Генераторный источник электроэнергии

А 1 СООЗ СО 8 ЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ 1539955 СПУБЛИ 51) 5 Н 02 Р 9/44 К ИЗ 0 БРЕТЕН А ВТОРСИОМУ нениековскийроваапник,и А.Д.Те ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИПРИ ГКНТ СССР(21) 4334336/24-07 (22) 30.11.37 (46) 30.01.90. Вюл. Р 4 (71) Производственное объеди атомного турбостроения "Хар турбинный завод" им. С.М. Ки (72) И.С. Веремеенко, Б.К. Б.В. Грунский, А.Д. Сигалов ленко (53) 621. 316. 7 (56) Авторское В 951626, кл.АвторскоеУ 562051, кл. (54) ГЕНЕРАТОР ЭНЕРГИИ(57) Изобре технике имо темах регул 82(088.8)свидетельство СССР Н 02 Р 9/42, 1980. свидетельство СССР Н 02 Р 9/30, 1974, НЫЙ ИСТОЧНИК ЭЛЕКТР тение относится к электрожет бытьиспользовано всисирования напряжения и частоты асинхронного генератора. Цельюизобретения является расширение функциональных возможностей. Устройствосодержит генератор 1 переменного тока с обмотками 2-7, силовые ключи 810, датчики 12,14 выходного напряжения и частоты выходного напряжения,модуляторы 18,19 ширины импульсов,узлы 15-17 управления силовыми ключами, Сущность изобретения заключается в таком управлении силовыми ключами, нри к-ром величину выходного напряжения устройства регулируют путемсимметричного изменения времени ихоткрытого состояния, а при регулировании частоты выходного напряженияизменяют время протекания тока черезсиловые ключи только в одном направлении. 3 ил.Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано всистемах автоматического регулирования напряжения и частоты автономногоасинхронного самовозбуждающегося генератора с конденсаторным возбуждением, например, в микроГЭС,Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей путем 10обеспечения регулирования частоты выМодного напряжения генераторного источника электроэнергии,На фиг. 1 приведена принципиальная электрическая схема генераторного источника электроэнергии, нафиг. 2 - электрическая схема формирователя управляющих импульсов; нафиг. 3 - диаграммы сигналов элементов устройства. 20Генераторный источник электроэнергии содержит генератор 1 переменноготока с двумя последовательно включенными обмотками 2-4, 5-7, первые выводы первой из которых связаны между 25собой, а вторые подключены к силовымвыводам ключевого элемента на силовыхключах 8-10 и связаны, через вторуюобмотку 5-7 генератора переменного тоКа с силовыми выводами генераторногоисточника электроэнергии, подключенными к нагрузке 11, датчик 12 выходноГо напряжения генераторного источникаЭлектроэнергии, выход которого черезблок 13 управления связан с цепями управления ключевого элемента на35силовых ключах 8-10, и датчик 14 частоты выходного напряжения генераторно.Го источника электроэнергии. Ключевойэлемент выполнен в виде силовых ключей 8-10, первые выводы которых соединены с силовыми выводами ключевогоэлемента, а вторые соединены с первыми выводами первой обмотки 2.-4 генератора переменного тока. Блок 13 управления выполнен в виде узлов 15-17 управления каждым силовым ключом, первого 18 и второго 19 модуляторов ширины импульсов, входы коарык подключены соответственно к датчикам 12 и 14выходного напряжения и частоты выходного напряжения генераторного источника электроэнергии, Каждый из узловуправления содержит формирователь(20-22) управляющих импульсов, однофазный выпрямительный мост на диодах23-26, конденсатор 27, два оптрона 28и 29 в первом, 30 и 31 во втором и 32и 33 в третьем узлах управления, два токоограничительных элемента 34 и 35 и диод 36. При этом вход однофазного выпрямительного моста подключен параллельно соответствующему из силовых ключей 8-10, а первый выходной вывод через последовательно соединенные первый токоограничительный элемент 34, светоприемник 37 первого оптрона - к первому выводу конденсатора 27, соединенного вторым выводом с вторым выходным выводом однофазного выпрямитель- ного моста, один из входных выводов которого через диод 36, светоприемник 38 второго оптрона и второй токоограничительный элемент 35 соединен с первым выводом конденсатора 27. Конденсатор через формирователь 22 управляющих импульсов соединен с управляющим входом соответствующего силового ключа. Светоизлучатели 39 первых оптронов узлов управления силовыми ключами связаны с выходом первого модулятора 18 ширины импульсов, а светоизлучатели 40 вторых оптронов - с выходом второго модулятора 19 ширины импульсов, К силовым выводам генератор- ного источника электроэнергии подключены конденсаторы 4 1-43 возбуждения .,Формирователь 22 управляющих импульсовв с ост онт и з однопер еходного транзистора 44, в качестве нагрузки которого использован импульсный трансформатор 45, с выходной обмотки которого снимаются импульсы для управления силовым ключом 10.