генераторная установка

Формула изобретения

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).

Описание изобретения к патенту

Область техники.

Изобретете относится к электроэнергетике и электромеханике и может быть использовано в системах производства и управления электроэнергией.

Предшествующий уровень техники.

В большой и малой электроэнергетике для производства и управления электроэнергией переменного тока сегодня широкое применение имеют генераторные установки, в которых для преобразования механической энергии первичного двигателя или турбины в электрическую энергию используются синхронные, асинхронные и асинхронизированные синхронные генераторы. Последние по выходной частоте инвариантны относительно скорости вращения генератора, позволяют легко реализовать векторное управление, обладают высокой устойчивостью в режимах работы с электроэнергетической системой по сравнению с синхронными и асинхронными генераторами.

Все используемые и известные из научно-технической и патентной литературы асинхронизированные синхронные генераторы обладают принципиальными недостатками, такими как большая входная мощность возбуждения /управления/ генератора и большая установленная мощность системы автоматического управления, малый коэффициент усиления, плохая раздельная /взаимонезависимая/ управляемость в отношении амплитуды н фазы выходного напряжения генератора и сильная зависимость выходных координат от внешних возмущений, т.е. низкая степень "раздельности" управления выходных координат и "инвариантности" по внешним возмущениям.

Из изученных аналогов поэтому наиболее близким техническим решением задачи /прототипом/ является генераторная установка, содержащая сочлененный с первичным двигателем генератор и систему автоматического управления, при этом генератор имеет статор, включающий магнитный пакет с выходной обмоткой, и ротор, включающий магнитный пакет с обмоткой, подключенной к преобразователю частоты с системой автоматического управления, обеспечивающей также равенство частоты тока в обмотке ротора частоте скольжения генератора /патент США 3859578, кл. Н 02 Р 7/36, 07.01.1975 г./.

Недостатками прототипа являются низкие удельные технико-экономические показатели, как, например, высокая стоимость преобразователя частоты и других устройств в канале питания и управления ротора из-за большой требуемой мощности управления и низкая степень "инвариантности" выходных координат генераторной установки по внешним возмущениям. Указанные недостатки являются следствием малого значения коэффициента усиления, сильного влияния продольной составляющей "реакции якоря" и сильно выраженной многосвязности выходных координат генератора.

Раскрытие изобретения.

В основу изобретения положена задача обеспечить уменьшение продольной составляющей "реакции якоря" и обеспечить условия для образования максимального коэффициента усиления генератора, что приводит к ослаблению взаимосвязанности выходных координат генератора, увеличению степени "раздельности" управления выходных координат и степени их "инвариантности" по внешним возмущениям, а также к уменьшению установленной мощности системы автоматического управления генераторной установки.

Поставленная задача решается тем, что в генераторной установке, содержащей сочлененный с первичным двигателем генератор и систему автоматического управления, генератор имеет статор, включающий магнитный пакет с выходной обмоткой, и ротор, включающий магнитный пакет с обмоткой, согласно изобретению, статор генератора содержит магнитный пакет с входной обмоткой, соединенной с источником переменного напряжения требуемой выходной частоты генератора, причем число полюсов входной обмотки равно числу полюсов выходной обмотки, обмотка ротора выполнена в виде токопроводящих стержней, расположенных симметрично по периметру в пазах магнитного пакета и параллельно оси вращения ротора в количестве, кратном числу полюсов обмоток статора, при этом на каждой торцевой стороне магнитного пакета ротора конец каждого стержня соединен со всеми теми концами стержней, которые сдвинуты относительно упомянутого конца по периметру магнитного пакета ротора на одно полюсное деление. или на одной торцевой стороне магнитного пакета ротора концы всех стержней соединены между собой, а на противоположной торцевой стороне конец каждого стержня соединен со всеми теми концами стержней, которые сдвинуты относительно упомянутого стержня по периметру магнитного пакета ротора на одно полюсное деление, причем магнитные пакеты статора расположены соосно и магнитно не связаны между собой, а входная и выходная обмотки статора электромагнитно сцеплены через магнитный пакет ротора.

