Система автономного электроснабжения Советский патент 1987 года по МПК H02P9/46 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования напряжения асинхронных генераторов АГ автономных ветроустановок, подвижных объектов и т.д.

Цель изобретения - поньштение надежности регулирования и расширение области применения.

На фиг.. 1 показана блок-схема устройства; на фиг. 2 - функциональная схема интегратора; на фиг. 3. - совмещенные кривые мощности ветродвигателя и генератора и амплитудно-частотная характеристика элемента с крутизной амплитудно-частотной характеристики не ниже амплитудно-частотной характеристики самого генератора (частотно- зависимьй элемент, в частности, реализуется посредством ре- жекторного фильтра).

Ротор АГ 1 связан с датчиком 2 частот вращения ротора и приводным дви- гат елем 3. К фазам статора генератора непосредственно подключена группа 4 конденсаторов. Допол нительная группа 5 конденсаторов включена последовательно с коммутатором 6, чисный сигнги комггаратора 18 является результатом суммирования в сумматоре 20 напряжения аккумуляторной ба- ,. тареи 21 с падением напряжения на измерительном 1лунте 22 и ограничени полученного сигнала в ограничителе 23. В элементе 24 сравнения срав нивается напряжение статора генера10 тора с сигналом источника 25 или 26 опорного напряжения.

Управляемый интегратор 16 выполнен на основе конденсатора 27, на обкладках которого заряд накапливае

15 ся дискретно в течение действия импульсного сигнала, поступающего на его вход 15. Самопроизвольный разряд конденсатора 27 предотвращается посредством обратного диода 28. Уп20 равление временем интегрирования ин тегратора 16 осуществляется изменением постоянной времени цепи заряда конденсатора 27. Это достигается со ответствующим изменением провод1 мос

25 ти управляемого сопротивления 29, управляющий вход которого связан с выходом 30 элемента 24 сравнения.

Разряд накопительного конденсато ра осуществляется в момент срабатыв

ло ключей (не показаны) которого рав- 30 ния компаратора 18 (полный разряд)

но числу коммутируемых фаз в конденсаторной группе 5. С конденсаторной группой 5 связаны входы нуль-органов 7, выходы которых подключены к одному из входов соответствующего двухвходового элемента 8 совпадения И и элемента НЕТ 9 запреш.ения.

Выходы элементов И 8 и НЕТ 9., соответствующие одному из нуль-органов 7, подключены к входам соответст- 40 ча 35.

вующего триггера 10, выход каждого На фиг. 3 показана взаимосвязь из которых соединен с входом управле- кривьк мощности ветродвигателя (ВД)

(штриховые линии ОАВ и ОАС), мощности генератора (щтрихпунктирные линия управляемого ключа комментатора 6, которьш соответствует связанному с

ним нуль-органу 7. Преобразователь 11 45 ОАО и ОАВ), желаемой кривой мощности ветроустановки (сплошная ли- ния), представленных в относительных единицах. Все параметры приведены к расчетному режим:/ ( ы Wp ; Р Р р) . 50 На этом же графике показана амплитудно-частотная характеристика U ц режекторного LC-фильтра, выполняющего роль частотно-зависимого элемента 12. На фиг. 3 заштрихована об- 55 ласть, для которой мощностная характеристика нагруженного генератора лежит Bbmie мощносткой характеристики ВД. Это означает, что в области частот о, Юр ветроагрегат неустойамплитуда - длительность подсоединен к фазам статора генератора. Опорный сигнал для его работы формируется в последовательно соединенных частотно- зависимом элементе 12, выпрямителе 13 и ограничителе 14.

Выход преобразователя 1I амплитуда - длительность соединен с входом 15 интегратора 16 и одним из входов измерителяе 7 частоты скольжения ротора. Выход интегратора 16 соединен с входом компаратора 18, а его выход через элемент 19 задержки - с выходами элементов И 8 и КЕТ 9. Опорный сигнги комггаратора 18 является результатом суммирования в сумматоре 20 напряжения аккумуляторной ба- тареи 21 с падением напряжения на измерительном 1лунте 22 и ограничения полученного сигнала в ограничителе 23. В элементе 24 сравнения сравнивается напряжение статора генератора с сигналом источника 25 или 26 опорного напряжения.

