Способ управления асинхронным генератором с конденсаторным возбуждением и устройство для его осуществления

 

1. Способ управления асинхронным генератором с конденсаторным возбуждением, при котором измеряют напряжение якоря, сравнивают с опорным напряжением, определяют величину рассогласования, измеряют значение мгновенной мощности на управляемом реактивном элементе и в момент перехода ее через нулевое значение в зависимости от величины рассогласования изменяют реактивную проводимость цепи якоря генератора, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества электроэнергии,измеряют амплитудное значение напряжения якоря, формируют импульс с длительностью , зависящей от замеренного i амплитудного значения, интегрируют его, сравнивают с дополнительным (Л опорным сигналом, задерживают разностный сигнал управления на рремя, равное периоду максимальной частоты вращения генератора, после чего проводят указанное изменение реактивной проводимости цепи якоря генератора.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК аю SU an

4(51) Н 02 Р 9/46 Н 02 К 17 42

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, "„ ".

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВЬ/ (21) 3289119/24-07 (22) 08.05.81 (46) 23.01.85. Бюл. 11 - 3 (72) П. А. Кунцевич и В. П. Харитонов (71) Научно-производственное объединение "Ветроэн" (53) 621.313.392.013.62(088.8) (56) 1. Патент Японйи 49-9328, кл. 55В1, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 161384, кл. Н 02 P 9/16, 1963.

3. Шумов Ю. Н. Однофазный асинхронный генератор с тиристорным регулированием напряжения. -"Известия вузов. Электромеханика". 1979, 11 10.

4, Авторское свидетельство СССР

В 760392, кл. Н 02 P 9/46, 1980. (54) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АСИНХРОННЫМ

ГЕНЕРАТОРОМ С КОНДЕНСАТОРНЫМ ВОЗБУЖДЕНИЕМ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ. (57) 1. Способ управления асинхронным генератором с конденсаторным возбуждением, при котором измеряют напряжение якоря, сравнивают с опорным напряжением, определяют величину рассогласования, измеряют значение мгновенной мощности на управляемом реактивном элементе и в момент перехода ее через нулевое значение в зависимости от величины рассогласования изменяют реактивную проводимость цепи якоря генератора, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью улучщения качества электроэнергии, измеря. ют амплитудное значение напряжения якоря, формируют импульс с длительс ностью, зависящеи от замеренного амплитудного значения, интегрируют его, сравнивают с дополнительным опорным сигналом, задерживают разностный сигнал управления на время, равное периоду максимальной частоты вращения генератора,, после чего проводят указанное изменение реактивной проводимости цепи якоря генератора.

1136297

2. Способ по п. 1, .о т л и ч а юшийся тем, что измеряют величину скольжения, формируют сигнал., пропорциональный скольжению. который вычитают из сигнала интегрирования.

3, Устройство для управления асинхронным генератором с конденсаторным возбуждением, содержаще@ нерегулируемую группу конденсаторав. подключенную непосредственно. к фазам якоря, и регулируемые реактивйые элементы, соединенные с управляемыми клю,чами, блок управления, измерительный вход которого соединен с якорем генератора, узлы нуль-органов и двувходо. вых элементов И по числу регулируемых реактивных элементов. входы нульорганов соединены с цепями питания регулируемых реактивных элементов. а выходы калдого из них †с одним из входов своего элемента И,. и источник опорного сигнала, о т л и ч а— ю щ е е с я тем, что в ней дополнительно введены преобразователь амплитуда-длительность, интегратор, второй источник опорного сигнаЛа, I импульсный компаратор с двумя входами, двувходовые элементы НЕТ и триггеры по числу управляемых ключей „вход преобразователя амплитуда-длительность соединен с якорем и выходом первого задатчика опорного сигнала а выход — с входом интегратора, выИзобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования напряжения асинхронных генераторов, преимущественно для автономных энергосистем ветроустановок, подвижных объектов и т..д.

Известен способ непрерывного управления асинхронным генератором с возбуждением от группы конденсаторов по которому определяют величину среднего значения напряжения на выводах якорйых обмоток, сравнивают с величиной опорного сигнала и в зависимости от величины и знака рассогласова-1> ния изменяют величину тока в обмот.ке подмагничивания якоря асинхронного генератора fl) или дросселя ход которого соединен с первым вхо-дом импульсного компаратора, управлякиций вход которого соединен с выходом второго источника опорного сигнала, а выход импульсного компаратора соединен с вторыми входами всех элементов И и первыми входами всех элементов НЕТ, на вторые входы каждого из которых подключен выход одного нз нуль-органов, выхоц каждого элемента И и выход каждого элемента

НЕТ соединены соответственно с первым и вторым входами триггера, выход которого соединен с входом управления управляемого ключа, соответствующего нуль-органу, соединенному с .управляемым реактивным элементом.

