Способ регулирования выходных напряжений автономной системы энергоснабжения с асинхронным вентильным генератором и автономная система энергоснабжения с асинхронным вентильным генератором (ее варианты)

) Н 02 ОП ИЗОБ И Н АВТОРСН ДЕТЕЛЬСТ вы й. О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(56) 1. Злочевский В.С. Системыэлектроснабжения пассажирскихсамолетов. М;, 1971, с.92.2. Авторское свидетельство СССРР 588610,. кл. Н 02 Р 9/44, 1978;(54) СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ ВЫХОДНЫХНАПРЯЖЕНИЙ АВТОНОМНОЙ СИСТЕМЫ ЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ С АСИНХРОННЬЖЛ ВЕНТИЛЬНЫМГЕНЕРАТОРОМ И АВТОНОМНАЯ СИСТЕМАЭНЕРГОСНАБЖЕНИЯ С АСИНХРОННЫМ ВЕНТИЛЬНЫМ ГЕНЕРАТОРОМ (ЕЕ ВАРИАНТЫ).(57) 1. Способ регулирования выходных напряжений автономной системыэнергоснабжения с асинхронным вентильным генератором, содержащейэлектрическую машину с многофазной якорной обмоткой,.выходы фазкоторой образуют первый выход системы энергоснабжения, а промежуточные отводы от каждой из фаз, к которым подключен выпрямитель, образуютвторой выход системы энергоснабже- .ния, инвертор, выход которого соединен с промежуточными выводами фаз .якорной обмотки генератора, по которому в зависимости от отклонения напряжения первого, выхода энергосистемы от заданного значения уставкиизменяют частоту коммутации инвертора, о т л и ч а ю ц и й с я тем,что, с целью .повышения точности регулирования, дополнительно выделяютпервую гармоническую составляющуюнапряжения на первом выходе энергосистемы, определяют величину еесредневыпрямленного значения, замеряют величину напряжения на выходевыпрямителя второго выхода энергосистемы, производят суммирование и вычитание величин полученных сигна. лов, задают значение уставки напря жения второго выхода, суммируют и читают значение уставки напряжения второго выхода со значением уставки первого выхода, результирующий сигнал от суммирования уставок складывают с сигналом, полученным от су мирования напряжения на обоих выходах и в зависимости от полученного значения изменяют частоту коммутаци инвертора, из результирующего сигнала от вычитания уставок вычитают сигнал разности напряжений на обоих ,выходах и в зависимости от получен ного значения изменяют величину постоянного напряжения инвертора. 2. Автономная система энергоснабжения с асинхронным вентильным генераторомсодержащая асинхронный генератор с короткозамкнутым ротором и многофазной якорной обмоткой, расположенной на статоре и имеющей промежуточные отводы от каждой из фаз, к которым подключен многофаз- ный выпрямитель, выход постоянного тока которого предназначендля соединения с нагрузкой, инвертор напряжения, выход переменного тока которого подключен к промежуточным отводам якорной обмотки генератора, блок управления частотой инвертора, связанный своим выходом с управляющим входом инвертора, узел задания напряжения первого выхода, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения точности регулирования напряжений, в нее дополнительно введены регулятор постоянного тока, блок управления регулятором, фильтр высших гармонических, датчик напряжения выс ших гармоник, узел, задания напряжения второго выхода, датчик напряже- . ния постоянного тока, два узла вычитания, два узла суммирования и два1066022 узла сравнения, вход регулятора постоянного тока подключен к выходу многофазного выпрямителя, выход регулятора постоянного тока - к входу питания постоянным током инвертора,выход блока управления регуляторомсоединен с управляющим входом регулятора постоянного тока, вход фильтра высших гармонических подключенк выводам фаз переменного тока, авыход через датчик напряжения первой гармонической подключен к первымвходам первого узла суммирования ипервого узла вычитания, на вторыевходы которых подключен выход датчика постоянного напряжения, вход которого соединен с выходом выпрямителя, выход узла задания переменногонапряжения подключен на первые входывторых узлов суммирования и вычитания, к вторым входам которых подключен выход узла задания напряженияпостоянного тока, выходы первого ивторого узлов суммирования через первый узел сравнения связаны с входомблока управления частотой инвертора,а выходы первого и второго узлов вьг:читания через второй узел сравненияс входом блока управления регулятором,3, Автономная система энергоснаб-жения с асинхронным вентильным генератором, содержащая асинхронныйгенератор с короткозамкнутым ротороми многофаэной якорной обмоткой, расположенной на статоре и имеющей промежуточные отводы от каждой из фаз,, к.