Модуляционный асинхронныйвентильный генератор

 

()ЗИ482

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 07.12.78 (21) 2692236/24-07 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.03.81. Бюллетень ¹ 9 (45) Дата опубликования описания 07.03.81 (51) М.К .

Н 02Р 9/46

Н 02М 7/757

Государственный комитет (53) УДК 629.76.064:

:621.313.332 (088.8) ло делам изобретений и открытий

В, Д. Дудышев, М. Л. Костырев и Г. Ф. Яш)|(на

Куйбышевский политехнический институт им. В. В. Куйбышева (72) Авторы изобретения (71) Заявитель (54) МОДУЛЯЦИОННЫЙ АСИНХРОННЪ|Й ВЕНТИЛЬНЫЙ

ГЕН EPATOP

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве первичного источника электроэнергии для авTGHoMHbIx систем энергоснабжения с широким диапазоном частот вращения первичного двигателя и стабильной частотой на выходе источника энергии, например для авиационных систем энергоснабжения или для систем энергоснабжения, использующих в качестве первичного двигателя энергию ветра.

Известны модуляционные асинхронные вентильные генераторы (АВГ) с возбуждением от тиристорного источника реактивной мощности (ТИРМ) в цепи статора асинхронной машины с короткозамкнутым ротором (АМ) с системой управления (СУ), состоящей из датчика, задатчика и блока сравнения напряжения, функционального преобразователя напряжения в частоту (ФП), пересчетной схемы, включенных последовательно между собой.

Дополнительный автономный инвертор стабильной частоты подключен либо непосредственно к цепи постоянного тока

ТИРМ, либо к дополнительной обмотке АМ через дополнительный силовой выпрямитель (1).

Частоту возбуждения генератора посредством ТИРМ устанавливают меньше частоты вращения генератора и регулируют ее в функции отклонения выходного напряжения. Благодаря этому АВГ работоспособен и обеспечивает стабилизацию амплитуды

5 выходного напряжения в широком диапазоне изменения скорости вращения и загрузок. Стабилизацию частоты напряжения осуществляют посредством дополнительного тиристорного преобразователя со звеном

10 постоянного тока — инвертора напряжения стабильной частоты.

Недостатками известного АВГ являются необходимость в дополнительном тиристорном инверторе на полную мощность на15 грузки и пониженные энергетические показатели генератора из-за двухкратного преобразования энергии в машине и инверторе.

Наиболее близким к данному изобретению техническим решением является моду20 ляционный асинхронный вентильный генератор, содержащий силовую часть и схему управления, причем силовая часть состоит из асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором, расположенной на статоре

25 основной якорной обмоткой и тиристорного источника реактивной мощности, выполненного по схеме автономного .инвертора, а схема управления включает в себя датчик и задатчик напряжений, блок сравнения на30 пряжений, функциональный преобразоват<"ль напряжения в частоту, пересчетную логическую схему и задающий генератор с> ÷áèëüíoé частоты; при этом выходы датчика и задатчика напряжений подключены к входам блока сравнения напряжений, а выход блока сравнения напряжений через функциональный преобразователь напряжения в частоту соединен с входом пересчетной логической схемы (2).

Недостатком известного устройства является большие вес и габариты из-за необходимости применения конденсаторов для входных фильтров ТИРМ. Кроме того, для получения трехфазного выходного напряжения потребуется иметь три электрических машины, три ТИРМ и три схемы управления, что усложняет схему устройства.

Целью изобретения является упрощение схемы, повышение энергетических показателей и расширение диапазона работы.

Поставленная цель достигается тем, что на статоре асинхронного генератора выполнена вспомогательная многофазная обмотка возбуждения, силовая часть дополнительно снабжена вентильным многофазным демодулятором, каждая из фаз которого содержит тиристорный и диодный мостовой двухполупериодный выпрямители, включенные встречно-параллельно между собой и по входам переменного тока присоединенные к соответствующим фазным выводам основной якорной обмотки асинхронного генератора, а по выходам постоянного тока— к нагрузке. При этом вход переменного тока тиристорного источника реактивной мощности подключен к фазным выводам вспомогательной обмотки возбуждения асинхронного генератора, выход постоянного тока закорочен; кроме того, в схему управления дополнительно введены система фазово-импульсного управления демодулятором с управляющим и синхронизирующим входами, пропорционально-интегральный регулятор, одноканальный функциональный преобразователь напряжения в угол и многофазный широтно-импульсный модулятор скважности импульсов стабильной частоты, в состав которого входят многофазный задающий генератор стабильной частоты, многоканальный функциональный преобразователь напряжения в угол и многоканальный генератор пилообразного напряжения, причем входы многоканального функционального преобразователя напряжения в угол подключены к выходам многофазного задающего генератора стабильной частоты и к выходам многоканального генератора пилообразного напряжения, входы которого соединены с выходом пересчетной логической схемы и выходом пропорционально-интегрального регулятора. Выход многоканального функционального преобразователя напряжения в угол подключен к входу управления тиристорным источником реактивной мощности и к входу син1О

25 зо

4 хронизации системы фазово-импульсного управления демодулятором, к управляющему входу которой присоединен через пропорционально-интегральный регулятор и одноканальный функциональный преобразователь напряжения в угол выход блока сравнения напряжений.

