Регулятор напряжения синхронного генератора электромашинного преобразователя Советский патент 1989 года по МПК H02P9/38 H02P9/44 

g

сл

tc

сл

00

СП

N)

питание от сети через пускатель 1. РН включает в себя корректор 9 напряжения и пополнительный корректор 20, обеспечивающий изменение выходного напряжения СГ в зависимости от частоты этого напряжения при пуске и останове ЭП. Сущность изобретения заключается во введении токоизмеритель- ного узла СГ и выполнении корректоров 9, 20 таким образом, чтобы при

коротких замыканиях в цепи нагрузки СГ происходило ограничение выходного тока СГ, и выполнении пускателя 1 с входом 34 аварийного с временной задержкой отключения ЭП. Аварийное отключение ЭП позволяет в случае, если не сработала селективная защита цепей нагрузки при коротком замыка- НИИ с заданной выдержкой времени, . обесточить ЭИ. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей регулятора напряжения (РН), повышение надежности электромашинного преобразователя (ЭП) путем обеспечения ограничения тока при коротком замыкании в выходной цепи синхронного генератора (СГ). ЭП содержит приводной двигатель 2, СГ 3 и получает питание от сети через пускатель 1. РН включает в себя корректор 9 напряжения и дополнительный корректор 20, обеспечивающий изменение выходного напряжения СГ в зависимости от частоты этого напряжения при пуске и останове ЭП. СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ ЗАКЛЮЧАЕТСЯ ВО ВВЕДЕНИИ ТОКОИЗМЕРИТЕЛЬНОГО УЗЛА СГ и выполнении корректоров 9, 20 таким образом, чтобы при коротких замыканиях в цепи нагрузки СГ происходило ограничение выходного тока СГ, и выполнении пускателя 1 с входом 34 аварийного с временной задержкой отключения ЭП. Аварийное отключение ЭП позволяет в случае, если не сработала селективная защита цепей нагрузки при коротком замыкании с заданной выдержкой времени, обесточить ЭП. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в замкнутых системах автоматического регулирования выходного напряжения синхронных генераторов электромапшн- ных преобразователей энергии, применяемых в качестве автономных источников питания бортовых сетей судов, самолетов и других объектов.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей регулятора напряжения и повышение надежности электромашинного преобразователя путем обеспечения ограничения тока при коротком замыкании в выход- ной цепи синхронного генератора и ег ограждения от длительного воздействия тока глухого короткого замыкания упрощение устройства.

На фиг.1 представлена принципиаль ная схема регулятора напряжения; на фиг.2 - временные диаграммы работы электромашинного преобразователя с регулятором напряжения.

Первичный источник электроэнер- гии, например трехфазная сеть переменного тока А, В, С, промышпенной частоты (50 Гц), связан посредством пускателя 1 со статорной цепью приводного, например, асинхронного дни- гателя 2 электромашинного преобразователя, содержащего также выходной синхронный генератор 3, имеющий жесткое механическое соединение ротора с ротором приводного двигателя 2, Выходная статорная цепь синхронного генератора 3 связана, например, кабельной линией 4 электропередачи генерируемой энергии переменного тока повьшенной частоты (обычно 400 Гц с клеммами 5 нагрузки синхронного генератора.

Обмотка 6 возубждения синхронного генератора 3, шунтированная неч

20

25 ЗО о ,

- 5

40 45 §0)

55

линейным разрядным сопротивлением 7, подключена к выходу управляемого усилителя мощности 8 регулятора напряжения, выполненного, например, в виде блока фазового компаундирования с его питанием выходным напряжением и током силовой цепи генератора 3. Вход корректора 9 напряжения связан измерительным однофазным кабелем 10 с клеммами 5 нагрузки.

Корректор 9 напряжения содержит понижающей трансформатор 11, первичной обмоткой подключенный к выходу измерительного кабеля Ю, а двумя вторичными обмотками связанный соответственно с измерительным органом 12 действующего значения напряжения и с выпрямителем 13, подключенным посредством выходного сглаживающего, например, Т-образного R-C-фильтра 14 цепи питания промежуточного широтно-импульсного усилителя 15 мощности корректора 9 напряжения. Потенциометр 16 уставки номинального выходного напряжения синхронного генератора связывает при этом выход измерительного органа 12 корректора напряжения- с входом его промежуточного усилителя 15, имеющего для обеспечения устойчивости внутреннюю R-C-цепь динамической коррекции и выходом 17 связанного с первым входом вентильной логической схемы ИЛИ 18, подключенной выходом к управляющему входу 19 усилителя мощности 8 регулятора.

