АВТОМАТИЧЕСКИЙ РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ СИНХРОННОГО ГЕНЕРАТОРА

Заявляемое устройство относится к электротехнике и может быть использовано в качестве устройства для автоматического возбуждения синхронных генераторов, преимущественно тех, к которым предъявляются повышенные требования по надежности и качеству выходного напряжения.
Известно устройство для автоматического возбуждения синхронного генератора, содержащее тиристорный преобразователь, снабженный выводами для подключения к обмотке возбуждения синхронного генератора или возбудителя синхронного генератора, систему широтного управления указанным преобразователем, на входе которой установлен управляемый ключ на полупроводниковых элементах, основной широтно импульсный регулятор напряжения, выход которого связан с входом управляемого ключа, и резервный регулятор напряжения, измерительные входы указанных регуляторов соединены с одноименными выводами якорных цепей синхронного генератора, причем с целью повышения надежности, дополнительно введены двухвходовый логический элемент И-НЕ, два ключевых элемента и два пороговых элемента со сбросом, а резервный регулятор выполнен аналогично основному, при этом выход логического элемента И-НЕ подключен к входу управляемого ключа, а каждый из входов логического элемента И-НЕ соединен с выходом одного из ключевых элементов, вход которого через соответствующий пороговый элемент со сбросом соединен с выходом одного из регуляторов напряжения [авторское свидетельство SU 964952, МПК Н02Р 9/14 от 10.10.1980, опубл. 7.10.1982].
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является регулятор напряжения синхронного генератора, содержащий трансформаторно-выпрямительный блок, вход которого подключен к основной обмотке синхронного генератора, а выход - к входу измерительного органа напряжения, выход которого соединен с входом модулятора ширины импульсов, выход которого через блок усиления и полупроводниковый ключ подключен к обмотке возбуждения синхронного генератора, причем в качестве модулятора ширины импульсов использован нейросетевой модулятор ширины импульсов, а также введены датчик тока, датчик измерения коэффициента мощности, подключенные к основной обмотке синхронного генератора, и блок измерения скорости изменения тока возбуждения, подключенный к обмотке возбуждения синхронного генератора, выходы датчика тока, датчика измерения коэффициента мощности и блока измерения скорости изменения тока возбуждения синхронного генератора подключены к входам нейросетевого модулятора ширины импульсов с четырьмя входными параметрами. [Патент RU 95920, МПК Н02Р 9/30, Н02Р 9/34, от 23.03.2010, опубл. 10.07.2010].
Недостатком данного устройства является недостаточная надежность, а именно возможность возникновения в выше описанном структурном построении неисправностей, приводящих к превышению выходным напряжением синхронного генератора допустимых пределов, что может вызвать выход из строя потребителей электроэнергии.
Техническая задача - повышение надежности регулирования выходного напряжения синхронного генератора, а именно обеспечение безопасного уровня выходного напряжения синхронного генератора в случае возникновения аварийных ситуаций за счет автоматического отключения обмотки возбуждения синхронного генератора.
Поставленная задача решается тем, что регулятор напряжения синхронного генератора, содержащий трансформаторно-выпрямительный блок, вход которого подключен к фазам синхронного генератора, выход имеет соединение, по крайней мере, с одним транзисторным ключом, подключенным через драйвер к выходу микроконтроллера, который входом своего аналого-цифрового преобразователя подключен к выходу блока преобразования сигнала, подключенного входом к фазам синхронного генератора, дополнительно содержит независимый модуль защиты, включающий преобразователь сигналов, вход которого подключен к фазам синхронного генератора, а выход - к микроконтроллеру защиты, подключенному выходом своего аналого-цифрового преобразователя к реле защиты так, что реле защиты имеет два входа от трансформаторно-выпрямительного блока и микроконтроллера защиты и выходом соединено, по крайней мере, с одним транзисторным ключом, таким образом, что трансформаторно-выпрямительный блок соединен с транзисторными ключами через реле защиты.
Кроме того, трансформаторно-выпрямительный блок содержит трансформатор питания корректора и трансформатор силовой, подключенные к фазам синхронного генератора, и выпрямитель, соединенный входами с трансформатором питания корректора и трансформатором силовым, а выходом через реле защиты с транзисторными ключами.
Сравнение предлагаемого решения с прототипом позволяет выявить основные отличительные признаки заявляемого устройства: автоматический регулятор напряжения синхронного генератора дополнительно содержит независимый модуль защиты, включающий преобразователь сигналов, вход которого подключен к фазам синхронного генератора, а выход - к микроконтроллеру защиты, подключенному выходом к реле защиты так, что реле защиты имеет два входа от трансформаторно-выпрямительного блока и микроконтроллера защиты и выходом соединено, по крайней мере, с одним транзисторным ключом, таким образом, что трансформаторно-выпрямительный блок соединен с транзисторными ключами через реле защиты. Кроме того, трансформаторно-выпрямительный блок содержит трансформатор питания корректора и трансформатор силовой, подключенные к фазам синхронного генератора, и выпрямитель, соединенный входами с трансформатором питания корректора и трансформатором силовым, а выходом через реле защиты с транзисторными ключами.
