RU2152122C1 - Off-line power supply - Google Patents
Off-line power supply Download PDFInfo
- Publication number
- RU2152122C1 RU2152122C1 RU96117428/09A RU96117428A RU2152122C1 RU 2152122 C1 RU2152122 C1 RU 2152122C1 RU 96117428/09 A RU96117428/09 A RU 96117428/09A RU 96117428 A RU96117428 A RU 96117428A RU 2152122 C1 RU2152122 C1 RU 2152122C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- generator
- voltage
- rectifier
- field
- winding
- Prior art date
Links
Landscapes
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве источника электроэнергии в автономной системе генерирования. The invention relates to electrical engineering and can be used as a source of electricity in an autonomous generation system.
Цель технического решения - повышение перегрузочной способности синхронного генератора при пуске асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором соизмеримой мощности. The purpose of the technical solution is to increase the overload capacity of a synchronous generator when starting an asynchronous motor with a squirrel-cage rotor of comparable power.
Известны системы возбуждения синхронных генераторов с генераторами постоянного тока, в которых ток возбуждения регулируется в цепи возбуждения подвозбудителя. Наличие дополнительных электрических машин значительно усложняет такую систему генерирования, а при изменяющейся нагрузке для стабилизации выходного напряжения необходима обратная связь. В статических системах возбуждения с фазовым компаундированием применяют трансформаторы тока, первичные обмотки которых включены последовательно с нагрузкой. Вторичные через выпрямитель соединены с обмоткой возбуждения асинхронного генератора. В пределах диапазона от холостого хода до номинальной нагрузки постоянство напряжения в таких системах удается поддерживать с точностью ± (10-15)%. При пуске асинхронного двигателя соизмеримой мощности потребляемый им ток достигает пяти- семикратных значений. При этом на обмотках трансформатора тока происходит значительное падение напряжения, которое снижает перегрузочную способность генератора. (Вольдек А.И. Электрические машины. Учебник для студентов высш. техн. учебн. заведений, -3-е изд. перераб. - Л., 1978, 783-786 стр.). Known excitation systems of synchronous generators with direct current generators, in which the excitation current is regulated in the excitation circuit of the exciter. The presence of additional electric machines greatly complicates such a generation system, and with a varying load, feedback is necessary to stabilize the output voltage. In static excitation systems with phase compounding, current transformers are used, the primary windings of which are connected in series with the load. Secondary through a rectifier connected to the excitation winding of the asynchronous generator. Within the range from idle to rated load, the voltage constancy in such systems can be maintained with an accuracy of ± (10-15)%. When starting an asynchronous motor of comparable power, the current consumed by it reaches five to seven times. At the same time, a significant voltage drop occurs on the windings of the current transformer, which reduces the overload capacity of the generator. (Voldek A.I. Electric machines. A textbook for students of higher technical schools. -3rd ed. Revised. - L., 1978, 783-786 pp.).
Наиболее близким техническим решением является автомобильный синхронный генератор с транзисторным регулятором напряжения и выпрямителем на выходе. (Теория, конструкция и расчет автотракторного электрооборудования. Учебник для машиностроительных техникумов по специальности "Автотракторное электрооборудование" / Л.В. Копылова, В.И. Коротков, В.Е. Красильников. Под ред. М. Н.Фесенко и др. - Машиностроение, 1979, стр. 163-169). The closest technical solution is a car synchronous generator with a transistor voltage regulator and an output rectifier. (Theory, design and calculation of automotive electrical equipment. A textbook for engineering schools specializing in automotive electrical equipment "/ L.V. Kopylova, V.I. Korotkov, V.E. Krasilnikov. Edited by M.N. Fesenko et al. - Engineering, 1979, pp. 163-169).
