Регулятор напряжения синхронного генератора электромашинного преобразователя

(71) Научно-исследовательский проектно-конструкторский и технологический институт электрических машин постоянного тока Прокопьевского завода(56) Авторское свидетельство СССРУ 813661, кл. Н 02 Р 9/38,Н 02 Р 9/44, 1979.(57) Изобретение относится к электротехнике. Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей регулятора напряжения (РН),повышение надежности электромашинного преобразователя (ЭП) путем обеспечения ограничения тока при короткомзамыкании в выходной цепи синхронного генератора (СГ)ЭП содержит приводной двигатель 2, СГ 3 и получает ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОЧНРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИ АПРЯЖЕНИЯ СИНХРОННО. ЕКТРОИАШИННОГО ПРЕ1525857 51 О питание от сети через пускатель 1,РН включает в себя корректор 9 напряжения и дополнительный корректор 20,обеспечивающий изменение выходногонапряжения СГ в зависимости от частоты этого напряжения при пуске и останове ЭП. Сущность изобретения заключается во введении токоизмеритель"ного узла СГ и выполнении корректоров 9, 20 таким образом, чтобы при Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в замкнутых системах автоматическогорегулирования выходного напряжениясинхронных генераторов электромашинных преобразователей энергии, применяемых в качестве автономных источников питания бортовых сетей судов,самолетов и других объектов,Цель изобретения - расширение 25функциональных возможностей регулятора напряжения и повышение надежности электромашинного преобразователя путем обеспечения ограничениятока при коротком замьпании в выход"30ной цепи синхронного генератора и егоограждения от длительного воздействия тока глухого короткого замыкания,упрощение устройства,На фиг,1 представлена принципиальная схема регулятора напряжения; нафиг,2 - временные диаграммы работыэлектромашинного преобразователяф,с регулятором напряжения.1Первичный источник электроэнергии, например трехфазная сеть переменного тока А, В, С, промышленнойчастоты (50 Гц), связан посредствомпускателя 1 со статорной цепью приводного, например, асинхронного двигателя 2 электромашинного преобразователя, содержащего также выходнойсинхронный генератор 3, имеющий жесткое механическое соединение ротора с ротором приводного двигателя 2. 50Выходная статорная цепь синхронногогенератора 3 связана, например, кабельной линией 4 электропередачигенерируемой энергии переменного тока повышенной частоты (обычно 400 Гц) 55с клеммами 5 нагрузки синхронногогенератора.Обмотка Ь возубждения синхронного генератора 3, шунтированная некоротких замыканиях в цепи нагрузкиСГ происходило ограничение выходного тока СГ, и выполнении пускателя1 с входом 34 аварийного с временнойзадержкой отключения ЭП. Аварийноеотключение ЭП позволяет в случае,если не сработала селективная защитацепей нагрузки при коротком замыкании с заданной выдержкой времени,обесточить ЭП. 2 з,п, ф-лы, 2 ил. линейным разрядным сопротивлением 7, подключена к вьмоду управляемого усилителя мощности 8 регулятора напряжения, выполненного, например, в виде блока фазового компаундирования с его питанием выходным напряжением и током силовой цепи генератора 3. Вход корректора 9 напряжения связан измерительным однофазным кабелем 10 с клеммами 5 нагрузки.Корректор 9 напряжения содержит понижающий трансформатор 11, первичной обмоткой подключенный к выходу измерительного кабеля 1 О, а двумя вторичными обмотками связанный соответственно с измерительным органом 12 действующего значения напряжения и с выпрямителем 13, подключенным посредством выходного сглаживающего, например, Т-образного К-С-фильтра 14 цепи питания промежуточного широтно-импульсного усилителя 15 мощности корректора 9 напряжения, Потенциометр 1 Ь уставки номинального выходного напряжения синхронного генератора связывает при этом выход измерительного органа 12 корректора напряжения с входом его промежуточного усилителя 15, имеющего для обеспечения устойчивости внутреннюю К-С-цепь динамической коррекции и вьмодом 17 связанного с первым входом вентильной логической схемы ИЛИ 18, подключенной выходом к управляющему входу 19 усилителя мощности 6 регулятора.Лополнительный корректор 20 напряжения также содержит понижающий трансформатор 21, первичная обмотка которого подключена к вьмодной статорной цепи синхронного генерато ра 3, а вторичная обмотка связана через Г-образный К-С-фильтр 22 сния, причем вход дополнительного выпрямителя 36 подсоединен к входуизмерительного органа 22 дополнительного корректора 20 напряжения,первый вывод выхода дополнительногонапряжения 36 - к первому крайнемувыводу дополнительного потенциометра 37, а второй вывод выхода - к первому выводу добавочного входа 35вышеуказанного измерительного органа, связанному с выводом выпрямительного моста 29, имеющим одинаковую(отрицательную) с вторым выводом дополнительного выпрямителя 36 полярность; и через источник 38 опорного напряжения к первому выводу выхода измерительного органа дополнительного корректора 20 с вторым выводомвыхода, подключенным к среднемувыводу дополнительного потенциометра 37, второй крайний вывод которого соединен.