Устройство автоматического регулирования и стабилизации напряжения асинхронного генератора
ASYNCHRONOUS GENERATOR VOLTAGE AUTOMATIC REGULATION AND STABILIZATION DEVICE

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для автоматического регулирования и стабилизации напряжения асинхронных генераторов ветроэнергетических установок, минигидроэлектростанций и автономных систем электроснабжения.
Известно устройство для автоматической стабилизации напряжения автономного асинхронного генератора (МПК Н02Р 9/46, патент SU на изобретение №469200, опубл. 30.04.1975), состоящее из конденсаторов возбуждения, дополнительных конденсаторов, выпрямительного моста, управляемого электромагнитом и его исполнительного органа, управляемого полупроводникового ключа и его исполнительного органа, и чувствительного элемента по напряжению.
Недостатками устройства являются повышенная масса конденсаторов возбуждения и низкие показатели быстродействия системы регулирования напряжения.
Известно устройство для регулирования напряжения асинхронного генератора, содержащую первую постоянно подключенную группу конденсаторов, обеспечивающую возбуждение асинхронного генератора на холостом ходу, и вторую регулирующую группу конденсаторов, периодически подключаемую к выводам генератора с помощью тиристорных или диодно-тиристорных ключей (МПК Н02Р 9/46, патент SU на изобретение №1511846, опубл. 30.09.1989).
Недостатком этого устройства является возникновение перенапряжений на тиристорных ключах при отключении конденсаторов, что снижает надежность работы устройства.
Наиболее близким к предложенному является устройство для стабилизации напряжения асинхронного генератора (см. патент на изобретение МПК Н02Р 9/44, RU №2337465, опубл. 27.10.2008, бюл. №30), содержащее конденсаторы возбуждения, три однотипных аналоговых регулятора возбуждения, каждый со схемой управления, содержащей диодный мост, регулирующий элемент, например IGBT транзистор, усилитель и нуль-орган, 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.
Недостатком данного устройства является низкое быстродействие системы регулирования напряжения.
Технической задачей изобретения является повышение быстродействия устройства.
Технический результат изобретения заключается в повышении КПД процесса стабилизации выходного напряжения при одновременном снижении потерь мощности.
Это достигается устройством автоматического регулирования и стабилизации напряжения асинхронного генератора, содержащим конденсаторы возбуждения на выходе асинхронного генератора, три однотипных однофазных автоматических регулятора возбуждения, каждый из которых содержит регулирующий элемент и блок автоматического регулирования напряжения, снабженный измерительным трансформатором напряжения и однофазным мостовым выпрямителем, один вывод первичной обмотки измерительного трансформатора напряжения соединен с одним выходным выводом асинхронного генератора, а один вывод вторичной обмотки измерительного трансформатора напряжения соединен с одним входным выводом однофазного мостового выпрямителя, при этом регулирующие элементы выбраны в количестве, равном k (k - целое число, k>1), соединенные между собой параллельно, каждый из которых выполнен в виде последовательно соединенных конденсатора и двунаправленного полупроводникового ключа, включенных между одним из выходов асинхронного генератора и общей точкой соединения конденсаторов возбуждения, подключенной к нулевому выводу асинхронного генератора, каждый блок автоматического регулирования напряжения снабжен алгебраическим сумматором и последовательно соединенными аналого-цифровым преобразователем, блоком выбора ступени регулирования и формирователем импульсов управления двунаправленными полупроводниковыми ключами регулирующего элемента, второй вывод первичной обмотки измерительного трансформатора напряжения соединен с нулевым выводом асинхронного генератора, а второй вывод вторичной обмотки измерительного трансформатора напряжения подключен ко второму входу однофазного мостового выпрямителя, плюсовой выход которого соединен с вычитающим входом алгебраического сумматора, а отрицательный выход заземлен, суммирующий вход алгебраического сумматора служит для подачи опорного напряжения, соответствующего номинальному напряжению сети, а выход алгебраического сумматора соединен со входом аналого-цифрового преобразователя.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена функциональная схема устройства.
