Спосіб керування напругою асинхронного генератора

Реферат: Винахід належить до області електротехніки, а точніше до систем керування напругою асинхронного генератора (АГ) з короткозамкненим ротором та може знайти застосування в електромеханічних системах генерування електроенергії. Спосіб керування напругою асинхронного генератора, що передбачає дискретну зміну ємнісного статорного струму генератора шляхом комутації N блоків конденсаторів за допомогою напівпровідникових ключів у моменти переходу напруги на ключах через нуль, користується N-розрядним двійковим числом, кожен розряд якого управляє комутацією одного блока конденсаторів, ємність якого пропорційна вазі розряду керуючого числа, при цьому число змінюється один раз за період струму АГ на величину, пропорційну відхиленню напруги генератора за попередній період від заданого значення за винятком зони нечутливості, яка більше відхилення напруги генератора, викликаного зміною керуючого числа на одиницю. Запропонований спосіб забезпечує поліпшення якості регулювання напруги АГ при одночасному підвищенні швидкодії й відсутності модуляції напруги в сталому режимі. UA 113039 C2 (12) UA 113039 C2 UA 113039 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до області електротехніки, а точніше до систем керування напругою асинхронного генератора (АГ) з короткозамкненим ротором, та може знайти застосування в електромеханічних системах генерування електроенергії. З існуючого рівня техніки, який належить до розглянутої області техніки, найбільш близьким до винаходу, який заявляється, по сукупності ознак, є спосіб керування напругою АГ, який полягає в дискретній зміні ємнісного статорного струму генератора шляхом підключення N блоків конденсаторів за допомогою напівпровідникових (тиристорних) ключів у різних сполученнях залежно від величини зниження напруги генератора в порівнянні із заданим значенням, при цьому обмірювана датчиком напруга АГ подається на компаратори з послідовними порогами спрацьовування, які через дешифратор формують сигнал на включення чергової секції конденсаторів, так при зниженні напруги АГ компаратори послідовно спрацьовують і підключають чергові секції конденсаторів, при цьому модуляція напруги усувається введенням петлі гістерезису в компараторах, комутація конденсаторних блоків здійснюється трифазними електронними ключами у вигляді оптоелектронних трифазних реле змінного струму з контролем переходу напруги, що комутирує, через "нуль" (Патент РФ № 2373630, МПК: Н02Р 9/46, публ. 2009). Винахід, який заявляється, збігається з відомим способом керування напругою асинхронного генератора по наступній сукупності суттєвих ознак: передбачає дискретну зміну ємнісного статорного струму асинхронного генератора шляхом комутації N блоків конденсаторів за допомогою напівпровідникових ключів у моменти переходу напруги на ключах через нуль. Однак відомий спосіб керування напругою асинхронного генератора не забезпечує технічного результату винаходу, який заявляється, що обумовлено сукупністю операцій його виконання, які приводять до низької точності стабілізації, і обумовлено необхідністю введення зон нечутливості на кожному порозі компаратора для усунення явища модуляції напруги. В основу винаходу поставлена задача удосконалення відомого способу керування напругою асинхронного генератора шляхом зміни послідовності й режимів операцій, що забезпечить поліпшення якості регулювання напруги АГ при одночасному підвищенні швидкодії й відсутності модуляції напруги в сталому режимі. Поставлена задача вирішується тим, що у способі керування напругою асинхронного генератора, який включає дискретну зміну ємнісного статорного струму генератора шляхом комутації N блоків конденсаторів за допомогою напівпровідникових ключів у моменти переходу напруги на ключах через нуль тим, що згідно з предметом винаходу, використають N-розрядне двійкове число, кожен розряд якого управляє комутацією одного блока конденсаторів, ємність якого пропорційна розміру розряду керуючого числа, при цьому число змінюється один раз за період струму генератора на величину, пропорційну відхиленню напруги генератора за попередній період від заданого значення за винятком зони нечутливості, яка більше відхилення напруги асинхронного генератора, викликаного зміною керуючого числа на одиницю. Суть винаходу пояснює креслення. На кресленні: АГ 1, напруга на якому безупинно виміряється датчиком напруги 2, а потім порівнюється з постійною напругою елемента, що задає, 3 за допомогою елемента порівняння 4, тобто формується помилка регулювання. Далі з помилки регулювання віднімається величина зони нечутливості, а результат підсилюється. Ця операція виконується підсилювачем з зоною нечутливості 5. Потім отриманий аналоговий сигнал перетворюється N-розрядним аналогоцифровим перетворювачем 6 в N-розрядне двійкове число ΔАn, що один раз за період напруги АГ 1 складається або віднімається з керуючого числа Аn-1, що зберігається в реверсивному суматорі 7. Операція підсумовування з урахуванням знака числа синхронізується з мережею АГ 1 за допомогою блока тактової синхронізації 8. Таким чином, один раз за період керуюче число Аn обновляється. Розряди ai керуючого числа Аn