Устройство для стабилизации частоты и напряжения автономных бесконтактных генераторов
Владельцы патента RU 2366071:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" (RU)
Изобретение относится к электротехнике, а именно к стабилизаторам частоты и напряжения автономных бесконтактных генераторов переменного тока, и предназначается для использования в системах электроснабжения для стабилизации трехфазного напряжения источника энергии переменного тока. Техническим результатом является повышение надежности работы устройства стабилизации частоты и напряжения автономных бесконтактных генераторов. Устройство для стабилизации частоты и напряжения автономных бесконтактных генераторов содержит бесконтактный генератор (1), последовательно соединенные непосредственный преобразователь частоты (2), выходной фильтр (3), блок трансформаторов тока (4), выходные выводы (5), выход генератора соединен также с конденсаторами возбуждения (6), которые соединены с блоком стабилизации напряжения (7), содержащим выпрямитель (8), силовой транзистор (9), систему управления (10), вход которой соединен с выходными выводами (5) преобразователя через трансформаторно-выпрямительный блок (11); блок косинусной синхронизации (12) соединен с выходом генератора (1) и с блоками формирования управляющих сигналов (13, 14 и 15), с которыми соединен также задающий генератор частоты (16); каждый блок формирования управляющих сигналов (13, 14, 15) содержит первый и второй компараторы (17 и 18), первый и второй логические элементы И (19, 20), первый и второй распределители импульсов (21, 22), датчик тока (23). 2 ил.
Изобретение относится к электротехнике и предназначено для регулирования частоты и напряжения бесконтактных асинхронных генераторов с конденсаторным возбуждением и синхронных генераторов с постоянными магнитами ветроэнергетических установок и малых гидроэлектростанций.
Известно устройство для стабилизации частоты и напряжения асинхронного генератора (а.с. СССР № 675570, 1979 г.), содержащее задающий генератор, инвертор, генератор треугольных колебаний, компаратор, измеритель отклонения напряжения и первичный источник возбуждения. Недостатками устройства являются низкий КПД, качество электроэнергии и не обеспечение стабилизации напряжения в несимметричных режимах работы.
Наиболее близким по техническому решению является устройство для стабилизации частоты и напряжения автономного асинхронного генератора (по патенту РФ № 2216097, 2003 г.), состоящее из трехфазного непосредственного преобразователя частоты с регулируемым углом сдвига фаз на входе выходного фильтра и системы управления, в состав которой входят три блока формирования управляющих сигналов, трансформаторы тока и напряжения, блок косинусной синхронизации, задающий генератор и регулятор частоты. Недостатком устройства является низкая надежность работы из-за использования дополнительных силовых цепей искусственной коммутации силовых полупроводниковых приборов и сложности системы управления, обеспечивающей стабилизацию напряжения за счет изменения угла сдвига фаз на входе преобразователя.
