Устройство регулирования синхронного генератора с прецизионной системой управления

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке синхронных машин малой и средней мощности преимущественно для автономных электростанций. Технический результат заключается в упрощении устройства, улучшении его метрологических характеристик, расширении функциональных возможностей и надежности. Устройство регулирования синхронного генератора с прецизионной системой управления содержит регулирующий узел, обмотку статора генератора, соединенную в «звезду», обмотку возбуждения, регулирующий узел, два трехфазных выпрямителя. К каждому из выпрямителей подключен сглаживающий фильтр со стабилизатором напряжения. Регулирующий узел выполнен в виде двухкаскадного ключевого усилителя на транзисторах, шести ограничительных резисторах, двух инверторах, выполненных на триггерах Шмидта, эмиттерном повторителе, соединенных между собой и с элементами устройства в соответствии с формулой изобретения. 2 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке синхронных машин малой и средней мощности, преимущественно для автономных электростанций.

Известны устройства регулирования синхронными генераторами [1], содержащими основную трехфазную обмотку статора, основную обмотку ротора, замкнутую на диоды, конденсаторы возбуждения, включенные «треугольником» к трехфазной обмотке статора; устройство содержит электромагнитный дроссель, включенный в каждую из фаз обмотки якоря, конденсаторы продольной компенсации, подключенные к свободным выводам дросселя и соединенные в «треугольник», средняя обмотка электромагнитного дросселя включена встречно по отношению к двум другим. Регулирование напряжения отличается значительными отклонениями его от номинального значения.

Недостатком устройства регулирования является то, что емкостная система регулирования ограничивает мощность подключенных асинхронных двигателей, что затрудняет работу потребителей.

Известно также устройство регулирования синхронного генератора [2], содержащего основную и дополнительную обмотки статора, основную и дополнительную обмотки возбуждения, два мостовых выпрямителя, к выходу первого из которых подключена дополнительная обмотка возбуждения, два выходных вывода дополнительной обмотки статора соединены с двумя входными выводами второго мостового выпрямителя; при этом указанные обмотки статора смещены относительно друг друга на 90° эл. градусов, выпрямители выполнены трехфазными, параллельно выходу второго выпрямителя подключен регулируемый элемент. Дискретная схема регулирования, содержащая выпрямитель обратной связи, делитель напряжения, электромеханические реле достаточно сложна и громоздка.

Основными недостатками этого устройства регулирования являются значительные отклонения выходного напряжения при изменении нагрузки от холостого хода до номинального значения (до ±10%), а также малонадежная, громоздкая и сравнительно медленнодействующая схема управления синхронным генератором.

Значительно лучшими характеристиками по управлению синхронным генератором является устройство [3], содержащее статор с основной и дополнительной обмотками, ротор, имеющий полюса с обмотками возбуждения, у которого регулирующий узел выполнен в виде регулирующего элемента на транзисторах, соединенных по схеме Дарлингтона, причем коллектор первого транзистора подключен к первому выходу упомянутого узла, эмиттер - ко второму управляющему входу и выходу узла, коллектор согласующего транзистора подключен к базе второго транзистора, ко второму ограничительному резистору, другой вывод которого подключен к первому входу питания упомянутого узла, эмиттер согласующего транзистора подключен ко второму входу питания упомянутого узла и к одному из выводов конденсатора, второй вывод которого подключен к первому управляющему входу и третьему ограничительному резистору, подключенного к первому выводу переменного резистора, второй вывод которого подключен к базе согласующего транзистора и к аноду стабилитрона, катод которого подключен к регулируемому выводу упомянутого переменного резистора, параллельно между коллектором и эмиттером первого транзистора включен ограничительный диод, анодом к эмиттеру этого транзистора, катодом - к его коллектору, а между первым входом питания регулировочного узла и первым выходом включен второй ограничительный диод анодом к первому выходу, катодом - к первому входу питания упомянутого узла. Основная обмотка генератора соединена в «звезду», обмотка возбуждения подключена к выходу регулирующего узла, управляющие входы которого подключены к устройству управления, два трехфазных выпрямителя - к обмоткам статора. Данное устройство /3/ как наиболее близкое к предлагаемому выбрано нами в качестве прототипа.