Преимущество предлагаемой генераторной установки заключается в том, что благодаря соединению стержней на торцевых сторонах магнитного пакета ротора в обоих альтернативных вариантах выполнения и наличию стержней в количестве, кратном числу полюсов обмоток статора, уменьшается продольная составляющая "реакции якоря" вследствие образования нескольких электрически взаимонезависимых модулей типа "беличья клетка", равномерно распределенных по периметру магнитного пакета ротора, т.к. стержни, входящие в данный модуль, в любой момент времени имеют одинаковые по величине электродвижущие силы, создающие условия для максимально эффективного действия всех стержней одновременно, и вследствие того, что равномерно распределенная по периметру магнитного пакета ротора система модулей типа "беличья клетка" в магнитном отношении максимально возможно сбалансирована, т.е. минимизирована продольная составляющая "реакции якоря" ротора в первой усилительной /генераторной/ ступени, что приводит к ослаблению влияния выходной мощности генератора на величину выходного напряжения генератора и уменьшению требуемой входной мощности в цепи входной обмотки статора генератора и установленной мощности системы автоматического управления.

Благодаря наличию в статоре генератора второго магнитного пакета с входной обмоткой, число полюсов которой равно числу полюсов выходной обмотки, соединенной с источником переменного напряжения требуемой выходной частоты генератора, и расположению магнитных пакетов статора соосно и магнитно не связано между собой, а также наличию электромагнитного сцепления входной и выходной обмоток статора через магнитный пакет ротора образуются две усилительные /генераторные/ ступени, последовательно включенные в электрическом отношении, причем первая ступень имеет вход со стороны входной обмотки статора генератора и выход со стороны той части стержней вышеуказанных модулей типа "беличья клетка" ротора, которые магнитно охвачены длиной магнитного пакета статора с входной обмоткой, а вторая ступень имеет вход со стороны другой части стержней тех же модулей типа "беличья клетка" ротора, которая магнитно охвачена длиной магнитного пакета статора с выходной обмоткой, и выход со стороны выходной обмотки статора генератора, т.е. выход первой усилительной /генераторной/ ступени оказывается электрически соединенным с входом второй усилительной /генераторной/ ступени, при этом в первой усилительной /генераторной/ ступени обеспечиваются условия, близкие к условиям образования максимального значения коэффициента усиления, приводящего к увеличению общего коэффициента усиления генератора, имеющего вход со стороны входной обмотки и выход со стороны выходной обмотки статора.

Генераторная установка может содержать по меньшей мере два магнитных пакета ротора, соединения концов стержней каждого магнитного пакета ротора электрически изолированы от соединений концов стержней на торцевых сторонах других магнитных пакетов ротора, а между магнитными пакетами статора с выходной и входной обмотками расположены дополнительные магнитные пакеты в количестве на один меньше, чем число магнитных пакетов ротора, при этом каждый дополнительный магнитный пакет статора содержит токопроводящие стержни в количестве, кратном числу полюсов обмоток статора, расположенные симметрично по периметру в пазах дополнительного магнитного пакета статора и параллельно оси вращения ротора, на каждой торцевой стороне дополнительного магнитного пакета статора конец каждого стержня соединен со всеми теми концами стержней, которые сдвинуты относительно упомянутого конца по периметру дополнительного магнитного пакета на одно полюсное деление, или на одной торцевой стороне дополнительного магнитного пакета статора концы всех стержней соединены между собой, а на противоположной торцевой стороне конец каждого стержня соединен со всеми теми концами стержней, которые сдвинуты относительно упомянутого конца по периметру дополнительного магнитного пакета на одно полюсное деление, или на каждой торцевой стороне дополнительного магнитного пакета статора концы всех стержней соединены между собой, причем соединения концов стержней на торцевых сторонах каждого дополнительного магнитного пакета статора электрически изолированы от соединений концов стержней на торцевых сторонах других дополнительных магнитных пакетов статора, а входная и выходная обмотки статора электромагнитно сцеплены через все магнитные пакеты ротора и дополнительные магнитные пакеты статора.

