Устройство для стабилизации частоты выходного напряжения генератора

 

Использование: в автономных системах электропитания, таких как малые ГЭС, ветроэлектростанций. Сущность изобретения: устройство для стабилизации частоты выходного напряжения генератора снабжено нуль-органами, счетчиком прямого счета, RS-триггером, счетчиком обратного счета, каналами управления, каждым узлом балластной нагрузки, генератором тактовых импульсов , логическим элементом И-НЕ, логическим элементом сравнения на больше-меньше , логическим элементом ИЛИ- НЕ, задатчиком частоты, задатчиком максимального тока фазы, узлами балластной нагрузки в виде управляемых ключей и резистивных элементов. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s Н 02 P 9/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР В

ollvIcAHvIE изоьркткния

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4728517/07 (22) 03,07.89 (46) 30.10.92. Бюл. N. 40 (71) Самарский политехнический институт им. S.Â,Êóéáûøåîà (72) А,Н.Штанов, А.С,Тупиков, Н,В.Мотовилов и С,К.Желоховцев (56) Заявка Великобритании

М 2118742, кл. Н 02 Р 9/00. 1983.

Авторское свидетельство СССР

Nт 1642580 по заявке N 4634780, кл, Н 02 Р

9/00, 1988. (54) YCTPOACTBO /fill СТАВИi1ИЭАЦИИ

ЧАСТОТЫ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ

ГЕ Н Е РАТО РА

Изобретение относится к области электротехники и может быть применено в автономных системах электропитания, использующих энергию возобновляемых источников, таких как малые ГЭС, ветроэлектростанции, работающие в условиях изменяющейся нагрузки.

Известны устройства стабилизации частоты выходного напряжения генератора, в которых автоматически стабилизируется суммарный ток полезной и балластной нагрузок с помощью фаэоуправляемых тиристорных элементов. Но устройствам с фазовым управлением присущи такие недостатки, как искажение формы тока в обмотках машины, а также существенный уровень гармоник выходного напряжения.

Для устранения подобных искажений в технике применяют бестоковую коммутацию полупроводниковых ключей, а величина проводимости балластной нагрузки

„„SU „„1772886 А1 (57) Использование: в автономных системах электропитания, таких как малые ГЭС, ветроэлектростанций. Сущность изобретения: устройство для стабилизации частоты выходчого напряжения генератора снабжено нуль-органами, счетчиком прямого счета, RS-триггером, счетчиком обратного счета, каналами управления, каждым узлом балластной нагрузки, генераторам тактовых импульсов. логическим элементом И-НЕ, логическим элементом сравнения на "больше-меньше", логическим элементом ИЛИНЕ, задатчиком частоты, эадатчиком максимального тока фазы. узлами балластной нагрузки в виде управляемых ключей и резистивных элементов. 1 ил, регулируется путем параллельного подключения требуемого количества резистивных элементов (Ц

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство стабилизации частоты выходного напряжения (2), в котором балластная нагрузка разделена на дискретные резистивные элементы, проводимость каждого последующего элемента в 2 раза больше предыдущего, каждый резистивный элемент подключается к одной из фаз генератора через управляемый ключ.

Устройство-прототип содержит нульорганы, фиксирующие моменты перехода выходного напря>кения генератора через нулевое значение, генератор тактовых импульсов (ГТИ), RS-триггер, счетчик обратного счета (СОС), определяющие относительное рассогласование частот эталонной (определяемой ГТИ) и выходного на1772806

20 тора полезной. нагрузки, создаваемой 25

40 пряжения, в результате чего в СОС оказывается записанным некоторое число, пропорциональное рассогласованию и требуемой величине проводимости балластной нагрузки, Цифровое корректирующее звено, содержащее реверсивный счетчик, .логическую схему сравнения на "большеменьше" и два логических элемента И-НЕ, передает содержимое СОС в запоминающие устройства. Сформированные сигналы управления ключами поступают на входы ключей, обеспечивая требуемую величину проводимости балластной нагрузки, таким образом частота выходного напря>кения стабилизируется вблизи эталонной частоты с высокой степенью точности.

