Способ регулирования выходных напряжений автономной системы энергоснабжения с асинхронным вентильным генератором и автономная система энергоснабжения с асинхронным вентильным генератором (ее варианты)

 

1, Способ регулирования ,выходных напряжений автономной системы энергоснабжения с асинхронны - вентильным генератором, содержащей электрическую машину с многофазной яйорной обмоткой,-выходы фаз которой образуют первый выход системы энергоснабжения, а промежуточные отводы от кайсдой из фаз, к кото- ; рым подключен выпрямитель, образуют второй выход системы энергоснабже- , ВИЯ, инвертор, выход которого соединен с промежуточными выводами фаз. . якорной обмотки генератора, по которому в зависимости от отклонения напряжения первого, выхода энергосистемы от заданного значения уставки изменяют частоту коммутации инвертора , отлич аю1д. ий с я тем, что, с целью пoвыl Jeния точности регулирования , дополнительно выделяют первую гармоническую составляющую напряжения на первом выходе энергосистемы , определяют величину ее средневыпрямленного значения, заме-ряют величину напряжения на выходе / выпрямителя второго выхода энергр . системы, производят суммирование и вычитание величин полученных сигналов , задают значение уставки напряжения второго выхода, суммируют и вычитают значение уставки напряжения второго выхода со значением уставки первого выхода, результирующий сигнал от суг ирования уставок складывают с сигналом, полученньпл от суммирования напряжения на обоих выходах и в зависимости от полученного значения изменяют частоту коммутаций инвертора, из результирующего сигнала от вычитания уставок вычитают сигнал разности напряжений на обоих /выходах и в зависимости от полученного значения изменяют величину i постоянного напряжения инвертора. (Л 2. Автономная система энергоснабжения с асинхронным вентильным Генератором содержащая асинхронный генератор с короткозам нутым ротором и многофазной якорной обмоткой, расположенной На статоре и имеющеЛ промежуточные отводы от каждой из фаз, к которым подключен многофазный выпрямитель, выход постоянного тока которого предназначендля соединения с нагрузкой, инвертор напряжения , выход переменного тока которого подключен к промежуточным отводам якорной обмотки генератора, блок управления частотой инвертора, связанный своим Ьыходом с управляющим входом инвертора, узел задания напряжения первого выхода, о т ли ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения точности регулирования напряжений , в нее дополнительно введены регулятор постоянного тока, блок управления регулятором, фильтр высших Гармонических, датчик напряжения вые ших гармониКу узел.задания напряжения второго выхода, датчик-напряже-. ния постоянного тока, два узла вычитания , два узла суммирования и два

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 3(51) Н 02 Р 9 44

Г .П

ОПИСАНИЕ. ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

RiK4g 3 @ц

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21 ) 3280471/24-07 (22) 04. 05. 81 (46 ) 07. 01. 84. Бюл. 91 (7 2 ) В.Д. Ежов, M.Ë. Костыре в, В.М. Кияев и A.À. Дружков (71 ) Куйбышевский политехнический институт им. В. В. Куйбышева (53) 621.316.722(088.8) (56) 1. Злочевский В.С. Системы электроснабжения пассажирских самолетов. М;, 1971, с.92.

2. Авторское свидетельство СССР

9 588610,. кл. Н 02 Р 9/44, 1978; (54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫХОДНЫХ

НАПРЯЖЕНИЙ АВТОНОМНОЙ СИСТЕМЫ ЭНЕРГОCHABKEHHSI С АСИНХРОННЫМ ВЕНТИЛЬНЫ1

ГЕНЕРАТОРОМ И АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА

ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ С АСИНХРОННЬ)М ВЕНТИЛЬН61М ГЕНЕРАТОРОМ (ЕЕ ВАРИАНТЫ).. (57) 1. Способ регулирования выходных напряжений автономной системы энергоснабжения с асинхронным вентильным генератором, содержащей электрическую машину с многофазной якорной обмоткой,-выходы фаз которой образуют первый выход системы энергоснабжения, а промежуточные отводы от каждой из фаэ, к которым подключен выпрямитель, образуют второй выход системы энергоснабжения, инвертор, выход которого соединен с промежуточными выводами фаз . якорной обмотки генератора, по которому в зависимости от отклонения напряжения первого, выхода энергосистемы от заданного значения уставки изменяют частоту коммутации инвертора, отличающийся тем, что, с целью -повышения точности регулирования, дополнительно выделяют первую гармоническую составляющую напряжения на первом выходе энергосистемы, определяют величину ее средневыпрямленного значения, замеряют величину напряжения на выходе выпрямителя второго выхода энергосистемы, производят суммирование и вычитание величин полученных сигналов, задают значение уставки напряжения второго выхода, суммируют и вы читают значение уставки напряжения второго выхода со значением уставки первого выхода, результирующий сигнал от суммирования уставок складывают с сигналом, полученным от суммирования напряжения на обоих выходах и в зависимости от полученного значения изменяют частоту коммутаций инвертора, Н3 результирующего сигнала от вычитания уставок вычитают сигнал разности напряжений на обоих выходах и в зависимости от полученС2 ного значения изменяют величину со постоянного напряжения инвертора.

