Автоматический регулятор возбуждения трехфазной электрической машины Советский патент 1991 года по МПК H02P9/30 

Изобретение относится к электротехнике и может использоваться для регулирования тока возбуждения многофазных электрических машин, в частности, как регулятор напряжения синхронных генераторов автономных объектов.

Цель изобретения - повышение точности регулирования и надежности энергоснабжения путем повышения быстродействия, устойчивости системы регулирования и расширения диапазона частоты вращения.

На фиг. 1 приведена блок-схема энергосистемы, в состав которой входит регулятор тока возбуждения; на фиг. 2 - эпюры напряжений, поясняющие работу системы автоматического регулирования.

Автономная энергосистема с регулятором тока возбуждения (фиг.1) содержит генератор 1 трехфазного напряжения 1, фильтр 2 низкой частоты, первый 3, второй 4, третий 5, четвертый 6, пятый 7, шестой 8 нуль-органы, первый 9, второй 10, третий 11 элементы 2ИЛИ, элемент ЗИЛИ 12. первый 13, второй 14, третий 15 управляемые ключи, аналого-цифровой преобразователь 16, умножитель 17, вход 18 задания коэффициента умножения, блок 19 вычитания, установочный вход системы 20, цифровую систему 21 управления, управляемый преобразователь 22, силовой вход 23 питания, обмотку 24 возбуждения генератора.

При этом выходы генератора 1 трехфазного напряжения подключены к входам фильтра 2 низкой частоты, входы первого нуль-органа Э и четвертого нуль-органа 6 объединены с информационным входом первого управляемого ключа 13 и с первым выходом фильтра 2 низкой частоты, входы второго нуль-органа 4 и пятого нуль-органа 7 объединены с информационным входом второго управляемого ключа 14 и с вторым выходом фильтра 2 низкой частоты, входы третьего нуль-органа 5 и шестого нуль-органа 8 объединены с информационным входом третьего управляемого ключа 15 и с третьим выходом фильтра 2 низкой частоты.

Выход первого нуль-органа 3 подключен к первому входу первого элемента 2ИЛИ 9, второй вход которого подключен к выходу четвертого нуль-органа 6, выход первого элемента 2ИЛИ 9 - к первому входу элемента ЗИЛИ 12 и к управляющему входу третьего ключа 15, выход второго нуль-органа 4 - к первому входу второго элемента 2ИЛИ 10, второй вход которого подключен к выходу пятого нуль-органа 7, выход второго элемента 2ИЛИ 10 - к второму входу элемента ЗИЛИ 12 и к управляющему входу первого управляемого ключа 13, выход

третьего нуль-органа 5 - к первому входу третьего элемента 2ИЛИ 11, второй вход которого подключен к выходу шестого нуль- органа 8, выход третьего элемента 2ИЛИ 11 к третьему входу элемента ЗИЛИ 12 и к управляющему входу второго управляемого ключа 14, выход элемента ЗИЛИ 12 - к управляющему входу аналого-цифрового преобразователя 16, выход которого подключен

0 к первому входу умножителя 17, выход умножителя 17 - к второму входу блока 19 вычитания, выход которого соединен с входом цифровой системы 21 управления, выход цифровой системы 21 управления

5 подключен к входу управляемого преобразователя 22, выходы которого подключены к соответствующим выводам возбуждения генератора 24.

Регулирование напряжения трехфазно0 го генератора происходит следующим образом.

Рассмотрим работу сисемы, например, для момента t2 и t2 .

Трехфазное напряжение фильтруют и

5 согласовывают по уровню фильтром низкой частоты.

Преобразованное напряжение - фазное, линейное (фиг.2) поступает на информационные входы первого 13, второго 14,

0 третьего 15 управляемых ключей и первого

3,второго 4, третьего 5, четвертого 6, пятого 7. шестого 8 нуль-органов.

Нуль-органы формируют импульсы в моменты перехода напряжения через нуль. 5 При этом принимают, что первый 3, второй

4,третий 5 нуль-органы реагируют на положительный переход напряжений через нуль, а четвертый G, пятый 7, шестой 8 нуль-органы - на другую полярность перехода.

