Асинхронизированный синхронный генератор Советский патент 1986 года по МПК H02P9/42 H02P9/44 

Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам, предназначенным для получения переменного напряжения стабильной частоты и амплитуды с помощью вращающейся электрической машины при переменных скорости вращения вала и параметрах нагрузки.

Цель изобретения - обеспечение поддержания постоянства частоты на выходе генератора в широком диапазоне изменения частот вращения вала при одновременном повыщении устойчивости.

На фиг. 1 приведена функциональ-. ная схема асинхронизированного синхронного генератора; на фиг. 2 - схема многофазного генератора, управ ляемого по частоте и амплитуде; на фиг. 3-5 - графики и диаграммы, пояс няющие работу многофазного генератора.

Асинхронизированный синхронный генератор (фиг.1) содержит асинхронную машину 1 с фазнын ротором, пре- образователь 2 частоты, выход которого пофазно подключен к первой системе обмоток, например к обмоткам ротора 3 асинхронной машины 1, вторая система обмоток которой, например статора, пофазно подключена.к выходным зажимам 4 асинхронизированного синхронного генератора, датчик 5 тока или напряжения преобразователя

2 частоты, вход которого пофазно пйд- 35 счетчик 33, преобразователи ко- ключен к выходу преобразователя часдов по количеству фаз, умножа1аф1е преобразователи 35 код - напряжение по количеству фаз, выходы которых образуют многофазный выход 25 много фазного генератора 18. &ход первого преобразователя 27 напряжение - час тота непосредственно, а вход второ го преобразователя 28 напряжение - частота через инвертор 29 подключен к управляющему частотой входу 23 мн гофазного генератора 18, цифровой вход каждого умножающего преобразователя 35 код - напряжение поразряд но соединен с выходом соответствую- 50 щего преобразователя 34 кодов, вход которого поразрядно соединен с выходом реверсивного счетчика 33. Ана логовые входы 36 умножаю1цих преобра зователей 35 код - напряжение соеди нены с управляющим амплитудой входо 24 многофазного генератора 18. Первый суммирующий и второй вычитающий счетные входы реверсивного счетчика

тоты, датчик 6 выходного напряжения, вход которого пофазно соединен с за- жимами 4 асинхронизированного сии- хронного генератора, и блок 7 регу- лирования, в состав которого входит регулятор 8 тока или напряжения преобразователя частоты, первый вход 9 которого пофазно соединен с первым входом 10 блока 7 регулирования, а выход 11 пофазно соединен с выходом

12 блока 7 регулирования. Первый вход 10 последнего пофазно соединен с выходом датчика 5 тока или напряжения преобразователя 2 частоты, а его второй вход 13 пофазно соединен с выходом датчика 6 выходного напряжения. Третий вход 14 блока 7 регулирования пофазно соединен с выходом задатчика 15 частоты, а его вьпсод 12 пофазно соединен с управляющим входом преобразователя 2 частоты. В устройство введен задатчик

0

S

-

5

0

16 амплитуды, выход которого соединен с четвертым входом 17 блока 7 регулирования. Последний содержит также многофазный генератор 1.8 с управляемыми частотой и амплитудой, регулятор 19 фазовой автоподстройки, регулятор 20 амплитуды, амплитудный детектор 21 и частотно-фазовый детектор 22, первый и второй входы которого пофазно соединены соответственно с вторым 13 и третьим 14 входами блока 7 регулирования, а выход - с входом регулятора 19 фазовой автоподстройки, выход которого соединен с управляющим частотой входом 23 многофазного генератора 18. Вход амплитудного детектора 21 пофазно соединен с вторым входом 13 блока 7 регулирования, а выход - с первым входом регулятора 20 амплитуды, второй вход которого соединен с четвертым входом 17 блока 7 регулироващ1я, а выход - с управлякщим амплитудой входом 24 многофазного генератора 18, выход 25 которого пофазно соединен ,с вторым входом 26 регулятора 8 тока кии напряжения преобразователя частоты.

В состав многофазного генератора 18 (фиг. 2) входят первый 27 и вта- рой 28 преобразователи напряжение - частота, инвертор 29, генератор 30 импульсов высокой частоты, первый 31 и второй 32 D-триггеры, реверсивный

счетчик 33, преобразователи ко-

дов по количеству фаз, умножа1аф1е преобразователи 35 код - напряжение по количеству фаз, выходы которых образуют многофазный выход 25 многофазного генератора 18. &ход первого преобразователя 27 напряжение - частота непосредственно, а вход второго преобразователя 28 напряжение - частота через инвертор 29 подключены к управляющему частотой входу 23 многофазного генератора 18, цифровой вход каждого умножающего преобразователя 35 код - напряжение поразрядно соединен с выходом соответствую- щего преобразователя 34 кодов, вход которого поразрядно соединен с выходом реверсивного счетчика 33. Аналоговые входы 36 умножаю1цих преобразователей 35 код - напряжение соединены с управляющим амплитудой входом 24 многофазного генератора 18. Первый суммирующий и второй вычитающий счетные входы реверсивного счетчика

fO

31259467

33 соединены с выходами первого 31 и второго 32 D-триггеров соответственно, информационные входы которых подключены соответственно к выходам первого 27 и второго 28 преобразователей напряжение - частота. Синхрони зируюпц1е входы первого 31 и второго 32 D-триггеров соединены соответственно с прямым и инверсным выходами генератора 30 импульсов высокой частоты.

