Асинхронизированный синхронный генератор

(71) Всесоюзный ордена ТрудовогоКрасного Знамени научно-исследова"тельский и проектный институт по.комплексной электрификации промышленных объектов "Тяжпромэлектропроект" им, Ф.Б. Якубовского и Всесоюзный научно-исследовательский институт электроэнергетики(56) Авторское свидетельство СССРУ 1001304, кл. Н 02 Р 9/14,Н 02 Л 3/24, 1979.Блоцкий Н.ф., Лабунец И.А., Шакарян Ю.Г. Машины двойного питания.Сер.: Электрические машины и трансформаторы. М.: ВИНИТИ, 1979, с. 8-2(54) АСИНХРОНИЗИРОВАННЫЙ СИНХРОННЫЙ ГЕНЕРАТОР,ротехнике, в частноствинным источникам перстабильной частоты и ащающимся с перем. скоизобретения являетсястоянства частоты натора в широком диапа ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИИ ОПИСАНИЕ ИЗК АВТОРСКОМУ СВИД.:(М 4 Н 02 Р 9 42 9/44 ния частот вращения вала при одновременном повышении устойчивости. Асинхронизированный синхронный генератор (АСГ) выполнен в виде асин.хронной машины 1 с фазным ротором 3, обмотки которого подключены к преобразователю 2 частоты. Датчик 5 тока или напряжения включен в выходные цепи преобразователя 2 частоты. Блок 7 регулирования соединен с выходом датчика 6 выходного напряжения АСГ и содержит регулятор 8 тока или напряжения, многофазный генератор 18 с управляемыми частотой и амплитудой, регулятор 19 фазовой автоподстройки, регулятор 20 амплитуды, амплитудный детектор 21 и частотно-фазовый детектор 22, вход которого соединен с задатчиком 15 частоты. Вход регулятора амплитуды подключен к задатчику 16 амплитуды. Частотно-фазовый детектор 22 сравнивает выходное напряжение АСГ с .напряжением задатчика 15 частоты по частоте и фазе и через регулятор 19 фаэовой автоподстройки воздействует на частоту многофазного генера" тора 18 так, чтобы выходное напряжение АСГ совпадало по частоте и фазе с эталонным напряжением на выходе задатчика 15 частоты, а сигнал рассогласования на выходе частотно-фазового детектора 22 отсутствовал, 5 ил.51015 ЗО 35 40 45 50 55 Изобретение относится к электротехнике, в частности к устройствам,предназначенным для получения переВманного напряжения стабильной частоты и амплитуды с помощью вращающейся электрической машины при переменных скорости вращения вала и параметрах нагрузки.Цель изобретения - обеспечениеподдержания постоянства частоты навыходе генератора в широком диапазоне изменения частот вращения валапри одновременном повышении устойчивости,На фиг. 1 приведена функциональ-,ная схема асинхронизироваиного синхронного генератора; на фиг, 2 -схема многофазного генератора, управ-ляемого по частоте и амплитуде; нафиг. 3-5 - графики и диаграммы, пояс-,няющие работу многофазного генератора.Асинхронизированный синхронныйгенератор (фиг.1) содержит асинхронную машину 1 с фазным ротором, преобразователь 2 частоты, выход которого пофазно подключен к первой системе обмоток, например к обмоткам ротора 3 асинхронной машины 1, втораясистема обмоток которой, напримерстатора, пофаэно подключена,к выходным зажимам 4 асинхронизированногосинхронного генератора, датчик 5тока или напряжения преобразователя2 частоты, вход которого пофазно подключен к выходу преобразователя частоты, датчик 6 выходного напряжения,вход которого пофазно соединен с зажимами-:4 асинхрониэированного синхронного генератора, и блок 7 регулирования, в состав которого входитрегулятор 8 тока или напряжения преобразователя частоты, первый вход 9которого пофазно соединен с первымвходом 10 блока 7 регулирования, авыход 11 пофазно соединен с выходом12 блока 7 регулирования. Первыйвход 10 последнего пофазно соединен с выходом датчика 5 тока или напряжения преобразователя 2 частоты,а его второй вход 13 пофазно соеди-нен с выходом датчика 6 выходногонапряжения. Третий вход 14 блока 7регулирования пофазно соединен с выходом эадатчика 15 частоты, а еговыход 12 пофазно соединен с управляющим входом преобразователя 2 частоты. В устройство введен задатчик 16 амплитуды, выход которого соединен с четвертым входом 17 блока 7 регулирования. Последний содержит также многофазный генератор 1,8 с управляемыми частотой и амплитудой, регулятор 19 фазовой автоподстройки,регулятор 20 амплитуды, амплитудныйдетектор 21 и частотно-фазовый детектор 22, первый и второй входы которого пофазно соединены соответственно с вторым 13 и третьим 14 входамиблока 7 регулирования, а выход - свходом регулятора 19 фаэовой автоподстройки, выход которого соединен суправляющим частотой входом 23 многофазного.