Мне нравится
0
Сегодня читали статью (5)
Генераторная установка для производства и управления электроэнергиейИЗОБРЕТЕНИЕ
|
![]() |
![]() |
Генератор имеет статор, включающий магнитный пакет 2 с выходной обмоткой 3 и магнитный пакет 4 с входной обмоткой 5, и ротор, включающий магнитный пакет 6 с обмоткой, выполненной в виде токопроводящих стержней 7, расположенных симметрично по периметру магнитного шкета 6 и параллельно оси вращения ротора в сквозных пазах магнитного пакета 6 на одинаковом удалении в радиальном направлении от оси вращения ротора, в количестве, кратном числу полюсов обмоток 3 и 5 статора /в качестве примера рассматривается генератор с четырехполюсными обмотками, ротор в таком генераторе имеет 12 стержней/. На каждой торцевой стороне магнитного пакета 6 ротора конец каждого стержня 7 соединен со всеми теми концами стержней 7, которые сдвинуты относительно упомянутого конца по периметру магнитного пакета 6 ротора на одно полюсное деление, посредством проводников 8, 9, 10 соответственно на одной торцевой стороне и проводников 11, 12, 13 соответственно на противоположной торцевой стороне /фиг. 1, 2/. В альтернативном варианте выполнения на одной торцевой стороне магнитного пакета 6 ротора концы стержней 7 соединены аналогично указанному выше соединению, а на другой торцевой стороне концы всех стержней 7 соединены между собой короткозамыкающим кольцом 14 /фиг.3, 4/. В обоих альтернативных вариантах выполнения ротора образуются три пары одинаковых электрически взаимонезависимых контуров, состоящих в одном альтернативном варианте из проводников 8 и 11, 9 и 12, 10 и 13 соответственно, а в другом альтернативном варианте из проводников 8 и 14, 9 и 14, 10 и 14 соответственно /на фиг.2 эти контуры условно изображены соответственно сплошной, штриховой и штрихпунктирной линиями/.
![]() |
![]() |
Каждая такая пара контуров представляет собой два коротко замыкающих кольца "беличьей клетки". Количество таких пар контуров составляет , где Z - количество всех стержней /пазов/ ротора, 2Р - число полюсов обмоток статора. Система стержней 7, закороченная соответствующими контурами, например контурами 8 и 11 /или контурами 9 и 12, или контурами 10 и 13 в одном альтернативном варианте выполнения, или контурами 8 и 14, 9 и 14, 10 и 14 в другом альтернативном варианте выполнения/, образует короткозамкнутый модуль - элементарную "беличью клетку".
Таким образом, ротор генератора имеет n электрически независимых, содержащих стержни 7 в количестве 2Р штук, модулей, причем каждый последующий модуль сдвинут по периметру магнитного пакета 6 ротора относительно предыдущего модуля на угол . В рассматриваемом четырехполюсном генераторе имеются три модуля по четыре стержня 7 в каждом, всего двенадцать стержней 7.
Магнитные пакеты 2 и 4 статора расположены соосно по длине магнитного пакета 6 ротора так, что торцы магнитных пакетов 2 и 4 с внешней стороны расположены на одной линии с торцами магнитного пакета 6, а сумма длин магнитных пакетов 2 и 4 меньше длины магнитного пакета 6. Таким образом, магнитные пакеты 2 и 4 статора магнитно не связаны между собой, а входная 5 и выходная 3 обмотки статора электромагнитно сцеплены через магнитный пакет 6 ротора. Выходная 3 и входная 5 обмотки статора имеют одинаковое число полюсов. Входная обмотка 5 статора подключена к источнику переменного напряжения требуемой выходной частоты генератора.
Ротор генератора приводится во вращение первичным двигателем 1. Входная обмотка 5 статора, питающаяся от источника переменного напряжения требуемой выходной частоты генератора, создает вращающееся магнитное поле, которое индуктирует электродвижущие силы в стержнях 7 ротора, образуя первую усилительную /генераторную/ ступень, вследствие чего в стержнях 7 ротора возникают токи с частотой, равной частоте скольжения генератора. Стержни 7 ротора создают вращающееся поле, скорость вращения которого относительно выходной обмотки 3 статора равна скорости вращения магнитного поля, созданного входной обмоткой 5 статора, относительно входной обмотки 5 статора, которое индуктирует электродвижущую силу в выходной обмотке 3 статора, образуя вторую усилительную /генераторную/ ступень, при этом электродвижущая сила имеет частоту, равную частоте тока входной обмотки 5 статора.
Таким образом, частота напряжения на выходной обмотке 3 статора не зависит от скорости вращения ротора и она всегда однозначно равна частоте тока входной обмотки 5 статора. При этом в первой усилительной ступени, имеющей вход со стороны входной обмотки 5 статора и выход со стороны одной части стержней 7 ротора, охваченной длиной магнитного пакета 4 с входной обмоткой 5 статора, обеспечены условия, близкие к условиям образования максимального коэффициента усиления, из-за чего увеличивается общий коэффициент усиления генератора, что приводит к уменьшению требуемой входной мощности в цепи входной обмотки 5 статора. Распределенная по периметру ротора система модулей "беличьей клетки" в магнитном отношении максимально возможно сбалансирована, т. е. минимизирована продольная составляющая "реакции якоря" ротора в первой усилительной /генераторной/ ступени, из-за чего ослаблено влияние выходной мощности генератора на величину его выходного напряжения, что приводит к дополнительному уменьшению требуемой входной мощности в цепи входной обмотки 5 статора.
