Спосіб і пристрій керування асинхронним генератором з конденсаторним збудженням

1. Пристрій керування асинхронним генератором, що містить тиристорний регулятор напруги з системою управління, який відрізняється тим, що вхід тиристорного регулятора напруги з'єднаний розподільчими шинами з колом асинхронного генератора, а вихід закорочений на робочу ємність конденсаторного збудження, що працює в релейному режимі управління, причому сигнал з датчика напруги, ввімкненого в коло асинхронного генератора, надходить на систему управління, яка формує керуючі імпульси на повне відкривання тиристорних ключів в момент падіння напруги, в результаті підключення чи зростання навантаження (блока навантаження) до величини вхідної напруги, яка повинна досягнути заданого значення, з C2 2 87294 1 3 джерела реактивної потужності, виконується багатофазове випрямлення напруги, порівняння її з величиною опорної напруги, формування сигналу розузгодження вказаних величин у вигляді послідовності імпульсів. Керуючі імпульси формують з вказаних імпульсів з тривалістю, що перевищує задану мінімальну порогову величину тривалості імпульсу сигналу розузгодження, одночасно порівнюючи їх із заданими максимально допустимими значеннями, при перевищенні яких виконується відключення навантаження, що серйозно обмежує функціональні можливості даного способу. Недоліками цього способу є: - відключення навантаження при перевищенні керуючими імпульсами максимально заданого значення їх тривалості; - вузький діапазон регулювання вихідної напруги генераторної установки, що є істотним недоліком, який обмежує область застосування генераторних пристроїв на базі АГ. Відоме технічне рішення прийнято за аналог способу. Відомо технічне рішення способу керування асинхронним л генератором [Патент №2031533/С1, RU, H02M5/257, "Способ управления (асинхронним генератором" / Шаисламов Ш.Ш, Каримбаев А.Т, Опубл. в "Бюлетене изобретений", 20.03.1995]. Спосіб керування асинхронним генератором, в якому збудження генератора здійснюється від регульованого джерела реактивної потужності, встановлюється батарея початкового намагнічування і батарея керованого збудження за допомогою тиристорного регулятора, причому тиристори джерела реактивної потужності керуються імпульсами, фаза яких встановлюється в залежності від розузгодження між заданим і фактичним рівнями напруги. Недоліком цього способу є: - незалежно від одночасності поступання відпираючих імпульсів на тиристори, струм пропускає лише тиристор з найбільшою різницею потенціалів на ньому, наслідком чого є вузький діапазон регулювання вихідної напруги генераторної установки. Відомо технічне рішення прийнято за прототип способу. Відоме технічне рішення [Голоднов Ю.М., Пиковский А.В., Итоги науки и техники. Серия «Нетрадиционые и возобновляемые источники енергии». Том 3. "Генераторы для ветровых, малых гидравлических и приливных электростанций", ВИНИТИ, Москва, 1992, с.19-33, 67-76]. Асинхронний генератор розігнаний до номінальної швидкості за допомогою приводного двигуна. До силових виводів генератора підключено джерело реактивної потужності - інвертор з ланкою постійного струму і штучною комутацією тиристорів, що утворюють замкнуту систему регулювання напруги АГ; або перетворювач частоти з безпосереднім зв'язком. Створювана реактивна потужність потрібна для намагнічування асинхронної машини. Недоліками технічного рішення є: - потреба в сторонньому джерелі електричної енергії; - обмеженість області застосування; - вузький діапазон регулювання вихідної напруги. 87294 4 Відоме технічне рішення прийнято за аналог пристрою. Відомо технічне розв'язання питання реалізації пристрою, що реалізує спосіб керування асинхронним генератором, представлено [Патент №1306435/А1, RU, H02P9/30, "Тиристорный регулятор напряжения генератора переменного тока" / Нечаев А.В., Рябов А.Д., Опубл. в "Бюлетене изобретений", 10.09.1999]. Пристрій, що реалізує спосіб управління конденсаторним збудженням асинхронного генератора через тиристорний регулятор напруги. Недолік цього пристрою : - вузький діапазон регулювання вихідної напруги. Відоме технічне розв'язання ухвалено за прототип пристрою. Метою даного винаходу є підвищення функціональних можливостей АГ шляхом збільшення діапазону регулювання вихідної напруги за рахунок побудови системи керування збудженням ємності, та підвищення енергетичних і технікоекономічних показників установок для резервного аварійного електроживлення, а наслідок - поліпшення його енергетичних і регулювальних характеристик, розширення області застосування. Спосіб