УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ АВТОНОМНЫМ АСИНХРОННЫМ ГЕНЕРАТОРОМ Российский патент 2020 года по МПК H02P9/46 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к электротехнике, в частности, к устройству управления автономным асинхронным генератором, и может быть использовано в автономных и стационарных электроагрегатах и электростанциях с асинхронными генераторами, использующими регулируемое конденсаторное возбуждение.

Уровень техники

Известно устройство для регулирования и стабилизации напряжения автономного асинхронного генератора, в котором имеется трехфазная группа некоммутируемых конденсаторов и несколько групп (в данном случае три) коммутируемых конденсаторов. Группы коммутируемых конденсаторов подключаются к обмоткам статора генератора при снижении напряжения генератора из-за подключения увеличивающейся нагрузки. Снижение напряжения генератора оценивается датчиком в виде трехфазного выпрямителя, нагруженного на измерительное сопротивление, с части которого измеряется напряжение. В качестве коммутационных устройств применяют трехфазные электронные ключи в виде оптоэлектронных трехфазных реле переменного тока. В устройстве управление асинхронным генератором производится подключением к обмоткам генератора дополнительных батарей трехфазных конденсаторов в зависимости от усредненной величины трехфазного напряжения генератора с дополнительным контролем фазы напряжений генератора для включения конденсаторов в момент перехода фазного напряжения через "ноль". Трехфазный электронный ключ подключает дополнительные фазные конденсаторы возбуждения, первоначально находящиеся в разряженном состоянии и в последующих режимах в различной степени заряженности. (см. пат. РФ №2373630, МПК ⁸ Н02Р 9/46, "Устройство для регулирования и стабилизации напряжения автономного асинхронного генератора" / Богатырев Н.И. и др. // Бюл. 2009 №32). Недостатки данного устройства:

- измеряемое и опорное напряжение устройства контроля напряжения имеют пульсацию, что снижает точность поддержания напряжения;

- низкая стабильность напряжения;

- выключение конденсаторов оптоэлектронными трехфазными реле происходит в момент перехода тока через "ноль", при этом на конденсаторе остается заряд, который при очередном включении в "нулевой" фазе напряжения приводит к ударным токам разряда конденсаторов;

- при подключении незаряженных конденсаторов в "нулевой" фазе напряжения генератор заряжает конденсаторы в течение 1/4 периода;

- генератор, кроме подключенной нагрузки, дополнительно нагружается, заряжая разряженные, подключаемые дополнительно конденсаторы;

- нарушается баланс мощностей в системе "генератор - конденсаторы возбуждения - нагрузка", из-за недостатка реактивной и активной мощности генератора это может нарушать устойчивость работы как генератора, так и приводного двигателя;

- отсутствует контроль величины подключаемой нагрузки;

- при неравномерной нагрузке фаз возможна не симметрия напряжения фаз, что не контролируется датчиком, измеряющим усредненную величину трехфазного напряжения только по линейным напряжениям;

- включение всех конденсаторов только в треугольник исключает возможность коррекции не симметрии фазных напряжений:

- в заявленном устройстве на рис. 1, 2 отсутствуют элементы устройства, обеспечивающие контроль перехода напряжения через "ноль";

- устройство не имеет обязательного вывода "звезды" обмоток генератора, являющейся нейтральным проводом;

- низкие скорость управления и динамическая устойчивость.