Преобразователи 27 и 28 напряжения - частота, выполненные, например, на основе стандартных ячеек, имеют зависимость частоты выходных импульсов i от входного напряжения (фиг. 3). Выходы этих преобразователей через D-триггеры 31 и 32 подключены соответственно к первому сум- мирукяцему и второму вычитающему входам реверсивного счетчика 33. По- .скольку вход первого преобразователя 27 напряжение - частота соединен с управляющим частотой входом 23 непонекотороемер.

значение К2.

Напри15

20

К2. 127 81п(ПК 1/128) +Ч.

причем каждый i-й блок 34 запрогра мирован с учетом своей начальной фа зы Ч - . Выходное многофазное напряжение генератора синусоидально, однако в общем случае оно может иметь и несинусоидальную форму (например, трапецеидальную, прямоугольную, треугольную и т.п.), а зависимость кода К2- -. от К1 при зтом должна быть другой. Умножающие преобразователи 35 код - напряжение преобразуют коды К2- в напряжения, причем напряжение управляющее амплитудой, подведено к каждому преобразователю 35 в качестве опорного. Таким образом, частота напряжения на выходе многофазного генератора 18 пропорциональна напряжению на управляющем частотой вхо де, а амплитуда - напряжению на вхосредственно, а вход второго преобразо- Де 24, управляющем амплитудой. Смевателя 28 - через инвертор 29, напряжения на входах блоков 27 и 28 равны по величине и противоположны по знаку. Если напряжение на управляющем частотой входе 23 схемы по модулю меньше 30 величины и (фиг. 3), импульсы поступают как на первый суммирующий, так и на второй вычитающий входы реверсивного счетчика 33, а в противном случае - только на один из них 35 в зависимости от знака напряжения. Поэтому зависимость скорости изменения кода К1 в реверсивном счетчике 33 от напряжения на управляющем частотой 23 схемы имеет вид, пока-40 занный на фиг. 4, и представляет собой кривую,проходящую через начало координат. Зона нечувствительности в области нуля при этом отсутствует.. На фиг. 5 показаны временные диаграм-45 мы напряжения на управляющем частотой входе 23 схемы (диаграмма а ) и кода К1 в реверсивном счетчике 33 /диаграмма 6 ). Изменение знака управляющим частотой напряжения при- 50 водит к изменению направления счета реверсивного счетчика 33.

Преобразователи 34 кодов, выполненные, например, на основе постоянна поляркости напряжения на управляющем частотой входе 28 многофазного генератора 18 приводит к изменению порядка чередования фаз на его выходе.

Генератор работает следующим образом.

Выходные напряжения по числу фаз, многофазного генератора 18 являются заданиями фазных токов или напряжений для преобразователя 2 частоты. Токи или напряжения первой системы обмоток, например обмоток ротора 3 асинхронной мащины 1, с некоторой точностью повторяют выходные сигналы многофазного генератора 18. Частота выходного напряжения асинхрони- зированного синхронного генератора численно равна

{

ПР

во

(-t) ,,

где п - частота вращения вала,

об/мин;

р - число пар полюсов асинхронной машины 1;

I - частота, многофазного генератора 18 Гц;

А 0, если направление вращения

ных запоминающих устройств (ПЗУ) пре-55 поля первой системы обмоток асинхронобразуют код К1 в некоторый код К21-, причем каждому значению К1 поставлено в однозначное соответствие

некоторое мер.

значение К2.

Напри

К2. 127 81п(ПК 1/128) +Ч.,

причем каждый i-й блок 34 запрограммирован с учетом своей начальной фазы Ч - . Выходное многофазное напряжение генератора синусоидально, однако в общем случае оно может иметь и несинусоидальную форму (например, трапецеидальную, прямоугольную, треугольную и т.п.), а зависимость кода К2- -. от К1 при зтом должна быть дру . гой. Умножающие преобразователи 35 код - напряжение преобразуют коды К2- в напряжения, причем напряжение, управляющее амплитудой, подведено к каждому преобразователю 35 в качестве опорного. Таким образом, частота напряжения на выходе многофазного генератора 18 пропорциональна напряжению на управляющем частотой входе, а амплитуда - напряжению на вхона поляркости напряжения на управляющем частотой входе 28 многофазного генератора 18 приводит к изменению порядка чередования фаз на его выходе.

