устройство для стабилизации напряжения асинхронного генератора

Формула изобретения

Устройство для стабилизации напряжения асинхронного генератора, содержащее конденсаторы возбуждения, три однофазных трансформатора с первичными и вторичными обмотками, отличающееся тем, что введены три однотипных аналоговых регулятора возбуждения, каждый со схемой управления, содержащей диодный мост, регулирующий элемент, например IGBT-транзистор, усилитель и нуль орган, причем первые выводы первичных обмоток и первые выводы вторичных обмоток трех однофазных трансформаторов соединены с выводами асинхронного генератора, вторые выводы вторичных обмоток соединены с конденсаторами возбуждения, вторые выводы первичных обмоток через диодные мосты однотипных аналоговых регуляторов возбуждения соединены с нулевым выводом асинхронного генератора и конденсаторами возбуждения; "плюс" и "минус" диодных мостов соединены с регулирующими элементами, например транзисторами IGBT, а их входы (затворы) - через усилители и нуль органы с фазными выводами асинхронного генератора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для регулирования и стабилизации напряжения асинхронных генераторов ветроэнергетических установок, минигидроэлектростанций и автономных систем электроснабжения.

Известно устройство для автоматической стабилизации напряжения автономного асинхронного генератора по АС СССР №469200, 1975 г., состоящее из конденсаторов возбуждения, дополнительных конденсаторов, выпрямительного моста, управляемого электромагнита и его исполнительного органа, управляемого полупроводникового ключа и его исполнительного органа и чувствительного элемента по напряжению.

Недостатком устройства является большая масса конденсаторов возбуждения и низкая надежность работы.

Наиболее близким по техническому решению является устройство для стабилизации напряжения асинхронного генератора (АГ) (см. патент RU №2262182, Н02P 9/46, опубл. 10.10.2005 г. Бюл. №28). Известное устройство для стабилизации напряжения асинхронного генератора содержит блок трех однофазных повышающих трансформаторов, первичные обмотки которых подключены к конденсатору возбуждения, вторая группа вторичных обмоток подключена к параллельно соединенным дополнительным конденсаторам с встречно-параллельно соединенными тиристорами; входы системы управления устройством соединены с выходом асинхронного генератора и выводами конденсатора возбуждения, а выход - с управляющими входами тиристоров; в состав системы управления входят трансформаторно-выпрямительный блок, формирователь импульсов, генератор пилообразного напряжения, датчик полярности напряжения, логические элементы И, усилители импульсов.

Недостатком устройства является сложность схемы управления, искажение формы напряжения генератора, вносимое тиристорами.

Техническим решением поставленной задачи является упрощение схемы управления и повышение качества выходного напряжения.

Поставленная задача достигается тем, что в устройство для стабилизации напряжения асинхронного генератора, содержащее конденсаторы возбуждения, три однофазных трансформатора с первичными и вторичными обмотками, введены три однотипных аналоговых регулятора возбуждения, каждый со схемой управления, содержащей диодный мост, регулирующий элемент, например IGBT транзистор, усилитель и нуль-орган, причем первые выводы первичных обмоток и первые выводы вторичных обмоток трех однофазных трансформаторов соединены с выводами асинхронного генератора, вторые выводы вторичных обмоток соединены с конденсаторами возбуждения, вторые выводы первичных обмоток через диодные мосты однотипных аналоговых регуляторов возбуждения соединены с нулевым выводом асинхронного генератора и конденсаторами возбуждения; "плюс" и "минус" диодных мостов соединены с регулирующими элементами, например транзисторами IGBT, а их входы (затворы) через усилители и нуль-органы с фазными выводами асинхронного генератора.

Новизна технического решения обусловлена тем, что в устройстве используются три однотипных аналоговых регулятора возбуждения, каждый со схемой управления содержащей диодный мост, регулирующий элемент, например IGBT транзистор, усилитель и нуль-орган, причем первые выводы первичных обмоток и первые выводы вторичных обмоток трех однофазных трансформаторов соединены с выводами асинхронного генератора, вторые выводы вторичных обмоток соединены с конденсаторами возбуждения, вторые выводы первичных обмоток через диодные мосты однотипных аналоговых регуляторов возбуждения соединены с нулевым выводом асинхронного генератора и конденсаторами возбуждения; "плюс" и "минус" диодных мостов соединены с регулирующими элементами, например транзисторами IGBT, а их входы (затворы) через усилители и нуль-органы с фазными выводами асинхронного генератора.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам неизвестна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.

Устройство для стабилизации напряжения асинхронного генератора содержит (фиг.1) асинхронный генератор 1 с выводами для подключения нагрузки 2, 3, 4, три однофазных трансформатора 5, 6, 7 (пунктиром показан магнитопровод) с первичными 8, 9, 10 и вторичными 11, 12, 13 обмотками, конденсаторы возбуждения 14, три однотипных аналоговых регулятора возбуждения 15, 16, 17, содержащих диодный мост 18, регулирующий элемент, например IGBT транзистор 19, усилитель 20, нуль-орган 21.

Первые выводы первичных обмоток 8, 9, 10 и первые выводы вторичных обмоток 11, 12, 13 однофазных трансформаторов 5, 6, 7 соединены с выводами для подключения нагрузки 2, 3, 4 асинхронного генератора 1, вторые выводы вторичных обмоток 11, 12, 13 соединены с конденсаторами возбуждения 14, вторые выводы первичных обмоток через диодные мосты 18 однотипных аналоговых регуляторов возбуждения 15, 16, 17 соединены с нулевым проводом N асинхронного генератора и конденсаторов возбуждения; "плюс" и "минус" диодных мостов 18 соединены с регулирующими элементами (транзисторами 19), а их входы (затворы) через усилитель 20 и нуль-орган 21 соединены с фазными выводами 2, 3, 4 асинхронного генератора 1.

Устройство для стабилизации напряжения асинхронного генератора работает следующим образом.

При вращении ротора асинхронного генератора (АГ) 1 за счет остаточного намагничивания он самовозбуждается от конденсаторов возбуждения 14. Конденсаторы 14 выбираются таким образом, чтобы при холостом ходе напряжение на выводах 2, 3, 4 было номинальным. Это напряжение поступает на нуль-орган 21, т.к. оно номинальное, регулирующий элемент (транзистор) 19 закрыт и в первичной обмотке 10 (аналогично и в обмотках 8 и 9) ток отсутствует, вторичная обмотка 13 не оказывает влияние на работу АГ 1.

При подключении нагрузки напряжение на выводах 2, 3, 4 и на входе нуль-органа 21 снижается, он подает выпрямленное напряжение на вход усилителя 20, который усиливает сигнал и пропорционально этому изменяет сопротивление транзистора 19.

По первичной обмотке 10 однофазного трансформатора 7 протекает ток, во вторичной обмотке 13 появляется напряжение, которое суммируется с напряжением АГ, что увеличивает напряжение на конденсаторах возбуждения 14 и, как следствие, их реактивную энергию, которая пропорциональна квадрату напряжения.

За счет возрастания реактивной энергии напряжение асинхронного генератора стабилизируется.

Достоинство устройства заключается в следующем:

1. Происходит аналоговое регулирование напряжения АГ без искажения формы синусоиды.

2. Диапазон (глубина) регулирования зависит от соотношения витков вторичной и первичной обмоток.

3. По обмоткам трансформаторов проходит только емкостной ток, поэтому их мощность и мощность аналоговых регуляторов незначительна.

4. Регулирование происходит независимо в каждой фазе, что позволяет подключать несимметричную нагрузку).