Известно устройство дискретной системы управления асинхронным генераторным комплексом с цифровым регулятором напряжения, работающее при постоянной частоте вращения приводного двигателя. Устройство реализует ступенчатое регулирование величины емкости конденсаторов возбуждения, подключаемых к асинхронному генератору при изменении напряжения, вызванном изменением величины нагрузки. Асинхронный генератор содержит один некоммутируемый трехфазный блок конденсаторов самовозбуждения, и несколько (пять) коммутируемых блоков конденсаторов возбуждения. Устройство управления контролирует величину напряжения только одной из фаз и, в зависимости от его величины, включает-выключает трехфазные оптотиристорные коммутаторы подключения конденсаторов возбуждения на фазные обмотки генератора. Каждый блок конденсаторов возбуждения трехфазный соединен в "звезду" без соединения с нейтралью асинхронного генератора. Конденсаторы фаз последовательно с токоограничивающим резистором подключаются к фазным обмоткам генератора посредством пар встречно-параллельно соединенных оптотиристоров. Дополнительно вместо оптотиристоров конденсаторы могут вручную подключаться выключателем (см. Вишневский Л.В., Пасс А.Е. Системы управления асинхронными генераторными комплексами, Киев, "Лыбидь", 1990, 167 с. раздел 3.5 Рис 3.8, 3.9).

Недостатками данного устройства являются:

- невозможность получения стабильной частоты генератора при переменной нагрузке, так как частота вращения приводного двигателя неизменна, а преобразующее магнитное поле имеет скольжение;

- нестабильная выходная частота генератора, зависящая от величины нагрузки, так как частота вращения приводного двигателя постоянна;

- контроль величины напряжения осуществляется только по одной фазе;

- отсутствует раздельный контроль величин токов нагрузки и конденсаторов возбуждения;

- искажения напряжения при перезарядах конденсаторов;

- при неравномерной нагрузке фаз возможно нарушение симметрии напряжений фаз;

- применение трех полюсных шунтирующих выключателей, включаемых вручную, приводит к недопустимым броскам тока зарядки конденсаторов;

- дополнительные потери энергии и неэффективное использование конденсаторов возбуждения из-за последовательно включенных ограничивающих ток резисторов;

- невозможность независимого, пофазного включения конденсаторов;

- нет соединения конденсаторов с нейтралью генератора, что исключает возможности симметрирования системы напряжений фаз;

- низкие скорость управления и динамическая устойчивость.

Известно устройство для регулирования и стабилизации напряжения автономного многофункционального асинхронного генератора, в котором имются низковольтная и высоковольтная обмотки, трехфазная группа не коммутируемых конденсаторов, соединенных в "звезду", и батарея коммутируемых конденсаторов, подключаемых к высоковольтной обмотке. К низковольтной обмотке дополнительно подключен трехфазный силовой выпрямительный мост для питания нагрузок постоянным током. Батарея коммутируемых конденсаторов, соединенная в треугольник, подключается к обмоткам трехфазным оптоэлектронным симисторным ключом. Оптроны трехфазного ключа соединены последовательно и своим входом подключены к выходу компаратора и включаются по сигналу компаратора. К высоковольтной обмотке подключен маломощный трехфазный выпрямитель формирующий уровень управляющего напряжения для компаратора на инверсном входе. Электронный ключ выполнен с контролем фазы коммутируемого напряжения через ноль. (см. пат. РФ №2457612, МПК ⁸ Н02Р 9/46, "Устройство для регулирования и стабилизации напряжения автономного многофункционального асинхронного генератора" / Богатырев Н.И. и др. // Бюл. 2012 №215).

Недостатками данного устройства являются:

- фактическое отсутствие датчика перехода через ноль коммутируемого напряжения;

- трехфазный электронный ключ управляется одним общим сигналом, поэтому коммутация блока конденсаторов осуществляется по всем фазам одновременно, вследствие этого включение при переходе через ноль каждой фазы невозможно;

- контроль напряжения генератора трехфазным выпрямителем исключает контроль напряжения фаз и, следовательно, допускается искажение величин фазных напряжений и несимметрия фаз;

- низкие скорость управления и динамическая устойчивость.

Наиболее близким, по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятое авторами за прототип, является устройство "источник питания", в котором с целью повышения качества напряжения и быстродействия управления асинхронным генератором к нему постоянно подключена первая группа конденсаторов и вторая управляемая группа конденсаторов. Конденсаторы второй группы подключаются к фазам генератора тиристором с помощью системы управления. Система управления содержит диодно - тиристорные ключи, импульсный и измерительный трансформаторы, фазо сдвигающий узел и резисторно - стабилитронные пороговые элементы. Конденсаторы второй группы подключаются с частотой и длительностью в зависимости от величины изменения напряжения, (см. пат. РФ №1511846, МПК ⁸ Н02Р 9/46, "Источник питания " / Ругайн А.В. и Дюков В.В. // Бюл. 1989. №36).

