Устройство для стабилизации частоты и напряжения автономного асинхронного генератора

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в устройствах, предназначенных для стабилизации частоты и напряжения автономных синхронных генераторов. Техническим результатом является уменьшение массы конденсаторов возбуждения асинхронного генератора, улучшение регулировочных свойств устройства в несимметричных режимах работы и обеспечение возможности регулирования частоты напряжения генератора. Устройство для стабилизации частоты и напряжения автономного асинхронного генератора содержит асинхронный генератор, соединенный с конденсаторами возбуждения, последовательно соединенные преобразователь частоты, выходной фильтр, блок трансформаторов тока, блок трансформаторов напряжения, выходные зажимы, блок косинусной синхронизации соединен с выходом асинхронного генератора и с блоками формирования управляющих сигналов, с которыми соединен также задающий генератор частоты и регулятор частоты; каждый блок формирования управляющих сигналов содержит первый, второй и третий формирователи импульсов, два логических элемента И, два распределителя импульсов, два усилителя импульсов, генератор пилообразного напряжения, делитель напряжения, датчик тока, генератор типа кривой. 2 ил.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для стабилизации частоты и напряжения автономных асинхронных генераторов.

Известно устройство (см. а. с. СССР 877773, Н 02 Р 9/46), которое выполнено на базе фазных групп полупроводниковых выключателей и управляемого дросселя, но имеет недостатки: не обеспечивает стабилизацию частоты асинхронного генератора, имеет низкий кпд, большую массу и габариты.

Наиболее близким по техническому решению является устройство для стабилизации частоты и напряжения асинхронного генератора по а.с. СССР 675570, Н 02 Р 9/46, содержащее конденсаторы возбуждения, задающий генератор, инвертор. Стабилизация напряжения осуществляется за счет воздействия инвертора на величину среднего тока возбуждения генератора, рабочая частота напряжения генератора устанавливается с помощью задающего генератора.

Недостатками устройства являются повышенная масса конденсаторов возбуждения, устройство не позволяет регулировать выходную частоту напряжения генератора и стабилизировать его напряжение в несимметричных режимах работы.

Техническим решением поставленной задачи является уменьшение массы конденсаторов возбуждения асинхронного генератора, улучшение регулировочных свойств устройства в несимметричных режимах работы и обеспечение возможности регулирования частоты напряжения генератора.

Поставленная задача достигается тем, что устройство для стабилизации частоты и напряжения автономного асинхронного генератора, содержащее конденсаторы возбуждения, задающий генератор, инвертор, дополнительно вместо инвертора имеет преобразователь частоты с регулируемым входным углом сдвига фаз, выходной фильтр, блок трансформаторов тока, трансформаторов напряжения, блок косинусной синхронизации, задающий генератор частоты, регулятор частоты и три блока формирования управляющих сигналов, причем вход преобразователя частоты с регулируемым входным углом сдвига фаз подключен к выводам асинхронного генератора, с которыми также соединены блок конденсаторов возбуждения и входы блока косинусной синхронизации, выходы которого соединены с первыми входами блоков формирования управляющих сигналов, выходы которых соединены с управляющими входами преобразователя частоты с регулируемым входным углом сдвига фаз, вход выходного фильтра соединен с выходом преобразователя частоты с регулируемым входным углом сдвига фаз, а выход через блок трансформаторов тока соединен с выводами для подключения нагрузки, к которым также подключены входы трансформаторов напряжения, а его выходы и выходы блока трансформаторов тока соединены с третьими и четвертыми соответственно входами блоков формирования управляющих сигналов, каждый из которых содержит первый, второй и третий формирователи импульсов, первый и второй логические элементы И, первый и второй распределители импульсов, первый и второй усилители импульсов, генератор пилообразного напряжения, делитель напряжения, датчик тока и генератор типа кривой, первые входы первого и второго формирователей импульсов являются первыми входами блоков формирования управляющих сигналов, а их вторые входы являются вторыми входами блоков формирования управляющих сигналов, которые соединены с выходом задающего генератора, который соединен с регулятором частоты, вход делителя напряжения является третьим входом блоков формирования управляющих сигналов, а их четвертый вход является входом датчика тока и генератора пилообразного напряжения, выход которого соединен с первым входом третьего формирователя импульсов, второй вход которого соединен с выходом делителя напряжения, выход третьего формирователя импульсов подключен к первому входу генератора типа кривой, второй вход которого соединен с выходом датчика тока, два выхода генератора типа кривой соединены со вторыми входами первого и второго логических элементов И соответственно, первые входы которых соединены с выходами первого и второго соответственно формирователей импульсов, выходы первого и второго логических элементов И через соответствующие первый и второй распределители импульсов, первый и второй усилители импульсов подключены к управляющим входам преобразователя частоты с регулируемым входным углом сдвига фаз.