Управляемый интегратор 16 выполнен на основе конденсатора 27, на обкладках которого заряд накапливается дискретно в течение действия импульсного сигнала, поступающего на его вход 15. Самопроизвольный разряд конденсатора 27 предотвращается посредством обратного диода 28. Управление временем интегрирования интегратора 16 осуществляется изменением постоянной времени цепи заряда конденсатора 27. Это достигается соответствующим изменением провод1 мости управляемого сопротивления 29, управляющий вход которого связан с выходом 30 элемента 24 сравнения.

Разряд накопительного конденсатора осуществляется в момент срабатываили с приходом импульсного сигнала на вход 3 интегратора (частичный разряд Полный разряд достигается после замыкания управляемого клю- ча 32, управляемого выходным сигналом компаратора 18 через вход 33 интегратора. Управление частичным разрядом через резистор 34 осуществляется посредством управляемого ключив, j .e. процесс раскручивания БД нормально развиваться не может.

На графике стрелками показан возможный ход процесса после самовозбуждения генератора. Правее точки А имеется избыток мощности БД, обусловленный статизмом регулятора частоты, который неизбежно приводит к повьше- нию частоты и напряжения генератора. Таким образом, в области частот о, WP требуется ограничить мощность генератора с целью обеспечения устойчивости работы ветроагрега- та, в области частот выше (jj. требуется ограничить мощность генератора с целью обеспечения требуемого напряжения на нагрузке и предотвращения перегрузки генератора.

Устройство работает следующим образом.

Емкости основной 4 и дополнительной 5 групп конденсаторов подбираются с учетом выполнения условий: при Cx) u)p и нормальной нагрузке йапря- жения АГ равно номинальному; уровень входного сигнала преобразователя ам- плитуда - длительность близок или равен его порогу срабатьшания, уровень опорного сигнала, сформированного в

частотно-зависимом элементе 12 и далее в выпрямителе 13, раве.н порогу ограничения ограничителя 14. В этом случае триггер 10 импульсами нуль-органа 7 установлен в исходное состояние, при котором обеспечивается отпирающий потенциал на управляющем входе ключей коммутатора 6. Тогда при уменьшении частоты вращения вала ВД уровень опорного сигнала, поступающего на опорньш вход преобразователя 11 амплитуда - длительность, начнет также уменьшаться в соответствии с характеристикой U ( ц)) (фиг.З), причем скорость у меньшения опорного сигнала в функции частоты оказывается вьше скорости изменения амплитуды напряжения АГ.

Следовательно, на выходе преобразователя I1 амплитуда - длительность формируются импульсы, длительность которых зависит от амплитуды входных импульсов (большей амплитуде соответствует большая длительность ). При прочих равных условиях длительность выходных импульсов преобразователя 1 определяет скорость накопления заряда на обкладках накопительного конденсатора 27 (фиг.2).

ц

43537

Как только выходное напряжение интегратора 16 принимает значение, равное значению опорного напряжения компаратора 18, последней, срабатывая, запускает элемент 19 задержки на время, не превышающее период напряжения АГ, соответствурщий его максимальной частоте диапазона. Тем самым подго0 тавливается такое состояние элемента И 8 совпадения и элемента НЕТ 9 запрещения, которое обеспечивает очередным импульсом нуль-органа 7 опрокидывание триггера 10 и снятие

15 сигнала с управляющего входа коммутатора 6 до прихода следующего импульса нуль-органа 7.