Предлагаемая генераторная установка может содержать генератор, ротор которого имеет по меньшей мере два магнитных пакета 6, выполненных конструктивно одинаково /фиг.5/, при этом стержни 7 могут быть соединены любым из двух вышеуказанных альтернативных способов, например так: на одной торцевой стороне магнитных пакетов 6 конец каждого стержня 7 соединен со всеми теми концами стержней 7, которые сдвинуты относительно упомянутого конца по периметру магнитного пакета 6 на одно полюсное деление, посредством проводников 8, 9, 10 соответственно, а на другой торцевой стороне концы всех стержней 7 соединены между собой коротко замыкающим кольцом 14. Соединения концов стержней 7 каждого магнитного пакета 6 электрически изолированы от соединений концов стержней 7 на торцевых сторонах других магнитных пакетов 6 ротора /фиг.2, 4/. При этом ротор сочленен с первичным двигателем 1.
Статор генератора включает магнитный пакет 2 с выходной обмоткой 3 и магнитный пакет 4 с входной обмоткой 5. Магнитные пакеты 2 и 4 расположены соосно по длине ротора, имеющего по меньшей мере два магнитных пакета 6, так, что торцы магнитных пакетов 2 и 4 с внешней стороны расположены на одной линии с внешними торцами крайних магнитных пакетов 6 ротора, а сумма длин магнитных пакетов 2 и 4 меньше суммы длин магнитных пакетов 6. Между магнитными пакетами 2 и 4 расположены дополнительные магнитные пакеты 15 статора в количестве на один меньше, чем число магнитных пакетов 6 ротора, т.е. при наличии у ротора двух магнитных пакетов 6 статор имеет один дополнительный магнитный пакет 15 /фиг.5/. Таким образом, входная 5 и выходная 3 обмотки статора электромагнитно сцеплены через все магнитные пакеты 6 ротора и дополнительные магнитные пакеты 15 статора.
Магнитный пакет 15 статора содержит токопроводящие стержни 16 /в рассматриваемом четырехполюсном генераторе имеем двенадцать стержней/, расположенные симметрично по периметру в сквозных пазах магнитного пакета 15 и параллельно оси вращения ротора на одинаковом удалении в радиальном направлении от оси вращения ротора в количестве, кратном числу полюсов обмоток 3 и 5 статора. На каждой торцевой стороне магнитного пакета 15 конец каждого стержня 16 соединен со всеми теми концами стержней 16, которые сдвинуты относительно упомянутого конца по периметру магнитного пакета 15 на одно полюсное деление посредством проводников 17, 18, 19 соответственно на одной торцевой стороне и проводников 20, 21, 22 соответственно на другой торцевой стороне /фиг.5, 6/. В одном альтернативном варианте выполнения на одной торцевой стороне магнитного пакета 15 конец каждого стержня 16 соединен со всеми теми концами стержней 16, которые сдвинуты относительно упомянутого конца по периметру магнитного пакета 15 на одно полюсное деление посредством проводников 17, 18, 19 соответственно, а на противоположной торцевой стороне концы всех стержней 16 соединены между собой короткозамыкающим кольцом 23 /фиг.7, 8/. В обоих альтернативных вариантах выполнения магнитного пакета 15 статора образуются три пары одинаковых электрически взаимонесвязанных контуров, состоящих в первом случае из проводников 17 и 20, 18 и 21, 19 и 22 соответственно, а во втором случае из проводников соответственно 17 и 23, 18 и 23, 19 и 23 /на фиг. 6 эти контуры условно изображены соответственно сплошной, штриховой и штрихпунктирной линиями/.
Каждая такая пара контуров представляет собой два короткозамыкающих кольца "беличьей клетки". Количество таких контуров в дополнительном магнитном пакете 15 составляет , где Z1 - количество всех стержней /пазов/ дополнительного магнитного пакета 15 статора, 2Р - число полюсов входной 5 и выходной 3 обмоток статора.
![]() |
![]() |
Система стержней 16, закороченная соответствующими контурами, например контурами 17 и 20 /или контурами 18 и 21, или контурами 19 и 22 в первом случае, или контурами 17 и 23, или контурами 18 и 23, или контурами 19 и 23 во втором случае/, образует короткозамкнутый модуль - элементарную "беличью клетку".
Таким образом, дополнительный магнитный пакет 15 статора имеет m электрически независимых, содержащих стержни 16 в количестве 2Р штук, модулей, причем каждый последующий модуль сдвинут по периметру магнитного пакета 15 статора относительно предыдущего модуля на угол . В рассматриваемом четырехполюсном генераторе имеются три модуля по четыре стержня 16 в каждом, всего двенадцать стержней 16.