Недостатками данного устройства являются:

- заряд конденсаторов второй группы выполняется независимо на одной полу волне на 1/4 периода, а разряд на другой полу волне управляемым тиристором, это искажает резонансный режим колебательного процесса в контуре "индуктивность генератора - конденсатор" и как следствие качество напряжения;

- открытие тиристора формируется импульсным трансформатором и фазо сдвигающим узлом, запитанными от изменяющегося напряжения

генератора что будет вносить дополнительные искажения и неточности управления;

- регулирование осуществляется зарядом - разрядом конденсаторов второй группы, то есть накопительным методом, что снижает скорость процесса и динамику регулирования;

- при импульсном регулировании необходима большая емкость конденсаторов.

Подводя итог известных устройств управления, можно заключить:

- все известные устройства при изменении величины подключаемой нагрузки реализуют изменение подключенной величины емкости конденсаторов по контролю изменения напряжения без предварительного точного определения величины подключенной нагрузки и необходимой для подключения величины емкости конденсаторов;

- прямое подключение контактором к асинхронному генератору конденсаторов при изменении величины включаемой нагрузки без учета момента включения, при этом происходит ударная нагрузка на генератор, нарушающая динамическую устойчивость;

- включение конденсаторов тиристорами с контролем перехода напряжения через ноль, происходит при разряженном конденсаторе, при этом начинается зарядка разряженного конденсатора, что является дополнительной нагрузкой на генератор;

- для включения в нуле напряжения при трехфазном генераторе необходимо раздельно контролировать нулевое напряжение каждой фазы и включение конденсаторов производить поочередно к каждой фазе со сдвигом во времени. Если используется трех полюсный коммутационный аппарат, то включение конденсаторов фаз производится одновременно. При нуле напряжения включение производится только одной фазы, конденсаторы двух других фаз включаются на напряжение равное 0.85 U_m и, следовательно, их включение сопровождается максимальным броском ударного тока. Это приводит к резкому снижению напряжения или к срыву возбуждения генератора.

Раскрытие изобретения

Задачей предлагаемого изобретения является разработка устройства управления автономным асинхронным генератором, обладающим:

- быстродействующим и точным определением величины подключаемой нагрузки и соответственно ей точным значением необходимой для подключения дополнительной величины емкости форсирующих конденсаторов;

- повышенным быстродействием и динамической устойчивостью при включении нагрузок различной величины и характера;

- уменьшенной длительностью переходных процессов из-за отсутствия автоколебаний системы при бросках величины тока коммутации нагрузки и конденсаторов (включения нагрузки и конденсаторов);

- повышенным качеством электроэнергии (уменьшенными отклонениями и колебаниями напряжения и частоты).

Технический результат, который может быть получен с помощью предлагаемого изобретения, сводится к точному и быстрому определению величины подключаемой нагрузки и соответственно ей определению точного значения необходимой для подключения дополнительной величины емкости форсирующих конденсаторов и их оптимально быстрым подключением, повышению динамической устойчивости асинхронного генератора при включении больших нагрузок, уменьшению длительности переходных процессов из-за снижения автоколебаний системы при бросках токов коммутации нагрузки и конденсаторов (включения нагрузки и конденсаторов), повышении качества электроэнергии (уменьшения отклонений и колебаний напряжения и частоты).

