Регулятор напряжения синхрон-ного генератора

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСК©МУ СВИ Н ИЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву —— (22) Заявлено 25.06.79 (2)) 2783404/24-07 (51)М. КЛ. с присоединением заявки ¹H 02 P 9/44

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (233 ПриоритетОпубликовано 15,03,81, Бюллетень Н9 10

Дата опубликования описания 15. 03. 81 (53) УДК 621. 313. .322:621.316. . 722 (088.8) (72) Авторы изобретения

А. П. Инешин и В. Ф. Масягин (71) Заявитель

1 (54 ) РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ СИ HXPOH НОГО ГЕНЕРАТОРА -

Изобретение относится к электро технике и может быть использовано в системах автоматического регулирования выходного напряжения синхронных генераторов, широко применяемых в качестве автономных источников питания электрооборудования станков, судов и др.

Известны устройства регуляторов напряжения синхронных генераторов, в том числе обеспечивающие частотное регулирование напряжения генератора по закону T/1=ñîïçtнезависимо от изменения нагрузки (1) и (21 .

Известен также регулятор напряжения синхронного генератора, содержащий частотно-зависимый измерительный элемент переменного тока, выпрямитель и элемент задания в цепи обратной связи, усилитель сигнала ошибки и усилитель мощности (31 .

Недостатками данного регулятора напряжения синхронного генератора являются низкая точность регулирования, сложность.и трудоемкость выполнения отдельных элементов.

Цель изобретения — упрощение и повышение точности частотно-зависимого регулирования напряжения генератора.

Поставленная цель достигается тем, что регулятор напряжения синхронного генератора, содержащий частотно-зависимый измерительный элемент переменного тока, выпрямитель и элемент задания в цепи обратной связи, усилитель сигнала ошибки и усилитель мощности, снабжен потенциометром подстройки. Г-образным сглаживака им

PS-фильтром и согласующим трансформатором, в качестве усилителя сигнала ошибки использован операционный усилитель с источником питания на стабилитронах, а в качестве частотно-зависимого измерительного элемента использована последовательная

RS-цепь, входом подключенная к зажимам для подключения на напряжение генератора, к конденсатору которой присоединена первичная обмотка согласукщего трансформатора, а зажимы вторичной обмотки .трансформатора подключены к клеммам выпрямителя, к выходным зажимам которого подключен потенциометр, подстройки,, который соединен через Г-образный сглаживающий кС-фильтр с инвертирующим входом операционного усилителя сигнала ошибки с полярностью, обеспечивакщей встречно последовательное направле813662 нне выходного напряжения потенциометра подстройки и напряжения одного из двух опорных стабилитронов источника питания усилителя сигнала ошибки, причем средняя точка источника подключена к неинвертирующему входу усилителя.

На фиг.1 приведена принципиальная схема регулятора напряжения синхронного генератора; на фиг. 2 — эквивалентная схема замещения входной частотно-зависимой цепи; на фиг.3 — статическая характеристика вход-выход системы автоматического регулирования (фиг.3).

Схема (фиг.1) содержит приводной двигатель 1, вращающий с угловой 15 частотой Ю ротор синхронного генерарегулируется изменением тока в обмотке 3 возбуждения. Питание обмотки

3 возбуждения производится 0Т усили- 20 теля 4 мощности, вход которого с:вязан с выходом усилителя 5 сигнала ошибки, выполненного на полупроводниковом электрическая схема замещения входной цепи регулятора напряжения синхрон— ного генератора. 65 тора 2, выходное напряжение которого операционном усилителе с охватом .его

КС-цепями динамической коррекции, придающим всему устройству свойства

ПИД-регулятора. Питание операционного усилителя 5 осуществляется от источника напряжения постоянного тока

Через параметрический стабилизатор на двух последовательно включенных

Стабилитронах, точка соединения которых, как средняя точка источника питания, связана с неинвертирующим входом усилителя 5.

