СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТРЁХФАЗНЫМ СИНХРОННЫМ ГЕНЕРАТОРОМ
METHOD FOR CONTROLLING THREE-PHASE SYNCHRONOUS GENERATOR

Изобретение относится к области электротехники, а именно к регулированию трехфазных синхронных генераторов, и может быть использовано в системах автоматического управления трехфазными синхронными генераторами, предназначенными преимущественно для авиационных систем электропитания.
Наиболее близким к заявленному изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является способ управления синхронным трехфазным генератором, при котором измеряют среднее и фазные напряжения, сравнивают их с заданными значениями, определяют минимальное значения рассогласования и регулируют выбранное минимальное значение рассогласования воздействием на ток возбуждения. («Электрооборудование летательных аппаратов», Москва, Издательство МЭИ, 2005 г, Том 1, с. 274, рис. 9.17) [1].
В результате анализа известного способа управления следует отметить, что заданное значение фазных напряжений выбирается выше, чем для среднего напряжения, поэтому при нормальной работе системы электропитания регулируется среднее напряжение, а при возникновении небаланса напряжений при ненормальной работе ограничивается максимальное фазное напряжение. Как правило, при номинальном напряжении сети 115 В фазные напряжения в соответствии с требованиями ГОСТ Р 54073 2017 «Системы электроснабжения самолетов и вертолетов. Общие требования и нормы качества электроэнергии» [2] ограничиваются на уровне 123 В. Для измерения с необходимой точностью фазных напряжений частота среза фильтров низких частот, включенных последовательно с выпрямителями, должна быть не менее чем в 5 раз ниже, чем частота среза фильтра, используемого для измерения среднего напряжения трехфазным выпрямителем. Поэтому рассогласования с заданным значением фазных напряжений формируются с запаздыванием относительно рассогласования среднего напряжения. Запаздывание пропорционально отношению частот среза фильтров, применяемых для измерения фазных и среднего напряжений. Для обеспечения устойчивости коэффициент усиления регулятора, формирующего ток возбуждения, должен быть выбран с учетом запаздывания фильтров фазного напряжения, что снижает быстродействие при парировании возмущений при подключении потребителей.
Техническим результатом настоящего изобретения является повышение точности регулирования напряжения при нормальной и аварийной работе системы электроснабжения и снижение времени переходных процессов по напряжению генератора.
Указанный технический результат достигается за счет того, что в способе регулирования трехфазного синхронного генератора, при котором измеряют среднее и фазные напряжения генератора и регулируют напряжение воздействием на ток возбуждения, новым является то, что дополнительно определяют максимальное фазное напряжение генератора, измеряют небаланс напряжений и в случае, если значение небаланса напряжений выше максимально допустимого для нормального режима работы системы электропитания значения, регулируют максимальное фазное напряжение, а в случае если значение небаланса напряжений ниже максимально допустимого для нормального режима работы системы электропитания значения, регулируют среднее значение напряжения, причем в обоих случаях заданное значение напряжения устанавливается равным номинальному напряжению электропитания.
Регулирование максимального фазного напряжения и среднего значения напряжения осуществляют пропорционально-интегральным регулятором, при этом при переходе от регулирования среднего напряжения к регулированию максимального фазного напряжения снижают коэффициент усиления пропорционально - интегрального регулятора, а при возврате к регулированию среднего напряжения восстанавливают исходное значение коэффициента усиления.
На чертеже на фиг. 1 представлена схема системы управления возбуждением трехфазного генератора, реализующая предлагаемый способ управления.
Система управления возбуждением генератора содержит включенные последовательно переключатель 1, элемент сравнения 2, регулятор напряжения 3 и трехфазный синхронный генератор 4. К выходам напряжений генератора подключены трехфазный выпрямитель 5 и датчик небаланса напряжений 6. Выход трехфазного выпрямителя 5 подключен к первому входу переключателя 1. Первый выход датчика небаланса напряжений 6 подключен ко второму входу переключателя 1, второй выход датчика небаланса напряжений 6 подключен к управляющему входу переключателя 1 и управляющему входу регулятору напряжения 3. Система также содержит задатчик напряжения 7, который подключен ко второму входу элемента сравнения 2.
