СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВОЗБУЖДЕНИЯ АСИНХРОННЫХ ВЕНТИЛЬНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ
METHOD OF CONTROLLING EXCITATION OF ASYNCHRONOUS VALVE GENERATORS

Изобретение относится к электротехнике, в частности к системам производства электрической энергии, и позволяет использовать асинхронные вентильные генераторы, подключенные к сети постоянного напряжения, входящей в состав энергетических систем или комплексов. При этом 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.
Известно устройство для возбуждения асинхронного вентильного генератора, где вентильный преобразователь совместно с возбуждающими конденсаторами поддерживает величину постоянного напряжения на выходе генератора на заданном уровне [Авторское свидетельство СССР № 902198, МПК H02P 9/46. Устройство для возбуждения асинхронного вентильного генератора / А.А. Дружков, М.Л. Костырев, В.Н. Волгин, П.Ю. Грачев, Н.В. Мотовилов. Опубл. 30.01.1982. Бюл. №4]. Недостаток этого аналога заключается в невозможности одновременной работы нескольких аналогичных генераторов, подключенных к общей сети постоянного напряжения. Это происходит из-за регулирования возбуждения асинхронной машины в зависимости от величины напряжения на выходе генератора. Кроме этого, использование конденсаторов возбуждения значительно увеличивает массу и габариты всего устройства в целом.
Известен также способ возбуждения асинхронного генератора постоянного тока, описанный в работе [Торопцев, Н.Д. Асинхронные генераторы для автономных электроэнергетических установок / Н.Д. Торопцев. -  М.: НТФ «Энергопрогресс», 2004. - 88 с.; ил. (глава 10)], который взят за прототип. Возбуждение асинхронной машины-прототипа производится путем изменения частоты действующего значения напряжения, подаваемого на асинхронную машину, в зависимости от величины измеренного постоянного напряжения на выходе генератора. Однако, если к общей сети постоянного напряжения с источниками и потребителями напряжения подключить несколько аналогичных генераторов, то на величину напряжения в сети в разной степени будут влиять все потребители и все источники электрической энергии. Кроме этого, величина напряжения на разных участках сети постоянного напряжения зависит от их протяженности и может сильно отличаться. Как следствие, регулирование возбуждения отдельно взятого асинхронного вентильного генератора по величине постоянного напряжения на его выходе становится не возможным.
Задачей изобретения является создание способа регулирования возбуждения асинхронных вентильных генераторов.
Технический результат от решения поставленной задачи 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.
Решение поставленной задачи достигается тем, что генерируемая энергия поступает на положительную и отрицательную шины сети постоянного напряжения через датчик мощности, а частота действующего значения напряжения и величина действующего значения напряжения на асинхронной машине регулируются пропорционально, в зависимости от величины и направления мощности между сетью постоянного напряжения и асинхронным вентильным генератором.
Сущность изобретения поясняется фиг. 1, где приведена функциональная схема устройства для реализации способа, содержащая следующие элементы: 1 - питающая сеть; 2 - фильтр; 3 - рекуператор; 4 - положительная шина сети постоянного напряжения; 5 - отрицательная шина сети постоянного напряжения; 6 - аккумуляторная батарея; 7 - выпрямитель; 8 - потребитель; 9 - дополнительный потребитель; 10 - датчик мощности; 11 - автономный инвертор напряжения; 12 - асинхронная машина; 13 - приводной двигатель; 14 - асинхронный вентильный генератор; 15 - дополнительный асинхронный вентильный генератор.