Технический результат достигается с помощью устройства управления автономным асинхронным генератором, содержащего постоянно подключенные конденсаторы начального самовозбуждения, трансформаторы тока фаз, блоки конденсаторов форсирования возбуждения генератора, включаемые тиристорными ключами, систему управления, при этом система управления состоит из преобразователя величины напряжения фаз, датчиков перехода напряжений фаз через ноль, таймера, синхронизированного с напряжением асинхронного генератора, через преобразователь величины напряжения фаз, масштабного преобразователя величины вторичного тока i_2u, i_2v, i_2w, датчиков перехода вторичного тока через ноль каждой фазы, измерительных синхронизированных датчиков вторичного тока фаз, синхронизированные таймером с напряжением асинхронного генератора, блока вычисления мощности нагрузки, подключенной к асинхронному генератору 1, блока вычисления требуемой емкости блока фазных форсирующих конденсаторов, формирователя команд управления блоков электронных ключей, синхронизированное с напряжением асинхронного генератора, блок питания элементов системы управления, при этом выходы формирователя команд управления, связаны с управляющими входами блоков электронных ключей, а первый вход формирователя команд управления соединен с выходом блока вычисления требуемой емкости блока фазных форсирующих конденсаторов, а второй вход соединен с выходом датчиков перехода напряжения фаз через ноль, входы которых подключены к первому выходу преобразователя величины напряжения фаз, входом подключенному к фазам асинхронного генератора, вторые выходы преобразователя величины напряжения фаз через таймер подключены к первому входу измерительных датчиков вторичного тока синхронизированным таймером с напряжением генератора, а третий выход подключен к первому входу блока вычисления мощности нагрузки, выход которого соединен с входом блока вычисления требуемой емкости блока форсирующих конденсаторов, вторичные обмотки трансформаторов тока фаз подключены к входам масштабных преобразователей величины вторичного тока, а их выходы подключены к входам датчиков перехода вторичного тока через ноль каждой фазы, их выходы являются вторыми входами измерительных синхронизированных датчиков вторичного тока фаз, а их выход является вторым входом блока вычисления мощности нагрузки, причем элементы системы управления запитаны от блока питания.

Краткое описание чертежей и иных материалов

На фиг. 1 дано устройство управления автономным асинхронным генератором. Принципиальная электрическая схема силовой части автономного асинхронного генератора, общий вид.

На фиг. 2, то же, функционально-логическая схема устройства управления.

На фиг. 3, то же, представлено устройство управления автономным асинхронным генератором. Времятоковая характеристика работы датчика тока фазы по определению тока нагрузки.