В другом альтернативном варианте выполнения на обеих торцевых сторонах магнитного пакета 15 статора концы всех стержней 16 соединены между собой соответственно короткозамыкающими кольцами 23 и 24 /фиг.8, 9/. При этом образуется один модуль типа "беличья клетка". Такое выполнение магнитного пакета 15 статора позволяет упростить технологию изготовления в случаях, когда его обмотка выполняется литьем.
Соединения концов стержней 16, на торцевых сторонах каждого магнитного пакета 15 статора /в случае выполнения ротора с несколькими магнитными пакетами 6/ электрически изолированы от соединений концов стержней 16 на торцевых сторонах других магнитных пакетов 15 статора.
Предлагаемая генераторная установка в варианте выполнения ротора с двумя /несколькими/ магнитными пакетами 6 и статора с одним /несколькими/ дополнительным магнитным пакетом 15 работает аналогично вышеописанной конструкции. При этом в генераторе образуются уже четыре усилительные /генераторные/ ступени и в трех усилительных ступенях, за исключением последней /выходной/ усилительной ступени, обеспечиваются условия, близкие к условиям образования максимального значения коэффициента усиления, что позволяет дополнительно увеличить общий коэффициент усиления генератора. Одновременно, распределенные равномерно по периметру магнитных пакетов 6 ротора и по периметру по меньшей мере одного дополнительного магнитного пакета 15 статора соответствующие системы модулей типа "беличья клетка" в магнитном отношении максимально возможно сбалансированы, т. е. минимизированы продольные составляющие "реакции якоря". Соответственно, многократное увеличение числа магнитных пакетов 6 в роторе и магнитных пакетов 15 в статоре приведет к соответствующему увеличению числа усилительных /генераторных/ ступеней с максимальным коэффициентом усиления и тем самым к увеличению общего коэффициента усиления генератора до необходимого, требуемого значения.
В предлагаемой генераторной установке в обоих конструктивных вариантах выполнения генератора магнитный пакет 4 статора с входной обмоткой 5 может содержать дополнительную обмотку 25 с числом полюсов, равным числу полюсов входной обмотки 5, при этом концы обмотки 25 соединены с концами выходной обмотки 3 статора /фиг.10/. В этом случае реализуется положительная обратная связь, что приводит к уменьшению установленной мощности источника переменного напряжения требуемой выходной частоты генератора и позволяет в еще большей степени повысить значение коэффициента усиления генератора.
Предлагаемая генераторная установка в обоих вышеописанных конструктивных вариантах выполнения генератора может иметь систему автоматического управления, содержащую электронный регулятор напряжения 26 с системой импульсно-фазового управления 27, интегральный регулятор 28, элемент сравнения 29, датчик напряжения 30, при этом электронный регулятор напряжения 26 включен в цепь питания входной обмотки 5 статора генератора, вход управления электронного регулятора напряжения 26 соединен с выходом системы импульсно-фазового управления 27, вход которой соединен с выходом интегрального регулятора 28, вход которого соединен с выходом элемента сравнения 29, первый вход которого соединен с выходом датчика напряжения 30, вход которого соединен с выходной обмоткой 3 статора генератора, а на второй вход элемента сравнения 29 подается сигнал задания величины выходного напряжения генератора Uвых /фиг.11/. Система автоматического управления предназначена для стабилизации выходного напряжения генератора.
Предлагаемая генераторная установка работает следующим образом: генератор в обоих конструктивных вариантах выполнения работает вышеописанным образом, а система автоматического управления - так.
При действии внешних возмущений, как, например, при изменениях выходной мощности и/или скорости вращения генератора, изменится напряжение на выходной обмотке 3 статора, из-за чего появится сигнал на входе интегрального регулятора 28, вследствие чего изменяющийся во времени сигнал на входе системы импульсно-фазового управления 27 приведет к непрерывному соответствующему изменению фазового угла отпирания электронного регулятора напряжения 26 и тока входной обмотки 5 статора до тех пор, пока входной сигнал интегрального регулятора 28 снова достигнет нулевого значения, что будет иметь место при достижении напряжения на выходной обмотке 3 статора величины заранее установленного задания Uвых на втором входе элемента сравнения 29.
Предлагаемая генераторная установка в обоих конструктивных вариантах выполнения генератора может содержать электронный преобразователь частоты 31 с промежуточным звеном постоянного тока, выход которого соединен с входной обмоткой 5 статора генератора, а вход - с источником переменного напряжения произвольной частоты 32, при этом система автоматического управления содержит интегральный регулятор 28, элемент сравнения 29, датчик напряжения 30, причем вход управления амплитудой выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 соединен с выходом интегрального регулятора 28, вход которого соединен с выходом элемента сравнения 29, первый вход которого соединен с выходом датчика напряжения 30, вход которого соединен с выходной обмоткой 3 статора, а на второй вход элемента сравнения 29 подается сигнал задания величины выходного напряжения генератора и на вход управления частотой выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 подается сигнал задания частоты выходного напряжения генератора fвых /фиг.12/. Система автоматического управления предназначена для задания требуемой частоты и стабилизации выходного напряжения генератора.
Предлагаемая генераторная установка работает следующим образом: генератор работает вышеописанным образом, а система автоматического управления - так.
