Модуляционный асинхронныйВЕНТильНый гЕНЕРАТОР Советский патент 1981 года по МПК H02P9/46 H02M7/757 

1

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве первичного источника электроэнергии для автономных систем энергоснабжения с широким диапазоном частот вращения первичного двигателя и стабильной частотой на выходе источника энергии, например для авиационных систем энергоснабжения или для систем энергоснабжения, использующих в качестве первичного двигателя энергию ветра.

Известны модуляционные асинхронные вентильные генераторы (АВГ) с возбуждением от тиристорного источника реактивной мощности (ТИРМ) в цепи статора асинхронной мащины с короткозамкнутым ротором (AM) с системой управления (СУ), состоящей из датчика, задатчика и блока сравнения напряжения, функционального преобразователя напряжения в частоту (ФП), пересчетной схемы, включенных последовательно между собой.

Дополнительный автономный инвертор стабильной частоты подключен либо непосредственно к цепи постоянного тока ТИРМ, либо к дополнительной обмотке AM через дополнительный силовой выпрямитель 1.

Частоту возбуждения генератора посредством ТИРМ устанавливают меньше частоты вращения генератора и регулируют ее в функции отклонения выходного напряжения. Благодаря этому АВГ работоспособен и обеспечивает стабилизацию амплитуды

выходного напряжения в широком диапазоне изменения скорости вращения и загрузок. Стабилизацию частоты напряжения осуществляют посредством дополнительного тиристорного преобразователя со звеном

постоянного тока - инвертора напряжения стабильной частоты.

Недостатками известного АВГ являются необходимость в дополнительном тиристорном инверторе на полную мощность нагрузки и пониженные энергетические показатели генератора из-за двухкратного преобразования энергии в машине и инверторе. Наиболее близким к данному изобретению техническим решением является модуляционный асинхронный вентильный генератор, содержащий силовую часть и схему управления, причем силовая часть состоит из асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором, расположенной на статоре

основной якорной обмоткой и тиристорного источника реактивной мощности, выполненного по схеме автономного инвертора, а схема управления включает в себя датчик и задатчик напряжений, блок сравнения напряжений, функциональный преобразоваIc-Jib напряжения в частоту, пересчетную логическую схему и задающий генератор стабильной частоты; при этом выходы датчика и задатчика напрял :ений подключены к входам блока сравнения напряжений, а выход блока сравнения напрял ений через ф)нкциональный преобразователь напрял ения в частоту соединен с входом пересчетной логической схемы 2. Недостатком известного устройства является большие вес и габариты из-за необходимости применения конденсаторов для входных фильтров ТИРМ. Кроме того, для получения трехфазного выходного напряжения потребуется иметь три электрических машины, три ТИРМ и три схемы управления, что усложняет схему устройства. Целью изобретения является упропдение схемы, повышение энергетических показателей и расширение диапазона работы. Поставленная цель достигается тем, что на статоре асинхронного генератора выполнена вспомогательная многофазная обмотка возбуждения, силовая часть дополнительно снабжена вентильным многофазным демодулятором, каждая из фаз которого содержит тиристорный и диодный мостовой двухполупериодный выпрямители, включенные встречно-параллельно между собой и по входам переменного тока присоединенные к соответствуюш,им фазным выводам основной якорной обмотки асинхронного генератора, а по выходам постоянного тока-- к нагрузке. При этом вход переменного тока тиристорного источника реактивной мош;ности подключен к фазным выводам вспомогательной обмотки возбуждения асинхронного генератора, выход постоянного тока закорочен; кроме того, в схему управления дополнительно введены система фазово-импульсного управления демодулятором с управляюш,им и синхронизируюш,им входами, пропорционально-интегральный регулятор, одноканальный функциональный преобразователь напряжения в угол и многофазный широтно-импульсный модулятор. скважности импульсов стабильной частоты, в состав которого входят многофазный задающий генератор стабильной частоты, многоканальный функциональный преобразователь напряжения в угол и многоканальный генератор пилообразного напряжения, причем входы многоканального функционального преобразователя напряжения в угол подключены к выходам многофазного задающего генератора стабильной частоты и к выходам многоканального генератора иилообразного напряжения, входы которого соединены с выходом пересчетной логической схемы и выходом пропорционально-интегрального регулятора. Выход многоканального функционального преобразователя напряженияв угол подключен к входу управления тиристорным источником реактивной мощности и к входу синхронизации системы фазово-импульсного управления демодулятором, к управляющему входу которой присоединен через пропорционально-интегральный регулятор и одноканальный функциональный преобразователь напряжения в угол выход блока сравнения напряжений. На фиг. 1 приведена блок-схема модуляционного асинхронного вентильного генератора; на фиг. 2 показан вариант выполнения силовой части демодулятора напряжепия стабильной частоты; на фиг. 3 приведены временные диаграммы импульсов и эпюры напряжений на выходе одной из фаз статора асинхронного генератора и соответствующего демодулятора; на фиг. 4 показан один из вариантов выполнения силовой части модуляционного асинхронного вентильного генератора, причем с целью упрощения показаны только две фазы демодулятора, третья фаза которого выполнена аналогично. На статоре асинхронной машины с короткозамкнутым ротором 1 расположены основная якорная обмотка 2 и вспомогательная обмотка возбуждения 3. Якорная обмотка 2 через трехфазный демодулятор (ДМ) 4 подключена к нагрузке 5. Обмотка возбуждения 3 связана с тиристорным источником реактивной мощности (ТИРМ) 6. Выходы многофазного задающего генератора (ЗГ) синусоидальных колебаний 7 схемы управления подключены к одним из входов многоканального функционального преобразователя напряжения в угол (ФП) 8, другие входы которого связаны с выходом многоканального генератора пилообразного напряжения (ГП) 9. Выход преобразователя 10 подключен к управляющему входу ТИРМ 6. Входы ГП 9 через пересчетную логическую схему (ПС) 10 и функциональный преобразователь напряжения в частоту (ФП) 11 связаны с выходом блока сравнения напрял ения 12, на один из входов которого подается сигнал с датчика напряжений (ДН) 13, на другой вход -задающий сигнал. Вход ДН 13 связан с выходом ДМ 4. Одновременно выход блока сравнения напряжений 12 подключен к входу пропорционально-интегрального регулятора (ПИР) 14, который управляет работой ГП 9 и одноканального преобразователя напряжения в частоту 15, выход которого через схему фазово-имиульсного управлеВИЯ демодулятором (СУДМ) 16 подключен к управляющим входам ДМ 4. Одновременно на один из входов СУДМ 16 поступает сигнал с блока 8. Блоки 7-9 образуют трехфазный модулятор 17. На фиг. 2 показана часть силовой схемы для одной фазы демодулятора напряжения ДМ 4, где тиристоры Т/, , и образуют однофазную двухполупериодную схему выпрямления, включенную встречнопараллельно аналогичной схеме выпрямителя на диодах DI-D. Здесь же изображены формы напряжения на входе демодулятора и на одной из фаз нагрузки ZH, включенной в диагональ мостовой схемы.

Модуляционный асинхронный вентильный генератор работает следующим образом.

В наиболее характерном режиме АВГ возбуждается от ТИРМ в цепи статора, собранного по схеме автономного инвертора. Генератор вращается со скоростью, изменяющейся в щироких пределах (в несколько раз). Напряжение на статоре сравнивается с задающим и подается на ФП 11 напряжения в частоту (фиг. За), который присоединен ко входу кольцевой пересчетной схемы 10, где происходит сдвиг частотных импульсов по фазе (фиг. 36). Эти и.мпульсы подаются на ГП 9 (фиг. Зв). На блок ФП 8 одновременно подаются с трехфазного задающего генератора 7 синусоида постоянной амплитуды и частоты и импульсы с генератора пилы 9 (фиг. Зг). В результате в блоке 8 осуществляется щиротно-импульсная модуляция управляющих сигналов ТИРМ 6, по стабильной частоте следующих с несущей частотой возбуждения генератора. С выхода модулятора импульсы подаются на управляющие электроды тиристоров на ТИРМ 6. Для разделения двухполярного модулированного напряжения (фиг. Зе) с наименьщей потерей мощности рабочая обмотка 2 статора АВГ подключена к демодулятору 4, схема которого показана на фиг. 2, 4. Такое выполнение ДМ 4 дает возможность использовать мощность обеих полуволн синусоиды напряжения, модулированного стабильной частотой.

Тиристоры демодулятора работают со стабильной частотой и синхронизируются импульсами управления от задающего генератора 7 и ФН 8. Один полупериод стабильной частоты работают тиристоры Ti и TZ- другой полуиериод - тиристоры Тз и Т., (фиг. 2).

В результате с выхода трехфазного демодулятора 4 на нагрузку поступает трехфазное напряжение постоянной частоты независимо от скорости вращения генератора (фиг. Зж).