Дополнительный корректор 20 напряжения также содержит понижающий трансформатор 21, первичная обмотка которого подключена к выходной статорной цепи синхронного генерато ра 3, а вторичная обмотка связана через Г-образный R-C-фильтр 22 с

5

измерительным органом. Дополнительный корректор 20 также имеет промежуточный широтно-импульсный усилитель мощности 23 с внутренней R-C- цепью динамической коррекции, связанный выходом 24 с вторым входом вентильной логической схемы ИЛИ 18. Независимый источник постоянного тока 25 связан с цепью питания дополнительного корректора напряжения 23. Он выполнен, например, в ри де выпрямительного блока, подключенного к выходной цепи переменного тока пускателя 1 посредством понижающего трансформатора. При этом, благодаря подключенной выходной диодной схеме 26 разделения цепей, источник постоянного тока 25 одновременно используется для начальной подпитки обмотки 6 возбуждения синхронного генератора 3, чем обеспечивается его дальнейшее самовозбуждение через усилитель мощности 8 в переходном процессе пуска электромашинного преобразователя. I

Кроме того, регулятор напряжения содержит трансформатор тока 27, потенциометр 28, выпрямительный мост 29, R-C-фильтр 30, транзисторный ключ 31 и диод 32, причем первичная обмотка трансформатора тока 27 включена последовательно в силовую цепь синхронного генератора 3 а вторичная - подключена к крайним выводам потенциометра 28, средний и один из крайних выводов которого соединены с входом выпрямительного моста 29, выходными выводами подключенного к входу Г-образного R-C- фильтра 30, выходом связанного с коллектором и эмиттером транзисторного ключа 31. Управляющая цепь база - эмиттер транзисторного ключа 31 связана с выходом выпрямителя 13

Коллектор и эмиттер транзисторного ключа 31 соединены с выводами 33, предназначенными для подключения к входу 34 аварийного с временной задержкой отключения пускателя 1 электромашинного преобразователя, а также с выводами 35 добавочного входа измерительного органа дополнительного корректора напряжения 20. При этом измерительный орган дополнительного корректора напряжения 20 вьшолнен на дополнительных вьтрямителе 36, потенциометре 37 и источнике 38 опорного напряже258576

НИН, причем вход дополнительного выпрямителя 36 подсоединен к входу измерительного органа 22 дополнительного корректора 20 напряжения,

первый вывод выхода дополнительного напряжения 36 - к первому крайнему выводу дополнительного потенциометра 37, а второй вывод выхода - к пер.Q вому выводу добавочного входа 35 вышеуказанного измерительного органа, связанному с выводом выпрямительного моста 29, имеющим одинаковую (отрицательную) с вторым вьгаодом дос полнительного выпрямителя 36 полярность; и через источник 38 опорного напряжения к первому выводу выхода измерительного органа дополнительного корректора 20 с вторым выводом

2Q выхода, подключенным к среднему

выводу дополнительного потенциометра 37, второй крайний вывод которого соединен.с вторым выводом добавочного входа 35 измерительного ор- 25 гана.

Статические и переходные режимы работы электромашинного преобразователя с регулятором напряжения, обеспечивающим последовательно частот30 но-зависимое регулирование напряжения при пуске или выбеге агрегата, стабилизацию заданного номинального значения выходного напряжения в установившемся режиме,ограничение на

,, заданном уровне кратности величины тока при коротком замыкании с временной задержкой отключения пускателя, поясняются временными диаграммами на фиг.2, где на условных вред0 мерных участках .Пуск, Работа, Короткое замыкание и Выбег со- . ответственно показаны график изменения частоты вращения (0(t) электромашинного преобразователя 2-3

де (фиг.2,А), график изменения действующего значения выходного напряжения U(t) синхронного генератора на клеммах 5 его основной нагрузки (фиг.2,б), график изменения выход5Q ного широтно-импульсного напряжения U.(t) основного корректора 9 действующего значения напряжения, регулятора (фиг.2,в), график изменения выходного широтно-импульсного , напряжения V(t ) дополнительного (частотно-зависимого) корректора 20 напряжения регулятора (фиг.2,г), график изменения действующего значения выходного тока I3(t) статорной ,

цепи синхронного генератора 3 преобразователя (фиг.2,д).