4. Устройство по и. 3, о т л и— ч а ю щ е е с я тем, что в него дополнительно введены датчик величины скольжения ротора, двувходовый элемент И н двувходовый элемент НЕ, выход датчика величины скольжения соединен с первым входом дополнительного элемента И, на второй вход которого подан выход преобразователя амплитуда — длительность, который также подключен к первому входу дополнительного элемента НЕТ, а на второй вход которо-о подан выход дополнительного элемента И, а выход дополнительного элемента НЕТ соединен с входом интегратора, .. насыщения, включенного последовательно с указанными конденсаторами (2)..

Недостатками указанного способа являются узкий диапазон регулирования, большие потребляемые мощности, необходимые для осуществления управления, а при необходимости глубокого регулирования и сильные искажения формы кривой напряжения электрической ,машины.

Известен также способ для управле ния асинхронным генератором, по которому после проведения операций по из;мерению и сравнению напряжений воз действие на элементы возбуждения осуществляют периодической коммутацией

1136297 их с помощью ключевых элементов на определенную часть времени 531.

Недостатком этого способа являются большие искажения формы кривой напряжения, возникающие из — за ком= мутации реактивных элементов в произвольные моменты времени относительно генерируемого напряжения.

Наиболее близким к изобретению является способ управления асинхрон- 10 ным генератором с .конденсаторным возбуждением, при котором измеряют напряжение якоря, сравнивают с опорньм напряжением, определяют величину рассогласования, измеряют значе- 15 ние мгновенной мощности на управляемом реактивном элементе и в момент перехода ее через нулевое значение в зависимости от величины рассогласования изменяют реактивную проводи- 20 мость цепи якоря генератора .(4J .

Этот способ реализуется устройством, содержащим нерегулируемую группу конденсаторов, подключенную непосредственно к фазам якоря, и ре- 25 гулируемые реактивные элементы, соединенные с управляемыми ключами, блок управления, источник опорного сигнала,. узлы нуль-органов и двувходовых элементов И по числу регулиру- щ емых реактивных элементов, входы нуль-органов связаны с цепями питания регулируемых реактивных элементов, а выходы каждого из них — с одним из входов своего элемента И, источник опорного сигнала 4 .

Недостатком известного способа управления и устройства для его осуществления является то, что из-за неопределенности момента и продолжи* 40 тельности подключения реактивных элементов, аналогового способа определения рассогласования и определения величины рассогласования по среднему значению напряжения в форме криф5 вой якорного напряжения возможно появление модуляционных искажений, а также вызванное измерительным оргачом перерегулиравание. Все это приводит

I к снижению качества вырабатываемой электроэнергии.

Целью изобретения является повышение качества электроэнергии.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления асин-55 хронным генератором с конденсаторным возбуждением, при котором измеряют напряжение якоря, сравнивают с опорным напряжением, определяют величину рассогласования, измеряют значение мгновенной мощности на управляемом реактивном элементе и в момент пере хода ее через нулевое значение в зависимости от величины рассогласования изменяют реактивную проводимость цепи якоря генератора, дополнительно измеряют амплитудное значение напряжения якоря, формируют импульс с длительностью, зависящей от замеренного амплитудного значения, интегрируют его, сравнивают с дополнительным опорным сигналом, задер;живают разностный сигнал управления на время, равное периоду максимальной частоты вращения генератора, после ,чего проводят указанное изменение реактивной проводимости ценил якоря генератора.

Кроме того, измеряют величину скольжения, формируют сигнал, пропорциональный скольжению, который вычитают из сигнала интегрирования.

При этом в устройство для осуществления способа управления, содержащее нерегулируемую группу конденсаторов,-подключенную непосредственно к фазам якоря, и регулируемые реактивные элементы,. соединенные с управ-. ляемыми ключами, блок управления, измерительныйл вход которого соединен с якорем генератора, узлы нуль-органов и двувходовых элементов И но числу

pery. — руемых реактивных элементов, входы нуль-органов соединены с цепями питания регулируемых реактивных элементов, а выходь.. каждого из них " с одним из входов своего элемента

И, и источник опорного сигнала, дополнительно введены преобразователь амплитуда — длительность; интегратор, .-с-:.-.: источник опорного сигнала, импульсный коьжаратор с двумя входа- ми двувходовые элементы НЕТ и триггсры по числу управляемых ключей, вход преобразователя амплитуда — длительность соединен с якорем и выходом первого задатчика опорного сигнала а выход — с входом интегратора, выход которого соединен с первым входом импульсного компаратора, управляющий вход которого соединен с выходом второго источника опорного сигнала, а выход импульсного компара" тора соединен с вторыми входами всех элементов И и первыми входами всех элементов НЕТ; на вторые входы каж1136297 дого из которых подключен выход одного из нуль-органов, выход каждого элемента И и выход каждого элемента

HFT соединены соответственно с пер— вым и вторым входами триггера, выход которого соединен с входом управления управляемого ключа, соответствующего нуль-органу, соединенному с уйравляемым реактивным элементом.