Генератор работает следующим образом.

Выходные напряжения по числу фаз, многофазного генератора 18 являются заданиями фазных токов или напряжений для преобразователя 2 частоты. Токи или напряжения первой системы обмоток, например обмоток ротора 3 асинхронной мащины 1, с некоторой точностью повторяют выходные сигналы многофазного генератора 18. Частота выходного напряжения асинхрони- зированного синхронного генератора численно равна

{

ПР

во

(-t) ,,

п - частота вращения вала,

об/мин;

р - число пар полюсов асинхронной машины 1;

I - частота, многофазного генератора 18 Гц;

0, если направление вращения

ной машины совпадает с направлением вращения вала, и А 1, если поле первой системы обмоток машины вращается в противоположном по отношению к валу направлении.

Частотно-фазовый детектор 22 сравнивает выходное напряжение асинхрони- зированного синхронного генератора с напряжением задатчика 15 частоты по частоте и фазе. Регулятор 19 фазовой автоподстройки воздействует на частоту { многофазного генератора

18 таким образом, чтобы выходное на- ю например от отдельного синхронного

пряжение асинхронизированного синхронного генератора совпадало по частоте и фазе с эталонным напряжением на выходе задатчика 15 частоты и сигнал рассогласования на выходе частотно-фазового детектора 22 отсутствовал.

При этом частотно-фазовый характер сигнала рассогласования обеспечивает широкую полосу удержания автоподстройки выходной частоты асинхронизированного синхронного генератора, поскольку при больших отклонениях этой частоты от эталонной в сигнале рассогласования преобладает частотная, а при малых отклонениях - фазовая составляющая. Кроме того, автоподстройка с точностью до фазы позволяет исключить частотную опшбку в установившемся рёзвиме. При этом зо потенциометр, в качестве преобразоповышаются точность и быстродействие поддержания частоты выходного напряжения, поскольку регулируются непосредственно частота и фаза выходного напряжения.

Изменение амплитуды выходного напряжения приводит к изменению напряжения на первом входе регулятора 20 амплитуды, который воздействует на амплитуду выходного напряжения многофазного генератора 18 таким образом, чтобы напряжения на выходах ам- амплитудного детектора 2t и задатчика 16 амплитуды были равны, в результате чего амплитуда напряжения на выходе асинхронизированного син- хронного генератора поддерживается равной заданной величине.

При изменении полярности напряже ния на управляющем частотой входе 23 многофазного генератора 18 изменяется порядок чередования фаз напряжения на его выходе. Это обеспечивает работоспособность асинх:ронизи-55 пофазно подключена к выходным зажированного синхронного генератора при переходе частоты вращения асинхронной машины 1 через точку

(синхронная частота вращения), где f - частота задатчика 15.

Электропитание преобразователя 2 частоты может осуществляться как от t выхода асинхрс низированного синхронного генератора клеммы 4 (режим самовозбуждения асинхронизированного синхронного генератора), так и от некоторого независимого источника.

возбудителя, который находится на одном валу с асинхронной машиной 1. Регуляторы 8, 19 и 20 реализуются по известным схемам. В качестве

датчика 6 выходного напряжения может использоваться многофазный трансформатор, а в качестве амплитудного детектора 21 - выпрямитель с сглаживающим фильтром. Частотно-фазовый

детектор 22 можно выполнить многоканальным .(по количеству фаз) со сложением сигналов на входе общего суммирующего усилителя. Задатчик 15 частоты можно вьшолнить,например, на

основе высокостабильного генератора с кварцевой синхронизацией и делителя частоты на коэффициент, кратный фазности схемы. В качестве задатчика 16 амплитуды может применяться

вателей кодов целесообразно использовать ПЗУ с плавкими перемычками, либо ПЗУ с электрической записью и ультрафиолетовым стиранием информации .

Таким образом. Предлагаемый асин- хронизированный синхронный генератор позволяет обеспечить поддержание постоянства частоты на его выходе в широком диапазоне изменения частот вращения вала при одновременном повьш1ении устойчивости работы.

45 ф о

рмула изобретения

Асинхронизированный синхронный генератор,содержащий синхронную машину с фазным ротором, преобразова- тель частоты, выход которого пофазно. (подключен к первой системе обмоток, например к обмоткам ротора асинхронной машины, вторая система обмоток которой, например обмотки статора.