Вышеизложенное позволяет сделать вывод о том, что заявляемая совокупность признаков характеризует новое конструкторское решение, ранее не известное из уровня техники, а, следовательно, заявленная полезная модель соответствует критерию «новизна».
Предлагаемое устройство может быть изготовлено с использованием известных в технике элементов и технологий. Возможность промышленного использования заявленного устройства позволяет сделать вывод о соответствие критерию «промышленная применимость».
В заявляемом устройстве измерение выходного напряжения генератора проводится двумя независимыми устройствами, а именно первое устройство-микроконтроллер рассчитывает управляющее воздействие автоматического регулятора напряжения синхронного генератора, а второе устройство -независимый модуль защиты осуществляет управление работой первого устройства, а именно разрешает или запрещает его работу, что позволяет в случае возникновения неисправности в первом устройстве, приводящих в дальнейшем к превышению выходным напряжением синхронного генератора допустимых пределов, автоматизировать процесс отключения обмотки возбуждения от регулятора.
Заявленное устройство иллюстрируется следующим чертежом.
Фиг.1 - общий вид автоматического регулятора напряжения синхронного генератора.
Автоматический регулятор напряжения синхронного генератора содержит:
1 - трансформатор питания корректора;
2 - трансформатор силовой;
3 - синхронный генератор;
4 - трансформаторно-выпрямительный блок;
5 - блок преобразования сигналов;
6 - преобразователь сигналов;
7 - выпрямитель;
8 - реле защиты;
9 - транзисторные ключи;
10 - микроконтроллер;
11 - микроконтроллер защиты;
12 - драйвер;
13 - независимый модуль защиты.
Регулятор напряжения синхронного генератора 3, содержащий трансформаторно-выпрямительный блок 4, вход которого подключен к фазам синхронного генератора 3, выход имеет соединение, по крайней мере, с одним транзисторным ключом 9, подключенным через драйвер 12 к выходу микроконтроллера 10, который входом подключен к выходу блока преобразования сигнала 5, подключенного входом к фазам синхронного генератора 3, причем также дополнительно содержит независимый модуль защиты 13, включающий преобразователь сигналов 6, вход которого подключен к фазам синхронного генератора 3, а выход - к микроконтроллеру защиты 11, подключенному выходом к реле защиты 8 так, что реле защиты 8 имеет два входа от трансформаторно-выпрямительного блока 4 и микроконтроллера защиты 11 и выходом соединено, по крайней мере, с одним транзисторным ключом 9, таким образом, что трансформаторно-выпрямительный блок 4 соединен с транзисторными ключами 9 через реле защиты 8.
Кроме того трансформаторно-выпрямительный блок 4 регулятора напряжения синхронного генератора 3 содержит трансформатор питания корректора 1 и трансформатор силовой 2, подключенные к фазам синхронного генератора 3, и выпрямитель 7, соединенный входами с трансформатором питания корректора 1 и трансформатором силовым 2, а выходом через реле защиты 8 с транзисторными ключами 9.
Принцип работы устройства описан ниже.
После включения привода синхронного генератора 3, на его выходе появляется напряжение, создаваемое постоянными магнитами ротора, достаточное для включения автоматического регулятора напряжения синхронного генератора 3. Это же напряжение через трансформатор питания корректора 1 и выпрямитель 8 поступает на вход реле защиты 8, микроконтроллер защиты 11 с определенным периодом измеряет выходное напряжение синхронного генератора 3, поступающее на него через преобразователь сигналов 6, включает реле защиты 8 и разрешает тем самым протекание тока через транзисторные ключи 9. Микроконтроллер 10 с определенным периодом измеряет напряжения фаз синхронного генератора 3, поступающие на него через преобразователь сигналов 6, рассчитывает по ним значения линейных напряжений, сравнивает их с уставкой напряжения и рассчитывает управляющее воздействие - коэффициент заполнения ШИМ сигнала, который через драйвер 12 поступает на транзисторные ключи 9, открывает их и вызывает протекание тока через обмотку возбуждения синхронного генератора 3.
В случае возникновения неисправности в работе автоматического регулятора напряжения синхронного генератора 3, приводящей к превышению выходного напряжения синхронного генератора 3 допустимых пределов, например, выход из строя транзисторных ключей 9, микроконтроллер защиты 11, постоянно измеряющий выходное напряжение синхронного генератора 3 и сравнивающий его с допусками, отключает реле защиты 8 и прекращает протекание тока через обмотку возбуждения синхронного генератора 3.
Использование заявляемого технического решения, позволяет решить техническую задачу - повышение надежности регулирования выходного напряжения синхронного генератора, а именно обеспечение безопасного уровня выходного напряжения синхронного генератора в случае возникновения аварийных ситуаций за счет автоматического отключения обмотки возбуждения синхронного генератора.
Автоматический регулятор напряжения синхронного генератора с положительным результатом прошел цикл испытаний в составе генератора БГ-100 производства «Баранчинского электромеханического завода». В процессе испытаний также была проведена апробация работы предлагаемого устройства при недопустимо высоких значениях выходного напряжения синхронного генератора.