2. Автономная система энергоснабжения с асинхронным вентильным генератором содержащая асинхронный генератор с короткозамкнутым рото ром и многофазной якорной обмоткой, расположенной на статоре и имеющей промежуточные отводы от каждой из фаз, к которым подключен многофаз- ный выпрямитель, выход постоянного тока которого предназначен для соединения с нагрузкой, инвертор напряжения, выход переменного тока которого подключен к промежуточным отводам якорной обмотки генератора, блок управления частотой инвертора, связанный своим выходом с управляющим входом инвертора, узел задания напря жения первого выхода, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности регулирования напряжений, в нее дополнительно введены регулятор постоянного тока, блок управления регулятором, фильтр высших гармонических, датчик напряжения выс ших гармоник узел, задания напряжения второго выхода, датчик напряже- . ния постоянного тока, два узла вычитания, два узла суммирования и два

1066022 узла сравнения, вход регулятора постоянного тока подключен к выходу мно. гофазного выпрямителя, выход регулятора постоянного тока — к входу питания постоянным током инвертора, выход блока управления регулятором .соединен с управляющим входом регулятора постоянного тока, вход фильтра высших гармонических подключен к выводам фаз переменного тока, а выход через датчик напряжения первой гармонической подключен к первым входам первого узла суммирования и первого узла вычитания, на вторые входы которых подключен выход датчика постоянного напряжения, вход которого соединен с выходом выпрямителя, выход узла задания переменного напряжения подключен на первые входы вторых узлов суммирования и вычитания, к вторым входам которых подключен выход узла задания напряжения постоянного тока, выходы первого и второго узлов суммирования через первый узел сравнения связаны с входом блока управления частотой инвертора, а выходы первого и второго узлов вьг»

:читания через второй узел сравнения с входом блока управления регулятором.

3,. Автономная система энергоснабжения с асинхронным вентильным генератором, содержащая асинхронный генератор с короткозамкнутым ротором и многофаэной якорной обмоткой, расположенной на статоре и имеющей про межуточные отводы от каждой из фаз,, к.которым подключен первый многофазный выпрямитель, выход постоянного тока которого предназначен для соединения с нагрузкой, инвертор напряжения, выход переменного тока ко- . торого подключен к промежуточным от,водам якорной обмотки генератора, блока управления частотой инвертора, связанный своик выходом с управляющим входом инвертора, узел задания напряжения первого выхода, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью повыИзобретение относится к электротехнике, в частности, к способам регулирования выходных напряжений асинхронных вентильных генераторов и может быть использовано в систе- 5 мах энергоснабжения автономных объектов.

Известен способ регулирования . выходного напряжения генератора с двумя выходами, заключающийся в из 10 шения точности регулирования напряжений и расширения области применения за счет увеличения количества выходных напряжений, на статоре генератора размещена дополнительная многофазная якорная обмотка, так, что ее магнитная ocb повернута относительно оси основной обмотки на угол уР эл.град., и дополнительно введены регулятор постоянного тока, блок управления регулятором,.датчик напряжения третьего, выхода, узел задания напряжения второго выхода, датчик напряжения постоянного тока, два узла вычитания, два узла суммирования и два узла сравнения и второй многофазный вынрямитель, выход регулятора постоянного тока подключен к выходу первого многофазного выпрямителя, выход регулятора посто янного тока - к выходу питания постоянным током инвертора, выход блока управления регулятором соединен с управляющим входом регулятора постоянного тока, выход датчика напряжения третьего выхода подключен к пер вым входам первого узла суммирования и первого узла вычитания, на вторые входы которых подключены выход датчика постоянного напряжения, вход которого подключен к выходу первого выпрямителя, а вход датчика на пряжения третьего выхода подключен к выходу второго выпрямителя, выход узла задания. третьего выхода подключен на первые входы вторых узлов суммирования и вычитания, к вторым входам которых подключен выход узла задания напряжения постоянного тока, выходы первого и второго узлов суммирования через первый узел сравнения связаны с входом блока управления частотой инвертора, а выходы первого и второго узлов вычитания через второй узел сравнения - с выходом блока управления регулятором, при этом плюсовой вывод первого выпрямителя соединен с минусовым выводом второго выпрямителя. менении магнитного потока генера- тора и дополнительном регулировании напряжения на одном из выходов..