На вход управления частотой выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 подается сигнал задания требуемой частоты выходного напряжения генератора fвых. При действии внешних возмущений, как, например, при изменении выходной мощности генератора и/или скорости вращения генератора, и/или величины напряжения источника переменного напряжения произвольной частоты 32, изменится напряжение на выходной обмотке 3 статора, из-за чего появится сигнал на входе интегрального регулятора 28, вследствие чего изменяющийся во времени сигнал на входе управления амплитудой выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 приведет к непрерывному соответствующему изменению амплитуды выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 и тока входной обмотки 5 статора до тех пор, пока входной сигнал интегрального регулятора 28 снова не достигнет нулевого значения, что будет иметь место при достижении напряжения на выходной обмотке 3 статора величины заранее установленного задания Uвых на втором входе элемента сравнения 29.
Предлагаемая генераторная установка в обоих вышеописанных конструктивных вариантах выполнения генератора может иметь систему автоматического управления, содержащую электронный преобразователь частоты 31 с промежуточным звеном постоянного тока, два интегральных регулятора 28 и 33, датчики активной 34 и реактивной 35 выходной мощности генератора, датчики амплитуды 36 и фазы 37 выходного напряжения генератора, шесть элементов сравнения 38, 39, 40, 41, 42 и 43, датчики частоты напряжения 44, амплитуды напряжения 45 и фазы напряжения 46, при этом вход электронного преобразователя частоты 31 соединен с входной обмоткой 5 статора, вход управления частотой выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 соединен с выходом датчика частоты напряжения 44, а вход управления амплитудой выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 соединен с выходом первого элемента сравнения 38, первый вход которого соединен с выходом второго элемента сравнения 39, первый вход которого соединен с выходом датчика активной выходной мощности 34 генератора, вход которого соединен с выходной обмоткой 3 статора, второй вход первого элемента сравнения 38 соединен с выходом первого интегрального регулятора 28, вход которого соединен с выходом третьего элемента сравнения 40, первый вход которого соединен с выходом датчика амплитуды выходного напряжения 36 генератора, вход которого соединен с выходной обмоткой 3 статора, а второй вход третьего элемента сравнения 40 соединен с выходом датчика амплитуды напряжения 45.
Вход управления фазой выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 соединен с выходом четвертого элемента сравнения 41, первый вход которого соединен с выходом пятого элемента сравнения 42, первый вход которого соединен с выходом датчика реактивной выходной мощности 35 генератора, вход которого соединен с выходной обмоткой 3 статора, а второй вход четвертого элемента сравнения 41 соединен с выходом второго интегрального регулятора 33, вход которого соединен с выходом шестого элемента сравнения 43, первый вход которого соединен с выходом датчика фазы выходного напряжения 37 генератора, вход которого соединен с выходной обмоткой 3 статора, а второй вход шестого элемента сравнения 43 соединен с выходом датчика фазы напряжения 46, причем на второй вход второго элемента сравнения 39 подается сигнал задания величины активной выходной мощности генератора, на второй вход пятого элемента сравнения 42 подается сигнал задания величины реактивной выходной мощности генератора, вход электронного преобразователя частоты 31 соединен с источником переменного напряжения 32, а выходная обмотка 3 статора и входы датчиков частоты напряжения 44, амплитуды напряжения 45 и фазы напряжения 46 подключены к электроэнергетической системе 47 /фиг.13/. Система автоматического управления предназначена для автоматического обеспечения необходимых условий по частоте, амплитуде и фазе при подключении генераторной установки к электроэнергетической системе 47, а также для обеспечения стабильного энергетического режима генераторной установки раздельно по активной и реактивной мощности в подключенном состоянии генераторной установки к электроэнергетической системе 47.
Предлагаемая генераторная установка работает следующим образом: генератор работает вышеописанным образом, а система автоматического управления - так.
До подключения генераторной установки к электроэнергетической системе 47 задание Р величины активной мощности на входе второго элемента сравнения 39 и задание Q величины реактивной мощности на входе пятого элемента сравнения 42 равны нулю /они устанавливаются на ноль/, а генераторная установка полностью синхронизирована с электроэнергетической системой 47 по всем трем составляющим вектора выходного напряжения генератора: по частоте - через вход управления частотой выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 под действием выходного сигнала датчика частоты напряжения 44, по амплитуде - через вход управления амплитудой выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 под действием выходного сигнала первого элемента сравнения 38, по фазе - через вход управления фазой выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 под действием выходного сигнала четвертого элемента сравнения 41. После подключения генераторной установки к электроэнергетической системе 47 устанавливаются задания величины активной Р и реактивной Q мощности генераторной установки на втором входе второго элемента сравнения 39 и на втором входе пятого элемента сравнения 42 соответственно и генераторная установка работает в стабилизированном энергетическом режиме.
