Способ управления асинхронным генератором с конденсаторным возбуждением и устройство для его осуществления Советский патент 1985 года по МПК H02P9/46 H02K17/42 

. 2. Способ по п. 1, .о т л и ч а ющ и и с я теи, что измеряют величину скольжения, формируют сягнап;, про--, порциональный екольжевию,; который вычитают из сигнала Внтегриров ния.

3. Устройство для управлеиЕия асинхронным ге нератогррм с когщенсаториым возбуладением, содержаще е нерегулируемую группу кондейса;ТОргов:. подкЛюченнзпо непосредств екно к фа&ам якоря, и регулируемые реактивные элементы, соединенные с управляемыми клю;Чами, блок управления, измерительный

вход которого соединен с якорем генератора, узлБ нуль-органов и - двувходовьгх элементов И по числу регулируемых реактивных элементов, входы нульорганов соединены с дёпями питания регулируемых реактивных элементов, а выходы ка:яадого из них -с одним из входов своего элемента И,, и источник опорного сигнала, о т л и ч а ю щ е е с. я тем, что в ней дополнительно введены преобразователь амплитуда-длительность, интегратор, второй источник опорного сигвада, импульсный компаратор с двумя Ьходами, двувходовые элементы НЕТ и триггеры по числу управляемых ключей, вход преобразователя амплитуда-длительность соединен с якорем и выходом первого задатчика опорного сигнала а выкод - с входом интегратора, выход которого соединен- с первым вхо- . дом импульсного компаратора, управ- ляЕсщий вход которого соединен с выходом второго источника опорного сигнала, а выход импульсного компаратора соединен с вторыми входами всех элементов И и первыми входами всех элементов НЕТ, на вторые входы каждого из которых подключен выход одного из нуль-органов, выход каждого

элемента И и выход каждого элемента НЕТ соединены соответственно с перBbw и вторым входами триггера, выход которого соединен с входом управления управляемого ключа, соответствукщего нуль-органу, соединенному с

.управляемым реактивным элементом 4. Устройство по п. 3, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в него дополнительно введены датчик величины скольжения ротора, двувходовый .элемент И и двувходовый элемент НЕ, выход датчика величины скольжения соединен с первьм входом дополнительного элемента И, на второй вход которого подан выход преобразователя амплитуда - .длительность, который также подключен к первому входу дополнительного элемента НЕТ, а на второй вход которого подан выход дополнительного элемента И, а выход дополнительного элемента НЕ.Т соединен с входом интегратора.

