Регулятор напряжения для электромашинного генератора

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для управления током возбуждения генераторов как постоянного, так и переменного тока, работающих в составе автономных энергосистем. Целью изобретения является повышение точности регулирования выходного напряжения при работе генератора в широком диапазоне изменения частоты вращения и обеспечение взаимной автоподстройки пропорционального и интегрального каналов регулирования при изменении заданного значения выходного напряжения генератора. Особенностью выполнения регулятора является наличие новых связей интегратора 3 с Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)л Н 02 P 9/30

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4687206/07 (22) 10.05.89 (46) 15.01.92. Бюл. N 2 (71) Научно-исследовательский, проектноконструкторский и технологический институт тяжелого электромашиностроения

Харьковского завода "Электротяжмаш" им.

В.И.Ленина (72) Ю,И.Гусевский, В.И.Казьмин, Б.Л.Киселева и А.А.Будницкий (53) 621.316.722(088.8) (56) Патент ПНР

N93602,,кл. Н 02 P 9/30, 1977, Патент США

¹ 4275344, кл. Н 02 Р 9/30, 1981.

Авторское свидетельство СССР

No1144184, кл. Н 02 Р 9/30.

„„. Ы„„1705999 А1 (54) РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ4ЛЯ ЭЛЕКТРОМАШИННОГО ГЕНЕРАТОРА (57) Изобретение относится к электротехнике и предназначено для управления током возбуждения генераторов как постоянного, так и переменного тока, работающих в составе автономных энергосистем. Целью изобретения является повышение точности регулирования выходного напряжения при работе генератора в широком диапазоне изменения частоты вращения и обеспечение взаимной автоподстройки пропорционального и интегрального каналов регулирования при изменении заданного значения выходного напряжения генератора. Особенностью выполнения регулятора является наличие новых связей интегратора 3 с

1705999

U«(<)=К>(V +U (с)), 35

45 выходами измерительного органа 1, что позволяет сузить зону работы интегрального канала до величины, достаточной для компенсации ошибки пропорционального канала, но при этом исключить перерегулирование в переходных режимах. ВыполнеИзобретение относится к электротехнике и предназначено для регулирования напряжения электромаши нных генераторов (постоянного и переменного тока) преимущественно автономных транспортных средств.

Целью изобретения является повышение точности регулирования выходного напряжения при работе генератора в широком диапазоне изменения частоты вращения и обеспечение взаимной автоподстройки пропорционального и интегрального каналов регулирования при изменении заданного значения выходного напряжения генератора.

На чертеже приведена принципиальная схема регулятора напряжения электромашинного генератора, Регулятор напряжения реализует принцип ПИ-регулирования и состоит иэ измерительного органа 1, компаратора 2, интегратора 3, усилителя 4 мощности, выход которого предназначен для соединения с обмоткой 5 возбуждения генератора, а вход подключен к выходу компаратора 2.

Измерительный орган 1 представляет собой нелинейный измерительный мост и выполнен на резистивном делителе напряжения из последовательно соединенных резистора 6, регулируемого резистора 7 и резистора 8, составляющих первое плечо, и последовательно включенных резистора 9, стабилитрона 10 и опорного стабилитрона

11, составляющих второе плечо, крайние выводы обоих плеч связаны с выводами 12 и 13 регулятора напряжения, которые являются измерительными входами и предназначены для подключения к выходу датчика напряжения регулируемого генератора или непосредственно к якорной обмотке регулируемого электромашинного генератора в случае, если этот генератор является машиной постоянного тока. Средние точки указанных плеч образуют первый (движок резистора 7) и второй (катод опорного стабилитрона 11) выходы измерительного органа 1, Компаратор 2 и интегратор 3 выполнены соответственно на операционных усилителях 14 и 15 инвертирующими и

