Спосіб силового автоматичного управління електричною машиною та пристрій для його здійснення

1 Спосіб силового автоматичного управління електричною машиною, який полягає у тому, що порівнюють відхилення рівня параметра у точці регулювання від еталонного рівня регульованого параметра, а потім на основі порівняння, рівень напруги електроенергії джерела електричного струму обмежують, отриману електроенергію фільтрують і подають на збудження електричної машини, який відрізняється тим, що рівень напруги електроенергії джерела електричного струму кратно підвищують, а потім рівень кратно підвищеної напруги обмежують на основі порівняння відхилення рівня параметра у точці регулювання від еталонного рівня регульованого параметра, отриману електроенергію фільтрують і подають на збудження електричної машини 2 Пристрій для реалізації способу за п 1 , який складається з паралельно працюючих джерела електроенергії й систем регулювання та обмеження рівня напруги збудження, який відрізняється тим, що послідовно, після джерела електроенергії, включений підсилювач рівня його напруги Відомий спосіб управління електричною машиною за допомогою зміни опору між обмоткою збудження і джерелом електроенергії, яке її живить Цей спосіб є домінуючим і широко застосовується у різних пристроях (далі по тексту - регуляторах) Регулятори в свою чергу реалізують цей спосіб на основі різноманітних фізичних властивостей На сьогодні ВІДОМІ регулятори на основі вугільного стовпа, релейні, напівпровідникові, імпульсні регулятори Всі ЦІ пристрої реалізували єдиний вищезгаданий спосіб регулювання При відсутності напруги генератора вугільний стовп стиснутий пружиною і опір його мінімальний При збільшенні напруги генератора збільшується струм у обмотці електромагніту і його сила починає протидіяти пружині яка стискає вугільний стовп Тиск стискаючої пружини зменшується і опір вугільного стовпа зросте, що забезпечує зменшення струму збудження і напруга генератора зменшується Переміщення якоря вугільного стовпа закінчується при досягненні рівноваги сил дії стискаючої пружини і механічної сили утвореної електромагнітом Сталий режим їхніми вугільного стовпа настроюють на напругу бортової мережі транспортного засобу (див Синдеев И М , Савелов А А Системы электроснабжения воздушных судов Учеб для вузов - 2-е изд , перераб и доп М Транспорт, 1990 С 62-76) Цей регулятор розглядається як аналог Регулювання напруги електричного генератора за допомогою імпульсного напівпровідникового регулятора напруги, який включений у коло збудження полягає у ЗМІНІ відносного терміну імпульсу і середнього значення струму збудження Функціональна схема такого регулятора (див фіг 1) має генератор пилкообразної напруги (ГПН), вимірювально-переключаючий пристрій (ВПП), дільник напруги (ДН) На вході у ВПП напруга, що регулюється через дільник напруги порівнюється з опорною напругою і накладається на пилкообразну напругу, що приводить до переключення силового транзистора При відхиленні напруги, що регулюється від заданої величини, - "пила" змінює своє положення відносно опорної напруги і скорочує, або збільшує відносний термін імпульсу, а значить і середнє значення струму збудження генератора (Электрооборудование современных объектов бронетанкового вооружения и техники // под редакцией Ф Ф Барсова -М Изд Министерства обороны СССР, 1990г - с 162) Цей регулятор розглядається як прототип Принцип дискретного регулювання полягає в ю 54727 тому, що при ЗМІНІ швидкісно-навантажувального режиму, робота генератора згідно з цими змінами змінюється співвідношення часу імпульсу ti і паузи t n Дане співвідношення прийнято характеризувати відносним часом імпульсу p=t,/T, де Т= t,+tn, а напруга збудження еквівалентна вираженню ft С Е П(Ф 3 ал + Фзб) - laRa Поза всяким сумнівом, що чим більше значення р тим до більшого значення встигає зрости струм збудження і тим більше його середнє значення Із зменшенням значення р, середнє значення струму збудження Ізб зменшується Таким чином відносний час імпульсу р є еквівалентом додаткового опору, що регулюється, у колі збудження генератора Таким чином спосіб управління напругою електричної машини базується на змінені опору його кола збудження Межі регулювання опору кола збудження знаходяться між значеннями власного опору обмотки збудження R36 що зображено на фіг 2 прямою ОС і характеризується кутом у і критичного опору RBKp, при досягненні якого процес самозбудження стає неможливим Зазвичай зменшення напруги генератора шляхом збільшення опору кола збудження RK36 можливе лише до 0,6-ь0,7 UHOH (ДИВ ХВОСТОВ В С Электрические машины постоянного тока - М Высшая школа, 1992 - с 236) Такий спосіб регулювання аналогом і прототипом У структурній схемі електричного генератора зображеній позицією 5 на фіг 3 у ВІДПОВІДНОСТІ ДО рівня напруги збудження формується струму збудження та магнітний потік, які реалізуються за допомогою двох передавальних функцій W2(s) і W3(s) проходить крізь обмотку якоря генератора і, що особливо важливо, струм який споживається обмоткою збудження підсумовується із струмом навантаження Таким чином зображена на