Асинхронизированный синхронный генератор

 

Изобретение относится к элект- ,ротехнике, в частности к электроманшнным источникам перем. напряжения стабильной частоты и амплитуды, вращающимся с перем. скоростью. Целью изобретения является обеспечение постоянства частоты на выходе генератора в широком диапазоне изменения частот вращения вала при одновременном повьпиении устойчивости. Асинхронизированный синхронный генератор (АСГ) вьшолнен в виде асинхронной машины 1 с фазным ротором 3, обмотки которого подключены к преобразователю 2 частоты. Датчик 5 тока или напряжения включен в выходные цепи преобразователя 2 частоты. Блок 7 регулирования соединен с выходом датчика 6 выходного напряжения АСГ и содержит регулятор 8 тока или напряжения, многофазный ге- .нератор 18 с управляемыми частотой и амплитудой, регулятор 19 фазовой автоподстройки, регулятор 20 амплитуды , амплитудный детектор 21 и частотно-фазовый детектор 22, вход которого соединен с задатчиком 15 частоты . Вход регулятора амплитуды подключен к задатчику 16 амплитуды. Частотно-фазовый детектор 22 сравнивает выходное напряжение АСГ с напряже шем задатчика 15 частоты по частоте и фазе и через регулятор 19 фазовой автоподстройки воздействует ва частоту многофазного генератора 18 так, чтобы выходное напряжение АСГ совпадало по частоте и фазе с эталонным напряжением на выходе задатчика 15 частоты, а сигнал рассогласования на выходе частотно-фазового детектора 22 отсутствовал. 5 ил. i (Л С сд Од

СОНИ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (59 4 Н 02 Р 9 42 9/44

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ вЂ” = :- .: ., / (2t) 3766978/24-07 (22) 09.07.84 (46) 23.09.86. Бюл. В 35 (71) Всесоюзный ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский и проектный институт по. комплексной электрификации промышленных объектов "Тяжпромэлектропроект" им. Ф.Б. Якубовского и Всесоюзный научно-исследовательский институт электроэнергетики (72) Н.Н. Блоцкий, В.Л. Горнштейн, А.К. Красовский, Т.В. Плотникова, А.С. Ратников, Я.Ю. Солодухо, В.К. Стрюцков, Н.P. Хачатрян, В.И. Читечян и Ю.Г. Шакарян (53) 621.313.334.072.8(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 1001304, кл, Н 02 Р 9/14, Н 02 J 3/24, 1979.

Блоцкий Н.g., Лабунец И.А., Шакарян Ю.Г. Машины двойного питания.

Сер.: Электрические машины и трансформаторы. М.: ВИНИТИ, 1979, с. 8-27. (54) АСИНХРОНИЗИРОВАННЫИ СИНХРОННЫИ ГЕНЕРАТОР (57) Изобретение относится к элект,ротехнике, в частности к электромавинным источникам перем. напряжения стабильной частоты и амплитуды, вращающимся с перем. скоростью. Целью изобретения является обеспечение постоянства частоты на выходе генератора в широком диапазоне измене„„Ж/„„1259467 А 1 ния частот вращения вала при одновременном повьппении устойчивости.

Асинхронизированный синхронный генератор (АСГ) выполнен в виде асин.хронной машины 1 с фазным ротором .3, обмотки которого подключены к преобразователю 2 частоты. Датчик 5 тока или напряжения включен в выходные цепи преобразователя 2 частоты.

Блок 7 регулирования соединен с выходом датчика 6 выходного напряжения АСГ и содержит регулятор 8 тока или напряжения, многофазный генератор 18 с управляемыми частотой и амплитудой, регулятор 19 фазовой автоподстройки, регулятор 20 амплитуды, амплитудный детектор 21 и частотно-фазовый детектор 22, вход которого соединен с задатчиком 15 частоты. Вход регулятора амплитуды подключен к задатчику 16 амплитуды.

Частотно-фазовый детектор 22 сравнивает выходное напряжение АСГ с напряжением задатчика 15 частоты

:по частоте и фазе и через регулятор

19 фазовой автоподстройки воздействует на частоту многофазного генера" тора 18 так, чтобы выходное напряжение АСГ совпадало по частоте и фазе с эталонным напряжением на выходе задатчика 15 частоты, а сигнал рассогласования на выходе частотно-фазового детектора 22 отсутствовал.

5 ил.

1? 59467

10 l5

ЗО

50

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам, предназначенным для получения переI В манного напряжения стабильной частоты и амплитуды с помощью вращающейся электрической машины при переменных скорости вращения вала и параметрах нагрузки.