При этом на начальном интервале О + t переходного процесса пуска электромашинного преобразователя пускатель 1 обеспечивает подачу электроэнергии на приводной двигатель 2 преобразователя, а также питание независимого источника 25 постоянного тока, производящего посредством выходной диодной схемы разделения 26 начальную подпитку цепи обмотки 6 возбуждения синхронного генератора 3 и питание усилителя мощности 23 дополнительного корректора напряжения 20. Благодаря этому про- исходит по мере увеличения частоты вращения GoCt) агрегата (фиг.2,а) форсированное возбуждение синхронного генератора 3, дальнейший рост выходного напряжения U (t) которого сдерживается по примерно линейному, чacтoтнo-зaвиcимo fy закону 1)5-/СО const (фиг.2,б), воздействием дополнительного корректора 20 напряжения, выходной широтно-импульсный сигнал изд() которого по его выхо ду 24 проходит через правый по схеме на фиг.1 вентиль вентильной логической схемы ИЛИ 18 на управляющий вход 19 усилителя мощности 8 регулятора напряжения (фиг.2,г). Тран-Зис- торный ключ 31 при этом открыт, ввиду чего вьшрямитель 36 частотно-зависимого измерительного органа 22 дополнительного корректора напряжения 20 непосредственно (через открытый транзистор 31) связан с край ними вывода№1 потенциометра настройки 37, установка которого выбирается по отношению к номинальной установке потенциометра настройки 16 корректора 9 на 5-10% большей, чем обеспечивается необходимое упреждающее воздействие дополнительного корректора 20 на начальном этапе пуска преобразователя по сравнению с действием корректора 9 напряжения, выходной сигнал которого находится на низком (нулевом) уровне (фиг.2,в) вплоть до момента времени t t, , когда выходное напряжение синхронного генератора не достигает номинального значения U при значении частоты вращения СО, 0,9-0,95 СО мои I

На заключительном интервале t, tn переходного процесса пуска преобразователя, когда его частота враще

ния увеличивается до номинального и установившегося значения СО HOW (фиг.2,а), вступает в действие корг ректор 9 напряжения, которьй с повышенной степенью точности стабилизирует на заданном номинальном уровне и цо выходное напряжение синхронного генератора непосредственно на

Q клеммах 5 его нагрузки (фиг.2,б) путем подачи широтно-импульсного сигнала U)(t) с выхода 17 корректора 9 через левый по схеме на фиг.1 вентиль вентильной логической схемы

5 ИЛИ 18 на управляющий вход 19 усилителя мощности 8 регулятора (фиг.2,в). Выходной сигнал (t) дополнительного корректора 20 напряжения при этом вынужденно находится на низком (ну0 левом) уровне ввиду увеличения частоты вращения до номинальной при одновременном ограничении выходного напряжения синхронного генератора 3 на заданном номинальном уровне, что

5 при неизменной величине напряжения источника 38 опорного напряжения приводит к уменьшению выходного выпрямленного сигнала измерительного органа дополнительного корректора 20 и вызывает отпирание выходного тран0

зистора его широтно-импульсного усилителя мощности 23.

Далее, начиная с момента времени t t 3 приема номинальной нагрузки

(фиг.2,д), когда к клемме 5 подключается нагрузка преобразователя, наступает его установившийся длитель- m)tfj режим работы, характеризующийся потреблением выходного номинального тока синхронного генератора 3 его нагрузками 5 и стабилизацией номинального уровня действующего значения напряжения, производимого корректором 9, напряжения, вОздействующим на усилитель мощности 8 регулятора напряжения. При этом выходной сигнал сглаживающего R-C-фильра 30 ш унтируется открытым транзисторным ключом и таким образом ни на цепь

33, ни на выводы 35 добавочного входа измерительного органа дополнительного корректора напряжения 20 не попадает.

Однако дополнительный корректор 20, благодаря его питанию от независимого источника 25 постоянного тока, подготовлен к возможному функционированию 3foro устройства в роли регулятора - стабилизатора величи

ны выходного тока синхронного генератора при возникновении короткого замыкания на клеммах 5 его нагрузки.

Такой режим .отражен на интервале t. - ty графиков на фиг.2, когда ввиду короткого замыкания практически до нулевого уровня снижается напряжение U,-(t) на клеммах 5

мент времени t по фиг.2, срабатывает селективная токовая защита, от- ключгцощая поврежденньт участок ко- роткозамкнутой нагрузки, то синхронный генератор 3 вновь восстанавлива

