РЕГУЛИРУЕМЫЙ ИСТОЧНИК РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ Российский патент 2010 года по МПК H02P9/46 H02J3/18 

Устройство относится к электротехнике, а именно к автоматическому регулированию реактивной мощности, поступающей в статор автономного асинхронного генератора для стабилизации его внешней характеристики, когда конструктивная доступность и массогабаритные характеристики реализации устройства являются определяющими. Это относится к случаю использования генератора небольшой мощности низкого напряжения на удаленных гидро- и ветроустановках с отсутствием обслуживающего персонала, а в случае выездного обслуживания решения должны быть приняты персоналом любой квалификации и без использования сложной измерительной техники, что позволяет все же уверенно эксплуатировать эти автономные источники, когда в противном случае такие источники энергии за счет сложности вообще не устанавливаются, а первичный источник энергии оказывается полностью потерян.

Известны устройства для автоматической стабилизации напряжения автономного асинхронного генератора с конденсаторным возбуждением, например /1/, содержащие дроссели магнитных усилителей со сложными обмотками и массивными ферромагнитными сердечниками. Обладая большими массогабаритными характеристиками, эти устройства, тем не менее, сложны и в электронной, и в электромеханической контактной части, так как могут содержать сложный частотно-фазовый дискриминатор, электромагнитные реле, контакты которого требуют постоянного ухода. Полагается, что масса дросселей может быть уменьшена, но тем не менее они остаются, так как в принципе должны в процессе регулирования потреблять часть емкостного тока. Частотно-фазовый дискриминатор и другие электронные элементы требуют специального обслуживания персоналом высокой квалификации. Для малых автономных источников электроэнергии это часто не приемлемо.

Известен прототип предлагаемого устройства, выполненный в виде устройства для автоматического регулирования напряжения асинхронного генератора /2/. Здесь по существу оптимизируется известная структура управления и использования элементов аналога и подобных устройств, но за счет резкого усложнения электронной и электромагнитной частей. Регулируемый дроссель остается, как и в аналоге.

Электронные нуль-орган, аналого-цифровой преобразователь, одновибратор, логические элементы подвержены влиянию помех, требуют постоянного высококвалифицированного персонала, сложной аналоговой и цифровой измерительной лабораторной базы, что для малых удаленных автономных систем также неприемлемо.

Предлагаемое устройство в указанных условиях применения в принципе лишено отмеченных недостатков, так как вообще не требует применения дросселей, а электронная схема регулирования максимально проста.

Для достижения этого первичная обмотка измерительного маломощного трансформатора напряжения для каждой фазы генератора подключена между фазным выводом и нейтралью генератора, на который подключен и первый вывод конденсаторной батареи, а вторичная обмотка - на потенциометр с регулируемым выводом, присоединенным к ветвям, состоящим из последовательных стабилитрона и встречного диода и выделяющих токи разного направления, заряжающие свои конденсаторы с зарядными и разрядными сопротивлениями и далее - через высокоомные ограничительные резисторы поступающие к базам двух составных транзисторов на их плавное, по мере роста напряжение статора сверхноминального запирания, коллекторы которых через защитные высоковольтные диоды объединены на другом выводе конденсаторной батареи, а эмиттеры - на нейтрали генератора и общей шине схемы, причем для начального подключения конденсаторной батареи к статору генератора непосредственно к базам транзисторов через высокоомные резисторы с положительным температурным коэффициентом, стабилизирующим работу транзисторов, подключены две миниатюрные аккумуляторные батареи соответствующими открывающими полярностями и одновременно питающие операционный усилитель, причем термосопротивления на изолирующих теплопроводящих пластинах размещены непосредственно на радиаторах транзисторов.

На чертеже приведена принципиальна схема предлагаемого устройства регулируемого источника реактивной мощности. Здесь 1 - конденсаторная батарея, подключаемая к фазе статора сверх емкости батареи, подключенной к статору стационарно. 2 - клемма фазного источника, подключаемая к своей фазе А, В, С. Клемма, подключаемая к нейтрали генератора - 3. 4, 3 - первичная обмотка измерительного трансформатора 5 с вторичной обмоткой 6, 7. 8 - потенциометр. 9, 10 - стабилитроны. 11, 12 - диоды. 13 - нагрузочный резистор. 14 - операционный усилитель. 15, 16 - диоды, выделяющие положительную и отрицательную полуволну с выхода усилителя. 17 - входной резистор. 18 - резистор отрицательной обратной связи усилителя. 19, 20 - зарядные сопротивления сглаживающих конденсаторов 21, 22 с разрядными резисторами 24, 23. 25, 26 - резисторы для плавного закрытия составных транзисторов 27, 28. 29, 30 - силовые диоды. 31, 32 - резисторы для открытия транзисторов. 33, 34 - аккумуляторные батареи.