Транзисторный регулятор напряжения содержит: устройство для измерения напряжения генератора, включающее делитель напряжения и стабилитрон, регулирующее устройство, функции которого выполняет транзисторное реле с коллекторной обратной связью, включающее два транзистора, диод, делитель напряжения и сопротивление в цепи обратной связи. Нагрузкой транзисторного реле является обмотка возбуждения генератора, которая включается на выходное выпрямленное напряжение генератора. The transistor voltage regulator contains: a device for measuring the voltage of the generator, including a voltage divider and a zener diode, a regulating device whose functions are performed by a transistor relay with collector feedback, including two transistors, a diode, a voltage divider and a resistance in the feedback circuit. The load of the transistor relay is the generator field winding, which is turned on to the output rectified voltage of the generator.
Автомобильный синхронный генератор с транзисторным регулятором напряжения работает следующим образом. За счет остаточного магнитного поля электродвижущая сила, наведенная в обмотках генератора, выпрямляется выпрямителем и вводит в насыщение выходной транзистор устройства регулирования напряжения генератора. При этом выпрямленное напряжение генератора прикладывается к обмотке возбуждения. Начинается процесс самовозбуждения. Когда выходное напряжение генератора превысит номинальное, пробивается стабилитрон и устройство измерения напряжения закорачивает вход устройства регулирования напряжения генератора. Обмотка возбуждения отключается от выпрямителя. Напряжение генератора падает. Таким образом, стабилизируется напряжение генератора. Автомобильный синхронный генератор с транзисторным регулятором напряжения и нагрузкой, подключенной к обмоткам через выпрямитель, отличается жесткой внешней характеристикой. Automobile synchronous generator with a transistor voltage regulator operates as follows. Due to the residual magnetic field, the electromotive force induced in the generator windings is rectified by the rectifier and saturates the output transistor of the generator voltage control device. In this case, the rectified voltage of the generator is applied to the field winding. The process of self-excitation begins. When the generator output voltage exceeds the rated voltage, a zener diode breaks through and the voltage measuring device shorts the input of the generator voltage control device. The field winding is disconnected from the rectifier. Generator voltage drops. Thus, the voltage of the generator is stabilized. A car synchronous generator with a transistor voltage regulator and a load connected to the windings through a rectifier is characterized by a rigid external characteristic.
Однако при подключении активно-индуктивной нагрузки к фазам генератора размагничивающее действие обмотки якоря приводит к значительному падению выходного напряжения генератора. Вместе с этим падает ток возбуждения. И, как следствие, начинается процесс развозбуждения. Поэтому главным недостатком такого источника электропитания является низкая перегрузочная способность при пуске асинхронного двигателя соизмеримой мощности. Из анализа процесса прямого пуска асинхронного двигателя от автономного синхронного генератора без учета переходных составляющих токов следует, что требуемая форсировка тока возбуждения
где Ki - кратность пускового тока асинхронного двигателя;
Kp - отношение номинальной мощности асинхронного двигателя к номинальной мощности синхронного генератора;
Xd* - индуктивное сопротивление якорной обмотки генератора в относительных единицах.However, when an active-inductive load is connected to the phases of the generator, the demagnetizing effect of the armature winding leads to a significant drop in the output voltage of the generator. At the same time, the excitation current drops. And, as a result, the process of excitation begins. Therefore, the main disadvantage of such a power source is the low overload capacity when starting an asynchronous motor of comparable power. From the analysis of the direct start of the induction motor from an autonomous synchronous generator without taking into account the transient components of the currents, it follows that the required boost of the excitation current
where K i - the multiplicity of the starting current of the induction motor;
K p is the ratio of the rated power of the induction motor to the rated power of the synchronous generator;
X d * - inductive resistance of the armature winding of the generator in relative units.