Резистор 46 включен последовательно между первым выходным выводом однофазного выпрямительного моста и одно- переходным транзистором 44 . На фиг, 3 приведены диаграммы изменения следующих сигналов; входного (Вх.18) и выходного (Вых.18) .напряжений первого широтно-импульсного модулятора, входного (Вх.19) и выходного (Вых.19) на" пряжений второго широтно-импульсного модулятора, напряжения на выходе генератора переменного тока (Напр.генер.), напряжения на выходе однсфазных вы" прямительных мостов (Мост А, Мост В, Мост С) и на конденсаторах 27 (27 А, 27 В, 27 С), где индексы А,В,С относятся соответственно к первому 15, второму 16 и третьему 17 узлам управления силовыми ключами, выходные напряжения формирователей 20-22 управляющих импульсов (Вых.20, Вых.21, Вых.22), напряжения на силовых ключах 8-10 (Напр.8, Напр,9, Напр.10).30 5 ,153995Генераторный источник электроэнер:Агии работает следующим образом.При самовозбуждении генератора 1 переменного тока, которое происходит при протекании реактивного тока через5 статорные обмотки 2-7 и конденсаторы 41-43 возбуждения, напряжение подается на нагрузку 11. Регулирование напряжения генератора осуществляется по принципу изменения реактивного тока самовозбужцения путем симметричного управления силовыми ключами 8-10. При симметричном увеличении угла проводимости силовых ключей уменьшается реактивный ток самовозбуждения генератора переменного тока (часть этого тока шунтируется силовыми ключами). Следовательно, уменьшается выходное напряжение генератор ного источника электроэнергии. Регулирование частоты выходного напряжения генераторного источника электроэнергии осуществляется по принципу изменения постоянного магнитного потока, тормозящего генератор переменного тока, путем несимметричного управления силовыми ключами 8-10. При несимметричном управлении силовыми ключами увеличение выпрямленного тока приводит к увеличению постоянного магнитного потока генератора, следовательно, к снижению частоты вырабатываемого напряжения.Вследствие малого активного внутреннего сопротивления обмоток 2-7 35 симметричное управление силовыми ключами, равносильное изменению возбуждения генератора переменного тока, приводит только к изменению выходного напряжения генератора. При этом 40 регулирование этого напряжения может влиять на частоту только за счет изменения напряжения, приложенного к активным потребителям электроэнергии.Регулирование частоты, т.е. проте кание выпрямленных токов через статорные обмотки, сопровождается появлением второй гармоники в генерируемом напряжении, что оказывает влияние на величину этого напряжения. Но учи тывая незначительность этого влияния и возможность компенсирования его с помощью независимого регулирования по напряжению, взаимным влиянием ре, гуляторов частоты и напряжения в ста тике можно пренебречь.Так как в контуре регулирования напряжения отсутствуют инерционные элементы, из изменение выходного на 5 6пряжения генераторного источникаэлектроэнергии происходит практически мгновенно при регулировании силовыми ключами. В контуре регулирования частоты присутствуют достаточноинерционные вращающиеся массы генератора переменного тока, привода, поэтому контур регулирования частотыявляется значительно более инерционным, чем контур регулирования напряжения.Таким образом, систему регулирования генератора можно сделать двухканальной, независимой по частоте ипо напряжению,Так как узлы 15-17 управления силовыми ключами 8-10 идентичны, тоработу генераторного источника электроэнергии рассмотрим на примере одного силового ключа и его узла управления.При изменении величины выходногонапряжения генераторного источникаэлектроэнергии, которое фиксируетсядатчиком 12 выходного напряжения,сигнал с выхода последнего поступаетна вход первого модулятора 18 шириныимпульсов, где преобразуется в последовательность импульсов, скважностькоторых изменяется в зависимости отвеличины управляющего сигнала. Нафиг. 3 все импульсы условно показаны одинаковой длительности.С частотой выходного сигнала первого модулятора 18 ширины импульсовпротекают импульсы тока через светоизлучатель 39 первого оптрона 28 исветоизлучатели оптронов 30 и 32. Приэтом светоприемник 37 переходит изнепроводящего состояния в проводящеес частотой облучения его светоиэлучателем 39 первого оптрона 28 и пропускает импульсы зарядного тока от однофазного выпрямительного моста на диодах 20-24 через первый токоограничительный элемент 34 на конденсатор 27.С момента времени(фиг, 3) начинается заряд конденсатора 27. Времяего заряда до напряжения, достаточного для срабатывания соответствующего формирователя управляющих импуль-.сов, при постоянной частоте следования импульсов с выхода первого модулятора 18 ширийы импульсов определяется только, длительностью указанных импульсов и, следовательно, зависит отвеличины сигнала, поступающего навход первого модулятора ширины импульсов, т.