0 По сигналу, формируемому вторым нуль-органом 4 в момент t (фиг.26) или пятым нуль-органом 7 в момент t21 (фиг.2в), т.е. в моменты перехода через нуль второй фазы напряжения Ua, формируют на выходе вто5 рого элемента 2ИЛИ 10 (фиг.2г) сигнал управления первым ключом 13 и через элемент 2ИЛИ 12 сигнал управления аналого-цифровым преобразователем 16. На вход ключа 13 подают напряжение первой фазы Ui, в результате чего импульс напряжения (фиг.2д) поступает на аналого-цифровой преобразователь 16, на выходе которого формируют соответствующий код.

Аналогичным образом в моменты ti, ti1, ta, ta и т.д. измеряют значение напряжения двух других фаз, при этом сигнал управления для второго ключа 14 (фиг.2), на вход которого подают напряжение второй фазы, формируют по сигналам на выходе первого элемента 2ИЛИ 9. формируемым третьим

0

5

нуль-органом 5 и шестым нуль-органом 8, реагирующим на переходы через нуль напряжения третьей фазы, а сигнал управления для третьего ключа 15 (фиг.2ж), на вход которого поступает напряжение третьей фазы, формируют по сигналам на выходе первого элемента 2ИЛИ 9. формируемым первым нуль-органом 3 и четвертым нуль- органом 6, реагирующим на переходы через нуль-органы фазы напряжения.

Запуск аналого-цифрового преобразователя 16 осуществляется сигналами, формируемыми на выходе элемента ЗИЛИ 12, при каждом переходе через нуль напряжения каждой фазы (фиг.2э).

В зависимости от того, какое значение коэффициента умножения установлено на входе задания коэффициента умножения, код напряжения, поступающего С АЦП, умножают до величины мплитудного значения напряжения (к ) или до величины среднего значения

Затем код напряжения с выхода умножителя поступает на блок 19 вычитания, на выходе которого формируется код результата разности между кодом напряжения с выхода умножителя и значением кода заданного напряжения, установленного на установочном входе системы 20. После чего цифровая система управления, реализующая, например, пи-закон управления с передаточной функцией

W(t)

kp-6(t) + kr/e(t)dt ер)

где kp и ki - коэффициенты пропорциональной и интегральной части;

e(t) - U3 - U(t),

где J3 код заданного напряжения;

U(t) - код измеренного напряжения, формирует регулирующее воздействие, которое поступает на управляемый преобразователь 22.

В качестве управляемого преобразователя 22 может быть использован, например, тиристорный выпрямитель, управление которым осуществляется с помощью микропроцессорной системы импульсно-фазового управления вентилями,

На выходах управляемого преобразователя 22 изменяется напряжение, что приводит к изменению тока в обмотке возбуждения генератора 24 и соответственно магнитного

потока, в результате чего на выходах генератора изменяется напряжение и тем самым отрабатывается регулирующее воздейст- / вне.

Структуру системы автоматичекого регулирования напряжения трехфазного генератора можно распространить для аналогичных симметричных многофазных систем напряжения, где число фаз определяется из соотношения m 2n+1 (п - любое целое число).

Порядок соединения выходов элементов 2ИЛИ и управляющих входов управляемых ключей следующий.

Формируют таблицу соответствующих соединений, в которой первая строка представляет собой ряд чисел от 1 до т, вторая строка получена циклической перестановкой членов ряда, причем число перестановок К находится из уравнения

m 4k-H.(1)

и в том случае, если получается не целое число, его находят из уравнения

т 2К+1,(2)

где m - число фаз в системе напряжений.

Например, для случая девятифазной системы напряжений () таблица соответстт вующих соединений выходов элементов 2ИЛИ с управляющими входами управляемых ключей следующая

Выход элемента 2ИЛИ 1 23456789 Управляющий вход

управляемого ключа 89 1 234567

Сделаны две циклические перестановки ряда от 1 до 9. так как из уравнения (1) следует

и m - 1 9-1 „

- jЈ.,

Предлагаемый регулятор обеспечивает повышение быстродействия и запаса устойчивости в связи с тем, что в нем отсутствует необходимость измерения среднего значения напряжения и соответственно наличия

фильтров, а также необходимость предыдущего определения момента измерения амплитудного значения.