Так, например, при пуске асинхронного двигателя с кратностью пускового тока ip = 7 (Асинхронные двигатели серии 4А. Справочник /А.Э. Кравчик, М.М. Шлаф, и др. - М.: Энергоатомиздат, 1982. Типоразмер асинхронного двигателя - 4АС 112М4УЗ), номинальная мощность которого равна номинальной мощности синхронного генератора (Kp = 1) с индуктивным сопротивлением якорной обмотки генератора в относительных единицах Xd* = 1 (Вешеневский С.Н, Характеристики двигателей в электроприводе, изд. 6-е, - М.: Энергия, 1977, стр. 331) форсировка тока возбуждения для повышения перегрузочной способности синхронного генератора при пуске асинхронного двигателя должна составить Kt = 4.So, for example, when starting an induction motor with a starting current multiplicity of i p = 7 (Asynchronous motors of the 4A series. Reference book / A.E. Kravchik, MM Shlaf, et al. - M .: Energoatomizdat, 1982. Size of an induction motor - 4AC 112M4UZ), the rated power of which is equal to the rated power of the synchronous generator (K p = 1) with the inductive resistance of the generator armature winding in relative units X d * = 1 (Veshenevsky S.N, Characteristics of motors in an electric drive, ed. 6th, - M .: Energy, 1977, p. 331) forcing the excitation current to increase the overload the actual ability of the synchronous generator when starting the induction motor should be K t = 4.
С учетом переходного процесса форсировка тока возбуждения должна быть ускоренной. Taking into account the transient process, the excitation current must be accelerated.
Поставленная цель достигнута тем, что в автономном источнике электропитания, содержащем синхронный генератор с выпрямителем в цепи обмотки якоря, к шинам постоянного тока которого подсоединено устройство измерения и устройство регулирования напряжения генератора, к выходу которого подключена обмотка возбуждения, обмотка возбуждения рассчитана на номинальное напряжение возбуждения, меньшее выпрямленного в Ip* раз, параллельно которой подключено звено интегрирования с пороговым элементом и ключом, выход которого соединен с входом устройства регулирования напряжения генератора.This goal is achieved in that in an autonomous power source containing a synchronous generator with a rectifier in the armature winding circuit, to the DC bus of which a measuring device and a voltage regulator of the generator are connected, to the output of which a field winding is connected, the field winding is designed for the rated excitation voltage, smaller rectified by I p * times, parallel to which an integration link is connected with a threshold element and a key, the output of which is connected to the input of the device Generator voltage regulation device.
В предлагаемом техническом решении (см. чертеж) автономный источник электропитания содержит синхронный генератор 1 с нагрузкой в виде асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором 2, к фазам якорной обмотки которого 3, 4, 5 подключен трехфазный выпрямитель 6, который выводами постоянного тока 7 и 8 подключен к устройству измерения напряжения 9 на резисторах R1, R2, R3 и стабилитроне VD1, выход которого соединен с входом 10 устройства регулирования напряжения 11 на транзисторах VT1, VT2 и резисторах R4, R5, выход которого соединен с обмоткой возбуждения 12 и обратным диодом 13 синхронного генератора 1, параллельно которой включено звено интегрирования 14 на резисторах R6, R7 и конденсаторе C1 с пороговым элементом 15 на резисторе R8 и стабилитроне VD2 и ключом 16 на транзисторе VT3, выход которого соединен с входом 10 устройства регулирования напряжения генератора. In the proposed technical solution (see drawing), the autonomous power source contains a synchronous generator 1 with a load in the form of an asynchronous motor with a squirrel-cage rotor 2, to the phases of the armature winding of which 3, 4, 5 a three-phase rectifier 6 is connected, which is connected by DC terminals 7 and 8 to a voltage measuring device 9 on resistors R1, R2, R3 and a zener diode VD1, the output of which is connected to the input 10 of the voltage regulation device 11 on transistors VT1, VT2 and resistors R4, R5, the output of which is connected to the field winding 12 and the reverse diode 13 of the synchronous generator 1, in parallel with which the integration link 14 is connected on the resistors R6, R7 and the capacitor C1 with the threshold element 15 on the resistor R8 and the zener diode VD2 and the key 16 on the transistor VT3, the output of which is connected to the input 10 of the generator voltage control device .
