Устройство для регулирования и стабилизации напряжения автономного асинхронного генератора
Владельцы патента RU 2373630:
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кубанский государственный аграрный университет (RU)
Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автономных асинхронных генераторах, применяемых в полевых условиях. Техническим результатом является компенсация высших гармонических составляющих и повышение стабильности выходного напряжения. Устройство для регулирования и стабилизации напряжения автономного асинхронного генератора содержит дополнительные трехфазные электронные ключи в виде оптоэлектронных трехфазных реле переменного тока с контролем фазы коммутируемого напряжения через «ноль», соединенные с фазными выходными контактами статора и с батареями коммутируемых конденсаторов. Оптронные входы трехфазных электронных ключей соединены с выходом блока управления. Блок управления содержит трехфазный выпрямитель, конденсатор фильтра, переменный резистор, компараторы, источник опорного напряжения и дешифратор. Трехфазный выпрямитель входом соединен с фазными выходными контактами статора, а выходом - с конденсатором фильтра и переменным резистором, который соединен с неинвертирующими входами компараторов напряжения. Инвертирующие входы компараторов через делитель напряжения соединены с источником опорного напряжения. Выходы компараторов напряжения через дешифратор соединены с оптронными входами трехфазных электронных ключей. 2 ил.
Предлагаемое устройство относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования и стабилизации напряжения автономных асинхронных генераторов, применяемых в полевых условиях.
С очевидным преимуществом (простота конструкции, надежность и т.д.) автономные асинхронные генераторы (ААГ) имеют существенный недостаток, заключающийся в том, что без дополнительных устройств, стабилизирующих напряжение, ААГ имеют мягкую внешнюю характеристику. Поэтому для регулирования и стабилизации напряжения ААГ необходимы дополнительные устройства.
Известны устройства для регулирования напряжения АГ, которые в общем случае содержат группу конденсаторов и регулятор емкостной мощности, выполненные в виде различных регулируемых индуктивностей, например, см. а.с. СССР №113315, №188550.
Все эти устройства имеют существенный недостаток.
1. Большие массогабаритные показатели.
2. Наличие высших гармонических составляющих за счет нелинейных индуктивностей.
Известно «Устройство для автоматического регулирования напряжения асинхронного генератора» см. патент RU №2145767. МПК: Н02Р 9/46. Опубл. 20.02.00;
Бюл. №5, взятое авторами за прототип, содержащее батарею некоммутируемых конденсаторов, подключенную к фазам генератора, батарею коммутируемых конденсаторов и измерительный трансформатор, на выход которого включена схема широтно-импульсного управления, блок управления которой с одной стороны соединен с фазами генератора, а с другой стороны - с управляющими электродами симисторов и выходом измерительного трансформатора, и трехфазный ключ, например симисторный, зашунтированный группой пусковых конденсаторов.
Недостатком этого устройства является наличие высших гармонических составляющих, возникающих в момент фазоимпульсного регулирования напряжения за счет изменения емкости в батарее коммутируемых конденсаторов.
Техническим решением предлагаемого изобретения является устранение указанного недостатка и повышение стабильности выходного напряжения.
Поставленная задача достигается тем, что устройство для регулирования и стабилизации напряжения автономного асинхронного генератора, содержащее батарею некоммутируемых конденсаторов, подключенную к обмоткам статора, батарею коммутируемых конденсаторов, блок управления, трехфазный электронный ключ, содержит дополнительные трехфазные электронные ключи в виде оптоэлектронных трехфазных реле переменного тока с контролем фазы коммутируемого напряжения через «ноль», например 5П36.30ТМ1, соединенные с одной стороны с фазными выходными контактами статора, а с другой стороны с батареями коммутируемых конденсаторов, оптронные входы трехфазных электронных ключей соединены с выходом блока управления, состоящего из трехфазного выпрямителя, конденсатора фильтра, переменного резистора, компараторов, источника опорного напряжения и дешифратора, причем трехфазный выпрямитель своим входом соединен с фазными выходными контактами статора, а выходом - с конденсатором фильтра и переменным резистором, который соединен с неинвертирующими входами компараторов напряжения, инвертирующие входы которых через делитель напряжения соединены с источником опорного напряжения, выходы компараторов напряжения через дешифратор соединены с оптронными входами трехфазных электронных ключей.
Новизна заявляемого технического решения достигается за счет того, что устройство для регулирования и стабилизации напряжения автономного асинхронного генератора содержит дополнительные трехфазные электронные ключи в виде оптоэлектронных трехфазных реле переменного тока с контролем фазы коммутируемого напряжения через «ноль», например 5П36.30ТМ1, соединенные с одной стороны с фазными выходными контактами статора, а с другой стороны с батареями коммутируемых конденсаторов, оптронные входы трехфазных электронных ключей соединены с выходом блока управления, состоящего из трехфазного выпрямителя, конденсатора фильтра, переменного резистора, компараторов, источника опорного напряжения и дешифратора, причем трехфазный выпрямитель своим входом соединен с фазными выходными контактами статора, а выходом - с конденсатором фильтра и переменным резистором, который соединен с неинвертирующими входами компараторов напряжения, инвертирующие входы которых через делитель напряжения соединены с источником опорного напряжения, выходы компараторов напряжения через дешифратор соединены с оптронными входами трехфазных электронных ключей.
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.
Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, поскольку оно работоспособно, и предлагается его использование в промышленности.
Сущность изобретения поясняется чертежами: на фиг.1 изображена схема электрическая устройства для автоматического регулирования и стабилизации напряжения автономного асинхронного генератора; на фиг.2 - схема функциональная блока управления.