Предлагаемая генераторная установка в обоих вышеописанных конструктивных вариантах выполнения генератора может иметь систему автоматического управления, содержащую электронный преобразователь частоты 31 с промежуточным звеном постоянного тока, два интегральных регулятора 28 и 33, четыре элемента сравнения 38, 39, 40 и 41, два датчика амплитуды напряжения 45 и 48, два датчика фазы напряжения 46 и 49, датчик частоты напряжения 44, при этом выход электронного преобразователя частоты 31 соединен с входной обмоткой 5 статора генератора, вход управления частотой выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 соединен о выходом датчика частоты напряжения 44, а вход управления амплитудой выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 соединен с выходом первого элемента сравнения 38, первый вход которого соединен с выходом первого интегрального регулятора 28, вход которого соединен с выходом второго элемента сравнения 39, первый вход которого соединен с выходом первого датчика амплитуды напряжения 45, а второй вход соединен с выходом второго датчика амплитуды напряжения 48, вход управления фазой выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 соединен с выходом третьего элемента сравнения 41, первый вход которого соединен с выходом второго интегрального регулятора 33, вход которого соединен с выходом четвертого элемента сравнения 40, первый вход которого соединен с выходом первого датчика фазы напряжения 46, а второй вход соединен с выходом второго датчика фазы напряжения 48.
Причем одни концы всех выходных обмоток 3 статора подключены к первой электроэнергетической системе 50, а вторые концы - через выключатель 51 к второй электроэнергетической системе 52, вход электронного преобразователя частоты 31 подключен к одной из электроэнергетических систем, например к системе 50, входы датчика частоты напряжения 44 и первого датчика амплитуды напряжения 45 подключены к первой электроэнергетической системе 50, вход второго датчика амплитуды напряжения 48 подключен к второй электроэнергетической системе 52, входы обоих датчиков фазы напряжения 46 и 49 подключены к концам выходной обмотки 3 статора генератора, а в качестве первичного двигателя 1 используется электрический двигатель, подключенный к первой электроэнергетической системе 50, причем на второй вход первого элемента сравнения 38 подается сигнал задания величины активного энергообмена между обеими электроэнергетическими системами 50 и 52, а на второй вход третьего элемента сравнения 41 подается сигнал задания величины реактивного энергообмена между обеими электроэнергетическими системами 50 и 52 /фиг.14/. Система автоматического управления предназначена для автоматического обеспечения условий соединения двух электроэнергетических систем 50 и 52 через выходные обмотки 3 статора генератора и выключатель 51, а также для раздельного управления активным и реактивным двухнаправленным энергообменом между обеими электроэнергетическими системами.
Предлагаемая генераторная установка работает следующим образом: генератор работает вышеописанным образом, а система автоматического управления - так.
Перед соединением двух электроэнергетических систем 50 и 52 сигнал задания Р величины активного энергообмена на втором входе первого элемента сравнения 38 и сигнал задания Q величины реактивного энергообмена на втором входе третьего элемента сравнения 41 равны нулю /устанавливаются на ноль/, а генераторная установка работает в режиме холостого хода. При этом генераторная установка синхронизирована с первой электроэнергетической системой 50: по частоте - через вход управления частотой выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 под действием выходного сигнала датчика частоты напряжения 44, по фазе - через вход управления фазой выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 под действием выходного сигнала третьего элемента сравнения 41, а две электроэнергосистемы 50 и 52 по амплитуде напряжения синхронизированы между собой /т.е. напряжение на отключенном выключателе 51 равно нулю/ через вход управления амплитудой выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 под действием выходного сигнала первого элемента сравнения 38.
После соединения двух электроэнергосистем 50 и 52 подаются сигналы задания величины активного Р и реактивного Q энергообменов на второй вход первого элемента сравнения 38 и на второй вход третьего элемента сравнения 41 соответственно. При этом мощность управления энергообменом между обеими электроэнергетическими системами 50 и 52 циркулирует через электрический первичный двигатель 1 и генератор с соответствующим двухтактным электромеханическим преобразованием. В случаях необходимости стабилизации величин активного и реактивного энергообменов в контур задания этих величин /второго входа первого элемента сравнения 38 и второго входа третьего элемента сравнения 41/ вводится сигнал обратных связей аналогично соответствующим контурам в вышеописанном варианте подключения генераторной установки к одной электроэнергетической системе.
Предлагаемая генераторная установка в варианте выполнения генератора с дополнительной обмоткой 25 в магнитном пакете 4 статора может иметь систему автоматического управления, содержащую электронный регулятор напряжения 26 с системой импульсно-фазового управления 27, интегральный регулятор 28, элемент сравнения 29, датчик напряжения 30, при этом электронный регулятор напряжения 26 подключен в цепь соединения концов обмотки 25 с выходной обмоткой 3 магнитного пакета 2 статора генератора, вход управления электронного регулятора напряжения 26 соединен с выходом системы импульсно-фазового управления 27, вход которого соединен с выходом интегрального регулятора 28, вход которого соединен с выходом элемента сравнения 29, первый вход которого соединен с выходом датчика напряжения 30, вход которого соединен с выходной обмоткой 3 статора генератора, а на второй вход элемента сравнения 29 подается сигнал задания величины выходного напряжения генератора Uвых, причем в цепи соединения входной обмотки 5 статора генератора с источником переменного напряжения требуемой выходной частоты генератора установлен выключатель 53 /фиг. 15/. Система автоматического управления предназначена для стабилизации выходного напряжения генератора.