с вторым выводом добавочного входа 35 измерительного ор Статические и переходные режимыработы электромашинного преобразователя с регулятором напряжения, обеспечивающим последовательно частот но-зависимое регулирование напряжения при пуске или Выбеге агрегата,стабилизацию заданного номинальногозначения выходного напряжения в установившемся режиме, ограничение назаданном уровне кратности Величинытока при коротком замыкании с временной задержкой отключения пускателя, поясняются временными диаграммами на фиг.2, где на условных вре меных участках .Пуск, Работа"Короткое замыкание" и "Выбег" со. ответственно показаны график изменения частоты вращения яэлектромашинного преобразователя 2-3(фиг.2,А), график изменения действующего значения выходного напряженияН (1) синхронного генератора наклеммах 5 его основной нагрузки(фиг.2,б), график изменения выходного широтно-импульсного напряженияБ основного корректора 9 действующего значения напряжения.регулятора (фиг,2,в), график изменения выходного широтно-импульсногонапряжения Удополнительногого (частотно-зависимого) корректора 20 напряжения регулятора (фиг.2,г),график изменения действующего значения выходного тока 1(С) статорной 5 1525857 измерительным органом, Дополнительный корректор 20 также имеет промежуточный широтно-импульсный усилитель мощности 23 с внутренней К-С- цепью динамической коррекции, связанный выходом 24 с вторым входом вентильной логической схемы ИЛИ 18. Независимый источник постоянного тока 25 связан с цепью питания дополнительного корректора напряжения 23. Он выполнен, например, в виде выпрямительного блока, подключенного к выходной цепи переменного тока пускателя 1 посредством понижающего трансформатора. При этом, благодаря подключенной выходной диодной схеме 26 разделения цепей, источник постоянного тока 25 одновременно используется для начальной подпитки обмотки 6 возбуждения синхронного генератора 3, чем обеспечивается его дальнейшее самовозбуждение через усилитель мощности 8 в переходном процессе пуска электро- машинного преобразователя.1Кроме того, регулятор напряжения содержит трансформатор тока 27, потенциометр 28, выпрямительный мост 29, К-С-фильтр 30, транзисторный ключ 31 и диод 32, причем пер" вичная обмотка трансформатора тока 27 включена последовательно в силовую цепь синхронного генератора 3, а вторичная - подключена к крайним выводам потенциометра 28, средний и один из крайних выводов которого соединены с входом выпрямительного моста 29, выходными выводами подключенного к входу Г-образного К-С- фильтра 30, выходом связанного с коллектором и эмиттером транзисторного ключа 3 1. Управляющая цепь база - эмиттер транзисторного ключа 31 связана с выходом выпрямителя 13.Коллектор и эмиттер транзисторного ключа 31 соединены с выводами 33, предназначенными для подключения к входу 34 аварийного с временной задержкой отключения пускателя 1 электромашинного преобразователя, а также с выводами 35 добавочного входа измерительного органа до- полнительного корректора напряжения 20. При этом измерительный орган дополнительного корректора напряжения 20 выполнен на дополнительных выпрямителе 36, потенциометре 37 и источнике 38 опорного напряже 1525857цепи синхронного генератора 3 преобразователя (фиг2,д).При этом на начальном интервале 0 + Т переходного процесса пуска электромашинного преобразователя пускатель 1 обеспечивает подачу электроэнергии на приводной двигатель 2 преобразователя, а также питание независимого источника 25 постоянного тока, производящего посредством выходной диодной схемы разделения 26 начальную подпитку цепи обмотки 6 возбуждения синхронного генератора 3 и питание усилителя мощ ности 23 дополнительного корректора напряжения 20, Благодаря этому происходит по мере увеличения частоты вращения Ы агрегата (фиг.2,а) форсированное возбуждение синхронного генератора 3, дальнейший рост выходного напряжения 11которого сдерживается по примерно линейному, частотно-зависимому закону 0/ЯсопзТ (фиг.2,б), воздействием дополнительного корректора 20 напряжения, выходной широтно-импульсный сигнал Уо которого по его выходу 24 проходит через правый по схеме на фиг.1 вентиль вентильной логической схемы ИЛИ 18 на управляющий вход 19 