Стабилизация амплитуды напрял ения на нагрузке при изменении скорости нагрузки достигается как посредством канала частотной обратной связи ТИРМ 6 по отклонению напряжения (блоки 9, 8, 7, 6, 5, 3, 2), так и ио каналу регулирования скважности управляющих импульсов ТИРМ 6 (угла управления)-блоки управления 9, 8, 12, 5, 3, 2.

При значительном диапазоне изменения скорости вращения генератора (2; 1) указанные каналы регулирования обеспечивают рациональный закон изменения напряжения и частоты на статоре генератора, например, постоянство максимума электромагнитной мощности.

Таким образом, работа предложенного модуляционного АВГ основана на принципе щиротно-импульсной модуляции статорного напрял ения постоянной частотой. Прк этом импульсы управления ТИРМ 6, работающего на несущей частоте - частоте возбуждения генератора, модулируются по щирине в трехфазном модуляторе (17) по синусоидальному закону с постоянной частотой, а затем напряжение статора поступает на трехфазный демодулятор 4, который выделяет огибающую напряжения стабильной частоты. Такое выполнение устройства позволяет

максимально упростить силовую схему АВГ, исключив узлы искусственной коммутации; устранить входные разделительные емкости ТИРМ, поскольку нагрузка включается в диагонали демодулятора, так как

статорные напряжения АВГ уже смодулированы на стабильной частоте по системе управления ТИРМ. Поэтому схема демодулятора упрощается и не содержит узлов искусственной коммутации, что дополнительно повыщает надежность и улучщает энергетические показатели привода.

Формула изобретения

Модуляционный асинхронный вентильный генератор, содержащий схему управления и силовую часть, состоящую из асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором, расположенной на статоре основной

якорной обмотки и тиристорного источника реактивной мощности, выполненного по схеме автономного инвертора, а схема управления содерл :ит датчик и задатчик напряжений, блок сравнения напряжений,

функциональный преобразователь напряжения в частоту, пересчетную логическую схему и задающий генератор стабильной частоты, при этом выходы датчика и задатчика напряжений подключены к входам блока

сравнения напряжений, а выход блока сравнения напряжений через функциональный преобразователь напряжения в частоту соединен с входом пересчетной логической схемы, отличающийся тем, что, с

целью упрощения конструкции, повыщения энергетических показателей и расщиреиия диапазона работы генератора, на статоре асинхронного генератора установлена вспомогательная многофазная обмотка возбуждения, силовая часть дополнительно снабжена вентильным многофазным демодулятором, каждая из фаз которого содержит тиристорный и диодный мостовые двухиолупериодные выпрямители, включенные встречно-параллельно между собой и по входам переменного тока присоединенные к фазным выводам основной якорной обмотки асинхронного генератора, а по выходам постоянного тока - к нагрузке, при этом вход тиристорного источника реактивной мощности подключен к фазным выводам вспомогательной обмотки возбуждения асинхронного генератора, выход постоянного тока закорочен, кроме того, в схему управления дополнительно введены система фазово-импульсного управления демодулятором с управляющим и синхронизирующим входами, пропорционально-интегральный регулятор, одноканальный функциональный преобразователь напряжения в угол и многофазный щиротно-импульсный модулятор скважности импульсов стабильной частоты,с многофазным задающим генератором стабильной частоты, многоканальный функциональный преобразователь напряжения в угол и многоканальный генератор пилообразного напряжения, причем входы многоканального функционального преобразователя напряжения в угол подключены к выходам многофазного задающего генератора стабильной частоты и к выходам многоканального генератора пилообразного напряжения, входы которого соединены с выходом пересчетной логической схемы и выходом пропорционально-интегрального регулятора, выход многоканального функционального преобразователя напряжения в угол подключен к входу управления тиристорным источником реактивной мощности и к входу синхронизации системы фазово-импульсного управления демодулятором, на управляющий

вход которой присоединен через пропорционально-интегральный регулятор и одноканальный функциональный преобразователь напряжения в угол выход блока сравнения напряжений.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Дудышев В. Д. и др. Принципы построения замкнутых систем регулирования асинхронных вентильных генераторов. Известия ВУЗОВ, «Электромеханика, № 10, 1977, с. 1104-1109.

2.Патент США № 3253174, кл. 322-47, 1972 (прототип).

-иПйП ЛДЛ ППШШПЛ:

Uio

6)

к к к к к

497

г)

cot

Ojt

cut

Демодупятор +нагрузка

п

ФК-ЖЬ

L.

zi.rzzJ