Частотно-зависимое измерение выходного напряжения статорной цепи синхронного генератора 2 осуществляется последовательной RC-цепью Б и 7, к конденсатору 7 которой подключена первичная обмотка трансформатора 8, осуществляющего гальваническую раз— вязку цепей и частотную коррекцию характеристики вход-выход регулятора. Ко вторичной обмотке трансформатора 8 подключен однофазный вентильный мост 9, нагруженный по выхоцной диагонали постоянного тока на потекциометр 10 подстройки, связанный

Г-образным сглаживающим ВС-фильтром

11 с инвертирующим входом операционного усилителя 5. При этом за счет встречного направления выходного напряжения потенциометра 10 и напряжения одного иэ двух опорных стабилитронов источник питания (фиг.1), образуется элемент сравнения эталонного сигнала (стабилитрон) с сигналом цепи обратной связи (цепь 6-7-8-9 -1011), связанный со входом усилителя сигнала ошибки, образованным клеммами инвертирующего и неинвертирующего входов операционного усилителя 5.

На фиг. 2 приведена эквивалентная где: 13„ — напряжение синхронного генератора 2, поступающее на вход цепи;

Ч м б — параметры частотно-зависимой КС-цепи (6 и 7 фиг.1).

Ф вЂ” индуктивность трансформатора

8 по его упрошенной приведенной электрической схеме замещения; г — эквивалентное приведенное сопротивление нагрузки вторичной цепи трансформатора

8 (мост 9, потенциометр 10, фильтр 1 1);

U — выходное напряжение транс9 форматора 8, приведен ное к его первичной цепи.

На фиг.3 приведены статические характеристики вход-выход системы авторегулирования фиг.1, оснащенной регулятором напряжения синхронного генератора где 0 — выходное напряжсние синхронного генератора 2;

4) — угловая частота скорости вращения ротора генератора 2;

Ю„иЫ - соответственно верхнее и нижнее значение скорости вращения и частоты выходного напряжения синхронного генератора.

0 и Π— статические характеристики системы с правильно (a) и

Q неправильно (б) выбранными параметрами трансформатора 8 частотной коррекции цепи.

Устройство работает следующим образом.

В статическом установившемся режиме работы и верхнем(d, значении частоты (скорости вращения) синхронного генератора 2 емкостное сопротивление конденсатора 7 мало по сравнению с предвключенным сопротивлением резис— тора 6, а также с величинами„ приведенных по фиг.2 индуктивного сопротивления трансформатора 8 и сопротивления эквивалентной нагрузки г

Поэтому с большой степенью точности выполняется обратно пропорциональная частотная зависимость между выходным

U@ и входным 0 напряжениями измерительной цепи (фиг.2) .

О и х=. и следовательно, обеспечивается необходимый частотный закон регулирования (прямая прогорциональность между выходным напряжением U гснератора и

его частотой по характеристике а (фиг, 3) .

При переходе в режим работы с низ— кой частотой (скоростью вр-щения) синхронного генератора, т. е. М = M< и дост ат очно большом и ндук тив í oM сопротивлении трансформатора 8, из шунтирующим влиянием которого в схеме .(Фиг.2) можно тогда пренебречь, емкостное сопротивление конденсатора 7 возрастает и становится сравнимым

813662 с величиной сопротивления эквивалент ной нагрузки г измерительной цепи, т е. имеют место соотношения

Ur

Ч

При этом необходимый частотный закон 5 регулирования выходного напряжения синхронного генератора нарушается, что на графике фиг.3 показано отклонением характеристики б от характеристики а вверх, в нижней части час- 10 тотного диапазона регулирования генератора.

