Асинхронизированный синхронный генератор

Асинхронизированный синхронный генератор (АСГ) предназначен для использования в системах, работающих в режиме генератора стабильной или регулируемой частоты при постоянной или переменной скорости привода. АСГ содержит трехфазный выпрямитель [1] вход которого подключен к концам роторных обмоток [2], а выход выпрямителя [1] соединен с шинами постоянного тока трехфазного инвертора [3], а выход инвертора [3] соединен с началами фазных обмоток статора [4], к концам которых подключается нагрузка [5]. Конденсаторы переменного тока [6], обеспечивающие самовозбуждение АСГ подключены к концам статорных обмоток [4], конденсаторы переменного тока [7], также обеспечивающие самовозбуждение АСГ подключены к концам роторных обмоток [2]. Измерительный орган напряжение блока управление [8] подключен к концам статорных обмоток [4], к которым подключена нагрузка [5]. 3 илл.

Полезная модель относится к электротехнике и может быть использована в системах, работающих в режиме генератора стабильной или регулируемой частоты при постоянной или переменной скорости привода.

Известно устройство для управления асинхронизированным синхронным генератором (АСГ) [SU 1156236, Б.И. 18, 1985 г. МПК 7: H02P 9/14 от 26.12.83 г], содержащее датчики тока статора и ротора АСГ, датчик напряжения на зажимах АСГ, датчик углового положения ротора, преобразователь частоты, выход которого подключен к обмотке ротора АСГ, а вход соединен с выходом блока преобразования координат, который по силовой цепи входа соединен с выходом статорной обмотки АСГ. Выходные напряжения АСГ U_Г и частота _Г поддерживаются постоянными за счет сравнения их в блоке управления с заданными значениями U_Гзад и _Гзад и измерения фазных напряжений статора АСГ U_A, U_B, U_C, токов статора i _A, i_B, u_C, токов ротора i_fa , i_fb, i_fc и скорости вращения ротора _R. Качество электрической энергии обеспечивается регулятором напряжения и частоты статора.

Недостатком этого устройства является значительная мощность, циркулирующая между роторной и статорной обмотками АСГ, большие габариты блока преобразования координат и преобразователя частоты. Направление активной мощности через преобразователь частоты выше и ниже синхронной скорости меняется, что усложняет схему преобразователя частоты и увеличивает расчетную мощность АСГ до значения S_АСГ =(P_H+jQ_H+jQ_АСГ)(1+s) при ниже синхронной скорости.

Наиболее близким к заявленному генератору по технической сущности и достигаемому результату является синхронизированный асинхронный двигатель, содержащий статор с трехфазной обмоткой, начальные выводы которой подключены к выходу трехфазного источника питания, а ее конечные выводы - к входу трехфазного мостового выпрямителя, и ротор с трехфазной обмоткой, выводы которой подключены к выходу трехфазного мостового инвертора, анодный вход которого соединен с катодным выходом выпрямителя, а катодный вход инвертора соединен с анодным выходом выпрямителя, трехфазный источник питания выполнен в виде преобразователя частоты, вход которого подключен к питающей сети, в трехфазном мостовом инверторе встречно-параллельно каждому полностью управляемому вентилю включен свой обратный диод, управляющие входы полностью управляемых вентилей подключены к выходу двухрежимного блока управления инвертором [Патент РФ 2342766 C1, МПК H02P 27/06. от 29.10.2007, опубл. 27.12.2008, Бюл. 36].

Недостатком прототипа является наличие преобразователя частоты, вход которого подключен к питающей сети, а выход подключен к начальным выводам статорной обмотки, а также наличие двухрежимного блока управления инвертором. Мощность преобразователя частоты больше мощности двигателя за счет увеличенного значения пусковых токов двигателя. Наличие выпрямителя и инвертора, включенных последовательно между статорными и роторными обмотками также увеличивает габариты преобразователя частоты силового блока управления. Использовать прототип в генераторном режиме невозможно, поскольку в схеме отсутствует намагничивающий источник реактивной мощности.

Техническая задача, решаемая данной полезной моделью заключается в обеспечение стабильной частоты выходного напряжения генератора при увеличении в среднем в два раза переменной частоты вращения ротора относительно синхронной скорости, что в два раза уменьшает габариты генератора

Техническим результатом полезной модели является расширение функциональных возможностей АСГ, увеличение мощности, уменьшение габаритов.

Эффект достигается тем в известном асинхронизированном синхронном генераторе, содержащим статор с трехфазной обмоткой и ротор с трехфазной обмоткой, трехфазный мостовой выпрямитель, имеющий катодные и анодные выходы, анодный выход выпрямителя соединен с катодным входом трехфазного мостового инвертора, выполненного на полностью управляемых вентилях, а катодный выход выпрямителя подключен к анодному входу инвертора, инвертор содержит обратные диоды, включенные встречно-параллельно каждому управляемому вентилю, блок управления инвертором, содержащий задающий генератор частоты, распределитель импульсов управления транзисторами инвертора, измерительный орган регулятора напряжения, концы роторных трехфазных обмоток соединены с входами выпрямителя, начала статорных обмоток соединены с выходом трехфазного инвертора, а концы статорных обмоток соединены с нагрузкой, конденсаторы переменного тока подключены к концам роторных и статорных обмоток, в блок управления введено запирающее устройство транзисторов инвертора, соединенное с выходом измерительного органа регулятора напряжения.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена принципиальная схема предлагаемого устройства. На фиг. 2 приведены временные диаграммы фазных и линейных напряжении инвертора при максимальном выходном напряжении (=1). На фиг. 3 приведены временные диаграммы фазных и линейных напряжении инвертора при уменьшенном выходном напряжении инвертора (=0,8) при широтно-импульсной модуляции на утроенной частоте относительно выходной частоты АСГ.

