Електроенергетичне устаткування

Изобретение относится к электротехнике и может найти применение в системах возбуждения ветро- и гидрогенераторов, работающих в переменной скоростью вращения. Известна электроэнергетическая установка, содержащая асинхронный генератор с фазным ротором и преобразователь частоты в цепи ротора, питание которого осуществляется от зажимов статора асинхронного генератора или от отпаек обмотки статора [1]. Недостатком установки является зависимость тока возбуждения асинхронного генератора от частоты вращения асинхронного генератора при ее изменении в широком диапазоне и процессов в нагрузке асинхронного генератора. Устройством, наиболее близким по технической сущности к заявляемому, является электроэнергетическая установка, содержащая асинхронный генератор с фазным ротором и преобразователем частоты в цепи ротора, питание которого осуществляется от вспомогательного синхронного генератора [2]. Недостатком устройства при работе в широком диапазоне изменения частоты вращения являются большие массогабаритные показатели за счет большой мощности вспомогательного, синхронного генератора, определяемой максимальными значениями напряжения и тока статора, необходимыми для обеспечения требуемого диапазона регулирования частоты вращения и реактивной мощности установки. В данной установке асинхронный генератор также должен иметь повышенные габариты, вследствие значительного уровня высокочастотных искажений тока в его обмотках ротора, обусловленных принципом работы преобразователя частоты. Возникает также необходимость применения фильтров для обеспечения необходимого качества выходного напряжения асинхронного генератора. С увеличением частоты вращения асинхронного генератора падает КПД вспомогательного синхронного генератора. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования электроэнергетической установки, путем введения второго преобразователя частоты и новых взаимосвязей блоков агрегата, чем обеспечивается заданный алгоритм работы преобразователей частоты в зависимости от частоты вращения ротора и заданное изменение уровней возбуждения вспомогательного синхронного генератора, что позволяет уменьшить массогабаритные показатели, повысить качество генерируемого напряжения и КПД электроэнергетической установки. Поставленная задача решается тем, что в электроэнергетической установке, содержащей асинхронный генератор, вспомогательный синхронный генератор, трехфазная обмотка статора которого с числом витком в фазе W1 подключена к выводам трехфазной обмотки ротора асинхронного генератора и через преобразователь частоты, управляющий вход которого подключен к выходу регулятора частоты, первый и второй информационные входы которого связаны с выходом датчика частоты вращения и обмоткой статора асинхронного генератора соответственно, управляемый источник постоянного тока, выходом подключенный к обмотке возбуждения вспомогательного синхронного генератора, согласно изобретению, статорная обмотка вспомогательного синхронного генератора выполнена с числом витков W2 = K × W1 и снабжена дополнительными выводами и введены второй преобразователь частоты, силовым входом подключенный к дополнительным выводам статорной обмотки вспомогательного синхронного генератора, выходом - к выводам трехфазной обмотки ротора асинхронного генератора, а управляющим входом подключен к выходу регулятора частоты, логический элемент "НЕ" и компаратор, входом подключенный к выходу да тчика частоты вращения, а выходом соединенный с управляющим входом управляемого источника постоянного тока, отключающим входом первого преобразователя и входом логического элемента "НЕ", вы ход которого соединен с отключающим входом второго преобразователя частоты, где К = 0,2-0,25. В отличие от прототипа (2) обмотка статора вспомогательного синхронного генератора электроэнергетической установки выполнена с числом витков W2 = K × W1 , (где К = 0,2-0,25) и снабжена дополнительными выводами, подключенными к силовому входу дополнительно введенного второго преобразователя частоты, введены компаратор, логический элемент "НЕ" и их взаимосвязи, обеспечивающие заданный алгоритм работы преобразователей частоты в зависимости от частоты вращения ротора и заданное изменение уровней возбуждения вспомогательного синхронного генератора, что позволило уменьшить массогабаритные показатели, повысить качество генерируемого напряжения и КПД электроэнергетической установки. На фиг. 1 изображена принципиальная схема электроэнергетической установки; на фиг. 2 представлены зависимости напряжения и тока возбуждения асинхронного генератора от скорости вращения ротора; на фиг. 3 зависимости КПД электроэнергетической установки по изобретению и установки с одним преобразователем частоты; на фиг. 4 показаны зависимости индуктивного сопротивления коммутации вспомогательного синхронного генератора в электроэнергетической установке по изобретению и установке с одним преобразователем частоты. Электроэнергетическая установка (фиг. 1) содержит асинхронный генератор 1, вспомогательный синхронный генератор 2, обмотка статора 3 которого с числом витков W1 подключена к обмотке ротора 4 асинхронного генератора 1 через преобразователь частоты 5. Управляющий вход первого преобразователя частоты 5 связан с выходом