Осуществление изобретения

Устройство управления автономным асинхронным генератором, его силовая часть (см. фиг. 1) содержит асинхронный генератор 1 с тремя фазными обмотками U, V, W, соединенными в генераторе 1 общей точкой - нейтралью N и одноименно выведенным проводом. К фазным обмоткам и нейтрали U, V, W, N присоединены конденсаторы 2 самовозбуждения асинхронного генератора 1, имеющие малую емкость. К фазным обмоткам и нейтрали U, V, W, N одним концом присоединены блоки фазных форсирующих конденсаторов 3, обеспечивающие дополнительное возбуждение асинхронного генератора 1 при подключении нагрузки (на фиг. не показана). Коммутация других концов блоков фазных форсирующих конденсаторов 3 осуществляется блоками трехфазных электронных ключей 4 к фазам U, V, W асинхронного генератора 1. В блоках трехфазных электронных ключей 4 качестве ключей используют транзисторные ключи переменного тока. Транзисторные ключи переменного тока в отличие от тиристоров обеспечивают включение и выключение в требуемые моменты времени. Управление блоками электронных ключей 4 выполняется по цепям управления ключами 5 системой управления 6. Возможно независимое управление каждым ключом переменного тока в блоке трехфазных электронных ключей 4. Блоков фазных форсирующих конденсаторов 3 и соответственно блоков электронных ключей 4 может быть несколько в зависимости от мощности асинхронного генератора 1 и требуемой точности регулирования напряжения. Контроль фактического напряжения генератора 1 осуществляется в каждой фазе U, V, W, и их значения по цепям контроля напряжения 7 передаются в систему управления 6. В каждой фазе асинхронного генератора 1 установлены трансформаторы 8 тока. По первичным обмоткам трансформаторов 8 тока протекают токи нагрузки фаз i₁. По вторичным обмоткам трансформаторов 8 тока 8 протекают токи i₂, и по цепям 9 контроля тока поступают в систему управления 6. На выходе асинхронного генератора 1 за трансформаторами 8 тока установлен выключатель 10 асинхронного генератора 1, при этом система управления 6 (см. фиг. 2), представлена функционально - логической схемой, которая содержит следующие элементы: преобразователь 11 величины напряжения фаз, датчики 12 перехода напряжений фаз через ноль, таймер 13, синхронизированный с напряжением асинхронного генератора 1, через преобразователь 11 величины напряжения фаз, масштабные преобразователи 14 величины вторичного тока i_2u, i_2v, i_2w трансформаторов 8 тока фаз, датчики 15 перехода вторичного тока через ноль каждой фазы, измерительные синхронизированные датчики 16 вторичного тока фаз, синхронизированные таймером 13 с напряжением асинхронного генератора 1, блок 17 вычисления мощности нагрузки, подключенной к асинхронному генератору 1, блок вычисления требуемой емкости 18 блока фазных форсирующих конденсаторов 3, формирователь 19 команд управления блоков электронных ключей 4, синхронизированное с напряжением асинхронного генератора 1, блок питания 20 элементов системы управления 6, при этом в система управления 6 содержащая формирователь 19 команд управления, выходы которого связаны с управляющими входами блоков электронных ключей 4, при этом первый вход формирователя 19 команд управления соединен с выходом блока вычисления требуемой емкости 18 блока фазных форсирующих конденсаторов 3, а второй вход соединен с выходом датчиков 12 перехода напряжения фаз через ноль, входы которых подключены к первому выходу преобразователя 11 величины напряжения фаз, входом подключенному к фазам асинхронного генератора 1, вторые выходы преобразователя 11 величины напряжения фаз через таймер 13 подключены к первому входу измерительных синхронизированных датчиков 16 вторичного тока синхронизированные таймером 13 с напряжением асинхронного генератора 1, а третий выход подключен к первому входу блока 17 вычисления мощности нагрузки, выход которого соединен с входом блока вычисления требуемой емкости блока форсирующих конденсаторов 3, а вторичные обмотки трансформаторов 8 тока фаз подключены к входам масштабных преобразователей 14 величины вторичного тока, а их выходы подключены к входам датчиков 12 перехода напряжений фаз вторичного тока через ноль каждой фазы, их выходы являются вторыми входами измерительных синхронизированных датчиков 16 вторичного тока фаз, а их выход является вторым входом блока вычисления мощности нагрузки 17, при этом элементы системы управления 6 запитаны от блока питания 20.

Устройство управления автономным асинхронным генератором работает следующим образом.

При запуске агрегата (на фиг. не показан) начинает вращаться ротор асинхронного генератора 1. За счет остаточной намагниченности ротора асинхронного генератора 1 и тока блока конденсаторов 2 самовозбуждения происходит самовозбуждение асинхронного генератора 1, и на выходе обмоток асинхронного генератора 1 формируется напряжение холостого хода, равное номинальному. Это напряжение через блок питания 20 приводит в рабочее состояние все элементы системы управления 6 асинхронным генератором 1.

