Система автономного электроснабжения

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 19) (Н Н 02 Р 9/4 ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ Т СССРОТКРЫТИИ ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ а ние мо(53) 621.313,392.013.62 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР760392, кл. Н 02 Р 9/48, 1980.Авторское свидетельство СССР1136297, кл. Н 02 Р 9/46, 1981. (54) СИСТЕМА АВТОНОМНОГО ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЧ(57) Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для регулирования напряжения асинхронных генераторов автономных ветроустановок, подвижных объектов. Цель изобретения - повышение надежности регулирования и расширение области применения. С этой целью в устройство введены преобразователь 11 амплитудлительность. Опорный сигнал его работы формируется в посл тельно соединенных элементе с крутизнои амплитудно-частотнои характеристики не ниже амплитудно-частотной характеристики самого генераторавыпрямителе 13 и фильтре 14. Выход преобразователя амплитуда - длительность соединен с входом 15 интегратора 16 и одним из входов измерителя 17 частоты скольжения ротора.Выход интегратора 16 соединен с входом компаратора 18, а его выход через элемент 19 задержки, элементы И 8и НЕТ 9, триггер 10 связан с ключами управляемого коммутатора 6, осуществляющими отключение части конденсаторной группы 5 на время, непревышающее период напряжения генератора 1, Этим достигается плавность вуправлении генератором и снижедуляции напряжения на нагрузке43537 1 13Изобретение относится к электро-технике и может быть использовано для регулирования напряжения асинхронных генераторов АГ автономных ветроустановок, подвижных объектов и т.д.Цель изобретения - повышение надежности регулирования и расширение области применения.На фиг. 1 показана блок-схема устройства; на фиг. 2 - функциональная схема интегратора; на фиг, 3 - совмещенные кривые мощности ветродвигателя и генератора и амплитудно-частотная характеристика элемента с крутизной амплитудно-частотной характеристики не ниже амплитудно-частотной характеристики самого генератора 3частотно-зависимый элемент, в частности, реализуется посредством режекторного фильтра).Ротор АГсвязан с датчиком 2 частот вращения ротора и приводным двигателем 3. К фазам статора генератора непосредственно подключена группа 4 конденсаторов. Дополнительная группа 5 конденсаторов включена последовательно с коммутатором 6, число ключей (не показаны) которого равно числу коммутируемых фаз в конденсаторной группе 5. С конденсаторной группой 5 связаны входы нуль-органов 7, выходы которых подключены к одному из входов соответствующего двухвходового элемента 8 совпадения И и элемента НЕТ 9 запрещения,Выходы элементов И 8 и НЕТ 9, соответствующие одному из нуль-органов 7, подключены к входам соответствующего триггера 1 О, выход каждого из которых соединен с входом управления управляемого ключа коммутатора 6, который соответствует связанному с ним нуль-органу 7. Преобразователь. 11 амплитуда - длительность подсоединен к фазам статора генератора, Опорный сигнал для его работы формируется в последовательно соединенных частотно- зависимом элементе 12, выпрямителе 13 и ограничителе 4.Выход преобразователя 11 амплитуда - длительность соединен с входом 5 интегратора 16 и одним из входов измерителя 617 частоты скольжения ротора. Выход интегратора 16 соедиьнен с входом компаратора 18, а его выход через элемент 19 задержки - с выходами элементов И 8 и НЕТ 9. Опор 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ный сигнал компаратора 18 является результатом суммирования н сумматоре 20 напряжения аккумуляторной батареи 21 с падением напряжения н измерительном шунте 22 и ограничения полученного сигнала в ограничителе 23. В элементе 24 сравнения сравнивается напряжение статора генератора с сигналом источника 25 или 26 опорного напряжения.Управляемый интегратор 16 выполнен на основе конденсатора 27, на обкладках которого заряд накапливается дискретно в течение действия импульсного сигнала, поступающего на его вход 15. Самопроизвольный разряд конденсатора 27 предотвращается посредством обратного диода 28. Управление временем интегрирования интегратора 16 осуществляется изменением постоянной времени цепи заряда конденсатора 27. Это достигается соответствующим изменением проводимости управляемого сопротивления 29, управляющий вход которого связан с выходом 30 элемента 24 сравнения.Разряд накопительного конденсатора осуществляется в момент срабатывания компаратора 18 (полный разряд ) или с приходом импульсного сигнала на вход 31 интегратора (частичный разряд) Полный разряд достигается после замыкания управляемого кгпоча 32, управляемого выходным сигналом компаратора 18 через вход 33 интегратора. Управление частичным разрядом через резистор 34 осуществля- ется посредством управляемого ключа 35.На фиг. 3 показана взаимосвязь кривых мощности ветродвигателя (ВД) (штриховые линии ОАВ и ОАС), мощности генератора (штрихпунктирные линии ОАО и ОАЕ), желаемой кривой мощности ветроустановки (сплошная линия), представленных в относительных единицах. Все параметры приведены к расчетному режиму (= Ур, Р = Р р). На этом же графике показана амплитудно-частотная характеристика ц режекторного .