30 ние реэистивных делителей 16, 17 и 18, 19 с одинаковым коэффициентом деления обеспечивает воэможность автоподстройки при изменении выходного уровня регулирования напряжения. 1 э.п. ф-лы, 1 ил, неинвертирующими входами и содержат два резистивных делителя 16, 17 и 18, 19 с одинаковыми коэффициентами деления и три резистора 20-22, Крайние выводы обоих делителей подсоединены между первым выходом нелинейного моста и анодом опорного стабилитрона, а средний вывод первого делителя 16, 17 соединен с неинвертирующим входом компаратора, средний вывод второго делителя соединен с инвертирующим входом интегратора, Резисторы 20 и 21 одним из выводов подключены к второму выходу нелинейного моста, а другими выводами — соогветственно к инвертирующему входу компаратора и неинвертирующему входу интегратора, Выход интегратора через резистор 22 связан с инвертирующим входом компаратора, Регулятор работает следующим образом, На измерительные входы 12 и 13 измерительного органа 1 подается напряжение от датчика напряжения регулируемого электромашинного генератора или непосредственно от якорной обмотки в случае, если этот генератор является машиной постоянного тока, В последнем случае это же напряжение используется и для питания регулятора напряжения, как показано на чертеже, На первом ьыходе измерительного органа формируетс i сигнал обратной связи по напряжению регулируемого генератора. где Vð — среднее значение входного сигнала на клеммах 12 и 13 регулятора;

Un(t) — мгновенное эн ачен и е наложенного напряжения пульсаций;

К1 — коэффициент схемы измерительного органа.

На втором выходе измерительного органа формируется задающий сигнал опорного напряжения V«=const. Сигнал, снимаемый с первого выхода измерительного органа, через резистивные делители 16-19 подается соответственно на неинвертирующий вход компаратора 2 (операционный усилитель 14) 1705999

Л U(t)=Uoc(t) <оп и на инвертирующий вход интегратора 3 (операционный усилитель 15). Сигнал опорного напряжения, снимаемый с второго выхода измерительного органа, через резистор 20 подается на инвертирующий вход компаратора, а через резистор 21 — на неинвертирующий вход интегратора. Таким образом на входах компаратора происходи сравнение сигнала обратной связи по напряжению регулируемого генератора с сигналом уставки и формируется сигнал ошибки, равный

При Л U(t)0 > t выход компаратора 2 переходит в состояние высокого уровня, что приводит к запиранию выходного транзистора усилителя 4 мощности и отключению обмотки возбуждения регулируемого генератора от источника питания, при Л U(t) < 0 выход компаратора 2 переходит в состояние низкого уровня, что приводит к включению выходного транзистора усилителя 4 мощности и к подключению обмотки 5 возбуждения генератора к источнику питания.

При подключении обмотки 5 возбуждения к источнику питания ток в ней нарастает по экспоненциальному закону с постоянной времени цепи питания обмотки возбуждения, при отключении обмотки 5 возбуждения от источника питания ток в ней снижается также по экспоненциальному закону, но с постоянной времени самой обмотки возбуждения. Среднее значение тока в обмотке возбуждения (в установившемся режиме) определяется напряжением источника питания и скважностью импульсов на выходе компаратора 2, При этом среднее значение напряжения на выходе электромашинного генератора (для генератора постоянного тока) равно

V1=C) нас г15 ls — Л U, где III — среднее значение тока в обмотке 5 возбуждения; (о — частота вращения ротора электромашинного генератора;

Л U — падение напряжения, учитывающее падение чапряжения в якорной цепи и реакцию якоря;

Ct — константа; данае — коэффициент, учитывающий нелинейность магнитной цепи генератора.

При отклонении V, от заданного значения, например при изменении частоты вра5

55 щения j30 "opo I енера 5ор J, опрсделенным образом меняется с;1гн л ошиб .i .з эхо.—;ах компаратора 2 1 изменя5от:. 5, ов 1я переключения компаратора. 5то приводит к соответствующему изменен5. о тока возбуждения генератора, во:=i; човлениго "впряжен 15 регул,,ру. :, .; ечеоаторапрактически на преж,е 1ур ь . Гаким обра";cì регулятор нап, яж., .:я печивает стабилизацию наг5рчже i.1я,,еi улируемого генератора при измене,IL1LI в I,1l-îL х пределах частоты вращения ротора, т< ка нагрузки и т.д.