Такое выполнение генераторной установки позволяет в большей степени повысить коэффициент усиления генератора за счет того, что в нем образуются четыре усилительные /генераторные/ ступени и в трех усилительных /генераторных/ ступенях, за исключением последней /выходной/ усилительной /генераторной/ ступени, обеспечиваются условия, близкие к условиям образования максимального значения коэффициента усиления, что позволяет дополнительно увеличить общий коэффициент усиления генератора. Дополнительно минимизированы продольные составляющие "реакции якоря" благодаря равномерно распределенным по периметру магнитных пакетов ротора и дополнительных магнитных пакетов статора соответствующим системам модулей типа "беличья клетка", т.к. они в магнитном отношении максимально возможно сбалансированы. При наличии, например, в роторе трех магнитных пакетов статор будет содержать два дополнительных магнитных пакета и образуются шесть усилительных /генераторных/ ступеней, из которых в пяти /кроме последней, выходной ступени/ обеспечиваются условия, близкие к условиям образования максимального значения коэффициента усиления, что позволяет в еще большей степени повысить общий коэффициент усиления генератора. Соответственно, многократное увеличение количества магнитных пакетов в роторе и дополнительных магнитных пакетов 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 /следует отметить, что общее число усилительных ступеней всегда равно двукратному количеству магнитных пакетов ротора/. Кроме того, в третьем альтернативном варианте выполнения концы всех стержней на каждой торцевой стороне дополнительного магнитного пакета статора соединены между собой, что позволяет упростить технологию изготовления статора в случаях, когда обмотка дополнительных магнитных пакетов статора выполнена литьем.

В предлагаемой генераторной установке в обоих конструктивных вариантах выполнения генератора магнитный пакет статора с входной обмоткой может содержать дополнительную обмотку с числом полюсов, равным числу полюсов входной обмотки, при этом концы дополнительной обмотки соединены с концами выходной обмотки статора. Такое выполнение генераторной установки позволяет в еще большей степени повысить значение коэффициента усиления генератора за счет реализации положительной обратной связи посредством дополнительной обмотки, что приводит к уменьшению установленной мощности источника переменного напряжения требуемой выходной частоты генератора.

В предлагаемой генераторной установке система автоматического управления может содержать электронный регулятор напряжения с системой импульсно-фазового управления, интегральный регулятор, элемент сравнения, датчик напряжения, при этом электронный регулятор напряжения включен в цепь питания входной обмотки статора генератора, вход управления электронного регулятора напряжения соединен с выходом системы импульсно-фазового управления, вход которой соединен с выходом интегрального регулятора, вход которого соединен с выходом элемента сравнения, первый вход которого соединен с выходом датчика напряжения, вход которого соединен с выходной обмоткой статора генератора, а на второй вход элемента сравнения подается сигнал задания величины выходного напряжения генератора.

Преимущество такого выполнения заключается в том, что в статических режимах работы величина выходного напряжения генераторной установки инвариантна относительно внешних возмущений: выходной мощности и скорости вращения генератора, а также относительно величины напряжения источника переменного напряжения требуемой выходной частоты генератора в цепи входной обмотки генератора.

В предлагаемой генераторной установке источник переменного напряжения требуемой выходной частоты генератора может быть выполнен в виде электронного преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока, выход которого соединен с входной обмоткой статора генератора, а вход - с источником переменного напряжения произвольной частоты, при этом система автоматического управления содержит интегральный регулятор, элемент сравнения, датчик напряжения, причем вход управления амплитудой выходного напряжения электронного преобразователя частоты соединен с выходом интегрального регулятора, вход которого соединен с выходом элемента сравнения, первый вход которого соединен с выходом датчика напряжения, вход которого соединен с выходной обмоткой статора генератора, а на второй вход элемента сравнения подается сигнал задания величины выходного напряжения генератора и на вход управления частотой выходного напряжения электронного преобразователя частоты подается сигнал задания частоты выходного напряжения генератора.

Преимущество такого выполнения генераторной установки заключается в том, что в статических режимах работы величина выходного напряжения генераторной установки инвариантна относительно внешних возмущений, а частота напряжения на выходной обмотке статора генератора не зависит от частоты источника переменного напряжения в цепи входной обмотки генератора.

В предлагаемой генераторной установке система автоматического управления может содержать электронный преобразователь частоты с промежуточным звеном постоянного тока, два интегральных регулятора, датчики активной и реактивной выходной мощности генератора, датчики амплитуды и фазы выходного напряжения генератора, шесть элементов сравнения, датчики частоты напряжения, амплитуды напряжения и фазы напряжения, при этом выход электронного преобразователя частоты соединен с входной обмоткой статора генератора, вход управления частотой выходного напряжения электронного преобразователя частоты соединен с выходом датчика частоты напряжения, а вход управления амплитудой выходного напряжения электронного преобразователя частоты соединен с выходом первого элемента сравнения, первый вход которого соединен с выходом второго элемента сравнения, первый вход которого соединен с выходом датчика активной выходной мощности генератора, вход которого соединен с выходной обмоткой статора, второй вход первого элемента сравнения соединен с выходом первого интегрального регулятора, вход которого соединен с выходом третьего элемента сравнения, первый вход которого соединен с выходом датчика амплитуды выходного напряжения генератора, вход которого соединен с выходной обмоткой статора, а второй вход третьего элемента сравнения соединен с выходом датчика амплитуды напряжения.