генератора 18. Вход амплитудного детектора 21 пофазно соединенс вторым входом 13 блока 7 регулирования, а выход - с первым входом регулятора 20 амплитуды, второй вход которого соединен с четвертым входом 17 блока 7 регулирования, а выход - с управляющим амплитудой входом 24 многофазного генератора 18, выход 25 которого пофазно соединен с вторым входом 26 регулятора 8 тока или напряжения преобразователя частоты.В состав многофазного генератора 18 (фиг. 2) входят первый 27 и второй 28 преобразователи напряжениечастота, инвертор 29, генератор 30импульсов высокой частоты,.первый 31и второй 32 Э-триггеры, реверсивный счетчик 33, преобразователи 34 кодов по количеству фаз, умножающиепреобразователи 35 код - напряжение по количеству фаз, выходы которыхобразуют многофазный выход 25 иногофаэного генератора 18. Вход первого преобразователя 27 напряжение - частота непосредственно, а вход второго преобразователя 28 напряжение - частота через инвертор 29 подключены к управляющему частотой входу 23 многофазного генератора 18, цифровой вход каждого умножающего преобразователя 35 код - напряжение поразрядно соединен с выходом соответствующего преобразователя 34 кодов, входкоторого поразрядно соединен с выходом реверсивного счетчика 33. Аналоговые входы 36 умножающих преобразователей 35 код - напряжение соедииены с управляющим амплитудой входом24 многофазного генератора 18. Первый суммирующий и второй вычитающийсчетные входы реверсивного счетчика33 соединены с выходами первого 31 и второго 32 0-триггеров соответственно, информационные входы которых подключены соответственно к выходам первого 27 и второго 28 преобразова телей напряжение - частота. Синхрони. зирующие входы первого 31 и второго 32 Р-триггеров соединены соответственно с прямым и инверсным выходами генератора 30 импульсов высокой часа тоты.Преобразователи 27 и 28 напряжения - частота, выполненные, например, на основе стандартных ячеек, имеют зависимость частоты вьмодных15 импульсовот входного напряжения (фиг. 3). Выходы этих преобразователей через О-триггеры 3 1 и 32 подключены соответственно к первому суммирующему и второму вычитающему входам реверсивного счетчика 33. По-. ,скольку вход первого преобразователя 27 напряжение - частота соединен с управляющим частотой входом 23 непосредственно, а вход второго преобразователя 28 - через инвертор 29, напряжения на входах блоков 27 и 28 равны по величине и противоположны по знаку. Если напряжение на управляющем частотой входе 23 схемы ло модулю меньше ЗО величины У (фиг. 3), импульсы поступают как на первый суммирующий, так и на второй вычитающий входы реверсивного счетчика 33, а в противном случае - только на один иэ них 35 в зависимости от знака напряжения. Поэтому зависимость скорости изменения кода К в реверсивном счетчике 33 от напряжения на управляющем частотой входе 23 схемы имеет вид, покаэанный на фиг, 4, и представляет собой кривую, проходящую через начало координат. Зона нечувствительности в области нуля при этом отсутствует. На фиг. 5 показаны временные диаграм 45 мы напряжения на управляющем частотой входе 23 схемы (диаграмма а ) и кода К 1 в реверсивном счетчике 33 (диаграмма о ). Изменение знака управляющим частотой напряжения при водит к изменению направления счета реверсивного счетчика 33.Преобразователи 34 кодов, выполненные,.например, на основе постоянных запоминающих устройств (ПЗУ) преобразуют код К 1 в некоторый код К 2;, причем каждому значению К поставлено в однозначное соответствие икоторое значение К 2. . Напри 1мер,К 2. = 127 з 1 п(ПК 1/128) +М,Ц,причем каждый -й блок 34 запрограммирован с учетом своей начальной фазы . . Выходное многофазное напря 1жение генератора синусоидально, однако в общем случае оно может иметь и несинусоидальную форму (например, трапецйидальную, прямоугольную, треугольную и т.