Предлагаемая генераторная установка работает следующим образом: генератор работает вышеописанным образом, а система автоматического управления - так.
После "зажигания" генераторной установки с требуемой выходной частотой генератора путем кратковременного включения выключателя 53 последний выключается, а генератор продолжает возбуждаться и управляться только через обмотку 25 с системой автоматического управления. При действии внешних возмущений изменится напряжение на выходной обмотке 3 статора, из-за чего появится сигнал на входе интегрального регулятора 28, вследствие чего изменяющийся во времени сигнал на входе системы импульсно-фазового управления 27 приведет к непрерывному соответствующему изменению фазового угла отпирания электронного регулятора напряжения 26 и тока обмотки 25, которая после выключения выключателя 53 является входом генератора, до тех пор, пока входной сигнал интегрального регулятора 28 снова не достигнет нулевого значения, что будет иметь место при достижении напряжения на выходной обмотке 3 статора генератора величины заранее установленного задания Uвых на втором входе элемента сравнения 29. Причем для "зажигания" генераторной установки с требуемой частотой выходного напряжения может быть использована аккумуляторная батарея с электронным инвертором напряжения с частотой, равной требуемой выходной частоте генератора /на фиг.15 не показано/.
Предлагаемая генераторная установка имеет высокие удельные технико-экономические показатели: низкую стоимость преобразователя частоты и всей системы автоматического управления, высокую степень "раздельности" управления тремя основными составляющими - частоты, амплитуды и фазы, вектора выходного напряжения генератора и одновременно высокую степень "инвариантности" по внешним возмущениям по сравнению с прототипом.
Предлагаемая генераторная установка может быть использована в качестве автономной энергетической установки, в том числе и с "зажиганием" от аккумуляторной батареи, также как энергетическая установка, работающая параллельно с электроэнергетической системой, также как гибкий управляемый проходник для соединения двух электроэнергетических систем и для управления двухнаправленного энергообмена между обеими системами. Генератор генераторной установки может быть использован в качестве двигателя.
Предлагаемая генераторная установка благодаря малой мощности управления и раздельному управлению тремя основными составляющими вектора выходного напряжения генератора обеспечит удобство сопряжения системы автоматического управления с управляющим компьютером, упрощение программных средств компьютера и удобство ввода управляющего компьютера в единую локальную компьютерную сеть, особенно в случаях подключения генераторной установки к электроэнергетическим системам.
При изготовлении предлагаемой генераторной установки могут быть использованы традиционные материалы, технологии, комплектующие для генератора и системы автоматического управления, а при испытании могут быть использованы стандартные испытательные стенды и комплексы.
1. Генераторная установка, содержащая сочлененный с первичным двигателем (1) генератор и систему автоматического управления, при этом генератор имеет статор, включающий магнитный пакет (2) с выходной обмоткой (3), и ротор, включающий магнитный пакет (6) с обмоткой, отличающаяся тем, что статор генератора содержит магнитный пакет (4) с входной обмоткой (5), соединенной с источником переменного напряжения требуемой выходной частоты генератора, причем число полюсов входной обмотки (5) равно числу полюсов выходной обмотки (3), а обмотка ротора выполнена в виде токопроводящих стержней (7), расположенных симметрично по периметру в пазах магнитного пакета (6) и параллельно оси вращения ротора в количестве, кратном числу полюсов обмоток (3, 5) статора, при этом на каждой торцевой стороне магнитного пакета (6) ротора конец каждого стержня (7) соединен со всеми теми концами стержней (7), которые сдвинуты относительно упомянутого конца по периметру магнитного пакета (6) ротора на одно полюсное деление, или на одной торцевой стороне магнитного пакета (6) ротора концы всех стержней (7) соединены между собой, а на противоположной торцевой стороне конец каждого стержня (7) соединен со всеми теми концами стержней (7), которые сдвинуты относительно упомянутого конца по периметру магнитного пакета (6) ротора на одно полюсное деление, причем магнитные пакеты (2, 4) статора расположены соосно и магнитно не связаны между собой, а входная (5) и выходная (3) обмотки статора электромагнитно сцеплены через магнитный пакет (6) ротора.