Известен также генератор с двумя выходами с дополнительным регулятором на одном из выходов (1) .

Указанные способ и генератор приводят к увеличению массы и объема системы энергоснабжения.

1066022

Наиболее близким к предлагаемому является способ регулирования выходных напряжений автономнои системы энергоснабжения с асинхронным.. вентильным генератором, содержащей электрическую машину с многофазной якорной обмоткой, выводы фаз которой образуют первый выход системы энерго-. снабжения, а промежуточные отводы от каждой из фаз, к которым подключен выпрямитель, образуют второй выход системы энергоснабжения, инвертор, выход которого соединен с промежуточ. ными выводами фаз якорной обмотки генератора, заключающийся в измене,нии частоты коммутаций инвертора в 15 зависимости ок отклонения какоголибо выходного напряжения от заданного.

Наиболее близкой к предлагаемой является автономная система энерго- 20 снабжения, содержащая асинхронный генератор с короткозамкнутым ротором и многофазной якорной обмоткой, расположенной на статоре и имеющей промежуточные отводы от каждой из 25

/ фаз, к которым подключен многофазный выпрямитель, выход постоянного тока которого предназначен для соединения с нагрузкой, инвертор напря.жения, выход переменного тока кото- у> рого подключен к промежуточным отводам якорной обмотки генератора, блок управления частотой инвертора, связанный своим выходом с управ- . лякщим входом инвертора,узел задания З напряжения первого выхода (23.

Известные способ и устройство при водят к снижению массы автономной системы энергоснабжения, но ограничивают возможность регулирования вы-. ходных напряжений тем, что позволяют регулировать напряжение только на одном из выходов. !

Цель изобретения — повьыение точности регулирования напряжений и рас 4> ширение области применения путем увеличения количества выходных напряжений.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу регулиро« вания выходных напряжений автоном--. ной системы энергоснабжения с асинхронным вентильным генератором, содержащей электрическую машину с многофазной якорной обмоткой, выводы фаз которой образуют первый выход 5э системы энергоснабжения, а промежуточные отводы от каждой из фаз, к кото- . рым подключен выпрямитель, Образуют второй .выход системы.энергоснабжения, инвертор, выход которого соеди- 60 нен.с промежуточными выводами фаз якорной обмотки генератора, по которому в зависимости от отклонения йапряжения первого выхода энергосистемы от заданного значения уставки из- 6 меняют частоту коммутаций инвертора, дополнительно выделяют первую гармоническую составляющую напряжения на первом выходе энергосистемы, определяют величину ее средневыпрямленного значения, замеряют величину напряжения на выходе выпрямителя второго выхода энергоСистемы, производят суммирование и вычитание величин полученных сигналов, задают значение ус-, тавки напряжения второго выхода, суммируют и вычитают значение уставки напряжения второго выхода с значением уставки первого выхода, результирующий сигнал от суммирования уставок складывают с сигналом, полученным от суммирования напряжений иа обоих выходах и в зависимости от полученно. го значения изменяют частоту коммутации инвертора, из результирующего сигнала от вычитания уставок вычитают сигнал -.разности напряжений на обоих выходах и в.зависимости от полученного значения изменяют величину постоянного напряжения инвертора.

Поставленная цель достигается также тем, что в автономную систему энергоснабжения, содержащую асинхронный генератор с короткозамкнутым ротором и многофазной якорной обмоткой, расположенной на статоре и имеющей промежуточные отводы от каждой из фаз, к которым подключен многофазный выпрямитель, выход постоянного тока которого предназначен для соединения с нагрузкой, инвертор напряжения, выход переменного тока которого подключен к промежуточным отводам якорной обмотки генератора, блок управления частотой инвертора, связанный своим выходом с управляющим входом инвертора, узел задания напряжения первого выхода, введены регулятор постоянного тока, блок управления регулятором, фильтр высшихгармонических, датчик напряжения высших гармоник, узел задания напряжения второго выхода, датчик напряжения пос. тоянного тока, два узла вычитания, два узла суммирования и два узла сравнения, вход регулятора постоянного тока подключен к выходу многофаз-. ного выпрямителя, выход регулятора постоянного тока - к входу питания .постоянным таком инвертора, выход блока управления регулятором соединен с управляющим входом регулятора постоянного тока, вход фильтра высших гармонических подключен к выводам фаз переменного тока, а выход через датчик напряжения первой гармонической подключен к первым входам первого .узла суммирования и первого узла вычитания, на вторые входы которых подключен выход датчика постоянного напряжения, вход которого .соединен

1066022 с выходом выпрямителя, выход узла задания переменного напряжения подключен на первые входы вторых узлов суммирования и вычитания, к вторым входам которых подключен выход узла задания напряжения постоянного тока, выходы первого и второго узлов суммирования через первый узел сравнения связаны с входом блока управления частотой инвертора, а выходы первого и второго узлов вычитания через второй узел сравнения -.с входом блока управления регулятором.