Включается выключатель 10 асинхронный генератор 1 подготовлен к работе, то есть к приему нагрузки. При подключении нагрузки режим работы асинхронного генератора 1 изменяется, его напряжение и ток цепей возбуждения блока конденсаторов 2 самовозбуждения уменьшаются, что снижает качество напряжения и устойчивость работы асинхронного генератора 1. Необходимо максимально быстро подключить добавочную емкость блока фазных форсирующих конденсаторов 3. Величина емкости блока фазных форсирующих конденсаторов 3 должна строго соответствовать величине подключенной нагрузки. При этом условии обеспечивается устойчивость системы управления 6 и стабильность напряжения и частоты асинхронного генератора 1. Традиционное измерение и оценка величины и характера нагрузки по действующему значению тока имеет большую длительность и невысокую точность, что не позволяет подключить к асинхронному генератору 1 необходимую величину емкости с минимальным временем. Это является причиной того, что современный уровень мощности применяемых автономных асинхронных электроагрегатов не превышает 9 кВт. Через первичные обмотки трансформаторов 8 тока проходят токи нагрузки i₁ фаз U, V, W. По вторичным обмоткам трансформаторов 8 тока соответственно проходят вторичные токи фаз i_2u, i_2v, i_2w Эти токи поступают на масштабные преобразователи 14 величины вторичного тока они изменяют токи i₂ до необходимой величины, для последующего использования в системе управления 6. Уменьшенные значения токов подаются на датчики 15 перехода вторичного тока через ноль 15 и по ним определяются моменты перехода первичных токов i₁ фаз U, V, W через нулевое значение. Эти значения токов и моментов подаются в блоки синхронизации измерительные синхронизированные датчики 16 вторичного тока фаз, где синхронизируются с напряжением фаз асинхронного генератора 1 по фазовому углу нагрузки. Измеренное значение тока с измерительного синхронизированного датчика 16 тока и напряжение с преобразователя 11 напряжения фаз передаются на вычислитель 17 полной мощности нагрузки. Значение полной мощности нагрузки передается на блок вычисления величины требуемой емкости 18 блока фазных форсирующих конденсаторов 3, необходимой для компенсации конкретной подключенной нагрузки. Значение требуемой емкости с блока расчета величины емкости 18 передается в формирователь 19 команд управления. Выдача команд управления формирователем 19 команд управления синхронизируется сигналами с датчика 12 перехода напряжений фаз через ноль. Формирователь 19 команд управления определяет синхронизированные с напряжением генератора 1 моменты срабатывания транзисторов блока трехфазных электронных ключей 4.0писание процесса ускоренного определения величины тока нагрузки i₁ (см. фиг. 3). Мгновенное значение тока нагрузки i₁ можно представить в виде функций времени или фазового угла в соответствии с выражениями:

При нулевых значениях времени или угла синусоидальный ток равен нулю. При подключении нагрузки датчики 15 перехода тока через ноль фиксируют момент и очередность перехода тока фаз U, V, W через ноль и определяют, в которой из фаз ранее других происходит переход через ноль. Например, на фиг. 3 точка t_в - момент включения нагрузки, точка "а" - момент перехода тока ближайшей фазы через ноль.

Магнитные потоки и потокосцепления в сердечниках трансформаторов 8 тока являются синусоидальными функциями аналогичными (1). Напряжение во вторичной обмотке трансформатора 8 тока определяется производной этих величин и, следовательно, изменяется по косинусу, описывается выражением:

где: к₁, к₂ - коэффициенты пропорциональности, r_m - магнитное сопротивление трансформатора тока.

При переходе i₁ через ноль i₂ достигает максимума. В замкнутом контуре вторичной цепи трансформатора 8 тока изменение вторичного тока i₂ описывается также косинусом, то есть i₂ является первой производной на фиг. 3 отношение вс/ав

Учитывая выражения (1, 2) можно выражение (3) представить в виде:

где - к_т - коэффициент трансформации трансформатора тока 8.

Из анализа следует: вторичный ток i₂ трансформатора 8 тока 8 определяется произведением двух величин I_m1/к_т и cos ωt или cos ϕ. Первый множитель - постоянная величина прямо пропорциональная действующему значению нагрузки I₁. Второй множитель -cos ωt или cos ϕ, (функция косинус) на участке угла от нуля и до 10 градусов имеет значение от 1 до 0,985, то есть является практически постоянной величиной, которую можно принять равной, например, 0.99 или 1.0. Рассматривая косинус функцией времени, ноль градусов соответствует нулю времени, а 10 градусов соответствует 0,55 мс, на фиг. 3 точка "b". Это значение времени фиксируется с помощью таймера 13 синхронизированного с напряжением асинхронного генератора 1, таким образом, следует вывод, что первичный ток (нагрузки i₁) и вторичный ток i₂ трансформатора 8 тока имеют линейную зависимость на указанном интервале времени. Так как на этом интервале времени ток нагрузки I₁ минимален, напряжение асинхронного генератора 1 не искажается и значение тока нагрузки I₁ максимально точное. Таким образом, с помощью трансформатора 8 тока при переходе тока нагрузки через ноль можно за минимальное время - менее 1 мс по величине тока i₂ определить i₁ точка "с" на фиг. 3 и действующее значение величины тока I₁ нагрузки генератора 1 до достижения его фактического максимума. Используя выражение (4) можно записать:

Определение фактической величины тока нагрузки I₁, мощности нагрузки, величины емкости конденсаторов и моментов их подключения осуществляется с минимальным временем (практически мгновенно). За счет этого достигается минимальное отрицательное воздействие на электромеханический процесс генератора 1 из-за подключения нагрузки. Этим обеспечивается максимальная динамическая устойчивость электрической системы и повышенное качество электроэнергии (уменьшение отклонений напряжения и частоты).

Конструктивно функционально-логическая схема устройства управления основными элементами может быть реализована в контроллере. Предлагаемое устройство управления автономным асинхронным генератором обеспечивает улучшение работы асинхронного генератора под нагрузкой. Первое - за счет точного вычисления необходимой величины емкости конденсаторов 2 форсирования самовозбуждения, второе - за счет их быстрого подключения и третье - за счет оптимальных моментов времени включения конденсаторов 2. Устройство управления автономным асинхронным генератором может использовать различные режимы подключения конденсаторов 2 форсирования самовозбуждения. Первый способ - это одновременное включение трех конденсаторов фаз. Второй способ - пофазное подключение разряженных конденсаторов 2 форсирования самовозбуждения в момент перехода напряжения фазы через нулевое значение. Третий способ - включение предварительно заряженных конденсаторов 2 форсирования самовозбуждения в моменты достижения максимума напряжения отдельно каждой фазы. Подобное устройство управления может применяться для однофазного автономного асинхронного генератора.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими известными техническими решениями имеет следующие преимущества:

- быстродействующее и точное определение величины подключаемой нагрузки и соответственно ей точное значение необходимой для подключения дополнительной величины емкости форсирующих конденсаторов;

- повышенное быстродействие и динамическую устойчивость при включении нагрузок различной величины и характера;

- уменьшенную длительность переходных процессов из-за отсутствия автоколебаний системы при бросках величины тока коммутации нагрузки и конденсаторов (включения нагрузки и конденсаторов);

- повышенным качеством электроэнергии (уменьшенными отклонениями и колебаниями напряжения и частоты).