Цель изобретения — обеспечение поддержания постоянства частоты на выходе генератора в широком диапазоне изменения частот вращения вала при одновременном повышении устойчивости, На фиг. 1 приведена функциональ-. ная схема асинхронизироваиного синхронного генератора; на фиг. 2— схема многофазного генератора, управ- ляемого по частоте и амплитуде; на фиг. 3-5 — графики и диаграммы, пояс-, няющие работу многофазного генератора.

Асинхронизированный синхронный генератор (фиг.1) содержит асинхронную машину 1 с фазиым ротором, преобразователь 2 частоты, выход которого пофазно подключен к первой-системе обмоток, например к обмоткам ротора 3 асинхронной машины 1, вторая система обмоток которой, например статора, пофаэно подключена.к выходным зажимам 4 асинхронизированного синхронного генератора, датчик 5 тока или напряжения преобразователя

2 частоты, вход которого пофазно подключен к выходу преобразователя частоты, датчик 6 выходного напряжения, вход которого цофазно соединен с зажимами-:4 асинхрониэированного синхронного генератора, и блок 7 регулирования, в состав которого входит регулятор 8 тока или напряжения преобразователя частоты, первый вход 9 которого пофазно соединен с первым входом 10 блока 7 регулирования, а выход 11 пофазно соединен с выходом

12 блока 7 регулирования. Первый вход 10 последнего пофазно соединен с выходом датчика 5 тока или напряжения преобразователя 2 частоты, а его второй вход 13 пофазно соеди- нен с выходом датчика 6 выходного напряжения. Третий вход 14 блока 7 регулирования пофазно соединен с выходом эадатчика 15 частоты, à его выход 12 пофазно соединен с управляющим входом преобразователя 2 частоты. В устройство введен задатчик

16 амплитуды, выход которого соединен с четвертым входом 17 блока 7 регулирования. Последний содержит также многофазный генератор 1,8 с управляемыми частотой и амплитудой, регулятор 19 фазовой автоподстройки, регулятор 20 амплитуды, амплитудный детектор 21 и частотно-фазовый детектор 22, первый и второй входы которого пофазно соединены соответственно с вторым 13 и третьим 14 входами блока 7 регулирования, а выход — с входом регулятора 19 фаэовой автоподстройки, выход которого соединен с управляющим частотой входом 23 многофазного.генератора 18. Вход амплитудного детектора 21 пофазно соединен с вторым входом 13 блока 7 регулирования, а выход - с первым входом регулятора 20 амплитуды, второй вход которого соединен с четвертым входом 17 блока 7 регулирования, а выход - с управляющим амплитудой входом 24 многофазного генератора 18, выход 25 которого пофазно соединен с вторым входом 26 регулятора 8 тока или напряжения преобразователя частоты.

В состав многофазного генератора

18 (фиг. 2) входят первый 27 и вто рой 28 преобразователи напряжениечастота, инвертор 29, генератор 30 импульсов высокой частоты,.первый 31 и второй 32 D-триггеры, реверсивный счетчик 33, преобразователи 34 кодов по количеству фаз, умножающие преобразователи 35 код — напряжение по количеству фаз, выходы которых образуют многофазный выход 25 иногофаэного генератора 18. Вход первого преобразователя 27 напряжение — частота непосредственно, а вход второго преобразователя 28 напряжение— частота через инвертор 29 подключены к управляющему частотой входу 23 многофазного генератора 18, цифровой вход каждого умножающего преобразователя 35 код — напряжение поразрядно соединен с выходом соответствующего преобразователя 34 кодов, вход которого поразрядно соединен с выходом реверсивного счетчика 33. Аналоговые входы 36 умножающих преобразователей 35 код — напряжение соедииены с управляющим амплитудой входом

24 многофазного генератора 18. Первый суммирующий и второй вычитающий счетные входы реверсивного счетчика

1259467

33 соединены с выходами первого 31 и второго 32 D-триггеров соответственно, информационные входы которых подключены соответственно к выходам первого 27 и второго 28 преобразователей напряжение — частота. Синхронизирующие входы первого 31 и второго

32 D-триггеров соединены соответственно с прямым и инверсным выходами генератора 30 импульсов высокой час<о тоты.

Преобразователи 27 и 28 напряжения — частота, выполненные, например, на основе стандартных ячеек, имеют зависимость частоты выходных 5 импульсов от входного напряжения (фиг. 3). Выходы этих преобразователей через D-триггеры 3 1 и 32 подключены соответственно к первому суммирующему и второму вычитающему входам реверсивного счетчика 33. По-. .скольку вход первого преобразователя

27 напряжение — частота соединен с управляющим частотой входом 23 непосредственно, а вход второго преобразователя 28 — через инвертор 29, напряжения на входах блоков 27 и 28 равны по величине и противоположны по знаку.

Если напряжение на управляющем частотой входе 23 схемы ло модулю меньше величины U„ (фиг. 3), импульсы поступают как на первый суммирующий, так и на второй вычитающий входы реверсивного счетчика 33, а в противном случае — только на один иэ них 35 в зависимости от знака напряжения.