Недостатком его узла регулирования является отсутствие возможностей осуществления ряда серьезных функций, необходимых при работе синхронного генератора в широких условиях эффективной эксплуатации, повышении качества выходного напряжения особенно для автономных электростанций, используемых в передвижных устройствах, например, при ремонтных и строительных работах.

Целью настоящего изобретения является улучшение показателей надежности и уменьшение стоимости путем упрощения схемы устройства регулирования.

Указанная цель достигается тем, что в устройстве регулирования синхронного генератора с прецизионной системой управления, содержащем регулирующий узел, обмотку статора генератора, соединенную в «звезду», обмотку возбуждения генератора, два трехфазных выпрямителя, к каждому из выпрямителей подключен сглаживающий фильтр со стабилизатором напряжения, входы регулирующего узла подключены через первый трехфазный выпрямитель, сглаживающий фильтр и стабилизатор напряжения к обмотке статора генератора, выходы - к обмотке возбуждения, а другой вход регулирующего узла подключен к выходу второго трехфазного выпрямителя со сглаживающим фильтром и стабилизатором напряжения, подключенного к обмотке статора генератора, управляющие входы регулирующего узла подключены к устройству управления, соединенного с выходом стабилизатора напряжения второго трехфазного выпрямителя, регулирующий узел выполнен в виде двухкаскадного ключевого усилителя, база транзистора первого каскада ключевого усилителя через первый ограничительный резистор подключена к выходу стабилизатора напряжения первого трехфазного выпрямителя, эмиттер его подключен к коллектору транзистора, выполняющего функцию диода, соединенному с базой этого же транзистора, эмиттер которого подключен к выходу стабилизатора напряжения первого трехфазного выпрямителя, коллектор транзистора первого каскада ключевого усилителя через второй ограничительный резистор подключен к первому выходу стабилизатора напряжения первого трехфазного выпрямителя и к входу первого инвертора, выполненного на первом триггере Шмидта, выход которого подключен к первому выводу третьего ограничительного резистора и к входу второго инвертора, выполненного на втором триггере Шмидта, выход которого подключен к базе транзистора эмиттерного повторителя, второй вывод третьего ограничительного резистора подключен к базе транзистора второго каскада ключевого усилителя, включенного по схеме с общим эмиттером, соединенным с общей точкой стабилизатора напряжения первого трехфазного выпрямителя, коллектор транзистора эмиттерного повторителя подключен к точке соединения первого и второго ограничительных резисторов, между эмиттером транзистора эмиттерного повторителя и коллектором транзистора второго каскада ключевого усилителя включена цепь из последовательно соединенных диода, четвертого и пятого ограничительных резисторов, причем анод диода подключен к эмиттеру эмиттерного повторителя, средняя точка четвертого и пятого ограничительных резисторов - к затвору регулирующего выходного транзистора и через шестой ограничительный резистор - к источнику смещения, выполненному на параллельно соединенных стабилитроне и конденсаторе, подключенных к выходу стабилизатора напряжения первого трехфазного выпрямителя и к выходу второго трехфазного выпрямителя, и через пятый ограничительный резистор к затвору регулирующего выходного транзистора, выход которого подключен к обмотке возбуждения генератора, а к базе транзистора первого каскада и эмиттеру транзистора второго каскада ключевого усилителя подключено устройство управления.

Предлагаемое устройство (фиг.1) является составной частью синхронного генератора с прецизионной системой управления, содержащего обмотку статора 1.1-1.3, обмотку возбуждения 1.4, первый и второй трехфазные выпрямители 2 и 4 со сглаживающими фильтрами и стабилизаторами напряжения любого типа, например простейшими компенсационными стабилизаторами, изображенными на фиг.1, к выходам 1 и 2 стабилизатора напряжения первого трехфазного выпрямителя подключены входы 1 и 2 регулирующего узла 3, а к выходу 3 первого трехфазного выпрямителя подключен вход 3 регулирующего узла 3, к выходам 4 и 5 которого подключена обмотка возбуждения 1.4, к входам 7 и 8 подключено устройство управления 5, состоящее из стандартного регулятора, вплоть до простейшего - переменного делителя напряжения, вход 6 упомянутого узла 3 подключен к выходу 1 второго трехфазного выпрямителя 4. Устройство управления 5 подключено к выходному делителю напряжения второго трехфазного выпрямителя 4.