п.), а зависимость кода К 2; . от К 1 при этом должна быть другой. Умножающие преобразователи 35 код - напряжение преобразуют коды К 2, в напряжения, причем напряжение, управляющее амплитудой, подведено к каждому преобразователю 35 в качестве опорного. Таким образом, частота напряжения на выходе многофазного генератора 18 пропорциональна напряжению на управляющем частотой входе, а амплитуда - напряжению на входе 24, управляющем амплитудой. Смена полярности напряжения на управляющем частотой входе 28 многофазного генератора 18 приводит к изменению порядка чередования фаз на его выходе.Генератор работает следующим образом.Выходные напряжения по числу фаэ, многофазного генератора 18 являются заданиями фазньм токов или напряжений для преобразователя 2 частоты. Токи или напряжения первой системы обмоток, например обмоток ротора 3 асинхронной машины 1, с некоторой точностью повторяют выходные сигналы многофазного генератора 8. Частота выходного напряжения асинхрониэированного синхронного генератора численно равнад- -+ (-)60ггде и - частота вращения вала,об/мин;р - число пар полюсов асинхронной машины 1;- частота, многофазного геннератора 18 Гц;А = О, если направление вращения поля первой системы обмоток асинхронной машины совпадает с направлением вращения вала, и А = 1, если поле первой системы обмоток машины враща 5 12594ется в противоположном по отношениюк валу направлении,Частотно-Фазовый детектор 22 сравнивает выходное напряжение асинхронизированного синхронного генераторас напряжением задатчика 15 частотыпо частоте и фазе. Регулятор 19 фа-.зовой автоподстройки воздействует начастотумногофазного генератораг18 таким образом, чтобы выходное на Опряжение асинхронизированного синхронного генератора совпадало по частоте и фазе с эталонным напряжениемна выходе эадатчика 15 частоты исигнал рассогласования на выходе частотно-фазового детектора 22 отсутствовал,При этом частотно-фазовый характер сигнала рассогласования обеспечивает широкую полосу удержания автоподстройки выходной частоты асинхронизированного синхронного генератора, поскольку при больших отклонениях этой частоты от эталонной всигнале рассогласования преобладает 25частотная, а при малых отклонениях -фазовая составляющая. Кроме того,автоподстройка с точностью до Фазыпозволяет исключить частотную ошибку в установившемся режиме. При этом Зоповышаются точность и быстродействиеподдержания частоты выходного напряжения, поскольку регулируются непосредственно частота и Фаза выходного напряжения, 35Изменение амплитуды выходного напряжения приводит к изменению напряжения на первом входе регулятора 20амплитуды, который воздействует наамплитуду выходного напряжения многофазного генератора 18 таким образом, чтобы напряжения на выходах амамплитудного детектора 21 и задатчика 16 амплитуды были равны, в результате чего амплитуда напряжения 4на выходе асинхронизированного синхронного генератора поддерживаетсяравной заданной величине. При изменении полярности напряже ния на управляющем частотой входе 23 многофазного генератора 18 изменяется порядок чередования фаэ напряжения на его выходе. Это обеспечивает работоспособность асинхронизированного синхронного генератора при переходе частоты вращения асинхронной машины 1 через точку 601/Р 67 б(синхронная частота вращения), где- частота задатчика 15.зтЭлектропитание преобразователя 2 частоты может осуществляться как от выхода асинхрбнизированного синхронного генератора клеммы 4 (режим самовозбуждения асинхрониэированного синхронного генератора), так и от некоторого независимого источника, например от отдельного синхронного возбудителя, который находится на одном валу с асинхронной машиной 1,Регуляторы 8, 19 и 20 реализуются по известным схемам. В качестве датчика 6 выходного напряжения может испольэоватьсн многофазный трансФорматор, а в качестве амплитудного детектора 21 - выпрямитель с сглаживающим фильтром. Частотно-фазовый детектор 22 можно выполнить многоканальным .(по количеству фаз) со сложением сигналов на входе общего суммирующего усилителя. Задатчик 15 частоты можно выполнитьнапример, на основе высокостабильного генератора с кварцевой синхронизацией и делителя частоты на коэффициент, кратный фазности схемы. В качестве задатчика 16 амплитуды может применяться потенциометр, в качестве преобразователей кодов целесообразно использовать ПЗУ с плавкими перемычками, либо ПЗУ с электрической записью и ультрафиолетовым стиранием информации.