При симметричном распределении основной (полезнай) нагрузки по фазам, генератор практически всегда работает в номинальном режиме. B та же время, для автономных систем генерирования электроэнергии небольшой мощности (1 — 50 к8т) весьма характерным является режим несимметрии подключенной к фазам генераотдельными однофазными потребителями. . Недостатком известного устройства является невозможность обеспечения симметричной загрузки генератора, что приводит к увеличению погерь в машине, перегреву ее обмоток и несимметрии амплитуд фаз выходных напряжений.

Цель изобретения — улучшение качества электроэнергии, повышение надажности и коэффициента полезного действия.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве для стабилизации выходного напряжения генератора, содержащем узлы балластной нагрузки каждой фазы генератора, выполненных в виде параллельно соединенных цепей из последовательно соединенных резестивного элемента и управляемого ключа, нуль-органы в количестве, равном числу фаз генератора, генератор тактовых импульсов стабильной частоты, подключенный к счетному входу счетчика прямого счета и к первому входу логического элемента И-НЕ, вторым входом присоединенным к прямому выходу HS-триггера, инверсный вход которого соединен с первым входом логического элемента ИЛИ-НЕ, S-вход соединен с выходом счетчика прямого счета, à R-вход — с выходом первого нульоргана, с В-входом счетчика прямого счета и со входом записи счетчика обратного счета, выходлогического элемента.И-НЕ соединен с вычитающим входом счетчика обратного счета, входы предвэрительнай установки которого связаны с плюсовой шинай источника питания, а вход сброса — с

55 выходом логического элемента ИЛИ-НЕ, выходы разрядов счетчика обратного счета присоединены к первой группе входов логического элемента сравнения на "большеменьше", а выход займа — ко второму входу логического элемента ИЛИ-НЕ, каналы управления каждым узлом балластной нагрузки, выходы которой соединены с цепями управления управляемых ключей своего узла балластной нагрузки, дополнительно введены датчики тока каждой из фаз генератора, задатчик максимального тока фазы, задатчик частоты, выходы которого соединены со второй группой входов логического элемента сравнения на "больше-меньше". каналы управления всех узлов балластной нагрузки выполнены идентичными, содержащими интегратор, кампаратор, реверсивный счетчик, два логических элемента И, два логических элемента НЕ, логический элемент ИЛИ, причем в ка>кдом канале управления вход интегратора соединен с

àíàJloroDûì входам канала управления узлам балластной нагрузки, выход связан с первым входом компаратора, второй вход которого соединен с задатчиком максимального тока фазы, а выход — со входом первого логического элемента НЕ и первым входом логического элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу "число на вторых входах больше числа на первых входах" логического элемента сравнения на "больше-меньше", выход "число на первых входах больше числа на вторых входах" которого подключен ко входу DTOI>olo логического элемента НЕ и к первому входу первого логического элемента И, соединенного вторым входом с выходом первого логического элемента Н Е, третьим входом с первым входом второго логического элемента И. входом сброса интегратора и синхранизирующим входом канала управления узлом балластной нагрузки, а выходам подкл оченного к суммирующему входу реверсивного счетчика, вычитающий вход которого подключен к выходу второго логического элемента И, а выходы разрядов — к выходам канала управления узлом балластной нагрузки, второй вход второго логического элемента И подключен к выходу второго логического элемента НЕ. а третий вход — к выходу логического элемента ИЛИ, аналоговые входы и входы синхронизации каналов управления каждой фазы генератора соединены с соответствующими датчиком тока и нуль органом, На чертеже изобра>кена принципиальная схема устройства.