1. Способ управления асинхронным генератором с конденсаторным возбуждением, при котором измеряют напряжение якоря, сравнивают с опорным напряжением, определяют величину рассогласования, измеряют значение мгновенной мощности на управляемом реактивном элементе и в момент перехода ее через нулевое значение в зависимости от величины рассогласования изменяют реактивную проводимость цепи якоря генератора, отличающийся тем, что, с целью улучшения качества электроэнергии,измеряют амплитудное значение напряжения якоря, формируют импульс с длительностью, зависящей от замеренного i амплитудного значения, интегрируют его, сравнивают с дополнительным (Л опорным сигналом, задерживают разностный сигнал управления на рремя, равное периоду максимальной частоты вращения генератора, после чего проводят указанное изменение реактивной проводимости цепи якоря генератора.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования напряжения асинхронных генераторов, преимущественно для автономных энергосистем ветроустановок, подвиж атх объектов и т.д. Известен способ непрерывного управления асинхронным генератором с возбуждением от группы конденсаторов по которому определяют величину сред него значения напряжения на вьшодах якорных обмоток, сравнивают с величиной опорного сигнала и в зависимости от величины и знака рассогласова ния изменяют величину тока в обмотке подмагничиваиия якоря асинхронного генератора f или дросселя . насыщения, включенного последовательно с указанными конденсаторами 21 , Недостатками указанного способа . являются узкий диапазон регулирования, большие потребляемые мощности, необходимые для осуществления управления, а при необходимости глубокого регулирования и сильные искажения формы кривой напряжения электрической ,машины. Известен также способ для управле иия асинхронным генератором, по которому после проведения операций по йз|мерению и сравнению напряжений воздействие на элементы возбуждения осуществляют периодической коммутацией их с помощью ключевых элементов на определенную часть времени 31,. Недостатком этого способа являют ся большие искажения формы кривой напряжения, возникающие из-за коммутации реактивных элементов в прои вольные моменты времени относительно генерируемого напряжения. Наиболее близким к изобретению является способ управления асинхрон ным генератором с конденсаторным возбуждением, при котором измеряют напряжение якоря, сравнивают с опор ным напряжением, определяют величину рассогласования, измеряют значение мгновенной мощности на УПравляемом реактивном элементе и в момент перехода ее через нулевое значение в зависимости от величины рассогласрвания изменяют реактивнзпо проводи мость цепи якоря генератора .4J . Этот способ реализуется устройCTBOMi содержащим нерегулируемую группу конденсаторов, подключенную непосредственно к фазам якоря, и ре гулируемые реактивные элементы, сое диненные с управляемыми клочами, .блок управления, источник опорного сигнала,, узлы нуль-органов и двувхо довых элементов И по числу регулиру емых реактивных элементов, входы нуль-органов связаны с цепями пита- ния регулируемых реактивных элементов, а выходы каждого из них - с одним из входов своего элемента И, источник опорного сигнала рГ{ . Недостатком известного способа управления и устройства для его осу ществления является то, что из-за неопределенности момента и продолжи тельности подключения реактивных элементов, аналогового способа опре деления рассогласования и определения величины рассогласования по сре нему значению напряжения в форме кр вой якорного напряжения возмож1-ю по явление модуляционных искажений, а также вызванное измерительным орган перерегулирование. Бее это приводит к снижению качества вырабатываемой электроэнергии. Целью изобретения является повышение качества электроэнергии. Поставленная цель достигается те что согласно способу управления аси хронным генератором с конденсаторны возбуждением при котором измеряют напряжение якоря, сравнивают с опор 974 ным напряжением, определяют величину рассогласования, измеряют значение мгновенной мощности на управляемом реактивноьГ элементе и в момент пере(хода ее через нулевое значение в зависимости от велттеины рассогласования изменяют реактивную проводимость цепи якоря генератора, дополнительно измеряют амплитудное значение напряжения якоря, формируют импульс с длительностью, зависящей от замеренного амплитудного значения, интегрируют его, сравнивают с дополнительным опорным сигналом, задер|Живашт разностный сР5гнал управления на время, равное периоду максимальной частоты вращения генератора, после |чего проводят указанное изменение реактивной проводимости цеп,у якоря генератора. Кроме того, измеряют величину скольжения, формируют сигнал, пропорциональный скольжению, который вычитают из сигнала интегрирования. При этом в устройство для осуществления способа управления, содержащее нерегулируемую группу ко1щенсаторов, подключенную непосредственно к фазам якоря, и регулируемые реактивные