Устройство работает следующим образом. После достижения заданной частоты вращения синхронного генератора 1 ЭДС фаз обмоток, вызванная остаточным магнитным потоком, выпрямляется выпрямителем 6 и подводится к обмотке возбуждения 12 через открытый транзистор VT2 устройства регулирования 11. Начинается процесс самовозбуждения, в ходе которого растет напряжение на фазах генератора 3, 4, 5 и шинах постоянного тока 7, 8. Сопротивление обмотки возбуждения 12 синхронного генератора 1 выбрано таким, что номинальный ток возбуждения будет при напряжении на шинах постоянного тока 7, 8, которое меньше в Kf раза напряжения стабилизации
Udc = 2,34•Eфст
где Udc - напряжение на шинах постоянного тока 7, 8 в режиме стабилизации напряжения;
Eфст - ЭДС фазы генератора в режиме стабилизации напряжения.The device operates as follows. After reaching the specified rotation frequency of the synchronous generator 1, the EMF of the winding phases, caused by the residual magnetic flux, is rectified by the rectifier 6 and fed to the excitation winding 12 through the open transistor VT2 of the control device 11. The self-excitation process begins, during which the voltage increases in the phases of the generator 3, 4, 5 and DC buses 7, 8. The resistance of the field winding 12 of the synchronous generator 1 is selected so that the rated field current is at a voltage on DC buses 7, 8, which is even K f times the stabilization voltage
U dc = 2.34 • E fst
where U dc is the voltage on the DC bus 7, 8 in the mode of voltage stabilization;
E fst - EMF of the generator phase in voltage stabilization mode.
Устройство работает одинаково в режиме самовозбуждения и в режиме прямого пуска асинхронного двигателя, когда и в том, и в другом случае напряжение на шинах постоянного тока 7, 8 меньше напряжения стабилизации. В этих режимах стабилитрон VD1 устройства измерения напряжения 9 не пропускает ток и транзистор VT2 устройства регулирования напряжения 11 открыт. Напряжение на шинах постоянного тока 7, 8 приложено к обмотке возбуждения 12. Если напряжение стабилизации генератора 1 значительно больше номинального напряжения возбуждения, то возникают аварийные режимы для транзистора VT2 устройства регулирования напряжения 11 по предельно допустимому току коллектора и для обмотки возбуждения по условиям теплового нагрева. Ограничение тока возбуждения в указанных режимах повышения перегрузочной способности достигается тем, что параллельно обмотке возбуждения 12 включают звено интегрирования 14 на резисторах R6, R7 и конденсаторе C1 с пороговым элементом на резисторе R8 и стабилитроне VD2 и ключом 16 на транзисторе VT3, выход которого соединен с входом 10 устройства регулирования 11. На конденсаторе C1 звена интегрирования 14 формируется напряжение, повторяющее по форме изменение тока через обмотку возбуждения 12. После достижения напряжением на конденсаторе C1 заданной величины пробивается стабилитрон VD2. Между эмиттером и базой ключа 16 на транзисторе VT3 появляется напряжение. Транзистор VT3 открывается и воздействует на вход 10 устройства регулирования напряжения 11. Обмотка возбуждения 12 отключается от выпрямителя 6 и ток возбуждения уменьшается, замыкаясь через обратный диод 13. Конденсатор C1 разряжается через резистор R7. Стабилитрон VD2 в пороговом устройстве 15 выходит из режима пробоя и транзисторный ключ VT3 закрывается. Снимается запрещающий сигнал со входа 10 устройства регулирования 11. Транзистор VT2 открывается, подключая обмотку возбуждения 12 к шинам постоянного тока 7, 8. После чего процесс повторяется. Транзисторный регулятор напряжения, таким образом, обеспечивает форсировку тока возбуждения на уровне, который задается параметрами делителя R6, R7. После достижения на фазах генератора 