Поэтому зависимость скорости изменения кода К! в реверсивном счетчике

33 от напряжения на управляющем частотой входе 23 схемы имеет вид, пока-40 эанный на фиг. 4, и представляет собой кривую, проходящую через начало координат. Зона нечувствительности в области нуля при этом отсутствует.

На фиг. 5 показаны временные диаграм.45 мы напряжения на управляющем частотой входе 23 схемы (диаграмма а ) и кода К1 в реверсивном счетчике 33 (диаграмма о ). Изменение знака управляющим частотой напряжения при- 50 водит к изменению направления счета . реверсивного счетчика 33.

Преобразователи 34 кодов, выполненные,.например, на основе постоянных запоминающих устройств (ПЗУ) пре-55 образуют код К1 в некоторый код

К2;, причем каждому значению К! поставлено в однозначное соответствие и которое значение К2. . Напри1 мер, К2. = (127 sin((Пк 1/128) +4>. Ц, причем каждый i-й блок 34 запрограммирован с учетом своей начальной фазы Ч. . Выходное многофазное напря-! жение генератора синусоидально, однако в общем случае оно может иметь и несинусоидальную форму (например, трапецеидальную, прямоугольную, треугольную и т.п.), а зависимость кода

К2; . от К1 при этом должна быть другой. Умножающие преобразователи 35 код — напряжение преобразуют коды

К2, в напряжения, причем напряжение, управляющее амплитудой, подведено к каждому преобразователю 35 в качестве опорного. Таким образом, частота напряжения на выходе многофазного генератора 18 пропорциональна напряжению на управляющем частотой входе, а амплитуда — напряжению на входе 24, управляющем амплитудой. Смена полярности напряжения на управляющем частотой входе 28 многофазного генератора 18 приводит к изменению порядка чередования фаз на его выходе.

Генератор работает следующим обраэома

Выходные напряжения по числу фаэ, многофазного генератора 18 являются заданиями фазньм токов или напряжений для преобразователя 2 частоты.

Токи или напряжения первой системы обмоток, например обмоток ротора 3 асинхронной машины 1, с некоторой точностью повторяют выходные сигналы многофазного генератора 18. Частота выходного напряжения асинхрониэированного синхронного генератора численно равна

nv A

- — -- + (-1) f

60 г где n — частота вращения вала, об/мин; р — число пар полюсов асинхронной машины 1; — частота, многофаэного reс нератора 18 Гц;

А = О, если направление вращения поля первой системы обмоток асинхронной машины совпадает с направлением вращения вала, и А = 1, если поле первой системы обмоток машины враща5 12594 ется в противоположном по отношению к валу направлении.

Частотно-фазовый детектор 22 сравнивает выходное напряжение асинхронизированного синхронного генератора с напряжением задатчика 15 частоты по частоте и фазе. Регулятор 19 фа-. зовой автоподстройки воздействует на частоту многофазного генератора г

18 таким образом, чтобы выходное íà- 1п пряжение асинхронизированного синхронного генератора совпадало по частоте и фазе с эталонным напряжением на выходе эадатчика 15 частоты и сигнал рассогласования на выходе частотно-фазового детектора 22 отсутствовал.

При этом частотно-фазовый характер сигнала рассогласования обеспечивает широкую полосу удержания ав- 2п топодстройки выходной частоты асинхронизированного синхронного генератора, поскольку при больших отклонениях этой частоты от эталонной в сигнале рассогласования преобладает 25 частотная, а при малых отклонениях— фазовая составляющая. Кроме того, автоподстройка с точностью до фазы позволяет исключить частотную ошибку в установившемся режиме. При этом Зп повышаются точность и быстродействие поддержания частоты выходного напряжения, поскольку регулируются непосредственно частота и фаза выходного напряжения. 35

Изменение амплитуды выходного напряжения приводит к изменению напря-! жения на первом входе регулятора 20 амплитуды, который воздействует на амплитуду выходного напряжения мно- 4п гофазного генератора 18 таким образом, чтобы напряжения на выходах амамплитудного детектора 21 и задатчика 16 амплитуды были равны, в результате чего амплитуда напряжения 45 на выходе асинхронизированного син хронного генератора поддерживается равной заданной величине.

При изменении полярности напряже ния на управляющем частотой входе

23 многофазного генератора 18 изменяется порядок чередования фаэ напряжения на его выходе. Это обеспечивает работоспособность асинхронизи-55 рованного синхронного генератора при переходе частоты вращения асинхронной машины 1 через точку 60 f „„/Р

67 б (синхронная частота вращения), где — частота задатчика 15. зт

Электропитание преобразователя 2 частоты может осуществляться как от выхода асинхрбнизированного синхронного генератора клеммы 4 (режим самовозбуждения асинхрониэированного синхронного генератора), так и от некоторого независимого источника, например от отдельного синхронного возбудителя, который находится на одном валу с асинхронной машиной 1.