Техническим решением предлагаемого изображения является повышение надежности работы устройства стабилизации частоты и напряжения автономных бесконтактных генераторов.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для стабилизации частоты и напряжения автономных бесконтактных генераторов, содержащее конденсаторы возбуждения, непосредственный преобразователь частоты с регулируемым углом сдвига фаз, выходной фильтр, блок трансформаторов тока и напряжения, блок косинусной синхронизации, задающий генератор частоты и три блока формирования управляющих сигналов, согласно изобретению стабилизатор частоты и напряжения генератора, содержащий конденсаторы возбуждения, непосредственный преобразователь частоты, выходной фильтр, блок трансформаторов тока, блок косинусной синхронизации, задающий генератор частоты и три блока формирования управляющих сигналов, отличающееся тем, что содержит блок стабилизации напряжения, состоящий из выпрямителя, транзистора и системы управления, причем вход выпрямителя через конденсаторы возбуждения подключен к выходу генератора, а его выход соединен с эмиттер-коллекторным переходом транзистора, управляющие выводы которого соединены с выходом системы управления, вход которой соединен с выходными выводами через трансформаторно-выпрямительный блок, вход непосредственного преобразователя частоты подключен к выводам генератора, соединенным с блоком косинусной синхронизации, выходы которого соединены с первыми входами блоков формирования управляющих сигналов, выходы которых соединены с управляющими входами непосредственного преобразователя частоты, вход выходного фильтра соединен с выходом непосредственного преобразователя частоты, а выход через блок трансформаторов тока соединен с выходными выводами для подключения нагрузки, выходы блока трансформаторов тока соединены с третьими входами блоков формирования управляющих сигналов, каждый из которых содержит первый и второй компараторы, первый и второй логические элементы И, первый и второй распределители импульсов и датчик тока, первые входы первого и второго компараторов являются первыми входами блоков формирования управляющих сигналов, а их вторые входы являются вторыми входами блоков формирования управляющих сигналов, которые соединены с выходом задающего генератора частоты, выходы первого и второго компараторов соединены с первыми входами первого и второго логических элементов И, вторые входы которых соединены с первым и вторым выхододами датчика тока соответственно, вход которого является третьим входом блоков формирования управляющих сигналов, выходы первого и второго логических элементов И через первый и второй соответственно распределители импульсов подключены к управляющим входам непосредственного преобразователя частоты.
Новизна заявленного технического решения обусловлена тем, что в устройстве применяется естественная коммутация силовых полупроводниковых приборов непосредственного преобразователя частоты и блок стабилизации напряжения, что упрощает конструкцию силовой части преобразователя, а также блоков формирования управляющих сигналов и, таким образом, позволяет повысить надежность работы устройства стабилизации частоты и напряжения автономных бесконтактных генераторов.
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 показана функциональная схема устройства, а на фиг.2 - диаграммы напряжений и тока, поясняющие принцип его работы по стабилизации частоты.
Устройство для стабилизации частоты и напряжения автономных бесконтактных генераторов содержит (фиг.1) бесконтактный генератор 1, последовательно соединенные непосредственный преобразователь частоты 2, выходной фильтр 3, блок трансформаторов тока 4, выходные выводы 5, выход генератора соединен также с конденсаторами возбуждения 6, которые соединены с блоком стабилизации напряжения 7, содержащим выпрямитель 8, силовой транзистор 9, систему управления 10, вход которой соединен с выходными выводами 5 преобразователя через трансформаторно-выпрямительный блок 11; блок косинусной синхронизации 12 соединен с выходом генератора 1 и с блоками формирования управляющих сигналов 13, 14 и 15, с которыми соединен также задающий генератор частоты 16; каждый блок формирования управляющих сигналов 13, 14, 15 содержит первый и второй компараторы 17 и 18, первый и второй логические элементы И 19 и 20, первый и второй распределители импульсов 21 и 22, датчик тока 23.
На примере блока формирования управляющих сигналов 13 (фиг.1) рассмотрим работу устройства по стабилизации частоты.
На первый вход первого и второго компараторов 17 и 18 (фиг.1) поступают косинусные синхронизирующие кривые положительного Uпт и отрицательного UОТ типов соответственно (фиг.2, а - жирные кривые) от блока косинусной синхронизации 12 (фиг.1), являющиеся источником опорного сигнала. На вторые входы первого и второго компараторов 17 и 18 от задающего генератора частоты 16 поступает ведущий сигнал синусоидальной формы UЗГ (фиг.2, а). При равенстве напряжений косинусных синхронизирующих кривых и задающего генератора в компараторах 17 и 18 формируются импульсы управления Uу1 и Uу2 (фиг.2, б), которые поступают на первые входы первого и второго логических элементов И 19 и 20 соответственно. Для обеспечения естественной коммутации силовых полупроводниковых приборов непосредственного преобразователя частоты необходимо, чтобы каждый раз, когда ток нагрузки имеет положительную полярность, на выходе непосредственного преобразователя частоты формировались кривые напряжения положительного типа, а когда ток нагрузки отрицательной полярности - кривые напряжения отрицательного типа (Джюджи Л., Пели Б. Силовые полупроводниковые преобразователи частоты. Пер. с англ. - М: Энергоатомиздат, 1983, - 400 с., с 37-41). Поэтому при положительной полярности тока нагрузки iп (фиг.2г) датчик тока 23 (фиг.1) подает сигнал на первый логический элемент И 19, а при отрицательной полярности тока нагрузки iо (фиг.2г) - на второй логический элемент И 20. Импульсы управления через первый или второй распределители импульсов 21 или 22 соответственно поступают на управляющие электроды силовых полупроводниковых приборов непосредственного преобразователя частоты 2 (фиг.1), на выходе которого поочередно будут формировать кривые напряжения положительного UПТ и отрицательного UОТ типов соответственно (фиг.2 в), т.е. из участков входного напряжения UBХ будет формироваться выходное напряжение
UВЫХ (фиг.2, в).