На фиг. 1 приведена блок-схема модуляционного асинхронного вентильного генератора; на фиг. 2 показан вариант выполнения силовой части демодулятора напряжения стабильной частоты; на фиг. 3 приведены временные диаграммы импульсов и эпюры напряжений на выходе одной из фаз статора асинхронного генератора и соответствующего демодулятора; на фиг. 4 показан один из вариантов выполнения силовой части модуляционного асинхронного вентильного генератора, причем с целью упрощения показаны только две фазы демодулятора, третья фаза которого выполнена аналогично.

На статоре асинхронной машины с короткозамкнутым ротором 1 расположены основная якорная обмотка 2 и вспомогательная обмотка возбуждения 3. Якорная обмотка 2 через трехфазный демодулятор (ДМ) 4 подключена к нагрузке 5. Обмотка возбуждения 3 связана с тиристорным источником реактивной мощности (ТИРМ) 6.

Выходы многофазного задающего генератора (31) синусоидальных колебаний 7 схемы управления подключены к одним из входов многоканального функционального преобразователя напряжения в угол (ФП)

8, др,.не входы которого связаны с выходом многоканального генератора пилообразного напряжения (ГП) 9. Выход преобразователя 10 подключен к управляющему входу ТИРМ 6. Входы ГП 9 через пересчетную логическую схему (ПС) 10 и функциональный преобразователь напряжения в частоту (ФП) 11 связаны с выходом блока сравнения напряжения 12, на один из входов которого подается сигнал с датчика напряжений (ДН) 13, на другой вход — задающий сигнал. Вход ДН 13 связан с выходом ДМ 4. Одновременно выход блока сравнения напряжений 12 подключен к входу пропорционально-интегрального регулятора (ПИР) 14, который управляет работой

ГП 9 и одноканального преобразователя напряжения в частоту 15, выход которого через схему фазово-импульсного управления демодулятором (СУДМ) 16 подключен к управляющим входам ДМ 4. Одновременно на один из входов СУДМ 16 поступает сигнал с блока 8, Блоки 7 — 9 образуют тр ехф аз н ы и м одуля тор 17.

На фиг. 2 показана часть силовой схемы для одной фазы демодулятора напряжения

ДМ 4, где тиристоры Т, Т,, Т, и Т4 об-. разуют однофазную двухполупериодную схему выпрямления, включенную встречнопараллельно аналогичной схеме выпрями811482

5 теля на диодах Dj — D4. Здесь же изображены формы напряжения на входе демодулятора и на одной из фаз нагрузки У„, включенной в диагональ мостовой схемы.

Модуляционный асинхронный вентильный генератор работает следующим образом.

В наиболее характерном режиме ЛВГ возбуждается от ТИРМ в цепи статора, собранного по схеме автономного инвертора. Генератор вращается со скоростью, изменяющейся в широких пределах (в несколько раз). Напряжение на статоре сравнивается с задающим и подается на ФП 11 напряжения в частоту (фиг. За), который присоединен ко входу кольцевой пересчетной схемы 10, где происходит сдвиг частотных импульсов по фазе (фиг. Зб). Эти импульсы подаются на ГП 9 (фиг. Зв). На блок ФП 8 одновременно подаются с трехфазного задающего генератора 7 синусоида постоянной амплитуды и частоты и импульсы с генератора пилы 9 (фиг. Зг). В результате в блоке 8 осуществляется широтно-импульсная модуляция управляющих сигналов ТИРМ 6, по стабильной частоте следующих с несущей частотой возбуждения генератора. С выхода модулятора импульсы подаются на управляющие электроды тиристоров на ТИРМ 6. Для разделения двухполярного модулированного напряжения (фиг. Зе) с наименьшей потерей мощности рабочая обмотка 2 статора АВГ подключена к демодулятору 4, схема которого показана на фиг. 2, 4. Такое выполнение

ДМ 4 дает возможность использовать мощность обеих полуволн синусоиды напряжения, модулированного стабильной частотой.

Тиристоры демодулятора работают со стабильной частотой и синхронизируются импульсами управления от задающего генератора 7 и ФП 8. Один полупериод стабильной частоты работают тиристоры Т и

Т ; другой полупериод — тиристоры Т и Т., (фиг. 2).

