СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ АВТОНОМНЫМ АСИНХРОННЫМ ГЕНЕРАТОРОМ Российский патент 2003 года по МПК H02P9/00 H02P9/48 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для энергоснабжения объектов, требующих стабильную сеть переменного тока при переменной скорости вращения первичного двигателя.

Известны асинхронные машины, управляемые тиристорными преобразователями по цепи статора генератора или полностью управляемые по цепи ротора (М.М. Ботвинник и Ю. Г. Шакарян "Управляемая машина переменного тока", изд. "Наука", 1969 г. ). Известны также автономные асинхронные генераторы (авторское свидетельство СССР 543121; МКИ Н 02 Р 9/44, 26.03.73), в которых сигнал по отклонению выходного напряжения генератора воздействует на инвертор в цепи ротора, а частоту коммутации вентилей преобразователя в статорной цепи задают постоянной.

В указанном способе асинхронная машина начинает работать в генераторном режиме, лишь когда скорость вращения первичного двигателя превышает синхронную скорость используемой асинхронной машины. Когда скорость ниже синхронной, асинхронная машина работает в двигательном режиме, потребляя энергию от автономного инвертора. Таким образом диапазон рабочих скоростей автономного генератора, построенного по этому способу, имеет ограничение снизу.

В предлагаемом способе асинхронная машина работает в генераторном режиме (далее автономный асинхронный генератор) при любой скорости вращения первичного двигателя, отличной от нуля. Это достигается тем, что осуществляют управление напряжением преобразователя в цепи ротора по отклонению выходного напряжения автономного асинхронного генератора от заданного, а частоту коммутации его вентилей задают выше частоты сети на величину, пропорциональную скорости вращения ротора.

На чертеже показано устройство для реализации данного способа. Входной вал автономного асинхронного генератора 1 соединен с источником механической энергии вращения 2, имеющий переменную скорость вращения. В цепь фазного ротора автономного асинхронного генератора 1 включен автономный инвертор напряжения 3, питающийся от нерегулируемого выпрямителя 4, вход которого подключен к выходной цепи автономного асинхронного генератора. Для начального запуска автономного асинхронного генератора параллейно выпрямителю включена аккумуляторная батарея 5. Управление напряжением автономного инвертора осуществляют от регулятора напряжения 6, на вход которого поступает сигнал рассогласования между напряжением сети U₁ и напряжением задания U_з1. Частоту ω₂ коммутации вентилей задают генератором 7, управляемым от регулятора частоты 8, на вход которого поступает сигнал рассогласования между частотой выходного напряжения ω₁ и частотой ω_з1 опорного генератора 9.

Управление автономным асинхронным генератором осуществляется следующим образом. При первоначальном запуске автономный инвертор напряжения 3 преобразует постоянное напряжение от аккумуляторной батареи 5 в трехфазное напряжение, подаваемое в ротор автономного асинхронного генератора 1. Под действием этого напряжения формируется вращающееся магнитное поле в воздушном зазоре автономного асинхронного генератора. В результате этого наводится ЭДС в обмотках статора. При этом порядок чередования фаз в роторе выбран таким образом, что электромагнитное поле в воздушном зазоре вращается в сторону, противоположенную направлению вращения ротора, тогда частота выходного напряжения ω₁ будет определяться формулой:
ω₁ = ω₂-ω_p,
где ω₂ - частота коммутации вентилей ротора;
ω_p - скорость вращения ротора.

Если частота выходного напряжения ω₁ отличается от частоты ω_з1 опорного генератора 9, то напряжение на выходе регулятора частоты 8 будет изменяться, вызывая изменение частоты выходного напряжения генератора 7, который и определяет частоту коммутации вентилей. Таким образом изменяется частота коммутации вентилей и, как следствие, изменяется частота выходного напряжения автономного асинхронного генератора в сторону уменьшения рассогласования на входе регулятора частоты 8. В конечном итоге частота выходного напряжения ω₁ устанавливается равной частоте опорного генератора ω_з1, которая поддерживается неизменной. Если величина выходного напряжения U₁ (на обмотках статора) отличается от заданного U_з1, то из-за возникающего рассогласования происходит изменение напряжения на выходе регулятора 6, который изменяет величину выходного напряжения преобразователя 3. Это приведет к изменению тока ротора, что вызовет изменение потока намагничивания и, в конечном итоге - изменение напряжения на обмотках статора в сторону уменьшения рассогласования. При появлении выходного напряжения автономного асинхронного генератора появляется напряжение на выходе выпрямителя 4, который теперь обеспечивает питание автономного инвертора напряжения 3 и подзарядку аккумуляторной батареи 5.

При изменении скорости вращения первичного двигателя 2, изменяется частота и напряжение на выходе автономного асинхронного генератора. В результате появляется рассогласование на входах регуляторов частоты и напряжения, которые воздействуют на автономный инвертор напряжения 3 и устраняют это рассогласование, за счет изменения частоты и напряжения на выходе автономного инвертора напряжения 3. С целью обеспечения регулирования выходной частоты и выходного напряжения автономный инвертор напряжения работает в режиме широтноимпульсного модулирования (ШИМ).

В данном устройстве автономный инвертор напряжения обеспечивает поток возбуждения автономного асинхронного генератора, а энергия подается в сеть при вращающемся роторе за счет энергии, отбираемой с вала источника механической энергии вращения. И только в режиме, когда ротор не вращается, энергия подается в сеть за счет энергии, потребляемой от автономного инвертора напряжения. Таким образом, при любой скорости вращения, отличной от нуля, автономный асинхронный генератор, согласно предложенному способу, будет работать в генераторном режиме. При этом, согласно вышеуказанной формуле, частота коммутации вентилей автономного инвертора не будет ниже требуемой частоты сети, что упрощает практическую реализацию системы управления автономным инвертором напряжения.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для энергоснабжения объектов, требующих стабильную сеть переменного тока при переменной скорости вращения первичного двигателя. Техническим результатом является упрощение. Способ управления автономным асинхронным генератором с вентильным преобразователем в цепи ротора заключается в воздействии сигналом по отклонению выходного напряжения на вентильный преобразователь. При этом частоту коммутации вентилей преобразователя задают по рассогласованию частоты выходного напряжения и частоты опорного генератора. Изобретение позволяет поддерживать неизменно частоту и уровень выходного напряжения асинхронного генератора при изменяющейся скорости вращения первичного двигателя. 1 ил.

Способ управления автономным асинхронным генератором с вентильным преобразователем в цепи ротора, заключающийся в воздействии сигналом по отклонению выходного напряжения генератора на вентильный преобразователь и поддержании постоянной частоты выходного напряжения при переменной скорости вращения ротора, отличающийся тем, что частоту коммутации вентилей преобразователя задают по рассогласованию частот выходного напряжения и опорного генератора, формирующего постоянную частоту, причем частота коммутации вентилей преобразователя превышает частоту сети на величину, пропорциональную скорости вращения ротора.