Схема функционирует следующим образом. К каждой фазе статора подключается вывод устройства 2, а выводы 3 каждого фазного устройства объединяются с нулем генератора. Первичная обмотка 4, 3 измерительного трансформатора 5 подключена к фазе генератора. Трансформатор 5 своей вторичной обмоткой 6, 7 подключен к потенциометру 8, подвижный элемент которого определяет напряжение статора, при котором открываются стабилитроны 9, 10 только на своей отрицательной и положительной полуволнах, что обеспечивается диодами 11 и 12. Нагрузочный резистор 13 обеспечивает нормальный режим по току указанных диодов. Участки полуволн, возникающие при определенном уровне напряжения статора, выделяются на выходе усилителя 14, разделяются по знакам диодами 15, 16 и усредняются на конденсаторах 21, 22 с использованием зарядных резисторов 19, 20 и разрядных 23, 24. После этого появляется возможность снизить нежелательное повышение напряжения статора путем уменьшения тока в батарее конденсаторов 1 посредством закрытия транзисторов 27, 28 усредненными напряжениями на конденсаторах. Для этого запирающий ток от конденсаторов подается в базы транзисторов через резисторы 25, 26. До этого транзисторы открыты током через резисторы 31, 32 с положительным температурным коэффициентом от батарей 33, 34. Одновременно осуществляется и температурная стабилизация. В этом случае участие батареи конденсаторов 1 в работе асинхронного генератора снижается, растет частота напряжения статора, что ведет к снижению скольжения и уменьшению нарастания величины напряжения статора. При понижении напряжения статора имеет место обратный процесс. Качество стабилизации таким образом определяется усилением операционного усилителя 14, величиной емкости батареи 1, выделенной регулируемому источнику, и инерционными свойствами инерционных цепочек на конденсаторах 21, 22. Лучшая температурная стабилизация достигается при расположении термосопротивлений на радиаторах транзисторов.

Испытания предлагаемого устройства показали, что его реализация весьма проста. Могут быть использованы резисторы и диоды в схеме управления малой мощности. В качестве операционного усилителя вполне подходит, например, массовый К 140 УД 7. Составные транзисторы используют триоды типа КТ 812 с допустимым коллекторным напряжением 400 В и током 12 А. Не представляет трудности выбор силовых диодов 29 и 30 и аккумуляторных батарей из таблеток, например, для бытовых целей, которые нагружаются на резисторы 31, 32 величиной порядка 51 кОм, т.е. практически находятся в режиме хранения даже с учетом питания операционных усилителей. Величина радиаторов транзисторов определяется рассеиваемой мощностью, которая по расчетам и испытаниям не превосходит в среднем единиц процентов от мощности генератора. Для цепей аккумуляторных батарей резисторы 31 и 32 вполне могут быть выбраны в виде позисторов, например СТ 6-3Б. Это и стабилизирует температурный режим силовых транзисторов и освобождает эмиттерные цели от резисторов отрицательной обратной связи.

Литература

1. А.С. СССР. Устройство для автоматического регулирования напряжения асинхронного генератора, №877773, БИ №4, 30.10.81.

2. А.С. СССР. Устройство для автоматической стабилизации напряжения автономного асинхронного генератора с конденсаторным возбуждением, №875573, БИ №39, 23.10.81.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для автоматического регулирования реактивной мощности, поступающей в статор низковольтного асинхронного генератора от конденсаторной батареи для снижения отклонений его напряжения в автономных источниках энергии малой мощности. Техническим результатом является упрощение при малом расходе активной мощности, не превышающем единиц процентов от мощности генератора. В регулируемом источнике реактивной мощности непосредственно в цепь регулируемой батареи включены высоковольтные сильноточные транзисторы с максимально упрощенной схемой управления и температурной стабилизацией. 1 ил.

Регулируемый источник реактивной мощности для стабилизации напряжения статора трехфазного автономного низковольтного асинхронного генератора, подключаемый между нейтралью и фазным выводом и содержащий конденсаторную батарею, измерительный трансформатор напряжения, диоды, резисторы, низковольтные конденсаторы, операционный усилитель и высоковольтные сильноточные транзисторы, отличающийся тем, что первичная обмотка измерительного маломощного трансформатора напряжения для каждой фазы генератора подключена между фазным выводом и нейтралью генератора, на который подключен и первый вывод конденсаторной батареи, а вторичная обмотка - на потенциометр с регулируемым выводом, присоединенным к ветвям, состоящим из последовательных стабилитрона и встречного диода и выделяющих токи разного направления, заряжающие свои конденсаторы с зарядными и разрядными сопротивлениями и далее - через высокоомные ограничительные резисторы поступающие к базам двух составных транзисторов на их плавное по мере роста напряжение статора сверх номинального запирание, коллекторы которых через защитные высоковольтные диоды объединены на другом выводе конденсаторной батареи, а эмиттеры - на нейтрали генератора и общей шине схемы, причем для начального подключения конденсаторной батареи к статору генератора непосредственно к базам транзисторов через высокоомные резисторы с положительным температурным коэффициентом, стабилизирующим работу транзисторов, подключены две миниатюрные аккумуляторные батареи соответствующими открывающими полярностями и одновременно питающие операционный усилитель, причем термосопротивления помещены непосредственно на радиаторах транзисторов.