АСГ содержит трехфазный выпрямитель 1 вход которого подключен к концам роторных обмоток 2, а выход выпрямителя 1 соединен с шинами постоянного тока трехфазного инвертора 3, а выход инвертора 3 соединен с началами фазных обмоток статора 4, к концам которых подключается нагрузка 5. Конденсаторы переменного тока 6, обеспечивающие самовозбуждение АСГ подключены к концам статорных обмоток 4, конденсаторы переменного тока 7, также обеспечивающие самовозбуждение АСГ подключены к концам роторных обмоток 2. Измерительный орган напряжение блока управление 8 подключен к концам статорных обмоток 4, к которым подключена нагрузка 5.

АСГ работает следующий образом.

Самовозбуждение АСГ происходит за счет емкостных токов конденсаторов 6 и 7, появляющихся из-за остаточной намагниченности магнитопроводов ротора и статора. Частота вращения ротора постоянно превышает частоту вращения поля, создаваемого статорными обмотками, поэтому емкостные токи роторных и статорных обмоток намагничивают АСГ.

Появившееся в результате самовозбуждение напряжение на обмотках ротора 2 выпрямляется выпрямители 1 и поступает на анодный и катодный входы инвертора 3. Транзисторы инвертора 3 переключаются сигналами блока управления 8 с постоянной частотой, равной выходной частотой АСГ. Появившееся на выходе инвертора 3 трехфазное напряжение складывается с напряжениям обмоток статора 4 и поступает на нагрузку 5. Суммарное напряжение инвертора 3 и обмоток статора 4 поддерживается постоянным регулированием времени открытого состояния транзисторов инвертора 3, осуществляемым блоком управления 8, измерительный вход которого подключен к нагрузке 5.

При изменении сопротивления нагрузки изменяется ток и напряжение на обмотках ротора и конденсаторах 7, что обеспечивает грубую стабилизацию напряжения на нагрузке. Более точную стабилизацию напряжения осуществляется блок управления 8, изменяющий время включения транзисторов инвертора.

Использование двух обмоток - ротора и статора в одном режиме - генераторном, поскольку частота вращения ротора примерно в 2 раза больше частота вращения поля статорной обмотки является свойством полезной модели. Используется свойство АСГ генерировать активную мощность при выше синхронной скорости обеими трехфазными обмотками статора и ротора.. Сложение напряжений (активных мощностей) обмоток статора и ротора во всем диапазоне изменения скорости АСГ достигается последовательным соединением фаз якорных обмоток 4 с обмотками ротора 2 через выпрямитель 1 и инвертор 3. Фазы роторной обмотки 2 соединены с входом выпрямителя 1, концы фаз якорных обмоток статора 4 соединены с нагрузкой 5, а начала якорных обмоток 4 подключены к выходу инвертора 3, а анодный вход инвертора 3 соединен с катодным выходом выпрямителя 1, катодный вход инвертора 3 соединяют с анодным выходом выпрямителя 1, в результате этого токи обмоток статора, ротора и нагрузки изменяются пропорционально и синхронно, что облегчает задачу стабилизации напряжения на нагрузке. Стабилизация выходной частоты АСГ обеспечивается стабилизацией выходной частоты инвертора, а точная стабилизация выходного напряжения АСГ обеспечивается регулированием выходного напряжения инвертора методом широтно-импульсной модуляции. При превышении напряжения заданного значения измерительный орган напряжения уменьшает время включенного состояния транзистора инвертора до восстановления заданного значения напряжения. Блок управления переключает транзисторы инвертора по классическому 180° закону со сдвигом 120° между стойками инвертора. Последовательность включения транзисторов инвертора приведена в таблице прототипа патент РФ 2342766 C1.

Во всем диапазоне переменных скоростей вращения ротора начиная с минимальной скорости регулятор напряжения уменьшает напряжение инвертора за счет сокращения длительности включения транзисторов инвертора.

Использование полезной модели позволяет расширить функциональные возможности АСГ, увеличить мощность и уменьшить габариты.

Асинхронизированный синхронный генератор, содержащий статор с трехфазной обмоткой и ротор с трехфазной обмоткой, трехфазный мостовой выпрямитель, имеющий катодные и анодные выходы, анодный выход выпрямителя соединен с катодным входом трехфазного мостового инвертора, выполненного на полностью управляемых вентилях, а катодный выход выпрямителя подключен к анодному входу инвертора, инвертор содержит обратные диоды, включенные встречно - параллельно каждому управляемому вентилю, блок управления инвертором, содержащий задающий генератор стабильной или регулируемой частоты, распределитель импульсов управления транзисторами инвертора, измерительный орган регулятора напряжения, отличающийся тем, что концы роторных трехфазных обмоток соединены с входами выпрямителя, начала статорных обмоток соединены с выходом трехфазного инвертора, а концы статорных обмоток соединены с нагрузкой, конденсаторы переменного тока подключены к концам роторных и статорных обмоток, в блок управления введено запирающее устройство транзисторов инвертора, соединенное с выходом измерительного органа регулятора напряжения.