которым подключен первый многофазный выпрямитель, выход постоянного тока которого предназначен длясоединения с нагрузкой, инвертор напряжения, выход переменного тока которого подключен к промежуточным от,водам якорной обмотки генератора,блока управления частотой инвертора,связанный своик выходом с управляющимвходом инвертора, узел задания напряжения первого выхода, о т л и ч аю щ а я с я тем, что, с целью повыИзобретение относится к электротехнике, в частности, к способам регулирования выходных напряжений асинхронных вентильных генераторов и может быть использовано в систе мах энергоснабжения автономныхобъектов.Известен способ регулирования .выходного напряжения генератора с двумя выходами, заключающийся в из 10 шения точности регулирования напряжений и расширения области применения за счет увеличения количества выходных напряжений, на статоре генератора размещена дополнительная многоФазная якорная обмотка, так, что еемагнитная ось повернута относительно оси основной обмотки на уголФ/Ьп эл.град.,и дополнительно введены регулятор постоянного тока,блок управления регулятором,.датчикнапряжения третьего, выхода, узелзадания напряжения второго выхода,датчик напряжения постоянного тока,два узла вычитания, два узла суммирования и два узла сравнения и второй многофазный вынрямитель, выходрегулятора постоянного тока подключен к выходу первого многофазноговыпрямителя, выход регулятора посто .янного тока - к выходу питания постоянным током инвертора, выход блокауправления регулятором соединен суправляющим входом регулятора постоянного тока, выход датчика напряжения третьего выхода подключен к первым входам первого узла суммирования и первого узла вычитания, навторые входы которых подключены выход датчика постоянного напряжения,вход которого подключен к выходу первого выпрямителя, а вход датчика напряжения третьего выхода подключен к выходу второго выпрямителя, выходузла задания. третьего выхода подключен на первые входы вторых узловсуммирования и вычитания, к вторымвходам которых подключен выход узлазадания напряжения постоянного тока,выходы первого и второго узлов суммирования через первый узел сравнения связаны с входом блока управления частотой инвертора, а выходыпервого и второго узлов вычитаниячерез второй узел сравнения - с выходом блока управления регулятором,при этом плюсовой вывод первого выпрямителя соединен с минусовым выводом второго выпрямителя. менении магнитного потока генера-тора идополнительном регулировании напряжения на одном из выходов Известен также генератор с двумя выходами с дополнительным регулятором на одном из выходов 13 .указанные способ и генератор приводят к увеличению массы и объема системы энергоснабжения.Наиболее близким к предлагаемомуявляется способ регулирования выходных напряжений автономнои системыэнергоснабжения с асинхронным.гвентильным генератором, содержащейэлектрическую машину с многофазнойякорной обмоткой, выводы фаз которойобразуют первый выход системы энерго-.снабжения, а промежуточные отводы откаждой из фаз, к которым подключенвыпрямитель, образуют второй выходсистемы энергоснабжения, инвертор,выход которого соединен с промежуточными выводами фаз якорной обмоткигенератора, заключающийся в измене,нии частоты коммутаций инвертора в 15зависимости оз отклонения какоголибо выходного напряжения от заданного.Наиболее близкой кпредлагаемойявляется автономная система энергоснабжения, содержащая асинхронныйгенератор с короткозамкнутым ротором и многофазной якорной обмоткой,расположенной на статоре и имеющейпромежуточные отводы от каждой из 25/фаз, к которым подключен многофазный выпрямитель, выход постоянноготока которого предназначен для соединения с нагрузкой, инвертор напря.