Кроме того, в устройство дополни- 1О тельно введены датчик величины скольжения ротора, двувходовый элемент И и двувходовый элемент НЕ, выход датчика величины скольжения соединен с первым входом дополнительного элемен-15 та НЕ, на второй вход которого подан выход преобразователя амплитуда— длительность, который также подклю-. чен к первому входу дополнительного элемента НЕТ,на второй вход которого 20 подан выход дополнительного элемента И, а выход дополнительного элемента НЕТ соединен с входом интегратора.

На фиг. 1 показана блок-схема уст-2 ройства для реализации способа управления трехфазным асинхронным генератором, в котором в качестве реак— тивных элементов использованы конденсаторы; на фиг. 2 — то же, но с ис- 3р пользованием в качестве реактивного элемента обмотки подмагничивания яко— ря генератора и однофазным выполнением асинхронного генератора.

К якорю асинхронного генератора 1 з> непосредственно подключена нерегулируемая группа конденсаторов 2 и регулируемый реактивнь и элемент 3, в качестве которого применены конденсаторы 1фиг. 11 или обмотка якоря генератора, подмагничивающая якорь ,(фиг. 2). Регулируемые реактивные элементы соединены последовательно с управляемыми ключами 4, число которых равно числу реактивных злемен- тов. С цепями реактивных элементов 3 связаны входы нуль-органов 5, выходы которых подключены каждый к одному из входов двувходового элемента И 6.

Преобразователь 6 амплитуда — длн50 тельность, явпяющийся измерительным входом блока управления, соединен с якорем генератора. Первый источник 8 опорного сигнала соединен с входом задания уставки преобразоватепя 7, выход K0T0poI о связан с входом интегратора 9, выходом подключенного к первому входу импульсного компаратора 10, на вход задания которого подO ,ключен второй источник 11 опорного сигнала. Выход импульсного компаратора 10 соединяется с вторыми входами всех элементов И 6 и первыми входами элементов НЕТ 12,. число которых равно числу элементов И 6. На второч вход каждого элемента НЕТ 12 подключен выход одного из нуль-органов 5.

Выходы элементов И 6 и элементов НЕТ

12, соответствующие одному иэ нульорганов 5, подключаются к входам триггера 13, выход которого соединяется с входом управления управляемого ключа 4, который соответствует связанному с ним нуль-органу 5; Датчик 14 скольжения ротора своим выходом соединяется с первым входом дополнительного двувходового элемента И 15, на второй вход которого подключен

1 выход преоб азователя 7амплитуда — дли1. тельность.. Выход элемента И 15 и выход преобразователя амплитуда— длительность через дополнительный элемент НЕТ 16 соединяется с входом интегратора 9.

Способ осуществляется следующим образом.

Самовозбуждение генератора обеспечивается соответствующим выбором суммарной емкости фазных конденсаторов, при которой собственная резонансная частота намагничивающего кон-, тура, частота остаточной ЭДС и расчетная частота самовозбужцения генератора равны. В случае генератора с коммутацией части конденсаторной батареи фиг. 1) это достигается замкнутым состоянием ключа 17, а при нарастании напряжений генератора и последующем выключении ключа 17— установкой триггера 13 в исходное состояние, при котором обеспечивается отпирающий потенциал на Управляющем входе управляемых ключей 4 и включение последних. Исходному состоянию триггера 13, в случае однофазного асинхронного генератора (фиг. 2), соответствует отсутствие потенциала на управляющем входе управляемого .ключа 4.

При увеличении частоты вращения вала асинхронного генератора 1 выше номинальной требуется ограничить напряжение генератора, которое с ростом указанной частоты имеет тенденцию увеличиваться. Это осуществляется воздействием с переменной частотой

7 1136 и длительностью воздействия, равной периоду частоты напряжения генератора в течение одного периода коммутаций, на срецнее время протекания тока в цепи управляемого реактивного элемен- 5 та 3.