Система может быть скомпонована из известных блоков.
Переключатель 1 выбирается таким образом, чтобы при подаче нулевого сигнала на его управляющий вход к выходу переключателя подключался его первый вход, а при подаче единицы на управляющий вход к выходу переключателя подключался его второй вход.
В качестве регулятора напряжения 3 может быть использован ПИ-регулятор с управляющим входом. Управляющий вход регулятора вызывает обнуление коэффициента усиления пропорционального канала.
Трехфазный выпрямитель 5 является стандартным и формирует на своем выходе среднее значение напряжения генератора.
Датчик небаланса напряжений 6 известен (см. [1], с. 346, рис. 11.11). Датчик содержит 3 однофазных выпрямителя, выходы которых подключены к селекторам минимума и максимума, элемент сравнения и компаратор. Селектор максимума формирует подаваемый на первый выход датчика сигнал максимального фазного напряжения, селектор минимума формирует сигнал минимального фазного напряжения. Выходы селекторов подключены к элементу сравнения, на выходе которого формируется небаланс напряжений. Если этот сигнал превышает порог срабатывания компаратора, он формирует на втором выходе датчика единичный логический сигнал.
Компаратор датчика небаланса должен срабатывать при ненормальном режиме работы системы электропитания, и не должен превышать значения, при котором максимальное фазное напряжение превысит допустимое значение [2]. Эти условия выполняются, если порог срабатывания компаратора выбирается в диапазоне (8±4)% от номинального напряжения системы электропитания. Для сети переменного тока с номинальным напряжением 115 В порог срабатывания датчика может быть выбран равным 10 В.
Задатчик напряжения 7 является задатчиком постоянного значения, формирующим номинальное заданное напряжение сети. Как правило, оно выбирается равным 115 В.
Система работает следующим образом.
При нормальном режиме работы (т.е. когда небаланс напряжений не превышает выбранного порога 10 В) на втором выходе датчика небаланса напряжений 6 формируется нулевой сигнал, в соответствии с которым переключатель 1 подключает к своему выходу сигнал с первого входа, а именно среднее значение напряжения генератора 4 с выхода трехфазного выпрямителя 5.
Элемент сравнения 2 формирует разность заданного задатчиком 7 напряжения сети и среднего напряжения генератора, которая подается в регулятор напряжения 3. Регулятор напряжения 3 формирует ток возбуждения, таким образом, чтобы среднее напряжение генератора поддерживалось на заданном номинальном значении.
При обрыве или коротком замыкании одной из фаз среднее напряжение на выходе трехфазного выпрямителя 5 снижается, и регулятор напряжения 3 начинает увеличивать ток возбуждения. С задержкой не более 0,005 с (или не более двух периодов частоты сети), вызванной фильтрами однофазных выпрямителей датчика небаланса 6, на его втором выходе формируется единичный сигнал. По этому сигналу переключатель 1 подключает к своему выходу сигнал второго входа, а именно максимальное фазное напряжение с первого выхода датчика небаланса 6. Регулятор 3 начинает формировать ток возбуждения так, чтобы максимальное фазное напряжение поддерживалось на уровне, заданном задатчиком 7.
Так как фильтры низких частот однофазных выпрямителей вносят дополнительное запаздывание по сравнению с фильтром трехфазного выпрямителя, для исключения неустойчивой работы регулятора напряжения 3 его коэффициент усиления снижается по сигналу датчика небаланса 6.
Предлагаемый способ управления синхронным генератором позволяет снизить время переходных режимов на (20…30)% и обеспечить ограничение максимального фазного напряжения на номинальном уровне при ненормальной работе системы электропитания.