Регулятор напряжения синхрон-НОгО гЕНЕРАТОРА Советский патент 1981 года по МПК H02P9/44 

1

Изобретение относится к электро технике и может быть использовано в системах автоматического регулирования выходного напряжения синхронных генераторов, широко применяемых в качестве автономных источников питания электрооборудования станков,

судов и др.

Известны устройства регуляторов напряжения синхронных генераторов, в том числе обеспечивающие частотное регулирование напряжения генератора по закону Т/1-сопз1незави симо от изменения нагрузки l и 2 .

Известен также регулятор напряжения синхронного генератора, содержащий частотно-зависимый измерительньй элемент переменного тока, выпрямител и элемент задания в цепи обратной связи, усилитель сигнала ошибки и усилитель мощности З .

Недостатками данного регулятора напряжения синхронного генератора являются низкая точность регулирования, сложность и трудоемкость выполнения отдельных элементов.

Цель изобретения - упрощение и повышение точности частотно-зависимого регулирования напряжения генератора.

Поставленная цель достигается тем, что регулятор напряжения синхронного генератора., содержащий частотно-зависимый измерительный элемент переменного тока, выпрямитель и элемент задания в цепи обратной связи, усилитель сигнала ошибки и усилитель мощности, снабжен потенциометром подстройки . Г-образным сглаживающий

o RS-фильтром и согласующим трансформатором, в качестве усилителя сигнала ошибки использован операционный усилитель с источником питания на стабилитронах, а в качестве частот5но-зависимого измерительного элемента использована последовательная RS-депь, входом подключенная к зажимам для подключения на напряжение генератора, к конденсатору которой

0 присоединена первичная обмотка согласующего трансформатора, а э ажимы, вторичной обмотки.трансформатора подключены к клеммам выпрямителя, к выходным зажимам которого подключен

5 потенциометр, подстройки,, который соединен через Г-образный сглаживающий ЕС-Фильтр с инвертирующим входом операционного усилителя сигнала ошибки с полярностью, обеспечивакщей встречно последовательное направле0

нне выходного напряжения потенциометра подстройки и напряжения одного иЭ двух опорных стабилитронов источника питания усилителя сигнала ошибки, причем средняя точка источника подключена к неинвертирующему входу усилителя.

На фиг.1 приведена принципиальная схема регулятора напряжения синхронного генератора; на фиг. 2 - эквивалентная схема замещения входной частотно-зависимой цепи; на фиг.З - статическая характеристика вход-выход системы автоматического регулирования (фиг.3).

Схема (фиг.1) содержит приводной двигатель 1, вращающий с угловой частотой оо ротор синхронного генерат ора 2, выходное напряжение которого регулируется изменением тока в обмотке 3 возбуждения. Питание обмотки 3 возбуждения производится от.усилителя 4 мощности, вход которого связа с выходом усилителя 5 сигнала оилибки выполненного на полупроводниковом операционном усилителе с охватом его НС-цепяг/ я динамической коррекции,, придакхдим всему устройству свойства ПИД-регулятора. Питание операционного усилителя 5 осуществляется от источника напряжения постоянного тока |ерез параметрический стабилизатор на двух последовательно включенных Стабилитронах, точка соединения коtopBX, как средняя точка источника йитания, связана с неинвертирующим входом усилителя 5.

Частотно-зависимое измерение выходного напряжения статорной цепи Синхронного генератора 2 осуществляеся последовательной RC-цепью Б и 7, к конденсатору 7 которой подключена Первичная обмотка трансформатора 8, Осуществляющего гальваническую развязку цепей и частотную коррекцию характеристики вход-выход регулятора. Ко вторичной обмотке трансформатора 8 подключен однофазный вентильный мост 9, нагруженный по выходной диагонали постоянного тока на потенциометр 10 подстройки, связанный Г-образным сглаживакщим RC-фильтром 11 с инвертирующим входом операционного усилителя 5. При этом за счет Встречного направления выходного нап ряжения потенциометра 10 и напряжения одного из двух опорных стабилитронов источник питания (фиг.1), образуется элемент сравнения эталонного сигнала (стабилитрон) с сигналом цепи обратной связи Сдспь 6-7-8-9-1011), связанный,со входом усилителя сигнала ошибки, образованным клеммами инвертирующего и неинвертирующего входов операционного усилителя 5,

На фиг. 2 приведена эквивалентная электрическая схема замещения входно цепи регулятора напряжения синхронного г енератора.

где: Up- напряжение синхронного генератора 2, поступающее на вход цепи;

R U и - параметры частотно-зависимой RC-цепи (6 и 7 фиг. 1) . oi - индуктивность трансформатора 8 по его упрошенной приведенной электрической схеме замещения;

г - эквивалентное приведенное сопротивление нагрузки вторичной цепи трансформатора 8 (мост 9, потенциометр 10, фильтр 11)j

Up- выходное напряжение трансформатора 8, приведенное к Sего первичной цепи.

На фиг.З приведены статические характеристики вход-выход системы авторегулирования фиг.1, оснащенной регулятором напряжения синхронного 0 генератора,

где Ujv- выходное напряжение синхронного генератора 2 -, (л) - угловая частота скорости

ротора генератора 2; е UJjWiUj- соответственно верхнее и нижнее значение скорости вращения и частоты вь1ходного напряжения синхронного генератора. а и 5 - статические характеристики

системы с правильно (а) и 0 неправильно (б) выбранными

параметрами трансформатора В частотной коррекции цепи. Устройство работает следу ощим образом.