При правильно выбранных параметрах трансформатора 8 гальванической развязки цепей когда его эквивалентное индуктивное сопротивление в зоне низких рабочих частот генератора, т.е. при ь = Ю, становится соизмериЯ1 мым с величиной емкостного сопротивления конденсатора 7 удается осущест- 20 вить частотную коррекцию характерис— тики б вход-выход устройства, приблизив ее к желаемой характеристике а по фкг.3. Это объясняется некоторым уменьшением исходной емкостной проводимости параллельного участка из— мерительной цепи схемы фкг.2 за счет увеличения индуктивной проводимости, что в итоге компенсирует шунтирующее влияние эквивалентной нагрузки r цепи, улучшая точность ее измерения, к учи- >О тывается соотношениями

Ол 1 (J Г

9 (т/ + 5„>с+ —. ) дш1

С учетом такого соблюдения обрат— но пропорционального соотношения ме>кду выходным 0о v входным О напряжениями измерительной цепи 6-7-8-9, ее выходное выпрямленное мостом 9 напряжение постоянного тока снимается с 40 потенциометра 10 подстройки и поступает через сглаживающий RC-.ôèëüòð 11 на вход усилителя 5 сигнала ошибки.

Здесь это напряжение как сигнал обратной связи сравнивается с напряжением задания опорного стабилитрона и их разность (сигнал ошибки) совместно с остаточными напряжениями пульсаций фильтра 11 подается на дифференциальный вход операционного усилителя 5, обеспечивая его управляемый широтно-импульсный режим работы.

Выход усилителя сигнала ошибки далее связан со входом усилителя 4 мощности (полупроводниковый транзисторный или тиристорный усилитель), обеспе- 55 чивакщий в соответствии с поданным на его вход усиленным сигналом ошиб— ки такое регулирование тока в обмотке 3 возбуждения генератора, при котором величина его выходного напряже- Щ ния с учетом частоты вращения, измеряемая предлагаемое измерительной цепью 6-11, соответствует заданию, т.е. выходной сигнал постоянного тока измерительной цепи с некоторым откло- 65 ненкем, характерным для используемой статической системы авторегулкрования, сравнивается с напряжение задания (опорного стабилитрона) .

Положительный эффект от использования предлагаемого регулятора состоит в упрощении измерительной и управляющей цепей регулятора и в существенном повышении точности обеспечения чистотного закона регулирования выходного напряжения синхронного генератора при изменениях температуры окружающей среды, нагрузки и скорости вращения приводного двигателя.

Формула изобретения

Регулятор напряжения синхронного генератора, содержащий частотно-зависимый измерительный элемент переменного тока, выпрямитель и элемент задания в цепи обратной связи, усилитель сигнала ошибки и усилитель мощности, соединенный с обмоткой возбуждения, отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения точности частотно-зависимого регулирования напряжения генератора, он снабжен потенциометром подстройкк, Г-образным сглаживающим ВС-фильтром и согласующим трансформатором, в качестве усилителя сигнала ошибки использован операционный усилитель с источником питания на двух стабилитронах а в качестве частотно-зависимого измерительного элемента использована последовательная RC-цепь, входом подключенная к зажимам для подключения на напряжение генератора, к конденсатору которой присоединена первичная обмотка согласующего трансформатора, а зажимы вторичной обмотки трансформатора подключены к клеммам выпрямителя, к выходным зажимам которого подключен потенцкометр подстройки, который соединен через Г-образный сглаживающий

BC-фильтр с инвертирующим входом операционного усилителя сигнала ошкбки а полярностью, обеспечивающей встречно последовательное направление выходного напряжения потенцкометра подстройки и напряжения одного кз двух опорных стабилитронов источнкка питания усилителя сигнала ошибки, причем средняя точка источника питания подключена к неинвертирующему входу усилителя.

Источники информации, пркнятые во внимание при экспертизе

1. Вингер A.A. Системы автоматического регулирования возбуждения синхронных электрических машин. М., "Информстандартэлектро", 1968.

2. Патент CU3A Р 2989684, кл. 322-23, 1961.

3. Патент США 9 3714541, кл. Н 02 Р 9/30, 3?2-24, 1973.

813662

Составитель К. Фотина

РЕдактор Е. Дорошенко Техред И.Голинка КорректорВ. Синицкая

Заказ 04/74 Тираж 730 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и окрытий

113035< Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. ужгород, ул. Проектная, 4