В качестве ключей коммутатора 6 могут быть использованы управляемые

20 полупроводниковые элементы, например тиристоры. В этом случае возможно выключение лишь того ключа коммутатора, в цепи которого к моменту срабатывания компаратора 18 устанавли25 вается значение тока при его спадании меньше тока удержания. Таким образом, в момент срабатывания компаратора происходит отключение лишь части конденсаторной группы 5 на вре30 мя, не превьштающее период напряжения генератора. Этим достигается плавность в управлении генератором и снижение модуляции напряжения на нагрузке .

Кроме того, выходной импульс компаратора воздействует на разрядный ключ 32 интегратора 16, обеспечивая

1 полный разряд конденсатора 27 и подготовку устройства к следующему цик0 У работы. Чем больше разность между амплитудным значением входного сигнала преобразователя 1I. амплитуда - длительность и его опорным сигналом, тем больше частота срабатьгоания ком5 мутатора 6, тем меньше намагничивающий ток и, следовательно, ЭДС АГ. Подбирая коэффициент передачи режек- торного фильтра (элемент 12), можно обеспечить такую характеристику U ( ,

0 при которой мощностные характеристики АГ и ВД будут совпадать.максимально, т.е. на участке от сопДО Ц)рбудет обеспечено оптимальное согласование характеристик ВД и АГ.

g В диапазоне частот вьш1е tOp на валу ВД имеет место избыток мощности, обусловленный статической ошибкой центробежного регулятора частоты вращения ветроколеса. Как правило, ука35

513

заннап ошибка больше нуля. Следовательно, мощностную характеристику БД при ы и. р мо- чно представить прямой АС, наклоненной к оси абсцисс лод углом cf 7 О, Поэтому в указанном частотном диапазоне требуется ограничить напряжение ЛГ, которое с ростом частоты имеет тенденцию увеличиваться. Это достигается следующим об- разом.

Как только частота вращения вала ВД начинает превьшшть значение, равное tUp, вступает в работу ограничитель 14, ограничивая опорное напря- жение преобразователя II амплитуда длительность на заданном уровне. Далее процесс формирования управляющего сигнала коммутатора 6 соответствует описанному выше с той разницей, что частота периодических исключений из работы регулируемой группы конденсаторов 5 определяется разиост1-ю амплитудного значения напряжения входного сигнала преобразователя Пи стабильного напряжения опорного сигнала.

При работе ВД на право м участке мощностной характеристики и двигательной нагрузке АГ для устойчивой работы последней желательно сохранить постоянным отношение напряжения генератора к частоте. Это достигается вводом в цепь заряда конденсатора 27 управляемого сопротивления 29 (фиг.2) Сигнал с источника 25 опорного напряжения, определяющий заданное отношение напряжения к частоте, сравнивается в элементе 24 сравнения с напряжением статора. Сигнал рассог- ласования, воздействуя на управляю- щий вход управляемого сопротивления 29, определяет его проводимость и тем самым статизм регулятора напряжения АГ. В частности, можно обеспечить такую величину статизма регулятора напряжения АГ, при котором отношение напряжения АГ к частоте - постоянная величина.

При необходимости обеспечения уп- равления параметрами нагрузки, например в случае контроля режима разряда и управления режимом заряда аккумуляторной батареи 21 (фиг. ), в сумматоре 20 суммируются сигнал, пропор- циональньй току аккумуляторной батареи 21, снимаемьш с измерительного шунта 22, и напряжение аккумуляторной батареи. Результирующий сигнал

Г/fi

огряничинае-|ч:я и огр ничи геле; 23 тока, после чего используется в ка.чесп- ве опорного сигнала компаратора 18. Уровень ограничения в ограничителе 2. тока определяется уровнями ограничения зарядного тока батареи и ее ЭДС. Если результатом суммирования сигналов является их арифметическая сумма, максимальньй разрядньй ток возможен лишь при минимально допустимой ЭДС аккумуляторной батареи. При максимально допустимой ЭДС значение зарядного тока стремится к значению тока саморазряда.

Использование предлагаемого устройства позволяет без существенного усложнения устройства улучшить качество управления асинхронным генератором и расширить область его приме- ния.

