Устройство для стабилизации напряжения асинхронного генератора

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для регулирования напряжения асинхронных генераторов ветроэнергетических установок, минигидроэлектростанций и автономных систем электроснабжения. Техническим результатом предлагаемого изобретения является уменьшение массы конденсаторов возбуждения и повышение надежности работы устройства. Устройство для стабилизации напряжения асинхронного генератора содержит блок трех однофазных повышающих трансформаторов (2), первичные обмотки (3) которых подключены к выходу трехфазного генератора; (1), а первая группа вторичных обмоток (4), (5) и (6) подключены к конденсатору возбуждения (10), вторая группа вторичных обмоток (7), (8) и (9) подключены к параллельно соединенными дополнительным конденсатором (11) с встречно-параллельно соединенными тиристорами (12) и (13), входы системы управления устройством (22) соединены с выходом асинхронного генератора (1) и выводами конденсатора возбуждения (10), а выход с управляющими входами тиристоров (12) и (13), в состав системы управления входят трансформаторно-выпрямительный блок (14), формирователь импульсов (15), генератор пилообразного напряжения (16), датчик полярности напряжения (17), логические элементы И (18) и (19), усилители импульсов (20) и (21). 3 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для регулирования напряжения асинхронных генераторов ветроэнергетических установок, минигидроэлектростанций и автономных систем электроснабжения.

Известно устройство (см. а.с. СССР №477512, 1975 г.), содержащее батареи конденсаторов, измерительный трансформатор с выпрямителем, ключевые элементы, схему широтно-импульсного управления ключами, два источника постоянного тока и развязывающий усилитель имеет недостатки: большая масса и габариты, низкий КПД.

Наиболее близким по техническому решению является устройство для автоматической стабилизации напряжения автономного асинхронного генератора по а.с. СССР №469200, 1975 г., состоящее из конденсаторов возбуждения, дополнительных конденсаторов, выпрямительного моста, управляемого электромагнита и его исполнительного органа, управляемого полупроводникового ключа и его исполнительного органа и чувствительного элемента по напряжению.

Недостатком устройства являются повышенная масса конденсаторов возбуждения и низкая надежность работы.

Техническим решением предлагаемого изобретения является уменьшение массы конденсаторов возбуждения и повышение надежности работы устройства.

Поставленная задача достигается тем, что введен блок трех однофазных повышающих трансформаторов, встречно-параллельно соединенные тиристоры и система управления устройством, причем первичные обмотки блока трех однофазных повышающих трансформаторов соединены между собой по трехфазной схеме, фазные выводы которой подключены к соответствующим фазным выводам трехфазного асинхронного генератора, каждый из трансформаторов содержит первую и вторую вторичные обмотки, первые вторичные обмотки однофазных повышающих трансформаторов соединены между собой последовательно и к их свободным выводам подключен конденсатор возбуждения, причем две из первых вторичных обмоток повышающих трансформаторов соединены между собой согласно, а первая обмотка третьего трансформатора соединена встречно двум другим, вторые вторичные обмотки однофазных повышающих трансформаторов также соединены между собой последовательно и к их свободным выводам подключены параллельно соединенные дополнительный конденсатор и встречно-параллельно соединенные тиристоры, причем две из вторых вторичных обмоток повышающих трансформаторов соединены между собой согласно, а вторая обмотка третьего трансформатора соединена встречно двум другим, управляющие входы тиристоров соединены с выходами системы управления устройством, первый вход которой соединен с выходом асинхронного генератора, а второй вход с выводами конденсатора возбуждения, система управления устройством содержит трансформаторно-выпрямительный блок, формирователь импульсов, генератор пилообразного напряжения, датчик полярности напряжения, первый и второй логические элементы И, первый и второй усилители импульсов, при этом вход трансформаторно-выпрямительного блока является первым входом системы управления устройством, а выход соединен с одним из входов формирователя импульсов, второй вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, входы генератора пилообразного напряжения и датчика полярности напряжения являются вторыми входами системы управления устройством, выходы датчика полярности напряжения соединены с первыми входами первого и второго логических элементов И, вторые входы которых соединены с выходом формирователя импульсов, выходы первого и второго логических элементов И соединены соответственно с первым и вторым усилителями импульсов, выходы которых соединены с управляющими входами встречно-параллельно соединенных тиристоров и являются выходами системы управления устройством.