Вход управления фазой выходного напряжения электронного преобразователя частоты соединен с выходом четвертого элемента сравнения, первый вход которого соединен с выходом пятого элемента сравнения, первый вход которого соединен с выходом датчика реактивной выходной мощности генератора, вход которого соединен с выходной обмоткой статора, а второй вход четвертого элемента сравнения соединен с выходом второго интегрального регулятора, вход которого соединен с выходом шестого элемента сравнения, первый вход которого соединен с выходом датчика фазы выходного напряжения генератора, вход которого соединен с выходной обмоткой статора, а второй вход шестого элемента сравнения соединен с выходом датчика фазы напряжения, причем на второй вход второго элемента сравнения подается сигнал задания величины активной выходной мощности генератора, на второй вход пятого элемента сравнения подается сигнал задания величины реактивной выходной мощности генератора, вход электронного преобразователя частоты соединен с источником переменного напряжения, а выходная обмотка статора и входы датчиков частоты напряжения, амплитуды напряжения и фазы напряжения подключены к электроэнергетической системе.

Преимущество такого выполнения генераторной установки заключается в том, что частота выходного напряжения генератора всегда равна частоте электроэнергетической системы, величины активной и реактивной выходной мощности генератора управляются раздельно и взаимонезависимо и, что более важно, эти величины мощностей инвариантны относительно режима энергопотребления в электроэнергетической системе.

В предлагаемой генераторной установке система автоматического управления может содержать электронный преобразователь частоты с промежуточным звеном постоянного тока, два интегральных регулятора, четыре элемента сравнения, два датчика амплитуды напряжения, два датчика фазы напряжения, датчик частоты напряжения, при этом выход электронного преобразователя частоты соединен с входной обмоткой статора генератора, вход управления частотой выходного напряжения электронного преобразователя частоты соединен с выходом датчика частоты напряжения, а вход управления амплитудой выходного напряжения электронного преобразователя частоты соединен с выходом первого элемента сравнения, первый вход которого соединен с выходом первого интегрального регулятора, вход которого соединен с выходом второго элемента сравнения, первый вход которого соединен с выходом первого датчика амплитуды напряжения, а второй вход соединен с выходом второго датчика амплитуды напряжения.

Вход управления фазой выходного напряжения электронного преобразователя частоты соединен с выходом третьего элемента сравнения, первый вход которого соединен с выходом второго интегрального регулятора, вход которого соединен с выходом четвертого элемента сравнения, первый вход которого соединен с выходом первого датчика фазы напряжения, а второй вход соединен с выходом второго датчика фазы напряжения, причем одни концы всех выходных обмоток статора генератора подключены к первой электроэнергетической системе, а вторые концы - через выключатель к второй электроэнергетической системе, вход электронного преобразователя частоты подключен к одной из электроэнергетических систем, входы датчика частоты напряжения и первого датчика амплитуды напряжения подключены к первой электроэнергетической системе, вход второго датчика амплитуды напряжения подключен к второй электроэнергетической системе, входы обоих датчиков фазы напряжения подключены к концам выходной обмотки статора генератора, а в качестве первичного двигателя используется электрический двигатель, подключенный к первой электроэнергетической системе, причем на второй вход первого элемента сравнения подается сигнал задания величины активного энергообмена между обеими электроэнергетическими системами, а на второй вход третьего элемента сравнения подается сигнал задания величины реактивного энергообмена между обеими электроэнергетическими системами.

Преимущество такого выполнения генераторной установки заключается в том, что генераторная установка играет роль гибкого управляемого проходника, обеспечивающего двухнаправленный энергообмен между обеими электроэнергетическими системами, величины активного и реактивного энергообменов между обеими системами могут управляться раздельно и взаимонезависимо, при этом установленная мощность генераторной установки меньше мощности энергообмена между обеими электроэнергетическими системами.