Устройство автоматического регулирования и стабилизации напряжения асинхронного генератора содержит асинхронный генератор 1 с выходными выводами 2, 3, 4 для подключения нагрузки, к которым постоянно присоединены конденсаторы возбуждения 5, три однотипных однофазных автоматических регулятора возбуждения 6, 7, 8, каждый из которых имеет k (k - целое число, k>1) однотипных параллельно соединенных регулирующих элементов 9, состоящих из последовательного соединения конденсатора 10 и двунаправленного полупроводникового ключа 11, и блоком автоматического регулирования напряжения 12, содержащим соединенные последовательно однофазный измерительный трансформатор напряжения 13, однофазный мостовой выпрямитель 14 с выходом «+», алгебраический сумматор 15, аналого-цифровой преобразователь 16, блок выбора ступени регулирования 17, и формирователь импульсов управления 18 двунаправленными полупроводниковыми ключами 11.
Устройство автоматического регулирования и стабилизации напряжения асинхронного генератора работает следующим образом.
При вращении ротор асинхронного генератора 1 за счет остаточного намагничивания самовозбуждается от конденсаторов возбуждения 5, которые выбираются таким образом, чтобы при холостом ходе напряжение на выходных выводах 2, 3, 4 асинхронного генератора 1 было номинальным. При изменении активной (активно-индуктивной, индуктивной) нагрузки напряжение на выходных выводах 2, 3, 4 асинхронного генератора 1 также изменяется. Это напряжение поступает на вход блока автоматического регулирования напряжения 12, и передается на первичную обмотку однофазного измерительного трансформатора напряжения 13, вторичная обмотка которого соединена с входами однофазного мостового выпрямителя 14. От выхода «+» однофазного мостового выпрямителя 14 постоянное напряжение поступает на вычитающий вход алгебраического сумматора 15, на суммирующий вход которого поступает опорное напряжение, соответствующее номинальному напряжению в сети. На выходе алгебраического сумматора 15 появляется сигнал ошибки, показывающий отклонение текущего напряжения в сети от номинального. Сигнал ошибки поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 16, на выходе которого формируется цифровой код. Полученный цифровой код с выхода аналого-цифрового преобразователя 16 поступает на вход блока выбора ступени регулирования 17. В зависимости от значения цифрового кода блок выбора ступени регулирования 17 определяет какие регулирующие элементы 9 необходимо включить и формирует соответствующий выходной сигнал, который поступает на вход формирователя импульсов управления 18. Формирователь импульсов управления 18 подает сигналы включения и выключения на входы управления регулирующих элементов 9 через двунаправленные полупроводниковые ключи 11. В зависимости от комбинации управляющих сигналов на входах регулирующих элементов 9 происходит изменение емкости возбуждения асинхронного генератора 1 для стабилизации выходного напряжения.
При увеличении нагрузки на выходных выводах 2, 3, 4 асинхронного генератора 1 напряжение уменьшается, на выходе алгебраического сумматора 15 появляется положительный уровень сигнала ошибки, и блок выбора ступени регулирования 17 формирует сигнал о необходимости увеличении емкости, и происходит переключение регулирующих элементов 9 для подключения дополнительной емкости конденсатора 10.
При уменьшении нагрузки на выходных выводах 2, 3, 4 асинхронного генератора 1 напряжение увеличивается, на выходе алгебраического сумматора 15 появляется отрицательный уровень сигнала ошибки, и блок выбора ступени регулирования 17 формирует сигнал о необходимости уменьшении емкости и происходит переключение регулирующих элементов 9 для отключения избыточной емкости конденсатора 10. Таким образом, устройство автоматического регулирования и стабилизации напряжения за счет изменения значения емкости конденсаторов 10 приводит асинхронный генератор 1 к новому состоянию равновесия при любой подключаемой нагрузке, при этом быстродействие устройства увеличивается, повышается КПД процесса стабилизации выходного напряжения, что, в конечном итоге, приводит к снижению потерь мощности.
Использование устройства автоматического регулирования и стабилизации напряжения асинхронного генератора обеспечивает повышение качества выходного напряжения асинхронного генератора при одновременном снижении потерь мощности.