Устройство для стабилизации напряжения асинхронного генератора

Авторы патента:

H02P9/44 - регулирование частоты и напряжения в заданных пределах, например поддержание постоянного соотношения

Владельцы патента RU 2337465:

Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кубанский государственный аграрный университет (RU)

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для регулирования и стабилизации напряжения асинхронных генераторов ветроэнергетических установок, минигидроэлектростанций и автономных систем электроснабжения. Устройство для стабилизации напряжения асинхронного генератора содержит асинхронный генератор с выводами для подключения нагрузки, три однофазных трансформатора с первичными и вторичными обмотками, конденсаторы возбуждения, три однотипных аналоговых регулятора возбуждения содержащих диодный мост, регулирующий элемент, например IGBT транзистор, усилитель, нуль орган. Первые выводы первичных обмоток и первые выводы вторичных обмоток однофазных трансформаторов соединены с выводами для подключения нагрузки асинхронного генератора, вторые выводы вторичных обмоток соединены с конденсаторами возбуждения, вторые выводы первичных обмоток через диодные мосты однотипных аналоговых регуляторов возбуждения соединены с нулевым проводом N асинхронного генератора и конденсаторов возбуждения; "плюс" и "минус" диодных мостов соединены с регулирующими элементами, а их входы через усилитель и нуль-орган соединены с фазными выводами асинхронного генератора. Технический результат - повышение качества выходного напряжения. 1 ил.

Известно устройство для автоматической стабилизации напряжения автономного асинхронного генератора по АС СССР №469200, 1975 г., состоящее из конденсаторов возбуждения, дополнительных конденсаторов, выпрямительного моста, управляемого электромагнита и его исполнительного органа, управляемого полупроводникового ключа и его исполнительного органа и чувствительного элемента по напряжению.

Недостатком устройства является большая масса конденсаторов возбуждения и низкая надежность работы.

Наиболее близким по техническому решению является устройство для стабилизации напряжения асинхронного генератора (АГ) (см. патент RU №2262182, Н02P 9/46, опубл. 10.10.2005 г. Бюл. №28). Известное устройство для стабилизации напряжения асинхронного генератора содержит блок трех однофазных повышающих трансформаторов, первичные обмотки которых подключены к конденсатору возбуждения, вторая группа вторичных обмоток подключена к параллельно соединенным дополнительным конденсаторам с встречно-параллельно соединенными тиристорами; входы системы управления устройством соединены с выходом асинхронного генератора и выводами конденсатора возбуждения, а выход - с управляющими входами тиристоров; в состав системы управления входят трансформаторно-выпрямительный блок, формирователь импульсов, генератор пилообразного напряжения, датчик полярности напряжения, логические элементы И, усилители импульсов.

Недостатком устройства является сложность схемы управления, искажение формы напряжения генератора, вносимое тиристорами.

Техническим решением поставленной задачи является упрощение схемы управления и повышение качества выходного напряжения.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство для стабилизации напряжения асинхронного генератора, содержащее конденсаторы возбуждения, три однофазных трансформатора с первичными и вторичными обмотками, введены три однотипных аналоговых регулятора возбуждения, каждый со схемой управления, содержащей диодный мост, регулирующий элемент, например IGBT транзистор, усилитель и нуль-орган, причем первые выводы первичных обмоток и первые выводы вторичных обмоток трех однофазных трансформаторов соединены с выводами асинхронного генератора, вторые выводы вторичных обмоток соединены с конденсаторами возбуждения, вторые выводы первичных обмоток через диодные мосты однотипных аналоговых регуляторов возбуждения соединены с нулевым выводом асинхронного генератора и конденсаторами возбуждения; "плюс" и "минус" диодных мостов соединены с регулирующими элементами, например транзисторами IGBT, а их входы (затворы) через усилители и нуль-органы с фазными выводами асинхронного генератора.

Новизна технического решения обусловлена тем, что в устройстве используются три однотипных аналоговых регулятора возбуждения, каждый со схемой управления содержащей диодный мост, регулирующий элемент, например IGBT транзистор, усилитель и нуль-орган, причем первые выводы первичных обмоток и первые выводы вторичных обмоток трех однофазных трансформаторов соединены с выводами асинхронного генератора, вторые выводы вторичных обмоток соединены с конденсаторами возбуждения, вторые выводы первичных обмоток через диодные мосты однотипных аналоговых регуляторов возбуждения соединены с нулевым выводом асинхронного генератора и конденсаторами возбуждения; "плюс" и "минус" диодных мостов соединены с регулирующими элементами, например транзисторами IGBT, а их входы (затворы) через усилители и нуль-органы с фазными выводами асинхронного генератора.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам неизвестна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.