По второму варианту поставленная цель достигается тем, что в автоном-ной системе энергоснабжения, содержа-15 щей асинхронный генератор с короткозамкнутым ротором и многофазнай якорной обмоткой, расположенной на статоре и имеющей промежуточные отвоцы от каждой из фаз,к которым подключе gQ первь1й многофазный выпрямитель, выход постоянного така которого пред- назначен для соедин ния с нагрузкой,инвертор напряжения, выход переменного тока которого подключен к про- 25 межуточнжл отводам Якорной обмотки генератора, блок управления частотой инвертора, связанный -своим выходом с управляющим входом инвертара, узел задания напряжения первого вы-. хода,на статаре генератора размещена дополнительная многафазная якорная обмотка, так что, ее магнитная ось повернута Относительно аси основной обмотки на угол 2гп эл.град. и до%l

ПОлнительнО введены регулятОр ПОстОянного тока, блок управления регулятором, датчик напряжения третьего вы,хода, узел задания напряжения второго выхода, датчик напряжения постоян-4 ного така,,цва у-ë .à вычитания, два узла суммирования и два узла сравнения и второй многофазный выпрямитель, выход регулятора постоянного тока подключен к выходу первого многофазНОГО вып зямителя, выход регулятОра постоянного тока — к выходу питания постоянным током инвертара, вы.ход блока управления регуляторам соединен с управляющим входом регулятора постоянного тока, выход датчика напряжения третьего выхода подключен к первым входам первого узла суммирования и первого узла вычитания, на вторые входы которых подключен выход датчика постоянного напряже- 55 ния, вход которого подключен к выходу первого выпрямителя, а вход датчика напряжения третьего выхода,подклю- чен к выходу второго выпрямителя, выход узла задания третьего выхода 6{) подключен на первые входы вторых узлов суммирования и вычитания, к вторым входам которых подключен выход узла задания напряжения постоянного тока, выходы первого и второго узлов суммирования через первый узел сравнения связаны с входом блока уп равления частотой инвертора, а выходы первого и второго узлов вычитания через второй узел сравнения— с выходом блока управления регулятором, при этом плюсовой вывод первого выпрямителя соединен с минусовым выводом второго выпрямителя.

На фиг.1 изображена структурная схема автономной системы энергоснабжения с выходом постоянного и переменного тока, на фиг.2 — структурная схема варианта автономной системы энергоснабжения с выходами постоянного и переменного тока.

Способ регулирования выходных напряжений реализует автономная система энергоснабжения (фиг.1) . /Асинхронная машина с короткозамкнутым ротором имеет на статоре трехфазную обмотку 1 с промежуточными отводами от каждой иэ фаэ, к которым подключены неуправляемый выпрямитель

2 и инвертор 3 напряжения. K выходу постоянного тока выпрямителя 2 подклю чается аккумуляторная батарея 4 и г вход регулятора 5 постоянного така.

Промежуточные отводы служат для согласования напряжения выхода постоянного тока с напряжением выхода переменного тока. Выпрямитель

2 и инвертор 3 выполняются па mфазной мостовой схеме или т -фазнай схеме с нулевым выводои. Выход широтно-импульсного регулятора 5 имеет электрическую связь с входом через инвертор 3. В схеме управления энергосистемой к Выходу обмотки 1 через фильтр 6 высших гармонических подключен датчик 7 напряжения первой гармонической составляющей, а к выходу выпрямителя 2 подключен. Датчик 8 йапряжения постоянного тока. Выход Датчика 7 подключен к первому входу узла 9 вычитания сигнала датчика 7 от сигнала датчика 8 и к первому входу узла 10 суммирования этих сигналов. К вторым входам узлов 9 и 10 подключен выход датчика 8. Выход узла задания переменного напряжения подключен на первые входы вторых узлов 11 вычитания и суммирования 12. К вторым входам узлов 11 и 12 подключен выход узла задания постоянного напряжения. Выходы узлов 9 и 11 подключены через узел 13 сравнения к входу блока 14 управления выходным напряжением регулятора 5. Выходы узлов