керування асинхронним генератором, в якому збудження генератора здійснюється від регульованого джерела реактивної потужності, встановлюється батарея початкового намагнічування і батарея керованого збудження за допомогою тиристорного регулятора, причому тиристори джерела реактивної потужності керуються імпульсами, фаза яких встановлюється в залежності від розузгодження між заданим і фактичним рівнями напруги, відрізняється тим, що тиристори регулятора мають два фіксовані стани: відкритий і закритий, причому вимкнення тиристорів здійснюється при перевищенні напругою асинхронного генератора максимального заданого значення, а ввімкнення тиристорів відбувається при падінні напруги асинхронного генератора нижче мінімального заданого значення, діапазон коливання напруги встановлюється залежно від вимог до якості напруги живлення, для кожного типу навантаження асинхронного генератора окремо, крім того переведення тиристорів в закритий стан відбувається при перевищенні струмом кола допустимої величини. Пристрій, що реалізує спосіб управління конденсаторним збудженням асинхронного генератора через тиристорний регулятор напруги, відрізняється тим, що регулювання збудження асинхронного генератора, розігнаного до номінальної швидкості за допомогою приводного двигуна, здійснюється за допомогою тиристорного регулятора напруги, вхід якого з'єднаний розподільчими шинами з колом асинхронного генератора, а вихід закорочений на робочу ємність конденсаторного збудження, працює в релейному режимі управління; сигнал з датчика напруги, ввімкненого в коло асинхронного генератора, поступає на блок управління, який здійснює формування керуючих імпульсів на повне відкривання тиристорних ключів в момент падіння напруги, в результаті підключення чи зростання навантаження до тих пір, доки 5 величина вихідної напруги не досягне заданого значення, після чого компенсуюча ємність відключається; виходи датчика струму підключені до входу системи управління, яка за допомогою зворотних зв'язків здійснює підключення або відключення комутуючим апаратом блоку навантаження. Винахід пояснюється кресленнями: Фіг.1 Блок-схема пристрою регулювання ємнісного струму збудження АГ через ТРН, що працює в релейному режимі. Фіг.2 Алгоритм роботи пристрою керування асинхронним генератором з конденсаторним збудженням. Фіг.3 Алгоритм роботи блока контролю напруги силового кола. Фіг.4 Алгоритм роботи пристрою керування в релейному режимі. Фіг.5 Алгоритм роботи блока контролю струму силового кола в одній фазі. Фіг.6 Вольт-амперна характеристика АГ Фіг.7 Функціональна схема системи управління Фіг.8 Алгоритм роботи системи управління Фіг.9 Додаток А Фіг.10 Додаток Б Пристрій, що реалізує керування асинхронним генератором з конденсаторним збудженням, представлено на Фіг.1, містить асинхронний двигун 1, блок початкового конденсаторного збудження 2, тиристорний регулятор 3, що включає в себе тиристорні групи, робочу ємність конденсаторного збудження 4, датчики напруги кола живлення 5, датчики струму кола живлення 6, 7, 8, блок навантаження 12, блок управління 9, комутатори 10 і 11. До обмотки статора асинхронного генератора підключаються конденсаторні батареї початкового збудження за допомогою комутатора 10 і вхід тиристорного регулятора струму ємності, на виході якого підключені робочі конденсаторні батареї, вихід генератора працює на споживача електричної енергії. Входи датчиків напруги і струму підключені до кола асинхронного генератора, а їхні виходи підключені до системи управління, яка формує управління тиристорами регулятора струму ємності, навантаження підключається до виходу генератора за допомогою комутатора 11. Блок-схема пристрою управління асинхронного генератора, показана на Фіг.1, працює таким чином. Асинхронний генератор розганяється до номінальної швидкості за допомогою зовнішнього приводного двигуна (дизельний, бензиновий двигун). Коли швидкість двигуна досягає номінальної, відбувається процес самозбудження АГ на початковій ємності конденсаторного збудження, величина якої рівна: 1 , Споч = 2 ( 2 ⋅ π ⋅ f1) (L1 + L µ ) де Споч - початкова ємність конденсаторного збудження; L1 - індуктивність статора; Lµ - індуктивність контуру намагнічування; f1 - частота струму статора. При цих умовах величина вихідної напруги АГ досягне номінального значення при роботі на хо 87294 6 лостому ході. Самозбудження відбувається наступним чином. Згідно схеми заміщення коло статора представляє собою коливальний контур з послідовно включеними елементами: активним опором rl, індуктивністю L=L1σ+Lµ і ємністю С. У разі достатньої добротності вищезгаданого контуру в ньому, в результаті впливу зовнішніх дій - залишкового заряду ємності, наведення ЕРС від зовнішніх полів або залишкового намагнічування, виникають коливання, що поволі затухають, частотою: 1 w= L ⋅C де w - частота коливань; L - індуктивність в контурі; С - ємність в контурі. Ця формула справедлива, якщо активний опір маленький, але в обмотці статора АД при цьому тече струм, який створює магнітне поле, яке обертається з кутовою швидкістю: w Ωs= , p0 де р0 - число пар полюсів АД; Ωs - кутова швидкість. Якщо ця швидкість менше швидкості обертання ротора Ω, тоді АД переходить в генераторний режим. Розвивається процес самозбудження АГ, відбувається збудження без зовнішнього джерела енергії. Зростання струму I1 і ЕРС здійснюється до тих пір, поки виконується нерівність U1>Uc, де U1, Uc - фазні напруги статора АГ і конденсатора. Чим більше різниця U1-Uc, тим інтенсивніше зростання коливань в колі статора. Напруги U1 i Uc визначаються тим самим струмом, але якщо Uc пропорційна йому, то залежність U1=f(I1) нелінійна (Фіг.6). З переходом в область насичення різниця U1Uc починає зменшуватись і інтенсивність коливань падає . Коли U1=Uc, коливання припиняються і наступає сталий режим самозбудження АГ (точка 2). На вході АГ з'являється стабільна напруга, що генерується. У момент підключення навантаження до виходу генератора відбувається провал в амплітуді напруги, що генерується, або зрив самозбудження в результаті зміни параметрів резонансного контуру самозбудження. Процес відбувається наступним чином. У разі підключення навантаження до затискачів статора АГ параметри контуру намагнічування зміняться. Це приводить до збільшення падіння напруги в обмотці статора, зменшення магнітного потоку машини. При цьому збільшується опір контуру намагнічування (Χµ), а отже, зменшується струм намагнічування і, як результат, відбувається процес самозбудження, якщо пряма Uc=f(I1) займе положення, близьке до дотичної до прямої ділянки кривої U1=f(I1). Щоб цього не сталося, необхідно вводити додаткову ємність збудження, яка компенсувала б навантаження, що підключається. Величина ємності рівна Р ( tg ϕг + tgϕн ) , Сроб = ном 2 2π ⋅ f1 ⋅ m1 ⋅ Uc ( ) 7 де Сроб - робоча ємність; Рном - потужність, що віддається генератором; Uс - напруга на конденсаторах; m1 ~ число фаз; ϕг і ϕн - кути зсуву фаз між напругами Uг=Uc і струмами статора генератора і навантаження. Коли напруга генератора Uген стане рівною 0,9 Uном (ця величина контролюється блоком датчиків напруги і блоком системи управління), подаємо імпульси на комутацію тиристорів тиристорного регулятора напруги на весь період регулювання напруги, за рахунок чого компенсуюча ємність вводиться цілком до тих пір, поки напруга генератора не стане рівною Uном. У цей момент імпульси відмикання знімаються з ТРН. Система управління, приведена на Фіг.7, містить датчик напруги 5, датчики струму 6, 7, 8, елементи нерівнозначності 13, 14, 15, 16 , компаратори 17, 19, 21, 23, 24, 25, генератори імпульсів 18, 20, 22, підсилювачі 26, 27, 28, потенційні розв'язки 29, 30, 31, тиристорний регулятор напруги 3 . Метою створення системи керування ємнісним збудженням є підвищення функціональних можливостей асинхронного генератора шляхом збільшення діапазону регулювання вихідної напруги, а також захисту системи від струму короткого замикання. Контроль вихідної напруги здійснюється аналоговим датчиком напруги. Сигнал, що надходить на датчик напруги представляє собою змінну, неперервну за формою напругу в вигляді синусоїдального сигналу в разі нормального режиму роботи асинхронного генератора і несинусоідальної форми при порушенні режиму роботи асинхронного генератора. Датчик напруги представляє собою трифазний понижуючий трансформатор напруги з випрямлячем в колі вторинної обмотки. На виході датчика формується ефективне значення напруги Ue U Ue = n 2 де Ue - ефективне значення напруги; Un - значення напруги на вторинній обмотці трансформатора напруги. При підключенні або зміні навантаження відбувається падіння напруги на виході системи, що є недопустимим. Сигнал на виході повинен завжди знаходитись в заданному діапазоні, який задається напругою Uз. Відбувається порівняння сигнала Ue з заданною напругою Uз. Ефективна напруга Ue і задана напруга Uз подаються на вхід елемента нерівнозначності 13. 1) За умови Ue≥Uз, сигнал на виході елемента нерівнозначності відсутній. Тиристори переходять в стан "закритий", робоча ємність виведена з кола асинхронного генератора. 2) За умови Ue