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройству управления автономным асинхронным генератором. Техническим результатом является точное и быстрое определение величины подключаемой нагрузки и точное определение значению величины емкости форсирующих конденсаторов, повышение динамической устойчивости асинхронного генератора, уменьшение длительности переходных процессов и повышение качества электроэнергии. Устройство управления автономным асинхронным генератором, его силовая часть (фиг. 1) содержит асинхронный генератор (1) с тремя фазными обмотками U, V, W, соединенными в генераторе (1) общей точкой - нейтралью N и одноименно выведенным проводом. К фазным обмоткам и нейтрали U, V, W, N присоединены конденсаторы (2) самовозбуждения асинхронного генератора (1), имеющие малую емкость. К фазным обмоткам и нейтрали U, V, W, N одним концом присоединены блоки фазных форсирующих конденсаторов (3), обеспечивающие дополнительное возбуждение асинхронного генератора (1) при подключении нагрузки. Коммутация других концов блоков фазных форсирующих конденсаторов (3) осуществляется блоками трехфазных электронных ключей (4) к фазам U, V, W асинхронного генератора (1). В блоках трехфазных электронных ключей (4) в качестве ключей используют транзисторные ключи переменного тока. Транзисторные ключи переменного тока в отличие от тиристоров обеспечивают включение и выключение в требуемые моменты времени. Управление блоками электронных ключей (4) выполняется по цепям управления ключами (5) системой управления (6). Возможно независимое управление каждым ключом переменного тока в блоке трехфазных электронных ключей (4). Блоков фазных форсирующих конденсаторов (3) и блоков электронных ключей (4) может быть несколько в зависимости от мощности асинхронного генератора (1) и требуемой точности регулирования напряжения. Контроль фактического напряжения генератора (1) осуществляется в каждой фазе U, V, W, и их значения по цепям контроля напряжения (7) передаются в систему управления (6). В каждой фазе асинхронного генератора (1) установлены трансформаторы тока (8). По первичным обмоткам трансформаторов тока (8) протекают токи нагрузки фаз i₁. По вторичным обмоткам трансформаторов тока (8) протекают токи i₂ и по цепям (9) контроля тока поступают в систему управления (6). На выходе асинхронного генератора (1) за трансформаторами 8 тока установлен выключатель (10) асинхронного генератора (1). Система управления (6) (фиг. 2) содержит: преобразователь (11) величины напряжения фаз; датчики (12) перехода напряжений фаз через ноль; таймер (13), который синхронизирован с напряжением асинхронного генератора (1), через преобразователь (11) величины напряжения фаз; масштабные преобразователи (14) величины вторичного тока i_2u, i_2v, i_2w трансформаторов тока (8); датчики (15) перехода вторичного тока через ноль каждой фазы; измерительные синхронизированные датчики (16) вторичного тока фаз, синхронизированные таймером (13) с напряжением асинхронного генератора (1); блок (17) вычисления мощности нагрузки, подключенной к асинхронному генератору (1); блок вычисления требуемой емкости (18) блока фазных форсирующих конденсаторов (3); формирователь (19) команд управления блоков электронных ключей (4), синхронизированное с напряжением асинхронного генератора (1); блок питания (20) элементов системы управления (6). 3 ил.

Устройство управления автономным асинхронным генератором, содержащее постоянно подключенные конденсаторы начального самовозбуждения, трансформаторы тока фаз, блоки конденсаторов форсирования возбуждения генератора, включаемые тиристорными ключами, систему управления, отличающееся тем, что система управления состоит из преобразователя величины напряжения фаз, датчиков перехода напряжений фаз через ноль, таймера, синхронизированного с напряжением асинхронного генератора, через преобразователь величины напряжения фаз, масштабного преобразователя величины вторичного тока i_2u, i_2v, i_2w, датчиков перехода вторичного тока через ноль каждой фазы, измерительных синхронизированных датчиков вторичного тока фаз, синхронизированных таймером с напряжением асинхронного генератора, блока вычисления мощности нагрузки, подключенной к асинхронному генератору 1, блока вычисления требуемой емкости блока фазных форсирующих конденсаторов, формирователя команд управления, блоков электронных ключей, синхронизированных с напряжением асинхронного генератора, блока питания элементов системы управления, при этом выходы формирователя команд управления связаны с управляющими входами блоков электронных ключей, а первый вход формирователя команд управления соединен с выходом блока вычисления требуемой емкости блока фазных форсирующих конденсаторов, а второй вход соединен с выходом датчиков перехода напряжения фаз через ноль, входы которых подключены к первому выходу преобразователя величины напряжения фаз, входом подключенному к фазам асинхронного генератора, вторые выходы преобразователя величины напряжения фаз через таймер подключены к первому входу измерительных датчиков вторичного тока синхронизированным таймером с напряжением генератора, а третий выход подключен к первому входу блока вычисления мощности нагрузки, выход которого соединен с входом блока вычисления требуемой емкости, блока форсирующих конденсаторов, вторичные обмотки трансформаторов тока фаз подключены к входам масштабных преобразователей величины вторичного тока, а их выходы подключены к входам датчиков перехода вторичного тока через ноль каждой фазы, их выходы являются вторыми входами измерительных синхронизированных датчиков вторичного тока фаз, а их выход является вторым входом блока вычисления мощности нагрузки, причем элементы системы управления запитаны от блока питания.