регулятора частоты 6, первый и второй информационные входы которого связаны с выходом датчика частоты вращения ротора 7 и обмоткой статора 8 асинхронного генератора 1 соответственно. Управляемый источник постоянного тока 9 выходом подключен к обмотке возбуждения 10 вспомогательного синхронного генератора 2. Цепи питания источника 9 переменным током могут быть решены любым из известных способов, например, от шин обмотки статора асинхронного генератора 1. Система регулирования тока возбуждения в обмотке 10 обеспечивает необходимое воздействие на управляемый источник переменного тока 9 в зависимости от нагрузки вспомогательного генератора 2. Второй преобразователь частоты 11, управляющим входом подключен к выходу регулятора 6. Силовой вход преобразователя частоты 11 подключен к выходам части статорной обмотки 3 вспомогательного синхронного генератора с числом витков W2 = K × W1 (где К = 0,2-0,25) и выходом подключен к обмотке ротора 4 асинхронного генератора 1. Вход компаратора 12 подключен к выходу датчика частоты вращения 7. Выход компаратора 12 подключен к управляющему входу управляемого источника постоянного тока 9, отключающему входу преобразователя частоты 5 и отключающему входу преобразователя частоты 11 через логический элемент "НЕ" 13. Электроэнергетическая установка работает следующим образом. Диапазон изменения угловой частоты вращения ротора асинхронного генератора 1 составляет wmax D= ³ 2 , где w max и w min - наибольшие и наименьшие значения частоты вращения ротора. При работе w min асинхронного генератора 1 с угловой часто той вращения ротора w p в диапазоне w min < wp wзад . , на выходе компаратора 12 появится сигнал логическая "1", который, поступив на вход управляемого источника постоянного тока 9, изменит его выходное напряжение с максимального на минимальное, т.е. с U 9(max) на U9(min), это обстоятельство приводит к уменьшению ЭДС в обмотке статора 3 вспомогательного синхронного генератора 2 до минимального значения. При этом сигнал логический "0" на отключающем входе преобразователя 5 изменяется на логическую "1" и последний выводится из работы. Одновременно сигнал логическая "1" на отключающем входе преобразователя 11 изменяется на логический "0". В итоге в работе оказывается преобразователь частоты 11, который определяет ток возбуждения асинхронной машины 1. В случае обратного уменьшения частоты вращения ротора w p до значения, меньшего w зад . , происходит вывод из работы преобразователя частоты 11 и ввод в работу преобразователя частоты 5. При этом выходное напряжение источника 9 меняется с минимального на максимальное. На фиг. 2 представлены зависимости выходного напряжения управляемого источника постоянного тока 9 в функции частоты вращения ротора U 9 = f w p , а также зависимости тока І4(зад) и напряжения U4 возбуждения ( ) обмотки ротора 4 асинхронной машины 1. Для диапазона частот вращения w min - w max (фиг. 2) отношение U4 (max ) U4(min ) fmax f min = 2 ¸ 2,5 , отношение частот ЭДС вспомогательного синхронного генератора 2 при = 2 . Тогда F w(min ) = K U4 (max ) f min W1 для w min значение потока , а для w max F w(max ) = K U4(min ) fmax W2 во вспомогательном синхронном wmax w min также составит генераторе 2 равно . При частоте w зад . , имеется возможность перехода с обмотки вспомогательного синхронного генератора с числом витков W1 на часть обмотки с числом витков W2. Одновременно при частоте w зад . изменяется напряжение возбуждения вспомогательного синхронного генератора 9 с U 9max на U9min. Принимая во внимание равенство магнитных нагрузок на границах диапазона регулирования w min ¸ wmax получим соотношения чисел витков W2 = (0,2-0,25)W1. Учитывая, что переход с преобразователя 5 на преобразователь 11 и наоборот происходит в точке w зад . при токе І4(зад) С учетом обеспечения в диапазоне w min ¸ wзад . напряжений U4(max), U9(max) и в диапазоне w зад . ¸ wmax напряжений U4(min), U9(min) получим для мощностей системы возбуждения асинхронного генератора 1 в указанных диапазонах S1 = 3U4(max) х I4( min) и S2 = 3U4(min) х I 4(max) соотве тственно. Таким образом, изобретение позволяет уменьшить массогабаритные показатели вспомогательного синхронного генератора 2, так как мощность возбуждения асинхронного генератора 1 - S1, S2 меньше, чем в прототипе (2) - Sn = 3 U 4(max) x І4( mах). На фиг. 3 представлены расчетные зависимости КПД установки по изобретению и установки с одним å P × 100 преобразователем частоты от частоты вращения ротора асинхронного генератора h = f wp , h = 100 , Pd + å P где Р = Рг +Р в - сумма потерь установки, складывающаяся из потерь асинхронного генератора и возбудителя. При переходе работы с преобразователя частоты 5 на преобразователь частоты 11 или наоборот происходит изменение индуктивного сопротивления (реактанса) коммутации тиристоров преобразователей ( ) частоты. При переключении преобразователей при w p > wзад . реактанс коммутации хк (фиг. 4) падает (линия 1), а не растет, как это имеет место в установке с одним преобразователем (линия 2). Таким образом, качество напряжения на выходе преобразователя частоты 11 выше, вследствие меньших искажений кривых выходного напряжения, т.е. из-за меньших падений напряжений на реактансе коммутации тиристоров преобразователей частоты.