5 в статическом установившемся режиме работы и верхнем OJ значении частоты (скорости вралдения) синхронного генератора 2 емкостное сопротивление конденсатора 7 мало по сравнению с Q предвключенным сопротивлением резистора 6, а также с величинами, приведенных по фиг.2 индуктивного сопротивления трансформатора 8 и сопро. тивления экв1 валентной нагруз.ки г , . Поэтому с большой степенью точности выполняется обратно пропорциональная частотная зависимость между выходным Ui и входным Up, напряжениями измерительной цепи (фиг. 2) .

9 Vyaluc

и следовательно, обеспечивается необходимый частотный закон регулирования (прямая пропорциональность между выходньи напряжением и, генератора и его частотой по характеристике а (фиг.З).

При переходе в режим работы с низкой частотой (скоростью вращения) синхронного генератора, т.е. Ы Ы

0 и достаточно большом индуктивном сопротивлении трансформатора 8, из шунтируквдим влиянием которого в схеме (фиг.2) можно тогда пренебречь, емкостное сопротивление конденсатора 7

5 возрастает и становится сравнимым с величиной сопротивления эквивалент ной нагрузки г измерительной цепи, . имеют место соотношения .- i / . г - R-LoCjG -) При этом необходимый частотный закон регулирования выходного напряжения синхронного генератора нарушается, что на графике фиг.З показано отклонением характеристики б от характеристики а вверх, в нижней части частотного диапазона регулирования генератора. При правильно выбранных параметрах трансформатора 8 гальванической развязки цепей когда его эквивалент ное индуктивное сопротивление в зоне низких рабочих частот генератора, т.е. при UJ Шу становится соизмеримым с величиной емкостного сопротивления конденсатора 7 удается осущест вить частотную коррекцию характеристики б вход-выход устройства, прибли зив ее к желаемой характеристике а по фиг.З. Это объясняется некоторым уменьшением исходной емкостной проводимости параллельного участка измерительной цепи схемы фиг., 2 за сче увеличения индуктивной проводимости, что в итоге компенсирует шунтирующее влияние эквивалентной нагрузки г цеп улучшая точность ее измерения, и учи тывается соотношениями УК 1 ()c-ji) С учетом такого соблюдения обратно пропорционального соотношения меж ду выходным Uq и входным Уц напряжениями измерительной цепи 6-7-8-9, ее выходное выпрямленное мостом 9 напря жение постоянного тока снимается с потенциометра 10 подстройки и поступает через сглаживающий RC-фйльтр 11 на вход усилителя 5 сигнала ошибки. Здесь это напряжение как сигнал обратной связи сравнивается с нгшряжением задания опорного стабилитрона и их разность (сигнал ошибки) совместно с остаточными напряжениями пульсаций фильтра 11 подается на диф ференциальный вход операционного уси лителя 5, обеспечивая его управляемый широтно-импульсный режим работы. Выход усилителя сигнала ошибки далее связан со входом усилителя 4 мощности (полупроводниковый транзисторный или тиристорный усилитель), обеспечивающий в соответствии с поданным на его вход усиленным сигналом ошибки такое регулирование тока в обмотке 3 возбуждения генератора, при кот ром величина его выходного напряжения с учетом частоты вращения, измеряемая предлагаемое измерительной цепью 6-11, соответствует заданию, т.е. выходной сигнал постоянного ток измерительной цепи с некоторым откло нением, характерным для используемой статической системы авторегулирования, сравнивается с напряжение задания (опорного стабилитрона). Положительный эффект от использования предлагаемого регулятора состоит Б упрощении измерительной и управляющей цепей регулятора и в существенном повышении точности обеспечения чистотного закона регулирования выходного напряжения синхронного генератора при изменениях температуры окружающей среды, нагрузки и скорости вращения приводного двигателя. Формула изобретения Регулятор напряжения синхронного генератора, содержащий частотно-зазисимый измерительный элемент переменного тока, выпрямитель и элемент задания в цепи обратной связи, уси литель сигнала ошибки и усилитель мощности, соединенный с обмоткой возбуждения , отличающийся тем, что, с целью упрощения и повышения точности частотно-зависимого регулирования напряжения генератора, он снабжен потенциометром подстройки, Г-образным сглаживакщим RC-фильтром и согласующим трансформатором, в качестве усилителя сигнала ошибки использован операционный усилитель с источником питания на двух стабилитронах а в качестве частотно-зависимого измерительного элемента использована последовательная КС-цепь, входом подключенная к зажимам для подключения на напряжение генератора, к конденсатору которой присоединена первичная обмотка согласующего трансформатора, а зажимы вторичной обмотки трансформатора подключены к клеммам выпрямителя, к выходным зажимам которого подключен потенциометр подстройки, который соединен через г-образный сглаживающий 8С-фильтр с инвертирующим входом операционного усилителя сигнала ошибки о полярностью, обеспечивающей встречно последовательное направление выходного напряжения потенциометра подстройки и напряжения одного из двух опорных стабилитронов источника питания усилителя сигнала ошибки , причем средняя точка источника питания подключена к неинвертирующему входу усилителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Вингер А.А. Системы, автоматического регулирования возбуждения синхронных электрических машин. М., И нформстандартэлектро, 1968. 2.Патент США ( 2989684, кл. 322-23, 1961. 3.Патент США 3714541, кл. К 02 Р 9/30, 322-24, 1973.

JB

фи&2

фиг.Ъ