Устройство для стабилизации напряжения асинхронного генератора содержит (фиг.1) асинхронный генератор 1 с выводами для подключения нагрузки 2, 3, 4, три однофазных трансформатора 5, 6, 7 (пунктиром показан магнитопровод) с первичными 8, 9, 10 и вторичными 11, 12, 13 обмотками, конденсаторы возбуждения 14, три однотипных аналоговых регулятора возбуждения 15, 16, 17, содержащих диодный мост 18, регулирующий элемент, например IGBT транзистор 19, усилитель 20, нуль-орган 21.

Первые выводы первичных обмоток 8, 9, 10 и первые выводы вторичных обмоток 11, 12, 13 однофазных трансформаторов 5, 6, 7 соединены с выводами для подключения нагрузки 2, 3, 4 асинхронного генератора 1, вторые выводы вторичных обмоток 11, 12, 13 соединены с конденсаторами возбуждения 14, вторые выводы первичных обмоток через диодные мосты 18 однотипных аналоговых регуляторов возбуждения 15, 16, 17 соединены с нулевым проводом N асинхронного генератора и конденсаторов возбуждения; "плюс" и "минус" диодных мостов 18 соединены с регулирующими элементами (транзисторами 19), а их входы (затворы) через усилитель 20 и нуль-орган 21 соединены с фазными выводами 2, 3, 4 асинхронного генератора 1.

Устройство для стабилизации напряжения асинхронного генератора работает следующим образом.

При вращении ротора асинхронного генератора (АГ) 1 за счет остаточного намагничивания он самовозбуждается от конденсаторов возбуждения 14. Конденсаторы 14 выбираются таким образом, чтобы при холостом ходе напряжение на выводах 2, 3, 4 было номинальным. Это напряжение поступает на нуль-орган 21, т.к. оно номинальное, регулирующий элемент (транзистор) 19 закрыт и в первичной обмотке 10 (аналогично и в обмотках 8 и 9) ток отсутствует, вторичная обмотка 13 не оказывает влияние на работу АГ 1.

При подключении нагрузки напряжение на выводах 2, 3, 4 и на входе нуль-органа 21 снижается, он подает выпрямленное напряжение на вход усилителя 20, который усиливает сигнал и пропорционально этому изменяет сопротивление транзистора 19.

По первичной обмотке 10 однофазного трансформатора 7 протекает ток, во вторичной обмотке 13 появляется напряжение, которое суммируется с напряжением АГ, что увеличивает напряжение на конденсаторах возбуждения 14 и, как следствие, их реактивную энергию, которая пропорциональна квадрату напряжения.

За счет возрастания реактивной энергии напряжение асинхронного генератора стабилизируется.

Достоинство устройства заключается в следующем:

1. Происходит аналоговое регулирование напряжения АГ без искажения формы синусоиды.

2. Диапазон (глубина) регулирования зависит от соотношения витков вторичной и первичной обмоток.

3. По обмоткам трансформаторов проходит только емкостной ток, поэтому их мощность и мощность аналоговых регуляторов незначительна.

4. Регулирование происходит независимо в каждой фазе, что позволяет подключать несимметричную нагрузку).

Устройство для стабилизации напряжения асинхронного генератора, содержащее конденсаторы возбуждения, три однофазных трансформатора с первичными и вторичными обмотками, отличающееся тем, что введены три однотипных аналоговых регулятора возбуждения, каждый со схемой управления, содержащей диодный мост, регулирующий элемент, например IGBT-транзистор, усилитель и нуль орган, причем первые выводы первичных обмоток и первые выводы вторичных обмоток трех однофазных трансформаторов соединены с выводами асинхронного генератора, вторые выводы вторичных обмоток соединены с конденсаторами возбуждения, вторые выводы первичных обмоток через диодные мосты однотипных аналоговых регуляторов возбуждения соединены с нулевым выводом асинхронного генератора и конденсаторами возбуждения; "плюс" и "минус" диодных мостов соединены с регулирующими элементами, например транзисторами IGBT, а их входы (затворы) - через усилители и нуль органы с фазными выводами асинхронного генератора.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления электроагрегатом в автономных системах электроснабжения постоянного тока подвижных объектов связи и управления.