С в фильт, выполняющего роль частотно-зависимого элемента 12. На фиг. 3 заштрихована область, для которой мощностная характеристика нагруженного генератора лежит выше мощностной характеристики ВД. Это означает, что в областичастот О, орД ветроагрегат неустой343537чив, т.е. процесс раскручивания ВД нормально развиваться не может.На графике стрелками показан возможный ход процесса после самовозбуж 5 дения генератора. Правее точки А имеется избыток мощности ВД, обусловленный статизмом регулятора частоты, который неизбежно приводит к повышению частоты и напряжения генератора. Таким образом, в области частот 0, ыртребуется ограничить мощность генератора с целью обеспече - ния устойчивости работы ветроагрегата, в области частот выше ЫР требуется ограничить мощность генератора с целью обеспечения требуемого напряжения на нагрузке и предотвращения перегрузки генератора.Устройство работает следующим образом.Емкости основной 4 и дополнительной 5 групп конденсаторов подбираются с учетом выполнения условий: при Ю = ы Р и нормальной нагрузке йапря жения АГ равно номинальному; уровень входного сигнала преобразователя ам-, плитуда - длительность близок или равен его порогу срабатывания, уровень опорного сигнала, сформированного в 30 частотно-зависимом элементе 12 и далее в выпрямителе 13, равен порогу ограничения ограничителя 14. В этом случае триггер 10 импульсами нуль-органа 7 установлен в исходное состояние, при котором обеспечивается отпирающий потенциал на управляющем входе ключей коммутатора 6. Тогда при уменьшении частоты вращения вала ВД уровень опорного сигнала, поступаю щего на опорный вход преобразователя 11 амплитуда - длительность, начнет также уменьшаться в соответствии с характеристикой 0 ( )(фиг.З), причем скорость уменьшения опорного сиг нала в функции частоты оказывается выше скорости изменения амплитуды напряжения АГ.Следовательно, на выходе преобразователя 11 амплитуда - длительность 50 формируются импульсы, длительность которых зависит от амплитуды входных импульсов (большей амплитуде соответствует большая длительность ). При прочих равных условиях длительность 55 выходных импульсов преобразователя 11 определяет скорость накопления заряда на обкладках накопительного конденсатора 27 (фиг.2). Как топько выходное напряжение интегратора 16 принимает значение, равное значению опорного напряжения компаратора 8, последний, срабатывая, запускает элемент 19 задержки на время, не превышающее период напряжения АГ, соответствующий его максимальной частоте диапазона. Тем самым подготавливается такое состояние элемента И 8 совпадения и элемента НЕТ 9 запрещения, которое обеспечивает очередным импульсом нуль-органа 7 опрокидывание триггера 10 и снятие сигнала с управляющего входа коммутатора 6 до прихода следующего импульса нуль-органа 7.В качестве ключей коммутатора 6 могут быть использованы управляемые полупроводниковые элементы, например тиристоры. В этом случае возможно выключение лишь того ключа коммутатора, в цепи которого к моменту срабатывания компаратора 18 устанавливается значение тока при его спадании меньше тока удержания. Таким образом,в момент срабатывания компаратора происходит отключение лишь части конденсаторной группы 5 на время, не превышающее период напряжения генератора. Этим достигается плавность в управлении генератором и снижение модуляции напряжения на нагрузке.Кроме того, выходной импульс компаратора воздействует на разрядный ключ 32 интегратора 16, обеспечиваяполный разряд конденсатора 27 и подготовку устройства к следующему циклу работы. Чем больше разность между амплитудным значением входного сигнала преобразователя 11. амплитуда - длительность и его опорным сигналом, тем больше частота срабатывания коммутатора 6, тем меньше намагничивающий ток и, следовательно, ЭДС АГ. Подбирая коэффициент передачи режекторного фильтра (элемент 12), можно обеспечить такую характеристику О при которой мощностные характеристики АГ и ВД будут совпадать.максимально, т. е. на участке от о 5 до м будет обеспечено оптимальное согласование характеристик ВД и АГ.В диапазоне частот выше ю на ваР лу ВД имеет место избыток мощности, обусловленный статической ошибкой центробежного регулятора частоты вращения ветроколеса. Как правило, ука 13(:15 37занная ошибка больше нуля. Следовательно, мощностную характеристику ВД при ыыр можно представить прямой АС, наклоненной к оси абсцисс под5 углом ; О. Поэтому в указанном частотном диапазоне требуется ограничить напряжение АГ, которое с ростом частоты имеет тенденцию увеличиваться. Это достигается следующим об разом.Как только частота вращения вала ВД начинает превьшать значение, равное ы, вступает в работу ограничитель 14, ограничивая опорное напря жение преобразователя 11 амплитуда длительность на заданном уровне. Далее процесс формирования управляющего сигнала коммутатора 6 соответствует описанному выше с той разницей, что частота периодических исключений из работы регулируемой группы конденсаторов 5 определяется разностью амплитудного значения напряжения входного сигнала преобразователя 11 и28 стабильного напряжения опорного сигнала.