Начало регулирования напряжения соответствует моменту сравнения амплитуды напряжения генератора с заданным пороговым напряжением преоб10 разователя 7 амплитуда — длительность, выполненного, например в виде триггера Шмидта. На выходе последнего формируются импульсы, длительность которых зависит от амплитуды входных (большей амплитуде соответствует большая длительность, Интегратор 9 может быть реализован на основе накопительного конденсатора, сохраняющего заряд при отсутствии внешних сигналов, управляющих его зарядной и pasрядной цепями. Он воспринимает длительности входных импульсов как активные интервалы времени, в течение которых происходит накопление заряда на накопительном конденсаторе устройства. В паузах этот заряд сохраняется. Следовательно, на накопительном конденсаторе формируется ступен" чато-пилообразное напряжение, форми- 30 рование которого заканчивается сравнением его мгновенного значения с опорнымнапряжением импульсного компаратора 10. В результате импульс, сформированный на нагРузке импульсного 35 компаратора 10, в момент совпадения

его на элементе 6 с импульсом нульоргана 5, опрокидывает триггер 13, снимая тем самым потенциал с управляющего входа управляемого ключа 4q 40 выключение которого обеспечивается применением в коммутаторе управляемых полупроводниковых вентилей.

Одновременно этот импульс обеспечивает подготовку интегратора 9 к 45 следующему циклу и блокирование посредством элемента НЕ 12 одного вы.ходного импульса нуль-оргaíà 5, что ,позволяет исключить из работы управ ляемую конденсаторную батарею 3 на 50 время, равное периоду или половине периода частоты напряжения генератора. С момента прекращения выходного импульса компаратора 10 процесс формирования ступенчато-пилообразного 55 напряжения на интеграторе 9 возобновляется и в дальнейшем повторяется с частотой, определяющей частоту ком297 8 мутаций конденсаторной батареи 3. С увеличением частоты вращения вала асинхронной машины 1 напряжение генератора стремится увеличиться. Это приводит к увеличению длительности выходных импульсов преобразователя 7 и уменьшению времени, за которое мгновенное значение ступенчато-пилообразного напряжения достигает величины, равной опорному напряжению U импульсного компаратора. 10. Следовательно, увеличивается частота исключения иэ работы управляемой конденсаторной батареи 3, что эквивалентно уменьшению намагничивающего тока и напряжения генератора, Способ стабилизации однофазного асинхронного напряжения генератора (фиг. 2) может быть реализован путем . использования другого регулируемого реактивного элемента 3, например обеспечение режима короткого замы" кания изолированной статорной обмотки асинхронной машины 1 на время, равное периоду или половине периода частоты напряжения генератора. Возникающая при этом размагничивающая

ИДС статора машины увеличивается с увеличением частоты указанных коммутаций обмотки.

Если нагрузкой асинхронного генератора служит аккумуляторная батарея, напряжение генератора. целесообразно изменять в соответствии с оптимальным режимом ее работы. Это осуществляется изменением частоты коммутаций цепи управляемого реактивного элемента в функции обобщенного сигнала содержащего информацию о напряжении на аккумуляторной батарее и токе в ее цепи, конкретнее соответствующим воздействием обобщенного сигнала íà управ яющий

"игнал.

При изменении нагрузки генератора в широких пределах требуется обеспечить необходимую жесткость его внешней характеристики. Это осуществляется введением в цепь управления асинхронным генератором 1 дополнительного регулйрования по возмущению. Для этого используется сигнал fр датчика 14 скольжения частоты вращения вала асинхронной машины 1, который совместно с выходным сигналом -преобра,зователя 7, несущим информацию о частоте тока статора Ес, реализует на выходе элемента И 15 функцию

10

Составитель А, Лебедев

Техред А.Ач Корректор С. Шекмар

Редактор И. Николайчук

Заказ .10300/44 Тираж 646 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

11

Филиал ППП Патент", r, Ужгород, ул. Проектная, 4

1136г скольжения (абсолютной величины ) в виде импульсной последовательности разностной частоты f = f -f р с

Сигнал частоты f, управляя частотой входного сигнала интегратора 9 посредством элемента HET 16, тем самым воздействует на скорость нарастания ступенчато-пилообразного напряжения и, следовательно, на величину напряжения генератора в функции скольжения.

Использование предлагаемого способа позволяет исключить коммутационные искажения генерируемого напряжения и существенно уменьшить модуляционные искажения, следовательно, улучшить . форму напряжения генератора. В частности, способ позволяет реализовать воэможность управления генератором воздействием на емкостные элементы намагничивающей цепи, тем самым существенно расширяет рабочий диапазон вращения вала асинхронной машины и упрощает конструкцию генератора, а коррекцией регулирования по скольжению -обеспечивает требуемую жесткость внешней характеристики асинхронного генератора..