Формула изобретения

Система автономного электроснабжения, содерхсащая асинхронньм генератор с конденсаторным возбуждением, датчик вращения ротора, установлен- ньй на валу генератора, нагрузку, подключенную к выходным зажимам генератора, преобразователь амплитуда - длительность, подключенный к зажимам статора генератора, выход которого соединен с входом интегратора, вы- ход которого соединен с входом компаратора, выход которого связан с входом интегратора и с входами элементов И и НЕТ, на вторые входы которых подключены выходь соответствующих нуль-ррганов, выходы элементов И и выходы элементов НЕТ соединены соответственно с первыми и вторыми входами соответствующих триггеров, выходы которых связаны с соответствующими управляющими входами полупроводникового коммутатора, содержащего ключи по числу фаз генератора и связанного с фазными зажимами статора генератора через дополнительную группу конденсаторов, отличающаяся тем, что, с целью повьш1е- ния надежности регулирования и расширения области применения, введены измеритель частоты скольжения ротора, источник опорного напряжения, элемент .сравнения, элемент с крутизной амплитудно-частотной характеристики не ниже амплитудно-частотной характеристики самого генератора.

два выпрямителя, ограничитель, элемент задержки, ограничитель тока, сумматор, измерительный шунт, аккумуляторная батарея, а интегратор выполнен в виде двух управляемых ключей, конденсатора, диода, регулируемого сопротивления и резистора, причем параллельно конденсатору подключен первый управляемый ключ и цепоч ка, состоящая из резистора и второго управляемого ключа, при этом общая точка соединения резистора, конден- с.атора и первого управляемого ключа подключена к регулируемому сопротивлению через диод, управляющий вход управляемого сопротивления соединен с выходом элемента сравнения, первьш вход которого соединен с источником опорного напряжения, а второй вход связан с фазами статора генератора, вход управляемого сопротивления соединен с выходом преобразователя амплитуда - длительность и с первым входом измерителя частоты скольжения

0

ротора, на второй вход которого подключен выход датчика вращения ротора, а выход измерителя частоты скол.ь- жения ротора подсоединен к управляющему входу второго управляемого ключа интегратора, управляющий вход первого управляемого ключа интегратора соединен через компаратор с выходом ограничителя тока, вход которого через сумматор подключен к выходам измерительного шунта и аккумуляторной батареи, включенным последовательно и подключенным к выходу первого вьтрямителя, вход которого связан с выходными зажимами генератора, второй вход преобразователя амплитуда - длительность соединен через ограничитель и второй выпрямитель с выходом элемента с крутизной амплитудно- частотной характеристикой не ниже крутизны амплитудно-частотной характеристики самого генератора, а между выходом компаратора и входами элемен- 5 тов И и НЕТ включен элемент задержки.

5

0

/UJ/)

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования напряжения асинхронных генераторов автономных ветроустано- вок, подвижных объектов. Цель изобретения - повышение надежности регулирования и расширение области применения. С этой целью в устройство введены преобразователь 11 амйлитуда - длительность. Опорный сигнал для его работы формируется в последовательно соединенных элементе с крутизной амплитудно-частотной характеристики не ниже амплитудно-частотной характеристики самого генератора, выпрямителе 13 и фильтре 14. Выход преобразователя амплитуда - длительность соединен с входом 15 интегратора 16 и одним из входов измерителя 17 частоты скольжения ротора. Выход интегратора 16 соединен с входом компаратора 18, а его выход через элемент 19 задержки, элементы И8 и НЕТ 9, триггер 10 связан с ключами управляемого коммутатора 6, осуществляющими отключение части конденсаторной группы 5 на время, не превьшающее период напряжения генератора 1. Этим достигается плавность в управлении генератором и снижение модуляции напряжения на нагрузке.3 ил. i СП со 4; со СП со

Редактор П.Гереши

Составитель Е.Гольцева Техред М.Дидык

Заказ 4836/56 Тираж 659Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобр€;тений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

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

Корректор А.Тяско