Способ управления стартер-генераторной системой с планетарным редуктором и устройство для его осуществления // 2236079

Реле регулирования частоты // 2231913

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования частоты генератора при его включении в сеть. .

Релейный регулятор // 2231912

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для регулирования частоты и фазы генератора при его включении в сеть. .

Электрическая система для турбины/генератора переменного тока на общем валу // 2224352

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в газово-турбинных установках. .

Электрическая система с асинхронным стартером-генератором // 2173020

Изобретение относится к электрическим машинам с полупроводниковыми (вентильными) преобразователями электроэнергии и может быть использовано в автономных объектах, в частности автомобилях, для генерирования электрической энергии и запуска приводного двигателя.

Регулятор частоты электроэнергетической установки // 2151460

Изобретение относится к электроэнергетике и предназначено для регулирования частоты вращения электростанций с асинхронными генераторами и конденсаторным самовозбуждением.

Устройство управления автомобильным асинхронным стартер- генератором // 2104612

Способ управления асинхронным генератором // 2096907

Изобретение относится к получению и преобразованию электроэнергии, а именно к способам управления асинхронными генераторами с короткозамкнутым ротором, работающими в условиях изменяющейся локальной нагрузки, и может быть использовано в энергетике, например в малых ГЭС и ветроэлектростанциях.

Устройство регулирования частоты n-фазных электроагрегатов // 2084077

Саморегулируемый генератор с постоянными магнитами // 2399143

Изобретение относится к области электротехники и касается особенностей конструктивного выполнения саморегулируемых генераторов с постоянными магнитами

Управляемый электронным способом асинхронный электродвигатель и устройство для проверки и регулировки блоков регулирования напряжения // 2464698

Изобретение относится к области электротехники в частности, к цифровым системам управления и регулирования с аналоговым выходом, и может быть использовано для регулирования и проверки блоков регулирования, управления и защиты систем электропитания в замкнутой схеме (с обратной связью)

Устройство и способ электрического питания, по меньшей мере, одной асинхронной машины на борту летательного аппарата // 2474950

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для электропитания, по меньшей мере, одной асинхронной машины на борту летательного аппарата

Способ управления автономным асинхронным двигателем // 2539347

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для электроснабжения автономных объектов, требующих стабильную сеть переменного тока при переменной скорости вращения вала генератора. Технический результат - уменьшение отклонений частоты и снижение уровня высших гармоник выходного напряжения генератора. В способе управления автономным асинхронным генератором с вентильным преобразователем в цепи ротора частота напряжения ротора пропорциональна сумме частот вращения ротора и поля статора генератора, формируют сигналы задания мгновенных значений синусоидальных трехфазных напряжений обмотки ротора, смещенных относительно друг друга на угол 2π/3, определяют отклонение между заданными и измеренными сигналами фазных напряжений, сравнивают отклонение с пороговым уровнем, при превышении которого подают на управляющие входы соответствующих фаз вентильного преобразователя сигналы управления, коммутируют ключевые элементы вентильного преобразователя, снижая отклонения между заданными и измеренными сигналами фазных напряжений на выходе вентильного преобразователя до значения, меньшего порогового уровня. 3 ил.

Способ регулирования возбуждения асинхронных вентильных генераторов // 2589719

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах производства электрической энергии с асинхронными вентильными генераторами, подключенными к сети постоянного напряжения, входящей в состав энергетических систем или комплексов. Технический результат заключается в регулировании возбуждения асинхронных вентильных генераторов независимо от величины напряжения на их выходе, что позволяет асинхронным вентильным генераторам работать параллельно на сеть постоянного напряжения. В способе регулирования возбуждения асинхронных вентильных генераторов скорость вращения вала асинхронной машины одного или нескольких генераторов может сильно отличаться от номинальной, например, при использовании в ветроэлектрических установках. Наибольший эффект достигается при подключении генераторов и потребителей к общей сети постоянного напряжения. 1 ил.