Новизна технического решения обусловлена тем, что за счет конструктивных особенностей функциональной схемы устройства обеспечивается уменьшение массы конденсаторов возбуждения АГ, улучшение регулировочных свойств устройства в несимметричных режимах работы и обеспечение возможности регулирования частоты напряжения генератора.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам неизвестна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.

Сущность решения поясняется чертежом, где на фиг.1 показана структурная схема устройства для стабилизации частоты и напряжения автономного асинхронного генератора; на фиг. 2 - диаграммы токов и напряжений, поясняющие принцип его работы по стабилизации напряжения.

Устройство для стабилизации частоты и напряжения автономного асинхронного генератора содержит (фиг. 1) асинхронный генератор 1, соединенный с конденсаторами возбуждения 2, последовательно соединенные преобразователь частоты 3, выходной фильтр 4, блок трансформаторов тока 5, блок трансформаторов напряжения 6, выходные зажимы 7, блок косинусной синхронизации 8 соединен с выходом асинхронного генератора 1 и с блоками формирования управляющих сигналов 9, 10, 11, с которыми соединен также задающий генератор частоты 12 и регулятор частоты 13; каждый блок формирования управляющих сигналов 9, 10, 11 содержит первый, второй и третий формирователи импульсов 14, 15, 16, два логических элемента И 17 и 18, два распределителя импульсов 19 и 20, два усилителя импульсов 21 и 22, генератор пилообразного напряжения 23, делитель напряжения 24, датчик тока 25, генератор типа кривой 26.

Принцип стабилизации напряжения асинхронного генератора в предлагаемом устройстве заключается в регулировании реактивной мощности, потребляемой генератором, за счет изменения угла сдвига фаз на входе преобразователя частоты. Изменение угла сдвига фаз происходит путем непрерывного смещения участков кривых выходных напряжений положительного и отрицательного типов, формирующихся преобразователем частоты, относительно полярности тока нагрузки. При этом угол сдвига фаз на входе преобразователя может изменяться от -90^o до +90^o (Джюджи Л., Пелли Б. Силовые полупроводниковые преобразователи частоты: Теория, характеристики, применение. Пер. с англ. - М.: Энергоатомиздат. - 400 с., с. 36-37).

Устройство для стабилизации частоты и напряжения автономного асинхронного генератора работает следующим образом.

Косинусные синхронизирующие кривые с выхода блока косинусной синхронизации 8 (фиг. 1) поступают на первые входы формирователей импульсов 14, 15 блоков формирования управляющих сигналов 9, 10, 11, на вторые входы которых поступает опорный сигнал синусоидальной формы от задающего генератора 12. Частота опорного сигнала определяет частоту выходного напряжения асинхронного генератора. Частота сигнала задающего генератора, при необходимости, может изменяться регулятором частоты 10.

Работу блоков формирования управляющих сигналов, обеспечивающих стабилизацию выходного напряжения асинхронного генератора, рассмотрим на примере блока 9, формирующего импульсы для фазы А. При равенстве напряжений косинусных синхронизирующих кривых и задающего генератора в формирователях импульсов 14, 15 формируется сигнал, который с их выходов поступает на первые входы логических элементов И 17, 18, на вторые входы которых поступает сигнал от генератора типа кривой 26. В зависимости от величины выходного напряжения на выходе выходного фильтра 4 генератор типа кривой 26 подает сигнал на соответствующий логический элемент И 17 или 18. Так, в номинальном режиме работы устройства сигнал о полярности тока нагрузки i_н через датчик тока 25 (фиг. 2, а, б) поступает на второй вход генератора типа кривой 26, на первый вход которого поступают импульсы от третьего формирователя импульсов 16. Импульсы на выходе третьего формирователя импульсов 16 формируются тогда, когда выходное напряжение постоянного тока u_вых, обратно пропорциональное выходному напряжению фазы А асинхронного генератора, от делителя напряжения 24 будет равно напряжению u_гпн от генератора пилообразного напряжения 23 (фиг. 2, в, г). При этом работа генератора пилообразного напряжения 23 синхронизирована с полярностью тока нагрузки i_н (фиг.2, а, в). Генератор типа кривой 26 подает сигнал на логический элемент И 17 в том случае, когда ток нагрузки имеет положительную полярность, а на логический элемент И 18, когда ток нагрузки отрицательной полярности. Причем сигналы от генератора типа кривой 26 подаются в момент времени формирования импульсов на выходе формирователя импульсов 16. В результате генератор типа кривой 26 определяет временные участки, на которых должны формироваться кривые напряжений положительного u_пт и отрицательного u_от типов (фиг.2, д, е). С выходов логических элементов И 17 или 18 через соответствующие распределители импульсов 19 или 20 и усилители импульсов 21 или 22 управляющие сигналы поступают на силовые ключи преобразователя частоты с регулируемым входным углом сдвига фаз, на выходе которого формируются кривые напряжений положительного или отрицательного типов.