2. Генераторная установка по п.1, отличающаяся тем, что генератор содержит по меньшей мере два магнитных пакета (6) ротора, при этом соединения концов стержней (7) каждого магнитного пакета (6) ротора электрически изолированы от соединений концов стержней (7) на торцевых сторонах других магнитных пакетов (6) ротора, а между магнитными пакетами (2, 4) статора с выходной (3) и входной (5) обмотками расположены дополнительные магнитные пакеты (15) в количестве на один меньше, чем число магнитных пакетов (6) ротора, при этом каждый дополнительный магнитный пакет (15) статора содержит токопроводящие стержни (16) в количестве, кратном числу полюсов обмоток (3, 5) статора, расположенные симметрично по периметру в пазах дополнительного магнитного пакета (15) статора и параллельно оси вращения ротора, на каждой торцевой стороне дополнительного магнитного пакета (15) статора конец каждого стержня (16) соединен со всеми теми концами стержней (16), которые сдвинуты относительно упомянутого конца по периметру дополнительного магнитного пакета (15) на одно полюсное деление, или на одной торцевой стороне дополнительного магнитного пакета (15) статора концы всех стержней (16) соединены между собой, а на противоположной торцевой стороне конец каждого стержня (16) соединен со всеми теми концами стержней (16), которые сдвинуты относительно упомянутого конца по периметру дополнительного магнитного пакета (15) на одно полюсное деление, или на каждой торцевой стороне дополнительного магнитного пакета (15) статора концы всех стержней (16) соединены между собой, причем соединения концов стержней (16) на торцевых сторонах каждого дополнительного магнитного пакета (15) статора электрически изолированы от соединений концов стержней (16) на торцевых сторонах других дополнительных магнитных пакетов (15) статора, а входная (5) и выходная (3) обмотки статора электромагнитно сцеплены через все магнитные пакеты (6) ротора и все дополнительные магнитные пакеты (15) статора.
3. Генераторная установка по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что в генераторе магнитный пакет (4) статора с входной обмоткой (5) содержит дополнительную обмотку (25) с числом полюсов, равным числу полюсов входной обмотки (5), при этом концы дополнительной обмотки (25) соединены с концами выходной обмотки (3) статора.
4. Генераторная установка по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что система автоматического управления содержит электронный регулятор напряжения (26) с системой импульсно-фазового управления (27), интегральный регулятор (28), элемент сравнения (29), датчик напряжения (30), при этом электронный регулятор напряжения (26) включен в цепь питания входной обмотки (5) статора генератора, вход управления электронного регулятора напряжения (26) соединен с выходом системы импульсно-фазового управления (27), вход которой соединен с выходом интегрального регулятора (28), вход которого соединен с выходом элемента сравнения (29), первый вход которого соединен с выходом датчика напряжения (30), вход которого соединен с выходной обмоткой (3) статора генератора, а на второй вход элемента сравнения (29) подается сигнал задания величины выходного напряжения генератора.
5. Генераторная установка по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что источник переменного напряжения требуемой выходной частоты генератора выполнен в виде электронного преобразователя частоты (31) с промежуточным звеном постоянного тока, выход которого соединен с входной обмоткой (5) статора генератора, а вход - с источником переменного напряжения произвольной частоты (32), при этом система автоматического управления содержит интегральный регулятор (28), элемент сравнения (29), датчик напряжения (30), причем вход управления амплитудой выходного напряжения электронного преобразователя частоты (31) соединен с выходом интегрального регулятора (28), вход которого соединен с выходом элемента сравнения (29), первый вход которого соединен с выходом датчика напряжения (30), вход которого соединен с выходной обмоткой (3) статора генератора, при этом на второй вход элемента сравнения (29) подается сигнал задания величины выходного напряжения генератора, а на вход управления частотой выходного напряжения электронного преобразователя частоты (31) подается сигнал задания частоты выходного напряжения генератора.
6. Генераторная установка по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что система автоматического управления содержит электронный преобразователь частоты (31) с промежуточным звеном постоянного тока, два интегральных регулятора (28, 33), датчики активной (34) и реактивной (35) выходной мощности генератора, датчики амплитуды (36) и фазы (37) выходного напряжения генератора, шесть элементов сравнения (38, 39, 40, 41, 42, 43), датчики частоты напряжения (44), амплитуды напряжения (45) и фазы напряжения (46), при этом выход электронного преобразователя частоты (31) соединен с входной обмоткой (5) статора генератора, вход управления частотой выходного напряжения электронного преобразователя частоты (31) соединен с выходом датчика частоты напряжения (44), а вход управления амплитудой выходного напряжения электронного преобразователя частоты (31) соединен с выходом первого элемента сравнения (38), первый вход которого соединен с выходом второго элемента сравнения (39), первый вход которого соединен с выходом датчика активной выходной мощности (34) генератора, вход которого соединен с выходной обмоткой (3) статора, второй вход первого элемента сравнения (38) соединен с выходом первого интегрального регулятора (28), вход которого соединен с выходом третьего элемента сравнения (40), первый вход которого соединен с выходом датчика амплитуды выходного напряжения (36) генератора, вход которого соединен с выходной обмоткой (3) статора, а второй вход третьего элемента сравнения (40) соединен с выходом датчика амплитуды напряжения (45), вход управления фазой выходного напряжения электронного преобразователя частоты (31) соединен с выходом четвертого элемента сравнения (41), вход которого соединен с выходом пятого элемента сравнения (42), первый вход которого соединен с выходом датчика реактивной выходной мощности (35) генератора, вход которого соединен с выходной обмоткой (3) статора, а второй вход четвертого элемента сравнения (41) соединен с выходом второго интегрального регулятора (33), вход которого соединен с выходом шестого элемента сравнения (43), первый вход которого соединен с выходом датчика фазы выходного напряжения (37) генератора, вход которого соединен с выходной обмоткой (3) статора, а второй вход шестого элемента сравнения (43) соединен с выходом датчика фазы напряжения (46), причем на второй вход второго элемента сравнения (39) подается сигнал задания величины активной выходной мощности генератора, на второй вход пятого элемента сравнения (42) подается сигнал задания величины реактивной выходной мощности генератора, вход электронного преобразователя частоты (31) соединен с источником переменного напряжения, а выходная обмотка (3) статора и входы датчиков частоты напряжения (44), амплитуды напряжения (45) и фазы напряжения (46) подключены к электроэнергетической системе (47).