Ошибка регулирования, возникагощая при рабо-;е пропорц1ональн51го канала регулирования, компенсируется 51нтегральным кана IQM аналогично тому, как эго выполняется в известных ПИ-регуляторах.

Особенность интегрального канала регулятора напряжения по предлагаемо .1у изобрете5- ию заключается в TQM, что 1 ерьый вых.,д измерительного органа 1 через второй резистивный делитель 18, 19 подключен к инвертирующему Вхсду интегратора 3. ьторой выход измерительного органа 1 подключен к неинвертирующему входу интегратора 3 через резистор 21, а выход интегратора 3 через резистор 22 подключен к инвертирующему входу компаратора 2. Для согласования работы пропорционального и интегрального каналов регулирования ко эффициенты деления резистивных делителей 16-19 должны быть одинаковым.1.

Благодаря этому отпадает необходимость в изменении параметров схемы регулятора напряжения при настройке его(движком резистора 7) на новое заданное значение выходного напряжения регулируемого генератора. Подключение выхода интегратора к инвертирующему входу компаратора через резистор 22, который вместе с резистором 20 образует резистивный делитель напряжения, обеспечивает работу интегратора 3 в узкой зоне, достаточной для компенсации ошибки регулирования пропорционального канала, в то же время дает возможность исключить сильное перерегулирование в переходных режимах работы электромашинного генератора (например, при сбросах или набросах нагрузки). Погрешность регулятора напряжения дополнительно снижена симметрированием напряжения питания интегратора 3 и компаратора 2 путем включения между резистором 9 и опорным стабилитроном 11 дополнительного однотипного стабилитрона 10, как показано на чертеже, и подключением входов питания компаратора и интегратора соответственно к катсдудопол1705999

Составитель Ю.Гусевский

Редактор Т.Лазоренко Техред М.Моргентал Корректор Н Ревская

Заказ 202 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 нительного и аноду опорного стабилитронов, Формула изобретения

1. Регулятор напряжения для электромашинного генератора, содержащий измерительный орган в виде нелинейного моста, одно плечо которого выполнено на резистивном делителе, а другое состоит из последовательно соединенных между собой резистора и опорного элемента, причем крайние выводы обоих плеч попарно объединены и предназначены для соединения с выходом датчика регулируемого параметра, а промежуточные выводы от каждого из указанных плеч соединены с первым и вторым выходами измерительного органа соответственно, компаратор с инвертирующим и неинвертирующим входами и выводами для соединения с источником питания, интегратор с инвертирующим и неинвертирующим входами и выводами для соединения с источником питания, усилитель мощности, выход которого предназначен для соединения с обмоткой возбуждения генератора, а вход подключен к выходу компаратора, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности регулирования выходного напряжения при работе генератора в широком диапазоне изменения частоты вращения и обеспечения взаимной автоподстройки пропорционального и интегрального каналов регулирования при изменении заданного значения выходного напряжения генератора, в него дополнительно введены первый и второй резистивные делители с одинаковыми коэффициентами деления и три резистора, причем первые крайние выводы обоих дополнительных делителей под5 соединены к первому выходу нелинейного моста, вторые крайние выводы обоих дополнительных делителей подключены к общей точке соединения опорного элемента с резистивным делителем нелинейного моста, а

10 средний вывод первого делителя соединен с неинвертирующим входом компаратора, средний вывод второго делителя соединен с инвертирующим входом интегратора, первый и второй дополнительные резисторы

15 одними из выводов подключены к второму выходу нелинейного моста, а другими выводами — соответственно к инвертирующему входу компаратора и неинвертирующему входу интегратора, при этом выход интегра20 тора через третий дополнительный резистор связан с инвертирующим входом компаратора.

2. Регулятор по и. 1, о т л и ч а ю щ и й25 с я тем, что опорный элемент выполнен из двух последовательно соединенных стабилитронов, при этом общая точка соединения анода первого стабилитрона и катода второго соединена с вторым выходом измери30 тельного органа, а выводы для подключения источника питания интегратора и компаратора подключены соответственно между катодом первого стабилитрона и анодом второго стабилитрона.