10 и 12 подключены через)узел 15 сравнения к. входу блока 16 управления частотой коммутаций инвертора

3. Таким образом, на инвертор 3 действуют два управляющих ими по напряжению и частоте сигнала. Фильтр

6 необходим для выделения сигнала, 1066022 пропорционального первой гармонической составляющей напряжения. При отсутствии фильтра 6 датчик 7, представляющий собой выпрямитель, повторит изменения напряжения выпрямителя 2. 5

В варианте автономной системы энергоснабжения (фиг. 2) с двумя выходами постоянного тока инвертор 3 и выпрямитель 2 подключены к промежуточным отводам обмотки 1, а выпрямитель 17 подключен к якорной обмотке 18, магнитная ocb которой сдвинута относительно магнитной оси обмотки 1 на. угол . /2>> . 1". выходу выпря- . мителя 17 подключен датчик 19 напря- 15 жения третьего выхода, выход которого соединен с первыми входами первых уз лов вычитания 9 и суммирования 10.

Независимое регулирование напряжения на выходах якорной обмотки oc- gp новано на следующих физических процессах в электрической машине. Разность частоты вращения ротора и частоты возбуждейия,.задаваемой инвертором 3, создает определенное отри- 75 цательное скольжение асинхронного генератора. В то же время блок 14 управления регулятором может задавать сигнал различной величины в соатl: ветствии с которым изменяется режим 30 работы и расположение годографа вектора потокосцепления статора относительно магнитных осей обмоток,что позволяет регулировать соотношение между средним и эффективным значением напряжений каждой из обмоток статора. Регулированием двух управляющих сигналов — по напряжению от регулятора 5 и по чаетоте коммутаций инвертора с помощью блока 16 можно 4 поддерживать постоянным среднее значение потокосцепления в электрической машине. При этом частотой ко> мутаций инвертора воздействуют на скольжение электромагнитную мощность, средI

45 нее значение потокосцепления и выходное напряжение автономной системы энергоснабжения. Напряжением инвертора воздействуют на соотношение выпрямленной и эффективной ЭДС одной обмотки или соотношение выпрямленных 50

ЭДС двух обмоток.

С учетом этого система автоматического регулирования энергосистемы работает следующим образом. 55

При увеличении нагрузки на выпрямителе 2 (фиг.1) уменьшаются ЭДС обоих выходных напряжений, но выпрямленное напряжение уменьшается сильнее.

Уменьшенная сумма сигналов с датчиков. 7 и 8 через элементы 10,15 и 16 уменьшает частоту коммутаций инвертора 3 и увеличивает ЭДС на выходах постоянного и переменного тока энергосистемы. Уменьшенная разность с датчиков 7 и 8 через элементы 9, 13 и 14 регулятором 5 увеличивает напряжение инвертора 3 .и увеличивает соотношение между выпрямпенной и эффективной ЭДС обмотки 1.Оба выходных напряжения восстанавливаются с компенсацией увеличенного падения выпрямленного напряжения. При увеличении нагрузки переменного тока регулирование .аналогично, только напряжение инвертора уменьшается.

Регулирование напряжения, например выпрямителя 17 при стабилизации напряжения выпрямителя 2, происходит следующим образом (фиг.2) . С увеличением напряжения задания положительного выхода 0 увеличение суммы сигналов задания через элементы 12, 15 и 46 уменьшает частоту коммутаций инвертора 3 и увеличивает выпрямленные и эффективные ЭДС, всех обмоток энергосистемы. Уменьшение разности сигналов через элементы. 11,13 и 14 и регулятор 5 уменьшает напряжение инвертора 3 и соотношение выпрямленных ЭДС на промежуточных выводах обмоток 1 и 18. В результате этих изменений напряжение выпрямителя

17 увеличивается, выпрямитель 2 остается неизменным и несколько увеличивается напряжение выхода переменного тока с обмотки 1. Аналогично регулируют и другие напряжения энергосистемы.

Таким образом, предлагаемые способ и устройство позволяют осуществить регулирование одним магнитным потоком двух ЭДС, получаемых от одной обмотки — непосредственно и через неуправляемый выпрямитель, а также двух ЭДС, получаемых через неуправляемые выпрямители от двух обмоток.

Это позволяет повысить качество регулирования двух напряжений автономной системы энергоснабжения или снизить ее массу путем совмещения двух .генераторов в одном.

1066022. . ВНИИПИ Заказ 11057/58 Тираж 671 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Óærîðîä, Ул, Проектная,4