жения, выход переменного тока которого подключен к промежуточным отводам якорной обмотки генератора,блок управления частотой инвертора, связанный своим выходом с управ-,ляющим входом инвертора,узел задания З 5напряжения первого выхода 123.Известные способ и устройство при водят к снижению массы автономнойсистемы энергоснабжения, но ограничивают возможность регулирования выходных напряжений тем, что позволяютрегулировать напряжение только наодном из выходов,Цель изобретения - повьыение точности регулирования напряжений и рас 45ширение области применения путемувеличения количества выходных напряжений.Поставленная цель достигаетсятем, что согласно способу регулирования выходных напряжений автоном.ной системы энергоснабжения с асин- .хронным вентильным генератором, содержащей электрическую машину с многофазной якорной обмоткой, выводыфаз которой образуют первый выход 55системы энергоснабжения, а промежуточные отводы от каждой из фаз, к кото- .рым подключен выпрямитель, Образуютвторой .выход системы энергоснабжения, инвертор, выход которого соединен.с промежуточными выводами фазякорной обмотки генератора, по которому в зависимости от отклонения аапряжения первого выхода энергосистемы от заданного значения уставки из" 65 меняют частоту коммутаций инвертора, дополнительно выделяют первую гармоническую составляющую напряжения на первом выходе энергосистемы, определяют величину ее средневыпрямленного значения, замеряют величину напрякения на выходе выпрямителя второго выхода энергосистемы, производят суммирование и вычитание величин полученных сигналов, задают значение ус-, тавки напряжения второго выхода, суммируют и вычитают значение уставки напряжения второго выхода с значением уставки первого выхода, результирующий сигнал от суммирования уставок складывают с сигналом, полученным от суммирования напряжений иа обоих выходах и в зависимости от полученно го значения изменяют частоту коммутации инвертора, из результирующего сигнала от вычитания уставок вычитают сигнал".разности напряжений на обоих выходах и в.зависимости от полученного значения изменяют величину постоянного напряжения инвертора.Поставленная цельдостигается также тем что в автономную систему энергоснабжения, содержащую асинхронный генератор с короткозамкнутым ротором и многофазной якорной обмоткой, расположенной на статоре и имеющей промежуточные отводы от каждой из фаз, к которым подключен многофазный выпрямитель, выход постоянного тока которого предназначен для соединения с нагрузкой, инвертор напряжения, выход переменного тока которого подключен к промежуточным отводам якорной обмотки генератора, блок управления частотой инвертора, связанный своим выходом с управляющим входом инвертора, узел задания напря. жения первого выхода, введены регулятор постоянного тока, блок управления регулятором, фильтр высшихгармонических, датчик напряжения высших гармоник, узел задания напряжения второго выхода, датчик напряжения пос тоянного тока, два узла вычитания, два узла суммирования и два узла сравнения, вход регулятора постоянного тока подключен к выходу многофазного выпрямителя, выход регулятора постоянного тока - к входу питания .постоянным таком инвертора, выходблока управления регуляторомсоединен с управляющим входом регулятора постоянного тока, вход фильтра высших гармонических подключен к выводам фаз переменного тока, а выход через датчик напряжения первой гармонической подключен к первым входам первого узла суммирования и первого узла вычитания, на вторые входы которых подключен выход датчика постоянного напряжения, вход которого .соединенс выходом выпрямителя, выход узлазадания переменного напряжения подключен на первые входы вторых узловсуммирования и вычитания, к вторымвходам которых подключен выход узлазадания напряжения постоянного тока,выходы первого и второго узлов суммирования через первый узел сравнения связаны с входом блока управления частотой инвертора, а выходыпервого и второго узлов вычитаниячерез второй узел сравнения -.