7. Генераторная установка по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что система автоматического управления содержит электронный преобразователь частоты (31) с промежуточным звеном постоянного тока, два интегральных регулятора (28, 33), четыре элемента сравнения (38, 39,40, 41), два датчика амплитуды напряжения (45, 48), два датчика фазы напряжения (46, 48), датчик частоты напряжения (44), при этом выход электронного преобразователя частоты (31) соединен с входной обмоткой (5) статора генератора, вход управления частотой выходного напряжения электронного преобразователя частоты (31) соединен с выходом датчика частоты напряжения (44), а вход управления амплитудой выходного напряжения электронного преобразователя частоты (31) соединен с выходом первого элемента сравнения (38), первый вход которого соединен с выходом первого интегрального регулятора (28), вход которого соединен с выходом второго элемента сравнения (39), первый вход которого соединен с выходом первого датчика амплитуды напряжения (45), а второй вход соединен с выходом второго датчика амплитуды напряжения (48), вход управления фазой выходного напряжения электронного преобразователя частоты (31) соединен с выходом третьего элемента сравнения (41), первый вход которого соединен с выходом второго интегрального регулятора (33), вход которого соединен с выходом четвертого элемента сравнения (40), первый вход которого соединен с выходом первого датчика фазы напряжения (46), а второй вход соединен с выходом второго датчика фазы напряжения (49), причем одни концы всех выходных обмоток (3) статора генератора подключены к первой электроэнергетической системе (50), а вторые концы - через выключатель (51) к второй электроэнергетической системе (52), вход электронного преобразователя частоты (31) подключен к одной из электроэнергетических систем, входы датчика частоты напряжения (44) и первого датчика амплитуды напряжения (45) подключены к первой электроэнергетической системе (50), вход второго датчика амплитуды напряжения (48) подключен к второй электроэнергетической системе (52), входы обоих датчиков фазы напряжения (46, 49) подключены к концам выходной обмотки (3) статора генератора, а в качестве первичного двигателя (1) используется электрический двигатель, подключенный к первой электроэнергетической системе (50), причем на второй вход первого элемента сравнения (38) подается сигнал задания величины активного энергообмена между обеими электроэнергетическими системами, а на второй вход третьего элемента сравнения (41) подается сигнал задания величины реактивного энергообмена между обеими электроэнергетическими системами.
8. Генераторная установка по любому из пп.1 и 2, отличающаяся тем, что система автоматического управления содержит электронный регулятор напряжения (26) с системой импульсно-фазового управления (27), интегральный регулятор (28), элемент сравнения (29), датчик напряжения (30), при этом электронный регулятор напряжения (26) включен в цепь соединения концов дополнительной обмотки (25) с выходной обмоткой (3) статора генератора, вход управления электронного регулятора напряжения (26) соединен с выходом системы импульсно-фазового управления (27), вход которой соединен с выходом интегрального регулятора (28), вход которого соединен с выходом элемента сравнения (29), первый вход которого соединен с выходом датчика напряжения (30), вход которого соединен с выходной обмоткой (3) статора генератора, а на второй вход элемента сравнения (29) подается сигнал, задания величины выходного напряжения генератора, причем в цепи соединения входной обмотки (5) статора генератора с источником переменного напряжения требуемой выходной частоты генератора установлен выключатель (53).
Имя изобретателя: Варпетян Вардгес Саргисович (AM), Варпетян Э.В. (RU), Варпетян А.В. (RU)
Имя патентообладателя: Варпетян Вардгес Саргисович (AM)
Почтовый адрес для переписки: 375056, г. Ереван-56, ул. Нансена, 9, кв. 39, В.С. Варпетяну
Дата начала отсчета действия патента: 05.08.1998
Разместил статью: admin
Дата публикации: 20-03-2003, 16:06
html-cсылка на публикацию |
⇩ Разместил статью ⇩
![]() Фомин Дмитрий Владимирович |
|
BB-cсылка на публикацию | ||
Прямая ссылка на публикацию |
![]() | pi31453_53 Публикаций: 9 Комментариев: 0 |
![]() | agrohimwqn Публикаций: 0 Комментариев: 0 |
![]() | agrohimxjp Публикаций: 0 Комментариев: 0 |
![]() | kapriolvyd Публикаций: 0 Комментариев: 0 |
![]() | agrohimcbl Публикаций: 0 Комментариев: 0 |
![]() | kapriolree Публикаций: 0 Комментариев: 0 |
![]() | gustavoytd Публикаций: 0 Комментариев: 0 |
![]() | Mihaelsjp Публикаций: 0 Комментариев: 0 |
![]() | agrohimxpa Публикаций: 0 Комментариев: 0 |
![]() | Mihaelpam Публикаций: 0 Комментариев: 0 |