Регуляторы 8, 19 и 20 реализуются по известным схемам. В качестве датчика 6 выходного напряжения может использоваться многофазный трансформатор, а в качестве амплитудного детектора 21 — выпрямитель с сглаживающим фильтром. Частотно-фазовый детектор 22 можно выполнить многоканальным .(по количеству фаз) со сложением сигналов на входе общего суммирующего-усилителя. Задатчик 15 частоты можно выполнить„например, на основе высокостабильного генератора с кварцевой синхронизацией и делителя частоты на коэффициент, кратный фазности схемы. В качестве задатчика 16 амплитуды может применяться потенциометр, в качестве преобразователей кодов целесообразно использовать ПЗУ с плавкими перемычками, либо ПЗУ с электрической записью и ультрафиолетовым стиранием информации.

Таким образом, предлагаемый асинхронизированный синхронный генератор позволяет обеспечить поддержание постоянства частоты на его выходе в широком диапазоне изменения частот вращения вала при одновременном повышении устойчивости работы. формула иэ обретения

Асинхронизированный синхронный генератор, содержащий синхронную машину с фазным ротором, преобразователь частоты, выход которого пофазно. подключен к первой системе обмоток, например к обмоткам ротора асинхронной машины, вторая система обмоток которой, например обмотки статора, пофазно подключена к выходным зажимам асинхрониэированного синхронного генератора, датчик тока или напряжения преобразователя частоты, вход!

259ч67 которого пофазно подключен к выходу преобразователя частоты, датчик выходного напряжения, вход которого пофазно соединен с выходными зажимами асинхронизированного синхронно- 5 го генератора, задатчик частоты и блок регулирования, в состав которого входит регулятор тока или напряжения преобразователя частоты, первый вход которого пофаэно соединен с первым входом блока регулирования, а выход пофазно соединен с выходом блока регулирования, причем первый вход блока регулирования пофазно соединен с выходом датчика тока или 5 напряжения преобразователя частоты, второй вход пофаэно соединен с выходом датчика выходного напряжения, третий вход пофазно соединен с выходом задатчика частоты, а выход по- 20 фаэно соединен с управляющим входом преобразователя частоты, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью обеспечения поддержания постоянства частоты на выходе генератора в широком диапазоне изменения частот вращения вала при одновременном повышении устойчивости, в него введен эадатчик амплитуды, выход которого соединен с четвертым входом блока регулирова- 30 ния, а в состав последнего введены многофазный генератор с управляемыми частотой и амплитудой, регулятор фазовой автоподстройки, регулятор амплитуды, амплитудный детектор и частотно-фазовый детектор, первый и второй входы которого пофазно соединены соответственно с вторым и третьим входами блока регулирования, а выход соединен с входом регулятора фаэовой автоподстройки, выход которого соединен с управляющим частотой входом многофазного генератора, вход амплитудного детектора пофаэно соединен с вторым входом блока регулирования, а выход соединен с первым входом регулятора амплитуды, второй вход которого соединен с четвертым входом блока регулирования, а выход соединен с управляющим амплитудой входом многофазного генератора, выход которого пофазно соединен с вторым входом регулятора тока или напряжения преобразователя частоты, причем в состав многофазного генератора входят первый и второй преобразователи напряжение — частота, инвертор, генератор импульсов высокой частоты, первый и второй

D-триггеры, реверсивный счетчик, преобразователи кодов по количеству фаз, умножающие преобразователи код — напряжение по количеству фаз, выходы

f которых образуют многофазный выход многофазного генератора, вход первого преобразователя напряжение— частота непосредственно, а вход второго преобразователя напряжение частота через инвертор подключены к управляющему частотой входу многофазного генератора, цифровой вход каждого умножающего преобразователя код — напряжение поразрядно соединен с выходом соответствующего преобразователя кодов, вход которого поразрядно соединен с выходом реверсивного счетчика, аналоговые входы умножающих преобразователей код — напряжение соединены с управляющим амплитудой входом многофазного генератора, суммирующий и вычитающий счетные входы реверсивного счетчика соединены с выходами первого и второго П-триггеров соответственно, информационные входы которых подключены соответственно к выходам первого и второго преобразователей напряжениечастота, а синхронизирующие входы первого и второго D-триггеров соединены соответственно с прямым и инверсным выходами генератора импульсов высокой частоты.

1259467

i 259467

Составитель А. Бабак

Техред А. Кравчук

Корректор С. Шекмар

Редактор Н. Рогулич

Заказ 5137/57 Тираж 631

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Произволстяенпо-полиграфическое предприятие, г; Ужгород, ул. Проектная, 4