При работе ВД на правом участке мощностной характеристики и двигательной нагрузке АГ для устойчивой работы последней желательно сохранить постоянным отношение напряжения генератора к частоте. Это достигается вводом в цепь заряда конденсатора 27 управляемого сопротивления 29 (фиг,2). Сигнал с источника 25 опорного напряжения, определяющий заданное отношение напряжения к частоте, сравнивается в элементе 24 сравнения с напряжением статора. Сигнал рассогласования, воздействуя на управляющий вход управляемого сопротивления 29, определяет его проводимостьи тем самым статизм регулятора напряжения АГ. В частности, можно 45 обеспечить такую величину статизма регулятора напряжения АГ, при котором отношение напряжения АГ к частоте - постоянная величина.При необходимости обеспечения уп- БО равления параметрами нагрузки, например в случае контроля режима разряда и управления режимом заряда аккумуляторной батареи 21 (фиг.1 ), в сумматоре 20 суммируются сигнал, пропорциональный току аккумуляторной батареи 21, снимаемьп 1 с измерительного шунта 22, и напряжение аккумуляторной батареи, Результирующий сигнал ограничиваетсяо раничителе 23 ко - ка, после чего используется в качестве опорного сигнала компаратора 18, Уровень ограничения в ограничителе 23 тока определяется уровнями ограничения зарядного тока батареи и ее ЭДС. Если результатом суммирования сигналов является их арифметическая сумма, максимальньп разрядный ток возможен лишь при минимально допустимой ЭДС аккумуляторной батареи. При максимально допустимой ЭДС значение зарядного тока стремитсяк значению тока саморазряда.Использование предлагаемого устройства позволяет без существенного усложнения устройства улучшить качество управления асинхронным генератором и расширить область его применияФормула изобретенияСистема автономного электроснабжения, содержащая асинхронный генератор с конденсаторным возбуждением, датчик вращения ротора, установленный иа валу генератора, нагрузку, подключенную к выходным зажимам генератора, преобразователь амплитуда - длительность, подключенный к зажимам статора. генератора, выход которого соединен с входом интегратора, выход которого соединен с входом компаратора, выход которого связан с входом интегратора и с входами элементов И и НЕТ, на вторые входы которых подключены выходы соответствующих нуль-органов, выходы элементов И и выходы элементов НЕТ соединены соответственно с первыми и вторыми входами соответствующих триггеров, выходы которых связаны с соответствующими управляюшими входами полупроводникового коммутатора, содержащего ключи по числу фаз генератора и связанного с фазными зажимами статорагенератора через дополнительную группу конденсаторов, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения надежности регулирования и расширения области применения, введены измеритель частоты скольжения ротора, источник опорного напряжения, элемент сравнения, элемент с крутизной амплитудно-частотной характеристики не ниже амплитудно-частотнойхарактеристики самого генератора, 7 13 два выпрямителя, ограничитель, элемент задержки, ограничитель тока, сумматор, измерительный шунт, аккумуляторная батарея, а интегратор выполнен в виде двух управляемых ключей, конденсатора, диода, регулируемого сопротивления и резистора, причем параллельно конденсатору подключен первый управляемый ключ и цепочка, состоящая из резистора и второго управляемого ключа, при этом общая точка соединения резистора, конденсатора и первого управляемого ключа подключена к регулируемому сопротивлению через диод, управляющий вход управляемого сопротивления соединен с выходом элемента сравнения, первый вход которого соединен с источником опорного напряжения, а второй вход связан с фазами статора генератора, вход управляемого сопротивления соединен с выходом преобразователя амплитуда - длительность и с первым входом измерителя частоты скольжения 43537 8ротора, на .второй вход которого подключен выходдатчика вращения ротора, а выход измерителя частоты скольжения ротора подсоединен к управляющему входу второго управляемого ключа интегратора, управляющий вход первого управляемого ключа интегратора соединен через компаратор с выходом ограничителя тока, вход которого через сумматор подключен к выходам измерительного шунта и аккумуляторной батареи, включенным последовательно и подключенным к выходу, первого выпрямителя, вход которого связан с выходными зажимами генератора, второй вход преобразователя амплитуда - длительность соединен через ограничитель и второй выпрямитель с выходом элемента с крутизной амплитудно- частотной характеристикой не ниже крутизны амплитудно-частотной характеристики самого генератора, а между выходом компаратора и входами элемен-тов И и НЕТ включен элемент задержки.1343537 йрез Составител Техред М.Дид ьцев орректор А.Т Редактор П.Герени Подписно Заказ 4836 митета ССС ВН открытииая наб., д, 4/ 30 роизво Р Рр Тираж б 59 ИИПИ Государственног о делам изобретении Москва, Ж, Рауш