Устройство для стабилизации частоты выходного напряжения генератора 1 содер1772886

10

25

50 жит нуль-органы 2, вколичестве,,равном числу фаэ генератора, счетчик прямого счета 3, RS-триггер 4, счетчик обратного счета

5. каналы управления 6, 7, 8 каждым узлом балластной нагрузки, генератор тактовых импульсов 9, логический элемент И-НЕ 10, логический элемент 11 сравнения на "больше-меньше", логический элемент ИЛИ-НЕ

12, задатчик частоты 13, задатчик максимального тока фазы 14, канала управления каждый узлом балластной нагрузки выполнены идентично в виде двух логических элементов 15, 16, двух логических элементов И

17, 18, логического элемента ИЛИ 19, интегратора 20, компаратора 21, реверсивного счетчика 22.

Устройство для стабилизации частоты вь<ходного напряжения генератора также содержит узлы балластной нагрузки каждой фазы генератора, выполненные в виде параллельно соединенных цепей из последовательно соединенных и управляемого ключа 23, 24, 25 и резистивного элемента 26, 27, 28, Генератор тактовых импульсов 9 стабильной частоты, подключен к счетному входу счетчика прямого счета 3 и к первому входу логического эг<емента И-НЕ 10, вторым входом присоединенным к прямому выходу ВЯ-триггера 4, инверсный выход которого соединен с первым входом логического элемента ИЛИ-НЕ 12, S-вход — соединен свы,ходом счетчика прямого счета, а

R-вход — с выходом первого нуль-органа с Rвходом счетчика прямого счета и со входом записи счетчика обратного счета 5, выход логического элемента И-НЕ 10 соединен с вычитающим входом счетчика обратного счета 5, входы предварительной установки которого связаны с плюсовой шиной источника питзния, а вход сброса — с выходом элемента ИЛИ-HE 12, выходы разрядов счетчика обратного счета присоединены к первой группе входов логического элемента

11 сравнения на "больше-меньше", а выход займа — ко второму входу логического элемента ИЛИ-НЕ 12. Каиаль< управления каждым узлом балластной нагрузки 6, 7, 8 выходами соединены с цепями управления управляемых ключей своего узла балластной нагрузки, задатчик частоты 13 выходами соединен со второй группой входов логического элемента 11 сравнения на

"больше-меньше". В каждом канале управления вход интегратора 20 соединен с аналоговым входом канала управления узлом балластной нагрузки, выход — связан с первым входом компаратора 21, второй вход которого соединен с задатчиком максимального тока фазы <4, а выход —:о входом первого логического элемента НЕ 15 и первым входом логического элемен,а! ЛИ 19, второй вход которого подкл<очен к йь<ходу

"число на вторых входах больше числа на первых входах" логического элемента 11 сравнения на "больше-меньше", выход число на первых входах больше числа на вторых входах" которого подключен ко входу второго логического элемента НЕ 16 и первому входу первого логического элемента И 17, соединенного вторым входом с выходом. первого логического элемента НЕ, третьим входом — с первым входом второго логического элемента И 18, входом сброса интегратора 20 и синхронизирующим входом канала управления узлом балластной нагрузки, а вь<ходом «oE!Kll

Устройство работает следующим образом.

Узлы балластной нагрузки каждой фазы генератора ил1еют одинаковый принцип действия, Интегрзтор 20 вырабатывает сигнал, пропорциональный величине фазного тока генератора. Если этот сигнал менее величины, задаваемой задатчиком максимального тока 14, то выходное напряжение компаратора 21 не влияет на работу узла балластной нагрузки. В этом случае состояние реверсивного счетчика 22 с приходом импульса на синхронизирующий вход канала управления уменьшается на единицу, если логический элемент сравнения на

"больше-меньше" 11 вырабатывает сигнал

"число на вторых входах больше числа на первых входах", или увеличивается на единицу, если вырабатывается сигнал "число на первых входах больше числа на вторых входах", изменяя тем самым величину балластной нагрузки. Если выходной сигнал интегратора 20 превысит величину, задаваемую задатчиком максимального тока 14, то компаратор 21 вырабатывает сигнал, который через логические элементы НЕ 16 и И

17 запретит работу реверсивного счетчика

22 по его суммирующему входу, т.е. увеличение балластной нагрузки этой фазы. Далее увеличение балластной нагрузки может