1 напряжения выше номинального под действием выпрямленного напряжения пробивается стабилитрон VD1 устройства измерения 9 и, воздействуя на вход 10 устройства регулирования 11, закрывает транзистор VT2. Обмотка возбуждения 12 отключается от выпрямителя 6. Напряжение на фазах генератора 3, 4, 5 и шинах постоянного тока 7, 8 падает. Стабилитрон устройства измерения 9 выходит из режима пробоя, снимая сигнал с входа 10 устройства регулирования 11. Транзистор VT2 открывается и подключает обмотку возбуждения 12 к шинам постоянного тока 7, 8. Таким образом, подключая и отключая обмотку возбуждения 12 от шин постоянного тока 7, 8, транзисторный регулятор напряжения стабилизирует напряжение на фазах генератора 3, 4, 5. The device operates identically in the self-excitation mode and in the direct start mode of the induction motor, when in both cases the voltage on the DC buses 7, 8 is less than the stabilization voltage. In these modes, the zener diode VD1 of the voltage measuring device 9 does not pass current and the transistor VT2 of the voltage regulation device 11 is open. The voltage on the DC busbars 7, 8 is applied to the excitation winding 12. If the stabilization voltage of the generator 1 is much higher than the nominal excitation voltage, then emergency conditions occur for the transistor VT2 of the voltage regulation device 11 according to the maximum permissible collector current and for the excitation winding under thermal heating conditions. The limitation of the excitation current in these modes of increasing the overload capacity is achieved by the fact that parallel to the excitation winding 12 include an integration link 14 on the resistors R6, R7 and capacitor C1 with a threshold element on the resistor R8 and the zener diode VD2 and a key 16 on the transistor VT3, the output of which is connected to the input 10 of the control device 11. A voltage is generated on the capacitor C1 of the integration link 14, repeating in shape the current change through the excitation winding 12. After the voltage on the capacitor C1 reaches the specified magnitude breaks the zener diode VD2. Between the emitter and the base of the key 16 on the transistor VT3 appears voltage. The transistor VT3 opens and acts on the input 10 of the voltage regulation device 11. The field winding 12 is disconnected from the rectifier 6 and the field current decreases, closing through the return diode 13. The capacitor C1 is discharged through the resistor R7. The zener diode VD2 in the threshold device 15 exits the breakdown mode and the transistor switch VT3 is closed. The inhibit signal is removed from the input 10 of the control device 11. The transistor VT2 opens by connecting the field winding 12 to the DC buses 7, 8. After which the process is repeated. The transistor voltage regulator, thus, provides forcing the excitation current at a level that is specified by the parameters of the divider R6, R7. After the phases of the generator 1 reach a voltage higher than the rated voltage under the action of the rectified voltage, the zener diode VD1 breaks through the measuring device 9 and, acting on the input 10 of the control device 11, closes the transistor VT2. The field winding 12 is disconnected from the rectifier 6. The voltage at the generator phases 3, 4, 5 and DC buses 7, 8 drops. The zener diode of the measuring device 9 exits the breakdown mode, taking the signal from the input 10 of the regulation device 11. The transistor VT2 opens and connects the field winding 12 to the DC buses 7, 8. Thus, connecting and disconnecting the field winding 12 from the DC buses 7, 8 , the transistor voltage regulator stabilizes the voltage in the phases of the generator 3, 4, 5.