позиції 5 фіг З структурна схема генератора з електричним навантаженням відповідає ВІДОМІЙ формулі ІІ Г = ВІДПОВІДНО Магнітна система генератора має залишковий магнетизм, передавальна функція \Л/ф(Б) під час роботи він підсумовується з магнітним потоком, котрий формується системою збудження генератора Відомо, ЩО магнітний потік електричної машини формує електрорушійну силу генератора Ег Рівень її напруги буде відповідати конструктивному виконанню електричної машини, яке виражене через коефіцієнт конструктивних параметрів СЕ І частоту обертання и якоря п При цьому генератор, на систему збудження якого подано напругу, буде генерувати електрорушійну силу, котра формується на його затискачах За умови паралельного підключення обмотки збудження, напруга у автономній електричній системі буде формуватися як різниця ЕРС генератора та напруги падіння на якорі генератора, опір якого позначений через кя Падіння напруги на якорі генератора відбувається за рахунок споживання обмоткою збудження струму, який проходить крізь обмотку якоря генератора і є пропорційним до його опору кя Різниця ЕРС і падіння напруги генератора формують напругу електричної мережі Ur При умові підключення до автономної електричної системи споживачів, провідність яких vn змінюється за випадково-змінним законом, напруга буде змінюватись пропорційно до струму, який Генератор, структурна схема якого зображена на позиції 5 фіг 3, є об'єктом регулювання, котрий відрізняється необхідністю підтримання напруги у автономній електричній мережі Передавальна функція генератора у ВІДПОВІДНОСТІ до структурної схеми зображеної на позиції 5 фіг 3 матиме вигляд Wr = (2) зб Механічна енергія у цьому виразі представлена параметром частоти обертання якоря генератора При збільшенні частоти обертання якоря генератора ліва і права частина знаменника будуть вирівнюватися, доки генератор не перетвориться у підсилюючий елемент Для виконання задачі мінімізації частоти обертання якоря генератора вираз (2) представимо у вигляді (3) п= изб \Л/3(5)СЕ(1 + \Л/ф(5)) Аналіз виразу (3) показує, що досягнення виконання задачі керованості генератора на мінімальній частоті обертання можливо зменшенням рівня параметрів, які знаходяться у чисельнику й збільшенням рівня параметрів, які знаходяться у знаменнику Таким чином, у ВІДПОВІДНОСТІ ДО виразу (3), управління електричною машиною здійснюється шляхом включення додаткового опору у коло збудження генератора Цей опір регулює рівень напруги збудження генератора, але за такого способу управління, рівень напруги збудження електричної машини ніколи не перевищує рівня напруги мережі автономної електричної системи Тому відношення —г—і виразу (3), буде завжди и зб ' більшим, або дорівнюватиме одиниці, як це показано у аналогу, або у прототипі імітуючи включення додаткового опору у коло збудження Для досягнення збільшення потужності електричної машини на низьких частотах обертання його якоря необхідно досягти зменшення відношення —г—: и шляхом підвищення напруги збу зб ' дження Застосування регуляторів у електроприводі заснований на тому ж способі - включенням регульованого опору між обмоткою збудження та джерелом електроенергії, яке його живить Основними ознаками існуючого способу автоматичного управління електричною машиною є наявність 1 перетворення енергії отриманої із мережі 54727 для управління елеісгричною машиною, 2 порівняння відхилення рівня параметру у точці регулювання від еталонного рівня регульованого параметру, 3 обмеження рівня напруги збудження електричної машини, 4 фільтрування отриманої елеісгроенерги збудження, 5 використання отриманої електроенергії у колі збудження електричного генератора Основними ознаками існуючого пристрою автоматичного управління електричною машиною (фіг 4) є наявність 1 системи управління (регулювання) (процес незалежного збудження або самозбудження), позиція 1 фіг 4, 2 система обмеження напруги збудження електричної машини (на основі різнихфізичних властивостей) у колі збудження генератора, позиція 2 фіг 4, 3 фільтру (на основі різних фізичних властивостей), позиція 3 фіг 4 4 обмотки збудження у-електричній машині, 5 джерела електроенергії (процес незалежного збудження або самозбудження) (на основі різних фізичних явищ), Цей спосіб управління електричною машиною та пристрій його реалізації до зволяє лише зменшувати напругу на обмотці збудження, що не дозволяє отримати більшої КІЛЬКОСТІ електроенергії для збудження електричної машини В результаті чого не забезпечується досягнення електричною машиною максимальної потужності на низьких частотах обертання його якоря у генераторному режимі, включаючи мінімально припустимі значення nmin А в режимі електроприводу не можливо збільшити обертовий момент на валу електричної машини, особливо в умовах живлення від джерела обмеженої електричної потужності (ємкості) Таким чином для того, щоб підвищити динамічні характеристики електричних машин, необхідно на основі "Способу збудження електричного генератора з обмоткою збудження" (№35448 від 15 03 2001 р) створити та застосувати новий спосіб силового автоматичного управління електричною