Кроме того, работа регулятора тока возбуждения не зависит от частоты тока в энергосистеме, так как момент измерения жестко связан с мгновенным значением измеряемого напряжения функциональной зависимостью, характерной для синусоидального напряжения.

Формула изобретения Автоматический регулятор тока возбуждения трехфазной электрической машины содержащий первый, второй, третий управляемые ключи и первый, второй, третий нуль-органы, информационные входы которых попарно объединены, аналого-цифровой преобразователь, блок вычитания, цифровую систему управления преобразователем, управляемый преобразователь, при этом выходы управляемых ключей объединены и подключены к информационному входу аналого-цифрового преобразователя, первый вход блока вычитания связан с за- датчиком сигнала установки регулятора то ка возбуждения, а выход блока вычитания связан с входом цифровой системы управления преобразователем, выход которого подключен к управляющему входу управляемого преобразователя, выходы управляемого преобразователя соединены с выводами дм подключения обмотки возбуждения ацентрической машины, отличающийся тем. что. с целью повышения точности регулирования и надежности путем повышения быстродействия, устойчивости и расширения диапазона частоты вращения, введены четвертый, пятый, шестой нуль-органы, первый, второй, третий элементы 2ИЛИ. элемент ЗИЛИ и умножитель, первый вход которого подключен к выходу аналого-цифрового преобразователя,

О,

б I

г

д е

-

л

1

т

второй вход соединен с узлом задания коэффициента умножения, а его вЫход подключен к второму входу блока вычитания, кроме этого, управляющий вход аналого5 цифрового преобразователя подключен к выходу элемента ЗИЛИ. первый вход элемента ЗИЛИ соединен с управляющим входом третьего управляемого ключа и выходом первого элемента 2ИЛИ, второй

10 вход элемента ЗИЛИ соединен с управляющим входом первого управляемого ключа и выходом второго элемента 2ИЛИ, третий вход элемента ЗИЛИ соединен с управляющим входом второго управляемого ключа и 15 выходом третьего элемента 2ИЛИ, выход первого нуль-органа соединен с первым входом первого элемента 2ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу четвертого нуль-органа, информационный вход кото20 рого связан с информационным входом первого нуль-органа, выход второго нуль- органа подключен к первому входу второго элемента 2ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу пятого нуль-органа, инфор25 мациенный вход которого связан с информационным входом второго нуль-органа, выход третьего нуль-органа подключен к первому входу третьего элемента 2ИЛИ, второй вход которого подключен к

30 выходу шестого нуль-органа, информационный вход которого связан с информационным входом третьего нуль-органа.

з

JL

V

и

1

т

т

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при разработке регулирующих устройств для управления тиристорными преобразователями, преимущественно для регуляторов тока возбуждения синхронных генераторов автономных Г систем энергоснабжения. Целью изобретения является повышение точности регулирования и надежности эксплуатации. Это достигается тем. что при измерении напряжения сигнал поступает на попарно обьеди- ненные входы управляемых ключей и нуль-органов. Нуль-органы 3-8 соответственно формируют импульсы в момент переходов через нуль каждой фазы напряжения. Сигнал с выхода первого элемента 2ИЛИ 9, фиксирующий переход через нуль первой фазы напряжения, управляет работой треть- его ключа 15. сигнал с выхода второго элемента 2ИЛИ 10 управляет работой первого ключа 13, сигнал с выхода третьего элемента 2ИЛИ11 управляет работой второго ключа 14. сигнал с объединенных выводов ключей поступает на запускающий вход аналого-цифрового преобразователя 16, на выходе которого получают код. соответствующий величине измеренного напряжения, который с помощью умножителя 17 умножают до величины амплитудного или среднего значения напряжения. Сигнал управления аналого- цифровым преобразователем формируют на выходе элемента ЗИЛИ 12, на входы которых поступают сигналы с выходов элементов 2ИЛИ 9-11 2 ил w Ё О ел 00 ы о 00

1ППППППППП

Редактор В. Данко

Фие.2

Составитель А. Лебедев Техред М.МоргенталКорректор С. Шевкун

t