1772886

20 зы генератора, выполненные в виде параллельно соединенных цепей из последовательно соединенных резистивнага зле- 25

40 происходить лишь в тех фазах, в которых ток не превышает заданной эадатчиком максимального тока 14 величины. При этом наступит момент, когда частота выходного напряжения генератора снизится до величины меньшей заданной задатчикам частоты 13 и логический элемент сравнения 11 вырабатывает сигнал "число на вторых входах больше числа на первых входах", что разрешит работу реверсивного счетчика 22 канала управления перегруженной фазы по его вычита«ощему входу и с приходом импульса на синхраниэирующий вход этого канала управления состояние реверсивного счетчика 22 уменьшается на единицу, уменьшая величину балластной нагрузки этой фазы.

Формула изобретения

Устройство для стабилизации частоты выходного напряжения генератора, содержащее узлы балластной нарузки каждой фамента и управляемага кл«ача, нуль-органы в количестве, равном числу фаз генератора, генератор тактовых импульсов стабильной частоты, подключенный к счетному входу счетчика прямого счета и к первому входу логического элемента И-НЕ, вторым входом присоединенного к прямому выходу RSтриггера, инверсный выход которого соединен с первым входом логического элемента

ИЛИ-НЕ, $-вход соединен с выходом счетчика прямого счета, а И-вход — с выходом первого нуль-органа, с R-входом счетчика прямого счета и с входом записи счетчика обратного счета, выход логического злеме««та И-НЕ соединен с вычита«ащим входам счетчика обратного счета, входы предварительной установки которого связаны с плюсовой шиной источника питания, а вход сброса — с выходом элемента ИЛИ-НЕ, выходы разрядов счетчика обратного счета присоединены к первой группе входов логического элемента сравнения на "большеменьше", а выход займа — к второму входу логического элемента ИЛИ-НЕ, каналы управления каждым узлом балласт««ой нагрузки, выходы которых соединены с цепями управления управляемых ключей своего узла балластной нагрузки, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью улучшения качества электроэнергии, повышения надежности и КПД, введены датчики тока каждой иэ фаз генератора, задатчик максимального тока фазы, задатчик частоты, выходы которого соединены с второй группой входов логического элемента сравнения на "больше-меньше", каналы управления всех узлов балластной нагрузки выполнены идентичными, содер>кащими интегратор, компаратор, реверсивный счетчик, два логических элемента И. два логических элемента НЕ, логический элемент ИЛИ, причем в каждом канале управления вход интегратора соединен с аналоговым входам канала управления узлом балластной нагрузки, выход связан с первь«м входом кампаратора, второй вход которого соединен с задатчиком максимальнага тока фазы, а выход — с входам первого лагическага элемента НЕ и первым входом логического элемента ИЛИ. второй вход которого подключен к выходу .

"Число на вторых входах больше числа на первых входах" лагическага элемента сравнения ««а "больше-меньше", выход "Число на первых входах больше числа на вторых входах" которого подключен к входу второго логического элемента HE и первому входу первого логического злеме««та И, соединеннога вторым входом с выходом первого логическага элемента НЕ, третьим входом — с первым входам второго логического элемента И, входом сброса интегратора и синхранизиру«ощим входом канала управления:,уздам балластной нагрузки, а выходом подключен««ага к суммирующему входу реверсивного счетчика, вычитающий вход каторога подсоединен к выходу второго логического элемента И, а выходы разрядов — к выходам канала управления узлом балластной нагрузки, второй вход второго логического элемента И падклю5 чен к выходу второго логического элемента

НЕ, а третий вход — к. выходу логического элемента ИЛИ, аналоговые входы и входы синхронизации каналов управления узлами балласт««ой нагрузки каждой фазы генеО ратара саедине««ы с соответствующим датчиком тока и нуль-органом.

1772886

Составитель А,Штанов

Техред М.Моргентал Корректор H.Ñëoáîäÿíèê

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 3850 Тираж Подлисное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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