Генераторный источник электроэнергии

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах регулирования напряжения и частоты асинхронного генератора. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей. Устройство содержит генератор 1 переменного тока с обмотками 2-7, силовые ключи 8-10, датчики 12,14 выходного напряжения и частоты выходного напряжения, модуляторы 18,19 ширины импульсов, узлы 15-17 управления силовыми ключами. Сущность изобретения заключается в таком управлении силовыми ключами, при к-ром величину выходного напряжения устройства регулируют путем симметричного изменения времени их открытого состояния, а при регулировании частоты выходного напряжения изменяют время протекания тока через силовые ключи только в одном направлении. 3 ил.

СО103 СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 02 P 9/44

ОПИСДНИК HSOEPETEHHH

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н А ВТОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4334336/24-07 (22) 30.11.37 (46) 30.01.90. Вюл. N - 4 (71) Производственное объединение атомного турбостроения "Харьковский турбинный завод" им. С.M. Кирова (72) И.С. Веремеенко, В.К. Вапник, Б.В. Грунский, А.Д. Сигалов и А.Д.Тесленко (53) 621.316.782(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

В 951626, кл. Н 02 P 9/42, 1980.

Авторское свидетельство СССР

У 562051, кл. Н 02 P 9/30, 1974. (54) ГЕНЕРАТОРНЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИ (57) Изобретение относится к электротехнике иможет бытьиспользовано всистемах регулирования напряжения и часто„„SU„„1539955 А1

2 ты асинхронного генератора. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей. Устройство содержит генератор 1 переменного тока с обмотками 2-7,-силовые ключи 810, датчики 12,14 выходного напряжения и частоты выходного напряжения, модуляторы 18,19 ширины импульсов, узлы 15-17 управления силовыми ключами, Сущность изобретения заключается в таком управлении силовыми ключами, нри к-ром величину выходного напряжения устройства регулируют путем симметричного изменения времени их открытого состояния, а при регулировании частоты выходного напряжения изменяют время протекания тока через силовые ключи только в одном направлении. 3 ил.

1539955

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в системах автоматического регулирования напряжения и частоты автономного асинхронного самовозбуждающегося генератора с конденсаторным возбуждением, например, в микроГЭС.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей путем 10 обеспечения регулирования частоты вы|

Модного напряжения генераторного источника электроэнергии.

На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема генераторно- 15 го источника электроэнергии; на фиг. 2 — электрическая схема формирователя управляющих импульсов; на фиг. 3 — диаграммы сигналов элементов устройства. 20

Генераторный источник электроэнергии содержит генератор 1 переменного фока с двумя последовательно включенными обмотками 2-4, 5-7, первые выводы первой из которых связаны между 25 собой, а вторые подключены к силовым выводам ключевого элемента на силовых ключах 8-10 и связаны;через вторую обмотку 5-7 генератора переменного тоКа с силовыми выводами генераторного источника электроэнергии, подключенными к нагрузке 11, датчик 12 выходно.

f о напряжения генераторного источника

Электроэнергии, выход которого через блок 13 управления связан с цепями управления ключевого элемента на

35 силовых ключах 8-10, и датчик 14 частоты выходного напряжения генераторноГо источника электроэнергии. Ключевой элемент выполнен в виде силовых ключей 8-10, первые выводы которых соединены с силовыми выводами ключевого элемента, а вторые соединены с первыми выводами первой обмотки 2.-4 генератора переменного тока. Блок 13 управления выполнен в виде узлов 15-17 управления каждым силовым ключом, первого 18 и второго 19 модуляторов ширины импульсов, входы ко орьгх подключены соответственно к датчикам 12 и 14 выходного напряжения и частоты выходного напряжения генераторного источника электроэнергии. Каждый из узлов управления содержит формирователь (20-22) управляющих импульсов, однофазный выпрямительный мост на диодах

23-26, конденсатор- 27, два оптрона 28 и 29 в первом, 30 и 31 во втором и 32 и 33 в третьем узлах управления, два токоограничительных элемента 34 и 35 и диод 36. При этом вход однофазного выпрямительного моста подключен параллельно соответствующему из силовых ключей 8 — 10, а первый выходной вывод через последовательно соединенные первый токоограничительный элемент 34, светоприемник 37 первого оптрона — к первому выводу конденсатора 27, соединенного вторым выводом с вторым выходным выводом однофазного выпрямительного моста, один из входных выводов которого через диод 36, светоприемник

38 второго оптрона и второй токоограничительный элемент 35 соединен с первым выводом конденсатора 27. Конденсатор через формирователь 22 управляющих импульсов соединен с управляющим входом соответствующего силового ключа. Светоизлучатели 39 первых оптронов узлов управления силовыми ключами связаны с выходом первого модулятора 18 ширины импульсов, а светоизлучатели 40 вторых оптронов — с выходом второго модулятора 19 ширины импульсов. К силовым выводам генераторного источника электроэнергии подключены конденсаторы 4 1-43 возбуждения ., Формирователь 22 управляющих импульсовв с oc T онт и s однопер еходного транзистора 44, в качестве нагрузки которого использован импульсный трансформатор 45, с выходной обмотки которого снимаются импульсы для управления силовым ключом 10.