Регулирующий узел (фиг.2) имеет следующие обозначения выводов: 1 и 2 - вход узла - выход стабилизатора напряжения первого трехфазного выпрямителя, 3 - вход узла - выход первого трехфазного выпрямителя, 4 и 5 - выход узла, 6 - вход первого источника смещения - выход второго трехфазного выпрямителя, 7 и 8 - управляющие входы регулирующего узла.

Регулирующий узел (фиг.2) питается от стабилизатора напряжения первого трехфазного выпрямителя (точки 1 и 2) и управляется устройством управления 5 (точки 7 и 8). Он выполнен в виде двухкаскадного ключевого усилителя, причем база транзистора 1 первого каскада ключевого усилителя через первый ограничительный резистор 2 подключена к выходу 1 стабилизатора напряжения первого трехфазного выпрямителя, эмиттер его подключен к коллектору транзистора 3, выполняющего функцию диода, соединенному с базой этого же транзистора, эмиттер которого подключен к выходу 2 стабилизатора напряжения первого трехфазного выпрямителя, коллектор транзистора 1 первого каскада ключевого усилителя через второй ограничительный резистор 4 подключен к выходу 1 стабилизатора напряжения первого трехфазного выпрямителя и к входу первого инвертора, выполненного на первом триггере Шмидта 5, выход которого подключен к первому выводу третьего ограничительного резистора 6 и к входу второго инвертора, выполненного на втором триггере Шмидта 7, выход которого подключен к базе транзистора 8 эмиттерного повторителя, второй вывод третьего ограничительного резистора подключен к базе транзистора 9 второго каскада ключевого усилителя, включенного по схеме с общим эмиттером, соединенным с общей точкой стабилизатора напряжения первого трехфазного выпрямителя 2, коллектор транзистора эмиттерного повторителя 8 подключен к точке соединения первого и второго ограничительных резисторов 2 и 4 (выходу 1 стабилизатора напряжения первого трехфазного выпрямителя), между эмиттером транзистора эмиттерного повторителя 8 и коллектором транзистора 9 второго каскада ключевого усилителя включена цепь из последовательно соединенных диода 10, четвертого 11 и пятого 12 ограничительных резисторов, причем анод диода подключен к эмиттеру эмиттерного повторителя 8, средняя точка четвертого и пятого ограничительных резисторов - к затвору регулирующего выходного транзистора 13 и через шестой ограничительный резистор 14 - к источнику смещения, выполненному на параллельно соединенных стабилитроне 15 и конденсаторе 16, подключенных к выходу 2 стабилизатора напряжения первого трехфазного выпрямителя и к выходу 1 второго трехфазного выпрямителя и через шестой ограничительный резистор 14 к затвору регулирующего выходного транзистора 13, выход которого подключен к обмотке возбуждения генератора, а к базе транзистора 1 первого каскада и эмиттеру транзистора 9 второго каскада ключевого усилителя подключено устройство управления. Вход 3 регулирующего узла подключен к выходу 3 первого трехфазного выпрямителя. Вход 6 подключен к выходу 1 второго трехфазного выпрямителя. Соединения всех выводов с остальными узлами синхронного генератора на чертеже (фиг.2) не показаны.

Предложенное устройство работает следующим образом. В исходном состоянии при максимальном уровне входного тока, поступающего с выхода устройства управления, транзистор 1 первого каскада закрыт, на входе первого инвертора 5 лог. «1», на его выходе и на входе инвертора 7 лог. «0», на выходе второго инвертора 7 лог. «1», транзистор 8 открыт, транзистор 9 закрыт, выходной регулирующий транзистор 13 открыт и обмотка возбуждения подключена к первому трехфазному выпрямителю. При уменьшении тока на входе состояние упомянутых выше транзисторов и логических элементов изменяется на противоположное и обмотка возбуждения отключается от первого трехфазного выпрямителя, а ее ток протекает через шунтирующий эту обмотку диод (стандартный рекуперативный диод, постоянно используемый для подобных целей).