Если, например, напряжение на выводах 7 увеличится (фиг.1), уменьшится напряжение на выходе делителя напряжения 24 (фиг.2, в, пунктирная прямая). Произойдет смещение участков, формирующих кривые напряжений положительного и отрицательного типов (фиг.2, д, е, участки показаны пунктирным импульсом). Время формирования кривой напряжения положительного типа при положительной полярности тока нагрузки увеличится от t₁ до t₂ (фиг.2, а, д), а значит угол опережения входного тока преобразователя частоты относительного фазного напряжения уменьшится, что приведет к уменьшению напряжения на выводах асинхронного генератора и выводах 7 соответственно.

Использование преобразователя частоты с регулируемым входным углом сдвига фаз выгодно отличает предлагаемое устройство от известного, так как совместная работа асинхронного генератора с преобразователем частоты с регулируемым углом сдвига фаз позволяет исключить дополнительные конденсаторы возбуждения генератора, используемые для компенсации реактивной мощности нагрузки, а значит уменьшить их массу и габариты, кроме того, улучшаются регулировочные свойства устройства в несимметричных режимах работы и обеспечивается возможность регулирования частоты напряжения генератора.

Формула изобретения

Устройство для стабилизации частоты и напряжения асинхронного генератора, содержащее конденсаторы возбуждения, задающий генератор, отличающееся тем, что содержит преобразователь частоты с регулируемым входным углом сдвига фаз, выходной фильтр, блок трансформаторов тока, трансформаторов напряжения, блок косинусной синхронизации, задающий генератор частоты, регулятор частоты и три блока формирования управляющих сигналов, причем вход преобразователя частоты с регулируемым входным углом сдвига фаз подключен к выводам асинхронного генератора, с которыми также соединены конденсаторы возбуждения и входы блока косинусной синхронизации, выходы которого соединены с первыми входами блоков формирования управляющих сигналов, выходы которых соединены с управляющими входами преобразователя частоты с регулируемым входным углом сдвига фаз, вход выходного фильтра соединен с выходом преобразователя частоты с регулируемым входным углом сдвига фаз, а выход через блок трансформаторов тока соединен с выводами для подключения нагрузки, к которым также подключены входы трансформаторов напряжения, а его выходы и выходы блока трансформаторов тока соединены с третьими и четвертыми соответственно входами блоков формирования управляющих сигналов, каждый из которых содержит первый, второй и третий формирователи импульсов, первый и второй логические элементы И, первый и второй распределители импульсов, первый и второй усилители импульсов, генератор пилообразного напряжения, делитель напряжения, датчик тока и генератор типа кривой, первые входы первого и второго формирователей импульсов являются первыми входами блоков формирования управляющих сигналов, а их вторые входы являются вторыми входами блоков формирования управляющих сигналов, которые соединены с выходом задающего генератора, который соединен с регулятором частоты, вход делителя напряжения является третьим входом блоков формирования управляющих сигналов, а их четвертый вход является входом датчика тока и генератора пилообразного напряжения, выход которого соединен с первым входом третьего формирователя импульсов, второй вход которого соединен с выходом делителя напряжения, выход третьего формирователя импульсов подключен к первому входу генератора типа кривой, второй вход которого соединен с выходом датчика тока, два выхода генератора типа кривой соединены со вторыми входами первого и второго логических элементов И соответственно, первые входы которых соединены с выходами первого и второго соответственно формирователей импульсов, выходы первого и второго логических элементов И через соответствующие первый и второй распределители импульсов, первый и второй усилители импульсов подключены к управляющим входам преобразователя частоты с регулируемым входным углом сдвига фаз.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2