Новизна технического решения обусловлена тем, что в устройстве используются три повышающих однофазных трансформатора каждый с двумя вторичными обмотками, первые вторичные обмотки трансформаторов включены последовательно с конденсатором, обеспечивающим возбуждение асинхронного генератора, вторые вторичные обмотки также включены последовательно с дополнительным конденсатором, емкостной ток которого предназначен для компенсации реактивной мощности нагрузки. Регулирование величины емкостного тока происходит за счет изменения времени открытого состояния параллельно включенных с дополнительным конденсатором встречно-параллельно соединенных тиристоров. Применение повышающих однофазных трансформаторов и способа соединение их обмоток между собой и с конденсатором возбуждения и дополнительным конденсатором, позволяет уменьшить массу конденсаторов, а применение встречно-параллельно соединенных тиристоров и предлагаемой системы управления позволяет повысить надежность работы устройства.

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 изобретения поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена функциональная схема устройства для стабилизации напряжения асинхронного генератора; на фиг.2 - представлена векторная диаграмма напряжений во вторичных обмотках повышающих однофазных трансформаторов; на фиг.3 - диаграммы, поясняющие принцип работы устройства.

Устройство для стабилизации напряжения асинхронного генератора содержит (фиг.1) блок трех однофазных повышающих трансформаторов 2, первичные обмотки 3 которых подключены к выходу трехфазного генератора 1, а первая группа вторичных обмоток 4, 5 и 6 подключены к конденсатору возбуждения 10, вторая группа вторичных обмоток 7, 8 и 9 подключены к параллельно соединенными дополнительным конденсатором 11 с встречно-параллельно соединенными тиристорами 12 и 13; входы системы управления устройством 22 соединены с выходом асинхронного генератора 1 и выводами конденсатора возбуждения 10, а выход с управляющими входами тиристоров 12 и 13, в состав системы управления входят трансформаторно-выпрямительный блок 14, формирователь импульсов 15, генератор пилообразного напряжения 16, датчик полярности напряжения 17, логические элементы И 18 и 19, усилители импульсов 20 и 21.

Устройство стабилизации напряжения работает следующим образом.

При протекании тока по первичным обмоткам 3 однофазных повышающих трансформаторов блока 2, в первой и во второй группах вторичных обмотках 4, 5, 6 и 7, 8, 9 возникает трехфазная система напряжений, так как две вторичные обмотки в первой группе 4 и 5, а во второй 7 и 8 соединены согласно, а третья обмотка первой группы 6, а во второй 9 включены встречно двум другим соответственно, напряжение на конденсаторе возбуждения 10, согласно фиг.2 будет равно

,

где - векторы напряжений на выходах вторичных обмоток повышающих трансформаторов.

Под действием этого напряжения по конденсатору возбуждения 10 течет ток, который, трансформируясь в первичные обмотки повышающих трансформаторов, протекает по статорным обмоткам асинхронного генератора 1. Этот ток имеет емкостный характер и обеспечивает возбуждение генератора.

При подключении нагрузки к выводам А, В, С асинхронного генератора 1 (фиг.1) регулирование напряжения осуществляется за счет изменения величины емкостного тока, протекающего через дополнительный конденсатор 11.

Процесс стабилизации напряжения происходит следующим образом.