элементы,, соединенные с управ-. ляемыми Kjno4aMii, блок шравления, измерительньш вход которого соединен с якорем генератора, узлы нуль-органов и двувходовых элементов И по числу регуш руемых реактивных элементов, входы нуль-органов соединены с цепями питания регулируемых реактивных элементов, а выходы казкдого из них с одним из входов своего элемента И, и источник опорного сигнала, дополнительно введены преобразователь амплитуда - длительность,- интегратор, :;Tcr;oii источник опорного сигнала, И1 1пульсный ко я1аратор с двумя входами. двувходовые элементы НЕТ и триггеры по числу управляемых ключей, вход преобразователя амплитуда - длительность соединен с якорем и выходом первого задатчика опорного сигнала а выход - с входом интегратора, выход которого соединен с первым входом импульсного компаратора, управляющий вход которого соединен с выходом второго источника опорного сигнала, а выход импульсного компаратора соединен с вторыми входами всех элементов И и пepвы ffl входами всех элементов НЕТ,- на вторые входы каждого из которых подключен выход одно го из нуль-органов, выход казкдого элемента И и выход калздого элемента НЕТ соединены соответственно с первьм и вторым входами триггера, выход которого соединен с входом управлени .управляем:с)го ключа, соответствующего нуль-органу, соединенному с управляемым реактивным элементом. Кроме того, в устройство дополнительно введены датчик величины сколь жения ротора, двувходовый элемент И и двувходовый элемент НЕ, выход датчика величины скольжения соединен с первым входом дополнительного элемен та НЕ, на второй вход которого подан выход преобразователя амплитуда длительность, который также подключен к первому входу дополнительного элемента НЕТ, на второй вход которого подан выход дополнительного элемента И, а выход дополнительного элемента НЕТ соединен с входом интегратора. На фиг. 1 показана блок-схема ус ройства для реализации способа управ ления трехфазным асинхронным генератором, в котором в качестве реактивных элементов использованы конде саторы; на фиг. 2 - то же, но с использованием в качестве реактивного элемента обмотки подмагничивания як ря генератора и однофазным выполнени ем асинхронного генератора. К якорю асинхронного генератора непосредственно подключена нерегулируемая группа конденсаторов 2 и регулируемый реактивн 1й элемент 3, в качестве которого применены конденс торы фиг. 1) или обмотка якоря генератора, подмагничивающая якорь ((фиг. 2, Регулируемые реактивные элементы соединены последовательно с управляемыми ключами 4, число которых равно числу реактивных элементов. С цепями реактивных элементов 3 связаны входы нуль-органов 5, выходы .которых подключены каждый к одному и входов двувходового элемента И 6. Преобразователь 6 амплитуда - длительность, являющийся измерительным входом блока управления, соединен с якорем генератора. Первый источник 8 опорного сигнала соединен с входом задания- уставки преобразователя 7 выход которого связан с входом интелратора 9, выходом подключенного к первому входу импульсного компаратора 10, на вход задания которого под,ключей второй источник 11 опорного сигнала. Выход импульсного компаратора 10 соединяетЬя с вторыми входами всех элементов И 6 и первыми входами элементов НЕТ 12, число которых равно числу элементов И 6. На второй вход каждого элемента НЕТ 12 подключен выход одного из нуль-органов 5. Выходы элементов И 6 и элементов НЕТ 12, соответствующие одному из нульорганов 5, подключаются к входам триггера 13, выход которого соединяется с входом управления управляемого ключа 4s который соответствует связанному с ним нуль-органу 5-. Датчик 14 скольжения ротора своим выходом соединяется с первым входом дополнительного двувходового элемента И 15, на второй вход которого подключен .Ьыход преобразователя 7амплитуда - длительность. Выход элемента И 15 и выход преобразователя амплитуда длительность через дополнительный элемент НЕТ 16 соединяется с входом интегратора 9. Способ осуществляется следующим образом. Самовозбу:кдение генератора обеспечивается соответствующим выбором суммарной емкости фазных конденсаторов, при которой собственная резонансная частота намагничивающего кон-. тура, частота остаточной ЭДС и расчетная частота самовозбуждения генератора равны. В случае генератора с коммутацией части конденсаторной батареи (фиг. ) это достигается замкнутьп состоянием ключа 17, а при нарастании напряжений генератора и последующем выключении ключа 17 установкой триггера 13 в исходное состояние, при котором обеспечивается отпирающий потенциал на управляющем входе управляемых ключей 4 и включение последних. Исходному состоянию триггера 13, в случае однофазного асинхронного генератора (. 