Элементы функциональной схемы (фиг. 1) соединены следующим образом. Питающая сеть 1 присоединена к выходу фильтра 2 и входу выпрямителя 7. Вход фильтра 2 присоединен к выходу рекуператора 3. Положительные и отрицательные выводы рекуператора 3, выпрямителя 7, потребителя 8, дополнительного потребителя 9 и аккумуляторной батареи 6 подключены к соответствующей положительной 4 и отрицательной 5 шине сети постоянного напряжения. Асинхронный вентильный генератор 14 и дополнительный асинхронный вентильный генератор 15 устроены одинаково и состоят из приводного двигателя 13, присоединенного к валу асинхронной машины 12, которая присоединена к выходу автономного инвертора напряжения 11. Положительный и отрицательный выводы автономного инвертора напряжения 11 присоединены через датчик мощности 10 к соответствующей положительной 4 и отрицательной 5 шине сети постоянного напряжения. Выводы датчика мощности 10, присоединенные к шинам постоянного напряжения, являются выходом асинхронного вентильного генератора 14. Выход дополнительного асинхронного вентильного генератора 15 также присоединен к положительной и отрицательной шине постоянного напряжения.
Способ включает следующие операции: регулирование возбуждения, управление частотой действующего значения напряжения, управление величиной действующего значения напряжения.
Последовательность и взаимосвязь операций способа приведены в описании принципа действия и формуле на предлагаемое изобретение.
Устройство (см. фиг. 1) работает следующим образом.
Переменное напряжение питающей сети 1 выпрямляется при помощи выпрямителя 7 и поступает на положительную 4 и отрицательную 5 шины сети постоянного напряжения. От сети постоянного напряжения питаются потребитель 8 и дополнительный потребитель 9. Аккумуляторная батарея 6 заряжается от сети постоянного напряжения и обеспечивает подачу напряжения в сеть постоянного напряжения в случае прекращения подачи питания из питающей сети 1. Асинхронный вентильный генератор 14 и дополнительный асинхронный вентильный генератор 15 функционируют одинаково. Приводной двигатель 13 вращает вал асинхронной машины 12. Автономный инвертор напряжения 11 осуществляет регулирование возбуждения асинхронной машины 12, которая генерирует электрическую энергию. Генерируемая энергия через автономный инвертор напряжения 11 и через датчик мощности 10 поступает на шины сети постоянного напряжения. Регулировка возбуждения асинхронной машины проводится в зависимости от значения и направления измеряемой датчиком 10 мощности. Тем самым обеспечивается независимость регулировки возбуждения от величины напряжения в сети постоянного напряжения. Генерируемая асинхронным вентильным генератором 14 и дополнительным асинхронным вентильным генератором 15 энергия потребляется всеми потребителями в сети постоянного напряжения, при этом снижается потребляемая энергия из питающей сети 1. Если асинхронными вентильными генераторами вырабатывается энергии больше, чем потребляется, то при помощи рекуператора 3 эта энергия возвращается в питающую сеть 1.  Фильтр 2 при этом осуществляет снижение уровня нелинейных искажений напряжения и тока на выходе рекуператора.
Способ работает следующим образом. Автономный инвертор напряжения с широтно-импульсной модуляцией выполняет операции по регулированию возбуждения асинхронной машины, вращаемой приводным двигателем, путем управления частотой и величиной действующего значения напряжения, подаваемого на асинхронную машину. При этом частоту и величину действующего значения напряжения изменяют пропорционально в соответствии с отношением  . В процессе регулирования возбуждения изменяется величина мгновенной мощности, измеряемой датчиком на выходе асинхронного вентильного генератора, а в случае перехода асинхронной машины в двигательный режим мощность, измеряемая датчиком, меняет направление. Поэтому все операции по регулированию возбуждения асинхронной машины выполняются в зависимости от величины и направления мощности, измеренной датчиком на выходе асинхронного вентильного генератора, при этом достигается номинальная генерируемая мощность машины. При вращении вала асинхронной машины ниже номинальной, необходимо уменьшение величины действующего значения напряжения на машине, при этом отношение   снижают.
Наиболее целесообразной областью применения предлагаемого способа регулирования возбуждения асинхронных вентильных генераторов являются асинхронные вентильные генераторы, подключенные к сети постоянного напряжения, входящей в состав энергетических систем и комплексов, при этом 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.