с входом блока управления регулятором,По второму варианту поставленнаяцель достигается тем, что в автоном-.ной системе энергоснабжения, содержа щей асинхронный генератор с короткозамкнутым ротором и многофазнай якорной обмоткой, расположенной на статоре и имеющей промежуточные отвоцыот каждой из Фаз,к которым подключен 7 Опервгый многофазный выпрямитель, выход пастояннога така которого предназначен для соедин ния с нагрузкой,.инвертор напряжения, выход переменного тока которого подключен к пра-25межуточнь Отводам якорной Обмоткигенератора, блок управления частотойинвертора, связанный своим выходомс управляющим входам инвертора,узел задания напряжения первого выхода,на статаре генератора размещенадополнительная многафазная якорнаяобмотка, так что, ее магнитная осьповернута Относительно оси основнойобмотки на угол2 гп эл,град.и до%УПОлнительнО введены Оегулятор ПОстОянного тока, блок управления регулятором, датчик напряжения третьего вы,хода, узел задания напряжения второго выхода, датчик напряжения постоян ного тока, два узла вычитания, дваузла суммирования и два узла сравнения и второй многофазный выпрямитель,выход регулятора постоянного токаподключен к выходу первого многофазногО выпрямителя выход регулятОрапостоянного тока - к выходу питания постоянным током инвертара, вы.ход блока управления регуляторам соединен с управляющим входом регулятора постоянного тока, выход датчика 5 Онапряжения третьего выхода подключен к первым входам первогоузла суммирования и первого узла вычитания,на вторые входы которых подключенвыход датчика постоянного напряжения, вход которого подключен к выходу первого выпрямителя, а вход датчика напряжения третьего выхода,подклю-чен к выходу второго выпрямителя,выход узла задания третьего выхода 60подключен на первые входы вторыхузлов суммирования и вьиитания, квторым входам которых подключен вь 1 ход узла задания напряжения постоянно.го тока, выходы первого и второго узлов суммирования через первый узелсравнения связаны с входом блока управления частотой инвертора, а выходы первого и второго узлов вычитания через второй узел сравнения -с выходом блока управления регулятором, при этом плюсовой вывод первоговыпрямителя соединен с минусовым выводом второго выпрямителя.На Фиг,1 изображена структурнаясхема автономной системы энергоснабжения с выходом постоянного и переменного тока, на фиг.2 - структурнаясхема варианта автономной системыэнергоснабжения с выходами постоянного и переменного тока.Способ регулирования выходныхнапряжений реализует автономная система энергоснабжения фиг.Ц ./Асинхронная машина с короткозамкнутымротором имеет на статоре трехфазную обмотку 1 с промежуточными отводами от каждой из фаэ, к которымподключены неуправляемый выпрямитель2 и инвертор 3 напряжения. К выходупостоянного тока выпрямителя 2 подключается аккумуляторная батарея 4 игвход регулятора 5 постоянного тока.Промежуточные отводы служат для согласования напряжения выхода постоянного тока с напряжением выхода переменного тока. Выпрямитель2 и инвертор 3 выполняются по щфазной мостовой схеме или Ж -Фазнай схеме с нулевым выводои. Выход широтно-импульсного регулятора 5 имеет электрическую связь с входом через инвертор 3. В схеме управления энергосистемой к Выходу обмотки 1 через Фильтр б высших гармонических подключен датчик 7 напряжения первой гармонической составляющей, а к выходу выпрямителя 2 подключен. датчик 8 йапряжения постоянного тока. Выход датчика 7 подключен к первому входу узла 9 вычитания сигнала датчика 7 от сигнала датчика 8 и к первому входу узла 10 суммирования этих сигналов, К вторым входам узлов 9 и 10 подключен вы. ход датчика 8. Выход узла задания переменного напряжения подключен на первые входы вторых узлов 11 вычитания и суммирования 12, К вторым входам узлов 11 и 12 подключен выход узла задания постоянного напряжения. Выходы узлов 9 и 11 подключены через узел 13 сравнения к входу блока 14 управления выходным напряжением регулятора 5. Выходы узлов 10 и 12 подключены через(узел 15 сравнения к. входу блока 16 управления частотой коммутаций инвертора 3, Таким образом, на инвертор 3 действуют два управляющих ими па напряжению и частоте сигнала. Фильтр б необходим для выделения сигнала,пропорционального первой гармонической составляющей напряжения. Приотсутствии Фильтра 6 датчик 7, представляющий собой выпрямитель, повторит изменения напряжения выпрямителя 2. 