усилителя мощности 8 регулятора напряжения (фиг.2,г), Транзисторный ключ 31 при этом открыт, ввиду чего выпрямитель 36 частотно-зависимого измерительного органа 22 дополнительного корректора напряжения 20 непосредственно (через открытый транзистор 31) связан с край ними выводами потенциометра настройки 37, установка которого выбирает 40 ся по отношению к номинальной установке потенциометра настройки 16 корректора 9 на 5-10% большей, чем обеспечивается необходимое упреждающее воздействие дополнительного корректо 45 ра 20 на начальном этапе пуска преобразователя по сравнению с действием корректора 9 напряжения, выходной сигнал которого находится на низком (нулевом) уровне (фиг.2,в) вплоть 50Фдо момента времени т = с когда выходное напряжение синхронного генератора не достигает номинального значения Б = 0, при значении5частоты вращения И, = 0,9-0,95 Уном 55 1На заключительном интервалепереходного процесса пуска преобразователя, когда его частота вращения увеличивается до номинального и установившегося значения и(фиг.2,а), вступает в действие корректор 9 напряжения, который с повышенной степенью точности стабилизирует на заданном номинальном уровне 0выходное напряжение синхронного генератора непосредственно на клеммах 5 его нагрузки (фиг,2,б) путем подачи широтно-импульсного сигнала Б(Т) с выхода 17 корректора 9 через левый по схеме на фиг.1 вен-тиль вентильной логической схемы ИЛИ 18 на управляющий вход 19 усилителя мощности 8 регулятора (фиг.2,в)Выходной сигнал Цдополнительного корректора 20 напряжения при этом вынужденно находится на низком (нулевом) уровне ввиду увеличения частоты вращения до номинальной при одновременном ограничении выходного напряжения синхронного генератора 3 на заданном номинальном уровне, что при неизменной величине напряжения источника 38 опорного напряжения приводит к уменьшению выходного выпрямленного сигнала измерительного органа дополнительного корректора 20 и вызывает отпирание выходного транзистора его широтно-импульсного усилителя мощности 23. Далее, начиная с момента времени- 1приема номинальной нагрузки (фиг.2,д), когда к клемме 5 подключается нагрузка преобразователя, наступает его установившийся длительньп режим работы, характеризующийся потреблением выходного номинального тока синхронного генератора 3 его нагрузками 5 и стабилизацией номинального уровня действующего значения напряжения, производимого корректором 9, напряжения, воздействующим на усилитель мощности 8 регулятора напряжения, При этом выходной сигнал сглаживающего К-С-фильра 30 шунтируется открытым транзисторным ключом и таким образом ни на цепь 33, ни на выводы 35 добавочного входа измерительного органа дополнительного корректора напряжения 20 не попадает.Однако дополнительный корректор 20, благодаря его питанию от независимого источника 25 постоянного тока, подготовлен к возможному функционированию этого устройства в роли регулятора - стабилизатора величи9 15258 ны выходного тока синхронного генератора при возцикновеции короткого замыкания ца клеммах 5 его цагруз - ки,57 1 ОВ случае же возникновения "глухо 11го короткого замыкания, це отключаемого собственной селективной токовой защитой нагрузок, после отсчета необходимой выдержки временипускатель 1 отключает приводной двигатель 2 от питающей сети А, В, С,и тем самым предотвращает синхронный генератор 3 от повреждения длительным воздействием тока короткого замыкания. 11 роисходящий при этомпреходный процесс выбега и остановки электромапцшцого преобразователяхарактеризуется (при отключеннойкороткозамкцутой нагрузке) частотно-зависимым законом снижения выходного напряжения синхронного генератора 3, обеспечиваемого действиемдополнительного корректора 20(фиг,2, а,б,г). 30 Таким образом, за счет введениятокоизмерительцого узла 27-28-29-30выходной сигнал которого избирательно вводится транзисторным ключом 31на добавочный вход измерительногооргана дополнительного корректоранапряжения и ца управляющий входаварийного с временной задержкойотключения пускателя, обеспечивающего 4 О расширение функциональных возможностей электромашицного преобразователя путем ограничения тока при коротком замыкании и защита синхронного генератора от длительного воз действия тока короткого замыкания,Прц этом использована простаясхема измерительного органа дополнительного корректора напряжения. 