2), соответствует отсутствие потенциала на управляющем входе управляемого -«ключа 4. ГГри увеличении частоты вращения вала асинхронного генератора 1 выше номинальной требуется ограничить напряжение генератора, которое с ростом указанной частоты имеет тенденцию увеличиваться. Это осуществляется воздействием с переменной частотой и длительностью воздействия, paBHoiT периоду частоты напряжения генератор в течение одного периода коммутаций, на среднее время протекания тока в цепи управляемого реактивного элемен та 3.. Начало регулирования напряжения соответствует моменту сравнения амплитуды напряжения генератора с заданным пороговым напряжением лреобразователя 7 амплитуда - длительность, выполненного, например в вид триггера Шмидта. На выходе последнег формируются импульсы, длительность которых зависит от амплитуды входных большей амплитуде соответствует большая длительность. Интегратор 9 может быть реализован на основе нако пительного конденсатора, сохраняющег заряд при отсутствии внешних сигналов, управляющих его зарядной и разрядной цепями. Он воспринимает длительности входных импульсов как активные интервалы времени, в течение которых происходит накопление заряда на накопительном конденсаторе устройства. В паузах этот заряд сохраня ется. Следовательно, на накопительном конденсаторе формируется ступенчато-пилообразное напряжение, формирование которого заканчивается сравнением его мгновенного значения с опорным напряжением импульсного компа ратора 10. В результате импульс, сформированный на нагрузке импульсного компаратора 10, в момент совпадения его на элементе 6 с импульсом нульоргана 5, опрокидьшает триггер 13, , снимая тем самым потенциал с управляющего входа управляемого ключа 4 выключение которого обеспечивается применением в коммутаторе управляемых полупроводниковых вентилей. Одновременно этот импульс обеспечивает подготовку интегратора 9 к. следующему циклу и блокированиа посредством элемента НЕ 12 одного вы. ходного импульса нуль-органа 5, что iпозволяет исключить из работы управ1ляемую конденсаторную батарею 3 на время, равное периоду или половине периода частоты напряжения генератора. С момента прекращения выходного импульса компаратора 10 процесс формирования ступенч1ато-пилообразного напряжения на интеграторе 9 возобнов ляется и в дальнейшем повторяется с частотой, определяющей частоту коммутаций ко1щенсаторной батареи 3. С увеличением частоты вращения вала асинхронной машины 1 напряжение генератора стремится увеличиться. Это приводит к з еличению длительности выходных импульсов преобразователя 7 и згменьшению времени, за которое мгновенное значение ступенчато-пилообразного напряжения достигает величины, равной опорному напряжению Von импульсного компаратора. 10. Следовательно, увеличивается частота ис1слк1чения из ра.боты управляемой конденсаторной батареи 3, что эквивалентно уменьшению намагничивающего тока и напряжения генератора. Способ стабилизации однофазного асинхронного напряжения генератора (фиг. 2) может быть реализован путем . использования другого регулируемого реактивного элемента 3, например обеспечение режима короткого замыкания изолированной статорной обмот- .ки асинхронной машины I на время, равное периоду или половине периода частоты напряжения генератора. Возникающая при этом размагничивающая ЩС статора машины увеличивается с увеличением частоты указанных коммутаций обмотки. Если нагрузкой асинхронного генератора служит аккумуляторная батарея, напряжение генератора целесообразно изменять в соответствии с оптимальным режимом ее работы. Это осуществляется изменением частоты коммутаций цепи управляемого реактивного элемента в функции обобщенного сигналаi содержащего информацию о напряжении на аккумуляторной батарее и токе в ее цепи, конкретнее соответствующим воздействием обобщенного сигнала на yпpaвJJЯющий .иг нал. . . При изменении нагрузки генератора в широких пределах требуется обеспечить необходимую жесткость его внешней характеристики. Это осуществляется введением в цепь управления асинхронным генератором 1 дополнительногЬ регулирования по возмзпцению. Для это го используется сигнал fp датчика 14 скольжения частоты вращения вала асинхронной машины I, который совместно с выходным сигналом преобра.зователя 7, несущим информацию о час;тоте тока статора fj, реализует ;на выходе элемента И 15 функцию 11 скольжения /абсолютной величины) в виде импульсной последовательности разностной частоты f « -,... частоты f, управляя частотой входного сигнала интегратора 9 посредством элемента НЕТ 16, тем самым воздействует на скорость нарастания ступенчато-пилообразного напряжения и, следовательно, на величину напряжения генератора в функции скольжения. Использование предлагаемого способа позволяет исключить коммутационные искажения генерируемого напряжения

Я дагдокг 7 и существенно уменьшить модуляционные искажения, следовательно, улучшить форму напряжения генератора. В частности, способ позволяет реализовать возможность управления генератором воздействием на емкостные элементы намагничивающей цепи, тем самым существенно расширяет рабочий диапазон вращения вала асинхронной машины и упрощает конструкцию генератора, а коррекцией регулирования по скольжению -обеспечивает требуемую жесткость внешней характеристики асинхронного генератора.