Устройство для регулирования и стабилизации напряжения автономного асинхронного генератора (фиг.1) содержит автономный асинхронный генератор 1, к фазам статора которого подключены батарея некоммутируемых конденсаторов 2, фазные выходные контакты статора 3 (А, В, С), блок управления 4, трехфазные электронные ключи 5,6,7, соединенные выходами с батареями коммутируемых конденсаторов 8, 9, 10, а оптронными входами 11, 12, 13 - с блоком управления 4 (фиг.2), состоящим из трехфазного выпрямителя 14, соединенного входом с фазными выходными контактами статора 3 (А, В, С), а выходом с конденсатором фильтра 15 и переменным резистором 16, который соединен с неинвертирующими входами компараторов напряжения 17-22, инвертирующие входы которых через делители напряжения 23-27 соединены с источником опорного стабильного напряжения 28, выходы компараторов напряжения 17-22 через дешифратор 29, который является выходом блока управления, соединены с оптронными входами 11, 12, 13 трехфазных электронных ключей 5, 6, 7.
В качестве трехфазных ключей 5-7 применяются трехфазные электронные реле переменного тока с контролем фазы коммутируемого напряжения через «ноль», например 5П36.30ТМ1 или аналогичные (см. http://www.proton-impyls.ru).
Компараторы 17-22 имеют обратную связь для создания петли гистерезиса, причем у компаратора 22 она наибольшая, а у компаратора 17 наименьшая петля гистерезиса.
Устройство для регулирования и стабилизации напряжения автономного асинхронного генератора работает следующим образом. При достижении заданной частоты вращения ротора ААГ самовозбуждается от батареи некоммутируемых конденсаторов 2.
Емкость этих конденсаторов выбраны таким образом, чтобы на холостом ходу ААГ имел максимально допустимое напряжение, например 400/231 В. Это напряжение через фазные выходные контакты статора 3 (А, В, С) поступает на блок управления (БУ) 4, выпрямляется трехфазным выпрямителем 14, фильтруется конденсатором фильтра 15 и 16 подается на неинвертирующие входы компараторов 17-22.
За счет стабильного опорного напряжения 28 (Uоп), через делители напряжения 23-27 компараторы переключаются в единичное состояние, через дешифратор 29 и оптроны 11-13 ток не протекает, трехфазные электронные ключи 5-7 закрыты и батарея коммутируемых конденсаторов 8-10 не оказывает влияния на режим ААГ.
При подключении нагрузки к фазным выходным контактам статора 3 (А, В, С) ААГ его напряжение уменьшается, уменьшается сигнал с переменного резистора 16 и компаратор 22 переключается в нулевое состояние, по светодиоду 11 протекает ток, трехфазный электронный ключ 5 срабатывает и подключается батарея коммутируемых конденсаторов 8 к обмотке статора ААГ 1. Происходит частичная компенсация реактивной составляющей нагрузки.
При дальнейшем снижении напряжения на фазных выходных контактах статора 3 (А, В, С) переключаются компараторы 21, 20, 19 и т.д., поочередно подключая батареи коммутирующих конденсаторов 8-10 к статору ААГ 1, тем самым стабилизируя напряжения.
Если условно считать, что батарея коммутирующих конденсаторов С8=1 мкФ, С9=2 мкФ, С10=3 мкФ, то при работе компараторов наблюдается следующий алгоритм работы и подключение конденсаторов:
| Компаратор № | 22 | 21 | 20 | 19 | 18 | 17 |
| Емкость, мкФ | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
При уменьшении нагрузки компараторы 17-22 отключаются в обратной последовательности за счет того, что у каждого из них имеется разный диапазон петли гистерезиса. Таким образом, происходит стабилизация напряжения при изменении нагрузки.
Использование данного устройства для автоматического регулирования и стабилизации напряжения автономного асинхронного генератора позволяет в автономном источнике питания получить следующие положительные свойства.
1. Трехфазные электронные ключи 5-7 подключаются при переходе коммутирующего напряжения через ноль, поэтому отсутствуют гармонические составляющие тока и напряжения, а также коммутационные перенапряжения и помехи.
2. Изменяя положение ползунка переменного резистора 16, изменяют момент переключения компараторов 17-22 и, тем самым, выходное напряжение ААГ.
Устройство для регулирования и стабилизации напряжения автономного асинхронного генератора, содержащее батарею не коммутируемых конденсаторов, подключенную к обмоткам статора, батарею коммутируемых конденсаторов, блок управления, трехфазный электронный ключ, отличающееся тем, что содержит дополнительные трехфазные электронные ключи в виде оптоэлектронных трехфазных реле переменного тока с контролем фазы коммутируемого напряжения через «ноль», например 5П36.30ТМ1, соединенные с одной стороны с фазными выходными контактами статора, а с другой стороны с батареями коммутируемых конденсаторов, оптронные входы трехфазных электронных ключей соединены с выходом блока управления, состоящего из трехфазного выпрямителя, конденсатора фильтра, переменного резистора, компараторов, источника опорного напряжения и дешифратора, причем трехфазный выпрямитель своим входом соединен с фазными выходными контактами статора, а выходом - с конденсатором фильтра и переменным резистором, который соединен с неинвертирующими входами компараторов напряжения, инвертирующие входы которых через делитель напряжения соединены с источником опорного напряжения, выходы компараторов напряжения через дешифратор соединены с оптронными входами трехфазных электронных ключей.