5 ОФормула изобретения Такой режим, отражен на интервале т+ - г. графиков на фиг,2, когда ввиду короткого замыкания практически до нулевого уровня снижается напряжение Б на клеммах 5 (фиг,2,б), связанных измерительным кабелем 10 с первичной обмоткой понижающего трансформатора 11 корректора 9 напряжения, При этом обесточивается управляющая базо-эмиттерная цепь транзисторного ключа 31. Транзисторный ключ 31 закрывается и выходной сигнал постоянного тока токоизмерительного узла поступает на добавочный вход 35 измерительного органа дополнительного коррек- тора 20 и по цепи 33 - на вход аварийного с временной задержкой отключения пускателя 1. Уставка потецциометра настройки 28 выбирается таким образом, чтобы заданная (обычно 3- кратная по отношению к номинальному) величина тока короткого замыкания, протекающего по первичной обмотке трансформатора тока 27, вызывала бы на выходе потенциометра 37 величину напряжения постоянного тока, равную величине напряжения источника 38 опорного напряжения. Это соответственно приводит к появлению выходного широтно-импульсного сигнала дополнительного корректора 20 (фиг2,г), связанного выходом 24 через вентильную логичекую схему ИЛИ 18 с управляющим входом 19 усилителя мощности 8 регулятора, работающего при этом в режиме автоматической стабилизации выходного тока короткого замыкания синхронного генератора 3 (фиг.2,д). Если своевременно, в момент временипо фиг,2, срабатывает селективная токовая защита, отключающая поврежденный участок короткозамкнутой нагрузки, то синхронный генератор 3 вновь восстанавливает в момент времениноминальный уровень напряжения Б (с) на клеммах 5 (фиг,2,б), контролируемых вновь вступающим в действие основным корректором напряжения 9. Таким образом, на относительно коротком временном интервале 1- Т 6 происходит переходный процесс восстановления выходного напряжения синхронного генератора после отключения участка с короткозамкцутой нагрузкой, после чего выходной ток синхронного генератора 3 устанавливается на уровне несколько меньшем, чем номинальный (фиг2,д) с учетом отключения селективной токовой защитой коротко- замкнутой нагрузки преобразователя,1. Регулятор напряжения синхронного генератора электромашнного преобразователя по авт.св. 9 8 136 б 1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей путем обеспечения ограничения тока при коротком замыкании, в выходной цепи синхронного11 152 генератора введены независимый источник постоянного тока, измерительный трансформатор тока, потенциометр, выпрямитель, выпрямительный мост, К-С-фильтр, транзисторный ключ, измерительный орган дополнительного корректора напряжения выполнен с добавочным входом постоянного тока, причем первичная обмотка трансформатора тока включена последовательно в силовую цепь генератора, а вторичная подключена к крайним, выводам потенциометра, средний и один из крайних выводов которого соединены с входом выпрямительного моста, вход К-С-фильтра подключен к выходным выводам выпрямительного моста, а выход - к коллектору и эмиттеру транзисторного ключа, соединенным соответственно с выводами добавочного входа измерительного органа дополнительного корректора напряжения, управляющая цепь транзисторного ключа связана с выходом выпрямителя, соединенного входом через понижающий трансформатор с зажимами для подключения к нагрузке генератора, независимый источник постоянного тока связан с цепью питания дополнительного корректора напряжения 2, Регулятор напряжения по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности преобразователя путем предотвращения 5857 12синхронного генератора от длительного воздействия тока короткого замыкания, коллектор и змиттер транзистора соединены с выводами, предназначенными для подключения к входу аварийного с временной задержкойотключения пускателя злектромашинного преобразователя.3. Регулятор напряжения по п.1,отличающийся тем, что,с целью упрощения, измерительныйорган дополнительного корректора напряжения выполнен на дополнительныхвыпрямителе, потенциометре и источнике опорного напряжения, причемвход дополнительного выпрямителя подсоединен к входу измерительного органа дополнительного корректора напряжения, первый вывод выхода - кпервому крайнему выводу дополнительного потенциометра, а второй вывод -выхода - к первому выводу добавочноговхода вышеуказанного измерительного 2 д органа, связанному с выводом выпрямительного моста, имеющим одинаковуюс вторым выводом дополнительного выпрямителя полярность, и через источник опорного напряжения к первомувыводу выхода измерительного органа дополнительного корректора напряжения, с вторым выводом выхода, подключенным к среднему выводу дополнительного потенциометра, второйкрайний вывод которого соединен свторым выводом добавочного входа измерительного органа.1525857 ид 3 Ц Радова Короткое йамокан Фиг.8/Кве Составитель А.АкимовВ.Ковтун Техред Л.Сердокова ектор Л.Бе изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород,агарина, 101 Заказ 7240/52 Тираж 551 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/5