Спосіб параметричної стабілізації напруги синхронного генератора

Винахід відноситься до електротехніки і може бути використаний при створенні регуляторів напруги синхронних генераторів (СГ). Відомо, що в сучасній практиці для підтримки напруги СГ у заданих межах використовуються різні способи автоматичного регулювання напруги (АРН), але найбільш широко застосовується амплітудно-фазове компаундування з корекцією напруги [1, 2 ]. У таких системах для досягнення необхідного регулювання напруги СГ виконуються наступні операції: вимір напруги СГ, вимір струму навантаження СГ, підсумовування їх з урахуванням характеру навантаження, вимір напруги СГ коректором напруги, вироблення сигналу відхилення напруги СГ від заданого значення, посилення цього сигналу і подача його на виконавчий елемент коректора, що змінює напругу збудження пропорційно сигналові відхилення напруги від заданого значення, і, відповідно, змінює струм збудження і напругу СГ. У зв'язку з тим, що будь-який вимірювальний елемент має зону нечутливості, а посилення, перетворення і передача сигналу керування в схемі АРН сприяють проявові різних нелінійностей, в такому разі існуючі способи автоматичного регулювання напруги СГ мають наступні недоліки: 1. Складність реалізації, у тому числі через необхідність коректувати закон регулювання при зміні режимів роботи СГ; 2. Зовнішня характеристика СГ є смугою; 3. Невисока якість регулювання напруги, наприклад, статична помилка регулювання, складає ±(1-2)% від номінального значення; 4. Низькі динамічні показники, наприклад, час відновлення напруги при вмиканні номінального навантаження складає від 0,3 до 1,5с; 5. Перерегулювання напруги СГ при вмиканні номінального навантаження може досягати +20% від номінального значення; 6. Наявність коливальних режимів, у тому числі низькочастотної амплітудної модуляції (НАМ) напруги СГ; 7. Необхідність зрівняльних з'єднань і додаткових пристроїв для забезпечення розподілу реактивного навантаження при рівнобіжній роботі СГ. Як прототип прийнятий спосіб регулювання напруги СГ [3], що включає послідовно виконувані операції виміру тимчасових інтервалів кожного такту пульсацій миттєвої випрямленої напруги СГ по лінії порівняння з заданою опорною напругою і подачі імпульсів напруги живлення на обмотку збудження СГ по цих тимчасових інтервалах. Однак, через гостру форму нижніх піків пульсацій выпрямленої напруги СГ, статична помилка регулювання напруги СГ при реальних значеннях напруги живлення обмотки збудження близько 7-8о.е. стосовно напруги збудження холостого ходу СГ складає значну величину, приблизно рівну -(10-12)% від номінального значення напруги СГ. Крім цього відзначимо, що запропонований у [3] спосіб, відповідно до теорії автоматичного регулювання, є способом параметричної стабілізації напруги СГ. Це буде показано нижче при розгляді принципу реалізації пропонованого способу. В основу винаходу поставлена задача знизити статичну помилку відхилення напруги СГ від заданого значення при реальних значеннях напруги живлення обмотки збудження близько 7-8о.е. шляхом введення операції згладжування пульсацій випрямленої напруги СГ за допомогою R-C ланцюжка, що забезпечує зміну, у першу чергу, форми нижніх піків пульсацій випрямленої напруги СГ. Вимірювач тимчасових інтервалів підвищує чутливість до зміни напруги СГ і, отже, статизм відхилення напруги DU зменшується, при збереженні всіх позитивних властивостей запропонованого в [3] способі. Принцип реалізації пропонованого способу параметричної стабілізації напруги СГ показаний на фіг. у дво х режимах роботи: а - холостий хід СГ; б - робота СГ під навантаженням. На фіг. позначено: модуль напруги СГ - Uа; пульсації випрямленої напруги СГ - Uп; згладжена напруга пульсацій СГ – Uпс; задана опорна напруга – U оп; значення напруги живлення обмотки збудження - U fm; період подачі імпульсів на обмотку збудження - Ти; ширина імпульсів, які подаються на обмотку збудження - tи і графіки зміни струму збудження -If. У статични х режимах при незначній зміні напруги СГ, ширина імпульсів - tи , які подаються на обмотку збудження, значно змінюється, що забезпечує стабілізацію напруги СГ із невеликою статичною помилкою, порядку - (0,1-0,5)% Uн, при реальних значеннях напруги живлення обмотки збудження близько 7-8о.