Claims (1)
раза,
где Ki - кратность пускового тока асинхронного двигателя;
Kр - отношение номинальной мощности асинхронного двигателя к номинальной мощности синхронного генератора;
Xd* - индуктивное сопротивление якорной обмотки генератора в относительных единицах, параллельно которой подключено звено интегрирования с пороговым элементом и ключом, выход которого соединен со входом устройства регулирования напряжения генератора.A self-contained power supply containing a synchronous generator with a rectifier in the armature winding circuit, to a DC bus of which a measuring device and a voltage regulator of the generator are connected, to the output of which a field winding is connected, characterized in that the field winding is designed for a rated field voltage less than rectified
times
where K i - the multiplicity of the starting current of the induction motor;
K p - the ratio of the rated power of the induction motor to the rated power of the synchronous generator;
X d * is the inductive resistance of the generator armature winding in relative units, in parallel with which an integration link with a threshold element and a key is connected, the output of which is connected to the input of the generator voltage control device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96117428/09A RU2152122C1 (en) | 1996-08-29 | 1996-08-29 | Off-line power supply |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU96117428/09A RU2152122C1 (en) | 1996-08-29 | 1996-08-29 | Off-line power supply |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU96117428A RU96117428A (en) | 2000-01-10 |
RU2152122C1 true RU2152122C1 (en) | 2000-06-27 |
Family
ID=20184958
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU96117428/09A RU2152122C1 (en) | 1996-08-29 | 1996-08-29 | Off-line power supply |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2152122C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU185694U1 (en) * | 2017-04-21 | 2018-12-14 | Аркадий Анатольевич Степанов | AUTONOMOUS SELF-CHARGING POWER SUPPLY DEVICE |
RU2704313C1 (en) * | 2018-11-26 | 2019-10-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВО "КГЭУ") | System for boosting excitation of self-contained synchronous generator included in electrical system, using energy accumulators based on storage batteries and high-power supercapacitors |
-
1996
- 1996-08-29 RU RU96117428/09A patent/RU2152122C1/en active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU185694U1 (en) * | 2017-04-21 | 2018-12-14 | Аркадий Анатольевич Степанов | AUTONOMOUS SELF-CHARGING POWER SUPPLY DEVICE |
RU2704313C1 (en) * | 2018-11-26 | 2019-10-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский государственный энергетический университет" (ФГБОУ ВО "КГЭУ") | System for boosting excitation of self-contained synchronous generator included in electrical system, using energy accumulators based on storage batteries and high-power supercapacitors |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6504261B2 (en) | Synchronous generator having auxiliary power windings and variable frequency power source and method for use | |
US5719486A (en) | Generating apparatus for providing different rated output voltages to a plurality of electric loads | |
EP0595191A1 (en) | A voltage regulator for an electrical generator, particularly an alternator | |
KR100423214B1 (en) | An asynchronous traction system supplied from a single-phase main power supply unit integrally incorporating such a device | |
Perreault et al. | A new design for automotive alternators | |
EP0016559A1 (en) | Electrical generating apparatus and method | |
RU2152122C1 (en) | Off-line power supply | |
US4517507A (en) | Multiple output alternator system | |
JP2004242397A (en) | Power facility for emergency motor of power generation plant | |
RU2072622C1 (en) | Synchronous generator voltage regulator | |
JP3487994B2 (en) | DC power supply | |
RU2660945C2 (en) | Magnetoelectric machine | |
GB2071430A (en) | Brushless A.C. Generators | |
RU2701152C1 (en) | High-voltage converter with a precharge (versions) | |
SU678625A1 (en) | Synchronous generator self-excitation and voltage regulation device | |
RU2699082C2 (en) | Rectifier for excitation of synchronous electric motors | |
EP1320186A1 (en) | Output voltage regulating device for alternators | |
SU1145442A1 (en) | Electric drive | |
SU836730A1 (en) | Thyratron generator | |
JPH01190300A (en) | Power supply device for vehicle | |
SU1754505A1 (en) | Induction motor drive of diesel locomotive auxiliary machinery | |
SU243524A1 (en) | DEVICE FOR REGULATING THE EXCITATION OF SYNCHRONOUS GENERATORS WITH SELF-EXCITATION | |
SU1200363A1 (en) | Synchronous generator | |
Erceg et al. | Starting of diesel electrical aggregate loaded with an induction motor | |
RU2259004C2 (en) | Rotary-and-valve-type power supply of off-line power system |