е. определяется величинойвыходного напряжения генераторного источника электроэнергии.В момент времени з, когда напряжение на конденсаторе 27 достигает значения, достаточного для срабатывания формирователя 20 управляющих импульсов, последний срабатывает, на его выходе появляется импульс (Вых.20, з), который отпирает силовой ключ 8, С момента отпирания силового ключа 8 и до момента восстановленйя м своих запирающих свойств напряжеНие на выходе однофазного выпрямитель- ного моста отсутствует (ключ 8 находится в открытом состоянии). Поэтому, несмотря на наличие импульсов с выхода первого модулятора 18 ширины импульсов, заряд конденсатора 27 в данном узле управления силовым ключом не происходит до восстановления силовым ключом своих запирающих свойств.При отсутствии импульсов с выхода второго модулятора 19 ширины импуль сов (отдо 1 ) заряд конденсатора 27 происходит одинаково в каждый полу- . период и силовые ключи 8-10 управляют симметрично.При появлении импульсов на выходе второго модулятора 19 ширины импульсов (1 ) положительное напряжение, прикладываемое к диоду 36 через один полупериод, также заряжает конденса - тор 27. В эти полупериоды конденсатор 27 заряжается одновременно по двум цепям: через токоограничительнь 1 е элементы 34 и 35. Время его заряда определяется длительностью импульсов с выходов модуляторов 18 и 19 ширины импульсов, В те полупериоды, когда40 .диод 36 закрыт, заряд конденсатора осуществляется только во время действия импульсов с выхода первого модулятора 18 ширины импульсов. Из 45 меняя длительность импульсов с выхода второго модулятора 19 ширины импульсов, можно регулировать величину несимметрии управления полупроводниковыми ключами 8-10, т.е. изменять величину постоянного тока, протекающего через обмотки 2-7 генератора.В генераторном источнике электроэнергии одновременно обеспечивается регулирование как величины, так и частоты выходного напряжения, что 55 свидетельствует о его широких функциональных возможностях, При этом ряд элементов одновременно используется в каналах регулирования частотыи напряжения.формула изобретенияГенераторный источник электроэнергии, содержащий генератор переменного тока с двумя последовательно включенными многофазными обмотками, первые выводы первой из которых связаны между собой, а вторые подключены к силовым выводам ключевого элемента и связаны через вторую обмотку генератора переменного тока с силовыми выводами генераторного источника электроэнергии, датчик выходного напряжения генераторного источника электроэнергии, выход которого через блок управления связан с цепями управления ключевого элемента, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения регулирования частоты выходного напряжения генераторного источника электроэнергии, введен датчик частоты выходного напряжения генераторного источника электроэнергии, ключевой элемент выполнен в виде силовых ключей, первые выводы которых соединены с силовыми выводами ключевого элемента, а вторые соединены с первыми выводами первой обмотки генератора переменного тока, блок управления выполнен в виде узлов управления каждым силовым ключом, первого и второго модуляторов ширины импульсов, входы которых подключены соответственно к датчихам выходного напряжения и частоты выходного напряжения генераторного источника электроэнергии, каждый из узлов управления выполнен в виде формирователя управляющих импульсов, однофазного,выпрямительного моста; конденсатора, двух оптронов, двух токоограничительных элементов и диода, причем вход однофазного выпрямительного моста1подключен параллельно соответствующему силовому ключу, а первый выходной вывод через последовательно соединенные первый токоограничительный элемент, светоприемник первого оптрона - к первому выводу конденсатора, соединенного вторым выводом с вторым выходным выводом однофазного выпрями" тельного моста, один из входных выводов которого через диод, светопри1539955 Составитель А.АкимовТехред М.Дидык Корректор Т.Ма Редактор А,Ог Тираж 448 Подписноественного комитета по изобретениям и открытиям при ГК 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5. Заказ 229 ВНИИПИ Го зводственно-издательский комбинат "Патент", г.ужг гарина,10 емник второго оптрона и второй токоограничительный элемент соединен спервым выводом конденсатора, конденсатор через формирователь управляющихимпульсов соединен с управляющим входом соответствующего силового ключа,светоизлучатели первых оптронов узлов управления силовыми ключами связаны с выходом первого модулятораширины импульсов, а светоиэлучателивторых оптронов - с выходом второгомодулятора ширины импульсов.