Таким образом, предлагаемый асинхронизированный синхронный генератор позволяет обеспечить поддержание постоянства частоты на его выходе в широком диапазоне изменения частот вращения вала при одновременном повышении устойчивости работы.формула иэ обре тенинАсинхронизированный синхронный генератор, содержащий синхронную машину с фазным ротором, преобразователь частоты, выход которого пофазно. подключен к первой системе обмоток, например к обмоткам ротора асинхронной машины, вторая система обмоток которой, например обмотки статора, пофазно подключена к выходным зажимам асинхрониэированного синхронного генератора, датчик тока или напряжения преобразователя частоты, входкоторого пофазно подключен к выходупреобразователя частоты, датчик выходного напряжения, вход которогопофазно соединен с выходными зажимами асинхронизированного синхронного генератора, задатчик частоты иблок регулирования, в состав которого входит регулятор тока или напряжения преобразователя частоты, первый вход которого пофаэно соединенс первым входом блока регулирования,а выход пофазно соединен с выходомблока регулирования, причем первыйвход блока регулирования пофазносоединен с выходом датчика тока или 5напряжения преобразователя частоты,второй вход пофаэно соединен с выходом датчика выходного напряжения,третий вход пофазно соединен с выходом задатчика частоты, а выход пофаэно соединен с управляющим входомпреобразователя частоты, о т л и ч аю щ и й с я тем, что, с целью обеспечения поддержания постоянства частоты на выходе генератора в широкомдиапазоне изменения частот вращения ввала при одновременном повышении устойчивости, в него введен эадатчикамплитуды, выход которого соединенс четвертым входом блока регулирования, а в состав последнего введенымногофазный генератор с управляемыми частотой и амплитудой, регулятор фазовой автоподстройки, регуляторамплитуды, амплитудный детектор ичастотно-фазовый детектор, первый и второй входы которого пофазно соединены соответственно с вторым итретьим входами блока регулирования,а выход соединен с входом регулятора фаэовой автоподстройки, выход которого соединен с управляющим частотой входом многофазного генератора, вход амплитудного детектора пофаэно соединен с вторым входом блока регулирования, а выход соединен с первым входом регулятора амплитуды, второй вход которого соединен счетвертым входом блока регулирования, а выход соединен с управляющимамплитудой входом многофазного генератора, выход которого пофазно соединен с вторым входом регуляторатока или напряжения преобразователячастоты, причем в состав многофазного генератора входят первый и второй преобразователи напряжение - частота, инвертор, генератор импульсоввысокой частоты, первый и второйО-триггеры, реверсивный счетчик, преобразователи кодов по количеству фаз,умножающие преобразователи код - напряжение по количеству фаз, выходыкоторых образуют многофазный выходмногофазного генератора, вход первого преобразователя напряжение -частота непосредственно, а вход второго преобразователя напряжениечастота через инвертор подключены куправляющему частотой входу многофазного генератора, цифровой входкаждого умножающего преобразователякод - напряжение поразрядно соединен с выходом соответствующего преобразователя кодов, вход которого поразрядно соединен с выходом реверсивного счетчика, аналоговые входы умножающих преобразователей код - напряжение соединены с управляющимамплитудой входом многофазного генератора, суммирующий и вычитающийсчетные входы реверсивного счетчикасоединены с выходами первого и второго П-триггеров соответственно, информационные входы которых подключенысоответственно к выходам первого ивторого преобразователей напряжениечастота, а синхронизирующие входыпервого и второго П-триггеров соединены соответственно с прямым и инверсным выходами генератора импульсов высокой частоты.259467 Составитель А, БабакТехред А. Кравчук Корректор С, Шекмар Редактор Н. Рогулич Заказ 5137/57 Тираж б 31 ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5