мам асинхронизированного синхронного генератора, датчик тока или напряжения преобразователя частоты, вход

7

которого пофазно подключен к выходу преобразователя частоты, датчик выходного напряжения, вход которого пофазно соединен с выходными зажимами асинхронизированного синхронного генератора, задатчик частоты и блок регулирования, в состав которого входит регулятор тока или напряжения преобразователя частоты, первый вход которого пофазно соединен .с первым входом блока регулирования а выход пофазно соединен с выходом блока регулирования, причем первый вход блока регулирования пофазно соединен с выходом датчика тока или напряжения преобразователя частоты, второй вход пофазно соединен с выходом датчика выходного напряжения, третий вход пофазно соединен с выходом задатчика частоты, а выход пофазно соединен с управлякицим входом преобразователя частоты, отличающийся тем, что, с цепью обеспечения поддержания постоянства частоты на выходе генератора в широком диапазоне изменения частот вращения вала при одновременном повьшении устойчивости, в него введен задатчик амплитуды, выход которого соединен с четвертым входом блока регулирования, а в состав последнего введены многофазный генератор с управляемыми частотой и амплитудой, регулятор фазовой автоподстройки, регулятор амплитуды, амплитудный детектор и частотно-фазовый детектор, первый и второй входы которого пофазно соединены соответственно с вторым и третьим входами блока регулирования, а выход соединен с входом регулятора фазовой автоподстройки, выход которого соединен с управляющим частотой входом многофазного генератора, вход амплитудного детектора пофазно соединен с вторым входом блока регулирования, а выход соединен

594678

с первым входом регулятора амплиту- ды, второй вход которого соединен с четвертым входом блока регулирования, а выход соединен с управляющим 5 амплитудой входом многофазного генератора, вьрход которого пофазно соединен с вторым входом регулятора тока или напряжения преобразователя частоты, причем в состав многофаз- 0 кого генератора входят первый и второй преобразователи напряжение - частота, инвертор, генератор импульсов высокой частоты, первый и второй D-триггеры, реверсивный счетчик, пре- 5 образователи кодов по количеству фаз, умножающие преобразователи код - напряжение по количеству фаз, выходы которых образуют многофазный выход многофазного генератора, вход пер- 20 вого преобразователя напряжение - частота непосредственно, а вход второго преобразователя напряжение - частота через инвертор подключены к управляющему частотой входу много- 5 фазного генератора, цифровой вход каждого умножающего преобразователя код - напряжение поразрядно соединен с выходом соответствующего преобразователя кодов, вход которого по- 0 разрядно соединен с выходом реверсивного счетчика, аналоговые входы умножающих преобразователей код - напряжение соединены с управляющим амплитудой входом многофазного ге- нератора, суммирующий и вычитающий счетные входы реверсив11ого счетчика j соединены с выходами первого и второго D-триггеров соответственно, информационные входы которых подключены 0 соответственно к выходам первого и второго преобразователей напряжение- частота, а синхронизирующие входы первого и второго D-триггеров соединены соответственно с прямым и ин- 5 версным выходами генератора импульсов высокой частоты.

Фи&.1

Изобретение относится к элект- ,ротехнике, в частности к электроманшнным источникам перем. напряжения стабильной частоты и амплитуды, вращающимся с перем. скоростью. Целью изобретения является обеспечение постоянства частоты на выходе генератора в широком диапазоне изменения частот вращения вала при одновременном повьпиении устойчивости. Асинхронизированный синхронный генератор (АСГ) вьшолнен в виде асинхронной машины 1 с фазным ротором 3, обмотки которого подключены к преобразователю 2 частоты. Датчик 5 тока или напряжения включен в выходные цепи преобразователя 2 частоты. Блок 7 регулирования соединен с выходом датчика 6 выходного напряжения АСГ и содержит регулятор 8 тока или напряжения, многофазный ге- .нератор 18 с управляемыми частотой и амплитудой, регулятор 19 фазовой автоподстройки, регулятор 20 амплитуды, амплитудный детектор 21 и частотно-фазовый детектор 22, вход которого соединен с задатчиком 15 частоты. Вход регулятора амплитуды подключен к задатчику 16 амплитуды. Частотно-фазовый детектор 22 сравнивает выходное напряжение АСГ с напряже шем задатчика 15 частоты по частоте и фазе и через регулятор 19 фазовой автоподстройки воздействует ва частоту многофазного генератора 18 так, чтобы выходное напряжение АСГ совпадало по частоте и фазе с эталонным напряжением на выходе задатчика 15 частоты, а сигнал рассогласования на выходе частотно-фазового детектора 22 отсутствовал. 5 ил. i (Л С сд Од

ЗпраВлемт

амплитудой

3npo9fl8Ht№

частотой

f Фиг,1

и

и

Фма.3

Ф«г.

б

/УУИАчККК

Редактор Н. Рогулич

Составитель А. Бабак - Техред А.Кравчук

Заказ 5137/57Тираж 631Подписное

ВШдаПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производстпенмо-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Фиъ.5

Корректор С. Шекмар