е. У динамічних режимах при значних зменшеннях напруги СГ від заданого значення напруга живлення Ufm постійно підключена до обмотки збудження, або постійно відключена від обмотки збудження при значних збільшеннях напруги СГ. При зниженні напруги СГ із будь-яких причин струм збудження зростає, при збільшенні напруги СГ стр ум збудження зменшується, що відповідає фізиці роботи СГ. Для будь-якого варіанта навантаження найдеться точка перетинання напруги СГ по зовнішній характеристиці і струму зб удження по регулювальній характеристиці, що і буде робочою точкою СГ для даного навантаження з визначеними значеннями напруги і струму збудження СГ. Статичне відхилення напруги СГ від номінального значення D U є при цьому однобічним (тільки убік зменшення) і визначається параметрами схеми стабілізації струму збудження: кількістю тактів випрямлення напруги СГ - m, значенням напруги живлення - Ufm і величиною ємності, що згладжує - Сс. Кожному сполученню цих параметрів будуть відповідати єдині зовнішня і регулювальна характеристики СГ. Таким чином, пропонований спосіб є широтно-імпульсною стабілізацією струму збудження по пульсаціям випрямленої напруги СГ і, завдяки відповідності фізиці роботи СГ, одночасно є параметричною стабілізацією напруги СГ. При цьому СГ як елемент системи стає нерегульованим, тому що здобуває природне регулювання у вигляді параметричної стабілізації, що дуже важливо для забезпечення стійкості режимів роботи СГ. Усі зазначені вище недоліки автоматичного регулювання напруги СГ виявляються перебореними, тому що автоматичне регулювання заміняється параметричною стабілізацією напруги СГ. Реалізація пропонованого способу параметричної стабілізації напруги СГ показує, що цей спосіб має наступні переваги: 1. Зовнішня характеристика СГ стає лінією, на відміну від зовнішньої характеристики існуючих СГ, що являє собою смугу; 2. Статична помилка є однобічною і може бути доведена параметрами регулятора до значень - (0,1-0,5)%Uн; 3. Відсутнє перерегулювання напруги при включенні навантаження; 4. Запропонований спосіб значно простіший в реалізації в порівнянні з використовуваними в практиці способами автоматичного регулювання напруги СГ і дозволяє реалізувати "сильне" регулювання напруги СГ, що значно підвищить динамічні показники СГ; 5. Відсутні коливальні режими і низькочастотна амплітудна модуляція напруги СГ; 6. Відсутність операції виміру напруги СГ і, отже, зони нечутливості вимірювального елемента по напрузі, а також інших нелінійностей, що з'являються при посиленні, перетворенні і передачі сигналу керування в існуючих регуляторах, дозволяє забезпечити розподіл реактивного навантаження при рівнобіжній роботі СГ без зрівняльних з'єднань. Приклад конкретного виконання. Реалізація пропонованого способу параметричної стабілізації напруги СГ здійснюється наступними технічно простими операціями: одержують пульсації випрямленої трифазної напруги СГ, згладжують пульсації для підвищення чутливості стабілізатора до зміни напруги СГ, вимірюють тимчасові інтервали кожного такту згладжених пульсацій миттєвої випрямленої напруги СГ по лінії порівняння з заданою опорною напругою і подають імпульси напруги живлення на обмотку збудження СГ. Включення напруги на обмотку збудження (див. фіг.) здійснюють у моменти зниження миттєвих значень згладженої напруги пульсацій стосовно опорної напруги, а відключення напруги від обмотки збудження здійснюють у моменти перевищення миттєвих значень згладженої напруги пульсацій стосовно опорної напруги. Реальними параметрами способу є: - кількість тактів випрямлення напруги СГ за період - m. - коефіцієнт згладжування пульсацій 1 Kc = Cc При невеликих значеннях ємності, що згладжує, Сc, порядку 3-7мкф (для напруги СГ 220В) форма нижніх піків пульсацій забезпечує чутливість стабілізатора на рівні, достатньому для зниження статичної помилки стабілізації напруги до - (0,1-0,5)%Uн; - значення напруги живлення обмотки збудження - Ufm, або коефіцієнт форсування - Кф для реалізації пропонованого способу складає значення 7-8о.е. (стосовно напруги живлення холостого ходу). - опорна напруга - Uoп, залежить від параметрів схеми і встановлюється з урахуванням величини Ufm у зоні пульсацій при номінальній напрузі СГ. Література: 1. Воскобович В.Ю.Електроенергетичні установки і силова електроніка транспортних засобів. / В.Ю. Воскобович і ін. - Спб.: Изд-во "Элмор", 2001. - 384 с. 2. Коваленко В.П. Регулювання напруги і стійкість суднових синхронних генераторів. / В.П. Коваленко. - Л.: Суднобудування, 1976. – 270 с. 3. Патент 38469А України, МКИ 3 H03L5/00. Спосіб регулювання напруги СГ. /Р. Парасолів; А. Алаев; А. Шоцкий (Україна). - № 2000074044; Заявлено 10.07.2000; Опубл. 15.05.2001, Бюл. № 4, Пріоритет 11.07.2000, № 36757У - 7 (Україна).