В предлагаемой генераторной установке в варианте выполнения генератора с дополнительной обмоткой в магнитном пакете статора с входной обмоткой система автоматического управления может содержать электронный регулятор напряжения с системой импульсно-фазового управления, интегральный регулятор, элемент сравнения, датчик напряжения, при этом электронный регулятор напряжения включен в цепь соединения концов дополнительной обмотки с выходной обмоткой статора генератора, вход управления электронного регулятора напряжения соединен о выходом системы импульсно-фазового управления, вход которой соединен с выходом интегрального регулятора, вход которого соединен с выходом элемента сравнения, первый вход которого соединен с выходом датчика напряжения, вход которого соединен с выходной обмоткой статора генератоpa, а на второй вход элемента сравнения подается сигнал задания величины выходного напряжения генератора, причем в цепи соединения входной обмотки статора с источником переменного напряжения требуемой выходной частоты генератора установлен выключатель.

Преимущество такого выполнения генераторной установки заключается в том, что в статических режимах работы величина выходного напряжения генераторной установки инвариантна относительно внешних возмущений: выходной мощности и скорости вращения генератора, величины напряжения источника переменного напряжения требуемой выходной частоты генератора в цепи его входной обмотки, а также в том, что источник переменного напряжения требуемой выходной частоты генератора питает входную обмотку генератора импульсно /кратковременно/ через выключатель, т. е. этот источник служит только для "зажигания" генераторной установки - для введения задания требуемого значения выходной частоты генератора, что приводит к дополнительному уменьшению установленной мощности источника переменного напряжения требуемой выходной частоты генератора.

Краткое описание фигур.

На фиг.1 изображен генератор генераторной установки, вид сбоку;

на фиг.2 изображен генератор, вид с торцевой стороны;

на фиг.3 изображен генератор в альтернативном варианте выполнения ротора, вид сбоку;

на фиг.4 изображен генератор в альтернативном варианте выполнения ротора, вид с торца;

на фиг. 5 изображен генератор в варианте выполнения с двумя магнитными пакетами у ротора, вид сбоку;

на фиг. 6 изображен генератор в варианте выполнения ротора с двумя магнитными пакетами, вид с торцевой стороны на дополнительный магнитный пакет статора;

на фиг. 7 изображен генератор в варианте выполнения ротора с двумя магнитными пакетами в альтернативном варианте выполнения дополнительного магнитного пакета статоpa, вид сбоку;

на фиг. 8 изображен генератор в варианте выполнения ротора с двумя магнитными пакетами в альтернативном варианте выполнения дополнительного магнитного пакета статора, вид с торцевой стороны на соединение концов всех стержней между собой;

на фиг. 9 изображен генератор в варианте выполнения ротора с двумя магнитными пакетами в другом альтернативном варианте выполнения дополнительного магнитного пакета статора, вид сбоку;

на фиг. 10 изображен генератор в варианте наличия у магнитного пакета статора с входной обмоткой дополнительной обмотки, вид сбоку;

на фиг.11 изображена принципиальная схема генераторной установки с системой автоматического управления, где входная обмотка статора генератора подключена к источнику переменного напряжения требуемой выходной частоты генератора через электронный регулятор напряжения;

на фиг.12 изображена принципиальная схема генераторной установки с системой автоматического управления, где входная обмотка статора генератора подключена к источнику переменного напряжения произвольной частоты через электронный преобразователь частоты;

на фиг. 13 изображена принципиальная схема генераторной установки с системой автоматического управления для подключения генераторной установки к электроэнергетической системе;

на фиг. 14 изображена принципиальная схема генераторной установки с системой автоматического управления для соединения двух электроэнергетических систем посредством генераторной установки;

на фиг. 15 изображена принципиальная схема генераторной установки с системой автоматического управления при выполнении магнитного пакета статора генератора с входной и дополнительной обмотками.

Лучший вариант использования изобретения.

Предлагаемая генераторная установка в одном из конкретных вариантах исполнения содержит генератор, сочлененный с первичным двигателем 1. 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.

Предлагаемая генераторная установка работает следующим образом.

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 U_вых /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 U_вых 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 f_вых /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 f_вых. 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 U_вых 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 U_вых, 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 U_вых 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/.

Промышленная применимость.

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.