Резистор 46 включен последовательно между первым выходным выводом однофазного выпрямительного моста и однопереходным транзистором 44 . На фиг. 3 приведены диаграммы изменения следующих сигналов; входного (Вх.18} и выходного (Вых.18) .напряжений первого широтно-импульсного модулятора, входного (Вх.19) и выходного (Вых.19) напряжений второго широтно-импульсного модулятора, напряжения на выходе генератора переменного тока (Напр.генер.), напряжения на выходе однсфазных вы" прямительных МосТоВ (Мост А, Мост В, Мост С) и на конденсаторах 27 (27А, 27В, 27С), где индексы А,В,С относятся соответственно к первому 15, второму 16 и третьему 17 узлам управления силовыми ключами, выходные напряжения формирователей 20-22 управляющих импульсов (Вых.20, Вых.21, Вых.22), напряжения на силовых ключах 8-10 (Напр.8, Напр.9, Напр.10).

5,153995

Генераторный источник электроэнер-:А 1 гии работает следующим образом.

При самовозбуждении генератора 1 переменного тока, которое происходит при протекании реактивного тока через

5 статорные обмотки 2-7 и конденсаторы

41-43 возбуждения, напряжение подается на нагрузку 11. Регулирование напряжения генератора осуществляется по принципу изменения реактивного тока самовозбужцения путем симметрич. г ного управления силовыми ключами

8-10. При симметричном увеличении угла проводимости силовых ключей уменьшается реактивный ток самовозбуждения генератора переменного тока (часть этого тока шунтируется силовыми ключами). Следовательно, уменьшается выходное напряжение генератор- 20 ного источника электроэнергии. Регулирование частоты выходного напряжения генераторного источника электроэнергии осуществляется по принципу изменения постоянного магнитного потока, тормозящего генератор переменного тока, путем несимметричного управления силовыми ключами 8-10. При несимметричном управлении силовыми ключами увеличение выпрямленного тока приводит к увеличению постоянного магнитного потока генератора, следовательно, к снижению частоты вырабатываемого напряжения.

Вследствие малого активного внутреннего сопротивления обмоток 2-7 35 симметричное управление силовыми ключами, равносильное изменению возбуждения генератора переменного тока, приводит только к изменению выходного напряжения генератора. При этом 40 регулирование этого напряжения может влиять на частоту только за счет изменения напряжения, приложенного к активным потребителям электроэнергии.

Регулирование частоты, т.е. проте- 45 кание выпрямленных токов через статорные обмотки, сопровождается появлением второй гармоники в генерируемом напряжении, что оказывает влияние на величину этого напряжения. Но учи- 50 тывая незначительность этого влияния и возможность компенсирования его c помощью независимого регулирования по напряжению, взаимным влиянием ре, гуляторов частоты и напряжения в ста- у тике можно пренебречь.

Так как в контуре регулирования напряжения отсутствуют инерционные элементы, из изменение выходного на5 6 пряжения генераторного источника электроэнергии происходит практически мгновенно при регулировании силовыми ключами. В контуре регулирования частоты присутствуют достаточно инерционные вращающиеся массы генератора переменного тока, привода, поэтому контур регулирования частоты является значительно более инерционным, чем контур регулирования напряжения.

Таким образом, систему регулирования генератора можно сделать двухканальной, независимой по частоте и по напряжению.

Так как узлы 15-17 управления силовыми ключами 8-10 идентичны, то работу генераторного источника электроэнергии рассмотрим на примере одного силового ключа и его узла управления.

При изменении величины выходного напряжения генераторного источника электроэнергии, которое фиксируется датчиком 12 выходного напряжения, сигнал с выхода последнего поступает на вход первого модулятора 18 ширины импульсов, где преобразуется в последовательность импульсов, скважность которых изменяется в зависимости от величины управляющего сигнала. На фиг. 3 все импульсы условно показаны одинаковой длительности.

С частотой выходного сигнала первого модулятора 18 ширины импульсов протекают импульсы тока через светоизлучатель 39 первого оптрона 28 и светоизлучатели оптронов 30 и 32. При этом светоприемник 37 переходит из непроводящего состояния в проводящее с частотой облучения его светоиэлучателем 39 первого оптрона 28 и пропускает импульсы зарядного тока от однофазного выпрямительного моста на диодах 20-24 через первый токоограничительный элемент 34 на конденсатор 27.