(фиг.2,б), связанных измерительным кабелем 10 с первичной обмоткой понижающего трансформатора 11 корректора 9 напряжения. При этом обесточивается управляющая базо-эмит- терная цепь транзисторного ключа 31 Транзисторньш ключ 31 закрывается и выходной сигнал постоянного тока токоизмерительного узла поступает на добавочный вход 35 измерительного органа дополнительного корректора 20 и по цепи 33 - на вход аварийного с временной задержкой отключения пускателя 1. Уставка потенциометра настройки 28 выбирается таким образом, чтобы заданная (обычно 3- кратная по отношению к номинальному) величина тока короткого замыкания, протекаюр;его по первичной обмотке трансформатора тока 27, вызывала бы на выходе потенциометра 37 величину напряжения постоянного тока, равную величине напряжения источника 38 опорного напряжения. Это соответственно приводит к появлению выходного 1ииротно-импульсного сигнала дополнительного корректора 20 (фиг.2,г), связанного выходом 24 через вентильную логичекую схему ИЛИ 18 с управляющим входом 19 усилителя мощности 8 регулятора, работающего при этом в режиме автоматической стабилизации выходного тока короткого замыкания синхронного генератора 3 (фиг.2,д). Если своевременно, в мо

ет в момент времени

уровень напряжения

мах 5 (фиг.2,б), контролируемых вновь

вступающим в действие основным

корректором напряжения 9. Таким об-

разом, на относительно коротком вреtg номинальный Uc(t) на клемменном интервале

Ч tg происходит

переходный процесс восстановления выходного напряжения синхронного

0

5

0

5

з

генератора после отключения участка с короткозамкнутой нагрузкой, после чего выходной ток синхронного генератора 3 устанавливается на уровне несколько меньшем, чем нo aIнaльный (фиг.2,д) с учетом отключения селективной токовой защитой коротко- замкнутой нагрузки преобразователя.

В случае же возникновения глухого короткого замыкания, не отключаемого собственной селективной.токовой защитой нагрузок, после отсчета необходимой вьщержки времени пускатель 1 отключает приводной двигатель 2 от питающей сети А, В, С, и тем самым предотвращает синхронный генератор 3 от повреждения длительным воздействием тока короткого замыкания. Происходящий при этом преходный процесс выбега и остановки электромашинного преобразователя характеризуется (при отключенной короткозамкнутой нагрузке) частотно-зависимым законом снижения выходного напряжения синхронного генератора 3, обеспечиваемого действием дополнительного корректора 20 (фиг.2, а,б,г).

Таким образом, за счет введения токоизмерительного узла 27-28-29-30 выходной сигнал которого избирательно вводится транзисторным ключом 31 на добавочный вход измерительного органа дополнительного корректора напряжения и на управляющий вход аварийного с временной задержкой отключения пускателя, обеспечивающего расширение функциональных возможностей электромашинного преобразователя ограничения тока при коротком замыкании и защита синхронного генератора от длительного воздействия тока короткого замыкания.

При этом использована простая схема измерительного органа дополнительного корректора напряже1 ия.

0

5

0

50 Формула изобретения

генератора введены независимый источник постоянного тока, измеритель ный трансформатор тока, потенциометр, выпрямитель, выпрямительный мост, R-C-фильтр, транзисторный ключ, измерительный орган дополнительного корректора напряжения выполнен с добавочным входом постоянного тока, причем первичная обмотка трансформатора тока включена последовательно в силовую цепь генератора, а вторичная подключена к крайним .выводам потенциометра, средний и один из крайних выводов которого соединены с входом вьшря- мительного моста, вход R-C-фильтра подключен к выходным выводам выпрямительного моста, а выход - к коллектору и эмиттеру транзисторного ключа, соединенным соответственно с выводами добавочного входа измерительного органа дополнительного корректора напряжения, управляющая цепь транзисторного клча связана с выходом выпрямителя, соединенного входом через понижа- киций трансформатор с зажимами для подключения к нагрузке генератора, независимый источник постоянного тока связан с цепью питания дополнительного корректора напряжения..

синхронного генератора от длительного воздействия тока короткого замыкания , коллектор и эмиттер транзистора соединены с выводами, предназначенными для подключения к входу аварийного с временной задержкой отключения пускателя электромашинного преобразователя.

выпрямителе, потенциометре и источнике опорного напряжения, причем вход дополнительного выпрямителя подсоединен к входу измерительного органа дополнительного корректора напряжения, первый вывод выхода - к первому крайнему выводу дополнительного потенциометра, а второй вывод - выхода - к первому выводу добавочного входа вышеуказанного измерительного

органа, связанному с выводом выпрямительного моста, имеющим одинаковую с вторым выводом дополнительного выпрямителя полярность, и через источник опорного напряжения к первому

выводу выхода измерительного органа дополнительного корректора напряжения, с вторым выводом выхода, подключенным к среднему выводу дополнительного потенциометра, второй крайний вывод которого соединен с вторым выводом добавочного входа измерительного органа.