Таким образом, частота желаемого выходного напряжения UЖЕЛ (фиг.2, в) соответствует частоте напряжения задающего генератора UЗГ (фиг.2, а) и при дестабилизирующих факторах она будет соответствовать частоте задающего сигнала UЗГ и изменяться не будет.
Блок стабилизации напряжения 7 (фиг.1) работает следующим образом. К примеру, напряжение на выходных выводах 5 уменьшилось, с выхода трансформаторно-выпрямительного блока 11 в систему управления 10 поступает сигнал напряжения постоянного тока, который пропорционален выходному напряжению. Система управления 10, сравнивая этот сигнал с эталонным, увеличивает время открытого состояния транзистора 9, тем самым увеличивает величину емкостного тока и обеспечивает компенсацию реактивной мощности, что приводит к стабилизации напряжения на выходе генератора 1 и соответственно устройства стабилизации частоты и напряжения.
Использование непосредственного преобразователя частоты с естественной коммутацией силовых вентилей и блока стабилизации напряжения выгодно отличает предлагаемое устройство от известного, так как упрощается конструкция и повышается соответственно надежность его работы.
Устройство для стабилизации частоты и напряжения генератора, содержащее конденсаторы возбуждения, непосредственный преобразователь частоты, выходной фильтр, блок трансформаторов тока, блок косинусной синхронизации, задающий генератор частоты и три блока формирования управляющих сигналов, отличающееся тем, что содержит блок стабилизации напряжения, состоящий из выпрямителя, транзистора и системы управления, причем вход выпрямителя через конденсаторы возбуждения подключен к выходу генератора, а его выход соединен с эмиттер-коллекторным переходом транзистора, управляющие выводы которого соединены с выходом системы управления, вход которой соединен с выходными выводами через трансформаторно-выпрямительный блок, вход непосредственного преобразователя частоты подключен к выводам генератора, с которыми также соединен блок косинусной синхронизации, выходы которого соединены с первыми входами блоков формирования управляющих сигналов, выходы которых соединены с управляющими входами непосредственного преобразователя частоты, вход выходного фильтра соединен с выходом непосредственного преобразователя частоты, а выход через блок трансформаторов тока соединен с выходными выводами для подключения нагрузки, выходы блока трансформаторов тока соединены с третьими входами блоков формирования управляющих сигналов, каждый из которых содержит первый и второй компараторы, первый и второй логические элементы И, первый и второй распределители импульсов и датчик тока, первые входы первого и второго компараторов являются первыми входами блоков формирования управляющих сигналов, а их вторые входы являются вторыми входами блоков формирования управляющих сигналов, которые соединены с выходом задающего генератора частоты, выходы первого и второго компаратора И соединены с первыми входами первого и второго логических элементов И, вторые входы которых соединены с первым и вторым выходом датчика тока соответственно, вход которого является третьим входом блоков формирования управляющих сигналов, выходы первого и второго логических элементов И через первый и второй соответственно распределители импульсов подключены к управляющим входам непосредственного преобразователя частоты.