В результате с выхода трехфазного демодулятора 4 на нагрузку поступает трехфазное напряжение постоянной частоты независимо от скорости вращения генератора (фиг. Зж).

Стабилизация амплитуды напряжения на нагрузке при изменении скорости нагрузки достигается как посредством канала частотной обратной связи ТИРМ 6 по отклонению напряжения (блоки 9, 8, 7, 6, 5, 3, 2), так и по каналу регулирования скважности управляющих импульсов ТИРМ 6 (угла управления) — блоки управления 9, 8, 12, 5, 3, 2.

При значительном диапазоне изменения скорости вращения генератора (2: 1) указанные каналы регулирования обеспечивают рациональный закон изменения напряжения и частоты на статорз генератора, например, постоянство максимума электромагнитной мощности.

60 бэ

Таким образом, работа пчедложенного модуляционного ЛВГ основана на принципе широтно-импульсной модуляции статорного напряжения постоянной частотой. При этом импульсы управления ТИРМ 6, работающего на несущей частоте — часто- е возбуждения генератора, модулируются по ширине в трехфазном модуляторе (17) по синусоидальному закону с постоянной частотой, а затем напряжение статора поступает на трехфазный демодулятор 4, который выделяет огибающую напряжения стабильной частоты.

Такое выполнение устройства позволяет максимально упростить силовую схему

АВГ, исключив узлы искусственной коммутации; устранить входные разделительные емкости ТИРМ, поскольку нагрузка включается в диагонали демодулятора, так как статорные напряжения АВГ уже смодулированы на стабильной частоте по системе управления ТИРМ. Поэтому схема демодулятора упрощается и не содержит узлов искусственной коммутации, что дополнительно повышает надежность и улучшает энергетические показатели привода.

Формула изобретения

Модуляционный асинхронный вентильный генератор, содержащий схему управления и силовую часть, состоящую из асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором, расположенной на статоре основной якорной обмотки и тиристорного источника реактивной мощности, выполненного по схеме автономного инвертора, а схема управления содержит датчик и задатчик напряжений, блок сравнения напряжений, функциональный преобразователь напряжения в частоту, пересчетную логическую схему и задающий генератор стабильной частоты, при этом выходы датчика и задатчика напряжений подключены к входам блока сравнения напряжений, а выход блока сравнения напряжений через функциональный преобразователь напряжения в частоту соединен с входом пересчетной логической схемы, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, повышения энергетических показателей и расширения диапазона работы генератора, на статоре асинхронного генератора установлена вспомогательная многофазная обмотка возбуждения, силовая часть дополнительно снабжена вентильным многофазным демодулятором, каждая из фаз которого содержит тиристорный и диодный мостовые двухполупериодные выпрямители, включенные встречно-параллельно между собой и по входам переменного тока присоединенные к фазным выводам основной якорной обмотки асинхронного генератора, а по выходам постоянного тока — к нагрузке, при этом вход ти811482 ристорного источника реактивной мощности подключен к фазным выводам вспомогательной обмотки возбуждения асинхронного генератора, выход постоянного тока закорочен, кроме того, в схему управления 5 дополнительно введены система фазово-импульсного управления демодулятором с управляющим и синхронизирующим входами, пропорционально-интегральный регулятор, одноканальный функциональный преобра- 10 зователь напряжения в угол и многофазный широтно-импульсный модулятор скважности импульсов стабильной частоты с многофазным задающим генератором стабильной частоты, многоканальный функциональный 15 преобразователь напряжения в угол и многоканальный генератор пилообразного напряжения, причем входы многоканального функционального преобразователя напряжения в угол подключены к выходам мно- 20 гофазного задающего генератора стабильной частоты и к выходам многоканального генератора пилообразного напряжения, входы которого соединены с выходом пересчетной логической схемы и выходом пропорционально-интегрального регулятора, выход многоканального функционального преобразователя напряжения в угол подключен к входу управления тиристорным источником реактивной мощности и к входу синхронизации системы фазово-импульсного управления демодулятором, на управляющий вход которой присоединен через пропорционально-интегральный регулятор и одноканальный функциональный преобразователь напряжения в угол выход блока сравнения напряжений.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Дудышев В. Д. и др. Принципы построения замкнутых систем регулирования асинхронных вентильных генераторов. Известия ВУЗОВ, «Электромеханика», № 10, 1977, с. 1104 — 1109.

2. Патент США № 3253174, кл. 322-47, 1972 (прототип).

811483

Фиг. »

Редактор Б. Федотов

Корректор 3. Тарасова

3аказ 513/18 Изд. № 215 Тираж 749 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4(5

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель А. Лебедев

Техред И, Пенчко ор а