з вихідного регістра суматора 7 управляють комутацією тиристорних ключів 9-12, який підключають блоки конденсаторів 13-16 до статорних обмоток АГ 1. Для усунення перехідних струмів, сигнал керування на відмикання ключа подається в момент рівності нулю напруги на ньому. У момент, коли ai=1 й напруга на і-м ключі переходить через нуль, останній замикається, підключаючи відповідний і-й конденсатор до мережі генератора 1. У результаті ємність збудження змінюється раз у період доти, поки напруга АГ 1 Ug не ввійде в зону нечутливості. Запропонований спосіб керування напруги асинхронного генератора здійснюють наступним чином. При зміні навантаження або частоти обертання АГ 1, регулювання напруги забезпечується підключенням до його статорних обмоток N додаткових блоків конденсаторів 13-16 у різних сполученнях. Задана напруга для АГ 1 вводиться в систему керування у вигляді постійної 1 UA 113039 C2 напруги U0, а поточна напруга АГ 1 виміряється датчиком напруги 2 протягом кожного періоду струму АГ 1. Наприкінці періоду виміру середня за період напруга АГ 1 Ug порівняється із заданою постійною напругою U0. Якщо ця різниця U=Ug-U0 більше або менше встановленої зони нечутливості  5   , тобто U  2 2 або U     , то відхилення від цієї зони ( U  ) 2 2 перетвориться в кожному періоді керування в N-розрядне двійкове число ΔАn з певним  2 коефіцієнтом пропорційності K: An  K  ( U  ) . Якщо ж напруга АГ 1 перебуває в "зоні нечутливості" Δ, тобто U0     Ug  U0  , тоді число ΔАn дорівнює нулю. Число ΔАn один раз за 2 2 період змінного струму АГ 1 змінює керуюче двійкове число Аn-1, отримане під час попереднього періоду керування. Число ΔАn складається з керуючим двійковим числом Аn-1 (за умови 10 15 20 25 30 35 U     ) або віднімається із числа Аn-1 (за умови U  ) і формує поточне керуюче число 2 2 Аn=Аn-1±ΔАn. Якщо в результаті цієї операції число Аn стає менше нуля, то йому привласнюється нульове значення. Якщо ж число Аn переповняється, то йому привласнюється максимальне значення. Після цього число Аn запам'ятовується в регістрі керуючого числа. Кожен розряд N-1 2 1 0 двійкового керуючого числа Аn=aN·2 +…+а3·2 +а2·2 +а1·2 управляє відповідним тиристорним ключем 9-12, комутуючим один із блоків конденсаторів 13-16. Якщо аi=1, то тиристори і-го ключа 9-12 відкриваються й підключають блок конденсаторів 13-16 з ємністю Сi до статорних обмоток АГ 1, а якщо аi=0, то тиристори і-го ключа 9-12 закриваються й відключають блок конденсаторів 13 - 16 з ємністю Сi. Для усунення перехідних комутаційних струмів сигнал на відмикання тиристора подається тільки в момент рівності нулю напруги на тиристорному ключі 9-12 відповідної фази генератора. Запирання тиристора відбувається природно при відсутності сигналу, що відмикає, і зменшенні струму через нього до нуля. Для забезпечення цифроаналогового перетворення двійкового числа Аn у величину ємності збудження, співвідношення ємностей повинні відповідати розміру розрядів двійкового числа Аn, наприклад N-1 С1:С2:С3:…CN=1:2:4:…2 . Тоді ємність збудження буде змінюватися відповідно до двійкового керуючого числа Аn:Сn=С1·а1+С2·а2+С3·а3+…+СN·aN. Дискретність зміни ємності відповідає ємності, що керується молодшим розрядом, тобто ΔС=С1. Для усунення модуляції регульованої напруги АГ 1 величина зони нечутливості Δ повинна вибиратися трохи більшої, ніж відхилення напруги генератора ΔUg при мінімальній зміні ємності, що відбувається при зміні керуючого числа на одиницю. Напруга від елемента, що задає, U0 порівнюється з напругою на виході датчика напруги 2 Ug генератора. Їхня різниця підсилюється з обліком зони нечутливості, а потім перетвориться аналого-цифровим перетворювачем в N-розрядне двійкове число ΔАn, що по сигналу блоку тактової синхронізації один раз за період напруги АГ складаються або віднімаються з керуючого числа Аn-1, що зберігається в реверсивному суматорі. Таким чином, один раз за період керуюче число Аn обновляється. Сигнали ai з вихідного регістра суматора управляють комутацією тиристорних ключів 9-12, що підключають конденсатори Сi до статорних обмоток АГ. Для усунення перехідних струмів, сигнал керування на відмикання ключа подається в момент рівності нулю напруги на ньому. У результаті ємність порушення змінюється раз у період доти, поки напруга генератора Ug не ввійде в зону нечутливості. 40 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 45 50 Спосіб керування напругою асинхронного генератора, який включає дискретну зміну ємнісного статорного струму генератора шляхом комутації N блоків конденсаторів за допомогою напівпровідникових ключів у моменти переходу напруги на ключах через нуль, який відрізняється тим, що використовують N-розрядне двійкове число, кожен розряд якого управляє комутацією одного блока конденсаторів, ємність якого пропорційна вазі розряду керуючого числа, при цьому число змінюється один раз за період струму асинхронного генератора на величину, пропорційну відхиленню напруги генератора за попередній період від заданого значення за винятком зони нечутливості, яка більше відхилення напруги генератора, викликаного зміною керуючого числа на одиницю. 2 UA 113039 C2 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3