Применение стабилизаторов гарантирует работоспособность питаемых устройств при изменениях в широких пределах напряжений, снимаемых с обмоток.

Авторами испытан образец генератора с новым устройством регулирования при мощностях от нуля до двух и от нуля до четырех кВт. Изменение выходного напряжения составило ±0,5%. Суммарный коэффициент гармоник для генератора с выходной мощностью 2 кВт составил 3,1%. В то время как серийно выпускаемый генератор Г4-Т230 имеет изменение выходного напряжения +(3-6)% и коэффициент гармоник лежит в пределах от 9,1 до 12,7%.

Таким образом, предложенное устройство обеспечивает улучшение показателей надежности и уменьшение стоимости.

Приведенные данные и сведения подтверждают возможность осуществления предлагаемого изобретения.

Источники информации

1. Патент РФ №2211521, МКИ Н02К 19/16, 19/36. Бюл. изобр. №24, 2003.

2. Патент РФ №2107378, МКИ Н02К 19/30, Н02Р 9/30. Бюл. изобр. №8, 1998.

3. Патент РФ №2259004, МКИ Н02Н 3/10, G05F 1/56. Бюл. изобр. №23, 2005.

Устройство регулирования синхронного генератора с прецизионной системой управления, содержащее регулирующий узел, обмотку статора генератора, соединенную в «звезду», обмотку возбуждения генератора, два трехфазных выпрямителя, отличающееся тем, что к каждому из выпрямителей подключен сглаживающий фильтр со стабилизатором напряжения, вход регулирующего узла подключен через первый трехфазный выпрямитель, сглаживающий фильтр и стабилизатор напряжения к обмотке статора генератора, выходы - к обмотке возбуждения, а другой вход регулирующего узла подключен к выходу второго трехфазного выпрямителя со сглаживающим фильтром и стабилизатором напряжения, подключенного к обмотке статора генератора, управляющие входы регулирующего узла подключены к устройству управления, соединенного с выходом стабилизатора напряжения второго трехфазного выпрямителя, регулирующий узел выполнен в виде двухкаскадного ключевого усилителя, база транзистора первого каскада ключевого усилителя через первый ограничительный резистор подключена к выходу стабилизатора напряжения первого трехфазного выпрямителя, эмиттер его подключен к коллектору транзистора, выполняющего функцию диода, соединенному с базой этого же транзистора, эмиттер которого подключен к выходу стабилизатора напряжения первого трехфазного выпрямителя, коллектор транзистора первого каскада ключевого усилителя через второй ограничительный резистор подключен к выходу стабилизатора напряжения первого трехфазного выпрямителя и к входу первого инвертора, выполненного на первом триггере Шмидта, выход которого подключен к первому выводу третьего ограничительного резистора и к входу второго инвертора, выполненного на втором триггере Шмидта, выход которого подключен к базе транзистора эмиттерного повторителя, второй вывод третьего ограничительного резистора подключен к базе транзистора второго каскада ключевого усилителя, включенного по схеме с общим эмиттером, соединенным с общей точкой стабилизатора напряжения первого трехфазного выпрямителя, коллектор транзистора эмиттерного повторителя подключен к точке соединения первого и второго ограничительных резисторов, между эмиттером транзистора эмиттерного повторителя и коллектором транзистора второго каскада ключевого усилителя включена цепь из последовательно соединенных диода, четвертого и пятого ограничительных резисторов, причем анод диода подключен к эмиттеру эмиттерного повторителя, средняя точка четвертого и пятого ограничительных резисторов - к затвору регулирующего выходного транзистора и через шестой ограничительный резистор - к источнику смещения, выполненному на параллельно соединенных стабилитроне и конденсаторе, подключенных к выходу стабилизатора напряжения первого трехфазного выпрямителя, к выходу второго трехфазного выпрямителя и через шестой ограничительный резистор - к затвору регулирующего выходного транзистора, выход которого подключен к обмотке возбуждения генератора, а к базе транзистора первого каскада и эмиттеру транзистора второго каскада ключевого усилителя подключено устройство управления.