С момента времени t (фиг. 3) начинается заряд конденсатора 27. Время его заряда до напряжения, достаточного для срабатывания соответствующего формирователя управляющих импуль-. сов, при постоянной частоте следования импульсов с выхода первого модулятора 18 ширийы импульсов определяется только. длительностью указанных импульсов и, следовательно, зависит от величины сигнала, поступающего на вход первого модулятора ширины импульсов, т.е. определяется величиной

1539955 выходного напряжения генераторного источника электроэнергии.

В момент времени t>, когда напряжение на конденсаторе 27 достигает значения, достаточного для срабатывания формирователя 20 управляющих

1 импульсов, последний срабатывает, на его выходе появляется импульс (Вых.

20, t ), который отпирает силовой ключ 8. С момента отпирания силового ключа 8 и до момента восстановленйя

Нм своих запирающих свойств напряжеНие на выходе однофазного выпрямительного моста отсутствует (ключ 8 находится в открытом состоянии). Поэтому, несмотря на наличие импульсов с выхода первого модулятора 18 ширины импульсов, заряд конденсатора 27 в данном узле управления силовым KJIN 20 чом не происходит до восстановления силовым ключом своих запирающих свойств.

При отсутствии импульсов с выхода второго модулятора 19 ширины импуль- 25 сов (от t до t ) заряд конденсатора

27 происходит одинаково в каждый полу- . период и силовые ключи 8-10 управляют симметрично.

При появлении импульсов на выходе второго модулятора 19 ширины импульсов (t ) положительное напряжение, прикладываемое к диоду 36 через один полупериод, также заряжает конденса— тор 27. В эти полупериоды конденсатор 27 заряжается одновременно по двум цепям: через токоограничительнше элементы 34 и 35. Время его заряда определяется длительностью импульсов с выходов модуляторов 18 и 19 ширины импульсов. В те полупериоды, когда

40 .диод 36 закрыт, заряд конденсатора осуществляется только во время действия импульсов с выхода первого модулятора 18 ширины импульсов. Из45 меняя длительность импульсов с выхода второго модулятора 19 ширины импульсов, можно регулировать величину несимметрии управления полупроводниковыми ключами 8-10, т.е. изменять величину постоянного тока, протекающего через обмотки 2-7 генератора.

В генераторном источнике электроэнергии одновременно обеспечивается регулирование как величины, так и частоты выходного напряжения, что 55 свидетельствует о его широких функциональных возможностях. При этом ряд элементов одновременно используется в каналах регулирования частоты и напряжения.

Формула изобретения

Генераторный источник электроэнергии, содержащий генератор переменного тока с двумя последовательно включенными многофазными обмотками, первые выводы первой из которых связаны между собой, а вторые подключены к силовым выводам ключевого элемента и связаны через вторую обмотку генератора переменного тока с силовыми выводами генераторного источника электроэнергии, датчик выходного напряжения генераторного источника электроэнергии, выход которого через блок управления связан с цепями управления ключевого элемента, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения регулирования частоты выходного напряжения генераторного источника электроэнергии, введен датчик частоты выходного напряжения генераторного источника электроэнергии, ключевой элемент выполнен в виде силовых ключей, первые выводы которых соединены с силовыми выводами ключевого элемента, а вторые соединены с первыми выводами первой обмотки генератора переменного тока, блок управления выполнен в виде узлов управления каждым силовым ключом, первого и второго модуляторов ширины импульсов, входы которых подключены соответственно к датчикам выходного напряжения и частоты выходного напряжения генераторного источника электроэнергии, каждый из узлов управления выполнен в виде формирователя управляющих импульсов, однофазного,выпрямительного моста; конденсатора, двух оптронов, двух токоограничительных элементов и диода, причем вход однофазного выпрямительного моста

1 подключен параллельно соответствующему силовому ключу, а первый выходной вывод через последовательно соединенные первый токоограничительный элемент, светоприемник первого оптрона — к первому выводу конденсатора, соединенного вторым выводом с вторым выходным выводом однофазного выпрями" тельного моста, один из входных выводов которого через диод, светопри1539955

A.г

Составитель А.Акимов

Техред М.Дидык Корректор Т.Малец

Редактор А.Огар

Тираж 448

Подписное

- Заказ 229

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãîðoä, ул. Гагарина,101 емник второго оптрона и второй токоограничительный элемент соединен с первым выводом конденсатора, конденсатор через формирователь управляющих импульсов соединен с управляющим входом соответствующего силового ключа, светоизлучатели первых оптронов узлов управления силовыми ключами связаны с выходом первого модулятора ширины импульсов, а светоиэлучатели вторых оптронов — с выходом второго модулятора ширины импульсов.