной из секций охлаждающего радиатора вместе с диодами одной из фаз вращающегося выпрямителя, а блок резисторов тиристорной защиты установлен на ступице якоря возбудителя под диодами выпрямителя. 1 н.п. формулы, 2 илл.
Полезная модель относится к области электромашиностроения и предназначена для реализации в синхронных машинах с бесщеточным возбуждением, например, в генераторах дизель-электрических агрегатов резервного питания атомных электростанций и генераторах агрегатов автономных электроустановок. Ввиду высокой опасности техногенных аварий на АЭС, все ее элементы должны выполняться с обеспечением максимально возможной надежности. Для повышения надежности они выполняются бесщеточными.
В известной синхронной машине с бесщеточным возбуждением [1 ,2, 3] возбудитель представляет собой обращенный синхронный генератор, якорная обмотка которого соединена с ротором синхронной машины через вращающийся тиристорный выпрямитель, а станина магнитной системы возбудителя закреплена на общем фундаменте с синхронной машиной. Для уменьшения габаритов якорь возбудителя размещен на внешней поверхности цилиндрического стального корпуса (магнитного колеса), а узлы и элементы тиристорного выпрямителя - на его внутренней поверхности. Корпус якоря возбудителя с помощью втулки ступицы посажен на конец вала ротора синхронной машины. Для питания обмотки возбуждения возбудителя в агрегате предусмотрен подвозбудитель (далее - ПВ). Он также представляет собой синхронный генератор с магнитной системой, выполненной на постоянных магнитах. Полюса магнитной системы ПВ установлены с противоположной стороны корпуса на его внутренней поверхности. Якорь ПВ закреплен неподвижно на торцовом щите кожуха возбудителя со стороны подшипника синхронной машины. Фазные выводы обмотки якоря через три отверстия в корпусе возбудителя соединены с тремя секциями кольцевого радиатора, на которых размещены шесть таблеточных тиристоров вращающегося выпрямителя и два тиристора защиты от перенапряжений со стороны ротора. На верхних выводах каждого из тиристоров установлены дополнительные радиаторы, которые с помощью гибких шин и шести шпилек блока токособирательных колец подключены к шинам «+» и «-» этого блока. В свою очередь, через указанные шпильки блок токособирательных колец соединен с ротором генератора токоподводом, состоящим из нескольких кА-бельных проводников, проложенных внутри полого вала ротора генератора. Для надежной работы выпрямителя предусмотрена система защиты от перенапряжений со стороны ротора синхронной машины и система защиты от коммутационных перенапряжений. За полюсами ПВ внутри корпуса возбудителя размещены два ленточных резистора тиристорной защиты. На выходном конце вала синхронной машины установлен стальной цилиндр, в котором размещены блоки формирования импульсов управления тиристорами, управления тиристо-рами защиты от перенапряжений со стороны ротора синхронной машины и защиты от коммутационных перенапряжений, залитые эпоксидным компаундом. Информация на блоки формирования импульсов управления тиристорами через фотокольцо, размещенное на торце указанного цилиндра, поступает со светокольца, закрепленного неподвижно на станине магнитной системы возбудителя с помощью специального держателя. Другая часть системы управления возбуждением установлена вне машинной части системы возбуждения и включает в себя систему управления и регулирования.
В рассмотренном возбудителе применены в качестве выпрямительных элементов тиристоры, что влечет за собой ряд существенных недостатков, заключающиеся в том, что тиристоры требуют применения сложной системы управления и защит, частью размещаемой на вращающейся части системы возбуждения, а частью вне ее, то есть необходимо осуществление бесконтактной связи между обеими частями системы управления. Указанные требования влекут за собой усложнение конструкции возбудителя и технологии его изготовления, а, следовательно, снижение общей надежности системы возбуждения.
Предлагаемая полезная модель позволяет устранить эти недостатки. Рассматриваемая бесщеточная система возбуждения, как и в известном синхронной машине [1], состоит из синхронных возбудителя и ПВ, установленных в одном корпусе. Но в отличие от нее вращающийся выпрямитель выполнен на роторных диодах фланцевого типа, размещаемых на существующих секциях Радиатора. В этом случае полностью исключается стальной цилиндр с указанными ранее блоками управления и защит, свето- и фотокольца, необходимые при выполнении выпрямителя на тиристорах. При этом элементы защит от коммутационных перенапряжений и от перенапряжений со стороны ротора выполнены в виде двух самостоятельных блоков, устанавливаемых на одной с тиристорами защиты и двумя диодами выпрямителя секции радиатора. Регулирование тока возбуждения возбудителя и соответственно тока возбуждения синхронной машины осуществляется с помощью системы управления и регулирования, размещаемой в отдельном шкафу.