машиною та пристрій його здійснення Спосіб силового автоматичного управління електричною машиною та пристрій його здійснення характеризується можливістю більш жорсткого досягнення мети регулювання електричною машиною, можливістю віддачі повної потужності генератора на більш низьких частотах обертання його якоря, значним підвищенням якості електроенергії у автономній електричній системі, можливістю стабілізації або підвищення рівня напруги у колі збудження електричної машини особливо коли рівень напруги джерела електроенергії з тих чи інших причин знижується Спосіб силового автоматичного управління електричною машиною, який полягає у тому, що порівнюють відхилення рівня параметру у точці регулювання від еталонного рівня регульованого параметру, а потім на основі порівняння, рівень напруги електроенергії джерела електричного струму обмежують, отриману електроенергію фільтрують і подають на збудження електричної машини, який відрізняється тим, що рівень напруги електроенергії джерела електричного струму кратно підвищують, а потім рівень кратно-підвищеної напруги обмежують на основі порівняння відхилення рівня параметру у точці регулювання від еталонного рівня регульованого параметру, отриману електроенергію фільтрують і подають на збудження електричної машини Пристрій реалізації способу силового автоматичного управління електричною машиною, який складається з паралельно працюючих джерела електроенергії і систем регулювання та обмеження рівня напруги збудження, який відрізняється тим що, послідовно після джерела електроенергії включений підсилювач рівня його на пруги В основу винаходу поставлено задачу удосконалення способу управління електричною машиною шляхом включення між обмоткою збудження та джерелом електроенергії паралельнопрацюючих системи підсилення і систем регулювання напруги збудження та системи обмеження рівня напруги збудження, забезпечуючи при цьому регулювання напруги збудження, яка за своїм рівнем може значно перевищувати рівень напруги джерела електричної енергії (процес незалежного збудження або самозбудження), яка її живить Основними ознаками даного способу силового управління електричною машиною та пристрою його здійснення є наявність 1 перетворення енергії отриманої із мережі для управління електричною машиною, 2 порівняння відхилення рівня параметру у точці регулювання від еталонного рівня регульованого параметру, 3 підвищення рівня напруги електроенергії джерела електричного струму, що являється ВІДМІННОЮ ознакою даного способу управління електричною машиною, на який поширюється правова охорона, 4 обмеження рівня напруги збудження електричної машини, 5 фільтрування отриманої електроенергії збудження, 6 використання отриманої електроенергії у колі збудження електричного генератора Основними ознаками пристрою здійснення способу силового управління електричною машиною є наявність 1 системи управління (регулювання) (на основі різних фізичних властивостей), позиція 1 фіг 5, 2 система обмеження напруги збудження електричної машини (на основі різних принципів дії) у колі збудження генератора, позиція 2 фіг 5, 3 фільтру (на основі різних принципів дії), позиція 3 фіг 5 4 системи підвищення рівня напруги джерела електроенергії (на основ різних фізичних властивостей), що являється ВІДМІННОЮ ознакою даного способу управління електричною машиною, на який поширюється правова охорона, позиція 4 фіг 5, 5 обмотки збудження у електричній машині, 6 джерела електроенергії (процес незалежного збудження або самозбудженні) (на основі різних фізичних якостей), Застосування даного способу і пристрою його 54727 здійснення дозволить досягти більш жорсткого досягнення мети регулювання електричною машиною, віддачі максимальної потужності електричною машиною, значно підвищити якість роботи електричної машини у автономній електричній системі (представлено на фіг 3) Технічний результат, одержуваний при використанні даного способу силового управління електричною машиною, дозволить стабілізувати або підвищити рівень напруги у колі збудження електричної машини особливо коли рівень напруги джерела електроенергії з тих чи інших причин знижується, підвищити магнітний момент електричної машини на низьких частотах обертання його якоря Досягання такого технічного результату відбувається в результаті застосування регулятора у якому реалізований запропонований спосіб силового управління електричною машиною Регулятор, зображений на фіг 5 сприймає електроенергію від джерела електроенергії паралельно-працюючими системи управління (позиція 1) і системами підсилення напруги збудження (позиція 4) В результаті цього система підвищення рівня напруги джерела електроенергії підвищує рівень вхідної напруги у кратності ктр, а система управління порівнюючи відхилення напруги (або будьякого шитого параметру) у точці регулювання від еталонної напруги (або будь-якого іншого еталонного параметру) на основі нелінійного елементу (характеристика якого має графік зображений на фіг 6) формує сигнал управління q" Рівень цього сигналу формується за нелінійним законом і описується системою рівнянь (4) [q"= 1приДи > 1 0