5В варианте автономной системы энергоснабжения фиг.2) с двумя выходами постоянного тока инвертор 3 и выпрямитель 2 подключены к промежуточным отводам обмотки 1, а выпрямитель 17 подключен к якорной обмотке 18, магнитная ось которой сдвинута относительно магнитной оси обмотки 1 на. угол , l/2 ю . 1". выходу выпря- . мителя 17 подключен датчик 19 напря жения третьего выхода, выход которого соединен с первыми входами первых уз.- лов вычитания 9 и суммирования 10.Независимое регулирование напряжения на выходах якорной обмотки ос новано на следующих Физических процессах в электрической машине, Разность частоты вращения ротора и частоты возбуждения,.задаваемой инвертором 3, создает определенное отри цательное скольжение асинхронного генератора. В то же время блок 14 управления регулятором может задавать сигнал. различной величины в соатветствии с которым изменяется режим 30 работы и расположение годографа вектора потокосцепления статора относительно магнитных осей обмоток, что позволяет регулировать соотношение между средним и эфФективным значением напряжений каждой из обмоток статора. Регулированием двух управляющих сигналов - по напряжению от регулятора 5 и по чаетоте коммутаций инвертора с помощью блока 16 можно 4 поддерживать постоянным среднее значение потокосцепления в электрической машине. При этом частотой комутаций инвертора воздействуют на скольжение электромагнитную мощность, сред 145 нее значение потокосцепления и выходное напряжение автономной системы энергоснабжения. Напряжением инвертора воздействуют на соотношение выпрямленной и эффективной ЭДС одной обмотки или соотношение выпрямленных 50 ЭДС двух обмоток. С учетом этого система автоматического регулирования энергосистемы работает следующим образом 55 При увеличении нагрузки на выпрямителе 2 фиг.1 уменьшаются ЭДС обоих выходных напряжений, но выпрямленное напряжение уменьшается сильнее. Уменьшенная сумма сигналов с датчиков. 7 и 8 через элементы 10,15 и 16 уменьшает частоту коммутаций инвертора 3 и увеличивает ЭДС на выходах постоянного и переменного тока энергосистемы. Уменьшенная разность с датчиков 7 и 8 через элементы 9, 13 и 14 регулятором 5 увеличивает напряжение инвертора 3 .и увеличивает соотношение между выпрямпенной и эффективной ЭДСобмотки 1.Оба выходных напряжения восстанавливаются с компенсацией увеличенного падения выпрямленного напряжения. При увеличении нагрузки переменного тока регулирование .аналогично, только напряжение инвертора уменьшается.Регулирование напряжения, например выпрямителя 17 при стабилизации напряжения выпрямителя 2, происходит следующим образом (фиг.2) . С увеличением напряжения задания положительного выхода Оз увеличение суммы сигналов задания через элементы 12, 15 и 6 уменьшает частоту коммутаций инвертора 3 и увеличивает выпрямленные и эффективные ЭДС, всех обмоток энергосистемы. Уменьшение разности сигналов через элементы. 11,13 и 14 и регулятор 5 уменьшает напряжение инвертора 3 и соотношение выпрямленных ЭДС на промежуточных выводах обмоток 1 и 18. В результате этих изменений напряжение выпрямителя 17 увеличивается, выпрямитель 2 остается неизменным и несколько увеличивается напряжение выхода переменного тока с обмотки 1. Аналогично регулируют и другие напряжения энергосистемы.Таким образом, предлагаемые способ иустройство позволяют осуществить регулирование одним магнитным потоком двух ЭДС, получаемых от одной обмотки - непосредственно и через неуправляемый выпрямитель, а также двух ЭДС, получаемых через неуправляемые выпрямители от двух обмоток. Это позволяет повысить качество регулирования двух напряжений автономной системы энергоснабжения или снизить ее массу путем совмещения двух ,генераторов в одном.