Функциональная электрическая схема предлагаемой системы возбуждения приведена на фиг.1.
Здесь: 1-синхронная машина (генератор); 2-обмотка возбуждения генеРатора; 3-магнитная система возбудителя; 4-якорь возбудителя; 5-магнитная система ПВ; 6-якорь ПВ; 7-вращающийся выпрямитель; 8-блок тиристорной защиты от перенапряжений; 9-блок управления тиристорами защиты; 10-блок защиты от коммутационных перенапряжений; 11-система (шкаф) управления и регулирования возбуждением.
На фиг.2 изображен якорь возбудителя предлагаемой системы возбуждения со стороны торца, противоположного генератору.
Здесь: 12-корпус (магнитное колесо) возбудителя; 13,13а-роторные диоды вращающегося выпрямителя; 14-секция радиатора; 15,16-шинные выводы резисторов тиристорной защиты; 17, 17 а-тиристоры защиты от перенапряжений со стороны ротора; 18-прижимная планка тиристора; 19-прижимная планка диода; 20-вывод фазы якорной обмотки возбудителя; 21-наконечник диода; 22-гибкая диодная шина; 23-втулка; 24-блок токособирательных колец; 25-ка-бельные шины токоподвода ротора синхронной машины; 26-блок двух ленточных резисторов.
Шесть диодов 13 разной полярности устанавливаются попарно на трех секциях радиатора, образуя трехфазный выпрямитель. Каждый диод закреплен на секции с помощью прижимной планки 19 винтами, а верхний вывод каждого диода через накидной наконечник 21 соединен с блоком токособирательных колец 24 гибкой шиной 22. Шесть гибких шинных выводов 25 токоподвода ротора генератора через разрезную прижимную втулку 23, закрепленную с помощью болтов на конце вала генератора, соединены с шестью выходными шпильками «+» и « - » блока токособирательных колец 24. Здесь также предусмотрены блоки защит от перенапряжений со стороны ротора и коммутационных перенапряжений. Однако в отличие от прототипа эти блоки 8 и 10 установлены на секции радиатора между тиристорами 17 и 17а с одной стороны и одним из диодов выпрямителя 13а (на фиг.2 - левый) - с другой стороны. Два ленточных резистора 26 тиристорной защиты размещены на ступице возбудителя под диодами выпрямителя. Выводы резисторов 15 и 16 подключены соответственно к тиристорам 17 и 17 а.
Силовая часть бесщеточной системы возбуждения расположена на общем валу с ротором генератора. Ток возбуждения от бесщеточного возбудителя бесконтактно передается по кабелям, проложенным в полом валу генератора в его обмотку возбуждения. Обмотка возбуждения возбудителя подключена к системе управления и регулирования возбуждением, выполненной в виде отдельного шкафа управления. Питание силовых цепей шкафа управления осуществляется от одной якорной обмотки ПВ, а цепей управления - от другой якорной обмотки ПВ. Таким образом, осуществляется независимое возбуждение генератора.
При приведении во вращение ротора генератора и подаче на обмотку возбуждения возбудителя 3 (см. фиг.1) напряжения от системы управления и регулирования 11 в якорной обмотке возбудителя 4 генерируется напряжение переменного тока, которое подается от фазных выводов на диодный выпрямитель 7. Выпрямленное напряжение далее поступает в обмотку возбуждения 2 синхронной машины 1, вследствие чего в ее статоре генерируется требуемое напряжение. Использование диодов вместо тиристоров исключает указанные выше недостатки, значительно упрощая конструкцию и технологию изготовления системы возбуждения. При этом уменьшается ее стоимость и повышается надежность.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ.
1. Генератор трехфазный синхронный типа СБГД 6300-6У3. Техническое описание и инструкция по эксплуатации ОБС.460.534 ТО, 1980.
2. Системы возбуждения. Каталог. ОАО « Силовые машины».
3. Синхронные генераторы типов СБГД-6300-6, СБГД-5600-6 и СБГД-4000-6. ТУ 16-512.500-83.
Бесщеточная система возбуждения синхронной машины, состоящая из возбудителя, вращающегося полупроводникового выпрямителя, подвозбудителя с магнитной системой на постоянных магнитах, блока защиты от перенапряжений со стороны ротора синхронной машины и блока защиты от коммутационных перенапряжений, размещенных в общем корпусе, отличающаяся тем, что вращающийся выпрямитель выполнен на роторных диодах, установленных на трех секциях охлаждающего радиатора, блок защиты от перенапряжений со стороны ротора синхронной машины и блок защиты коммутационных перенапряжений размещены на секции охлаждающего радиатора вместе с диодами одной из фаз вращающегося выпрямителя, а блок резисторов тиристорной защиты установлен на ступице якоря возбудителя под диодами выпрямителя.