С выхода А, В, С напряжение поступает в трансформаторно-выпрямительный блок 14 системы управления 22, где преобразуется в ведущий сигнал постоянного напряжения u_вых. (фиг.3, б), который поступает на один из входов формирователя импульсов 15. На второй вход формирователя импульсов 15 поступает опорный сигнал u_ГПН (фиг.3, б) от генератора пилообразного напряжения 16, работа которого синхронизирована с напряжением вторичных обмоток блока трансформаторов 2. Когда сигнал u_ГПН<u_вх. формирователь импульсов 15 формирует импульсы управления u_y (фиг.3, в), которые поступают на один из входов логических элементов И 18, 19. На вторые входы логических элементов И 18, 19 поступает сигнал от датчика напряжения 17. При положительной полуволне напряжения на конденсаторе возбуждения 10 срабатывает логический элемент И 18 и сигнал управления u_y1 (фиг.3, г) через усилитель импульсов 20 поступает на управляющий электрод тиристора 12, при отрицательной полуволне напряжения на конденсаторе 10 срабатывают соответственно элементы 19 и 21 и управляющий сигнал u_y2 (фиг.3, д) поступает на управляющий электрод тиристора 13. Если, к примеру, напряжение на выходе асинхронного генератора уменьшится, тогда уменьшится напряжение постоянного тока на выходе элемента 14 и увеличится угол управления α₂>α₁ тиристорами 12, 13 (фиг.3, е, ж), что приведет к уменьшению времени открытого состояния тиристоров 12, 13 от t₁ до t₂ (фиг.3, г, ж) и увеличению емкостного тока в статорной обмотке асинхронного генератора и, как следствие, к повышению напряжения на его выводах.

Использование блока повышающих однофазных трансформаторов выгодно отличает предлагаемое устройство от известного, так как повышенное напряжение на конденсаторах позволяет уменьшить их массу, а минимальное число конденсаторов и силовых полупроводниковых приборов в устройстве обеспечивает высокую надежность его работы.

Устройство для стабилизации напряжения асинхронного генератора, содержащее конденсаторы возбуждения и дополнительные конденсаторы, отличающееся тем, что введен блок трех однофазных повышающих трансформаторов, встречно-параллельно соединенные тиристоры и система управления устройством, причем первичные обмотки блока трех однофазных повышающих трансформаторов соединены между собой по трехфазной схеме, фазные выводы которой подключены к соответствующим фазным выводам трехфазного асинхронного генератора, каждый из трансформаторов содержит первую и вторую вторичные обмотки, первые вторичные обмотки однофазных повышающих трансформаторов соединены между собой последовательно и к их свободным выводам подключен конденсатор возбуждения, причем две из первых вторичных обмоток повышающих трансформаторов соединены между собой согласно, а первая обмотка третьего трансформатора соединена встречно двум другим, вторые вторичные обмотки однофазных повышающих трансформаторов также соединены между собой последовательно и к их свободным выводам подключены параллельно соединенные дополнительный конденсатор и встречно-параллельно соединенные тиристоры, причем две из вторых вторичных обмоток повышающих трансформаторов соединены между собой согласно, а вторая обмотка третьего трансформатора соединена встречно двум другим, управляющие входы тиристоров соединены с выходами системы управления устройством, первый вход которой соединен с выходом асинхронного генератора, а второй вход - с выводами конденсатора возбуждения, система управления устройством содержит трансформаторно-выпрямительный блок, формирователь импульсов, генератор пилообразного напряжения, датчик полярности напряжения, первый и второй логические элементы И, первый и второй усилители импульсов, при этом вход трансформаторно-выпрямительного блока является первым входом системы управления устройством, а выход соединен с одним из входов формирователя импульсов, второй вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, входы генератора пилообразного напряжения и датчика полярности напряжения являются вторыми входами системы управления устройством, выходы датчика полярности напряжения соединены с первыми входами первого и второго логических элементов И, вторые входы которых соединены с выходом формирователя импульсов, выходы первого и второго логических элементов И соединены соответственно с первым и вторым усилителями импульсов, выходы которых соединены с управляющими входами встречно-параллельно соединенных тиристоров и являются выходами системы управления устройством.