RU2310972C1 - Commutated synchronous generator with extreme control over non-sinusoidal character of voltage - Google Patents
Commutated synchronous generator with extreme control over non-sinusoidal character of voltage Download PDFInfo
- Publication number
- RU2310972C1 RU2310972C1 RU2006122112/09A RU2006122112A RU2310972C1 RU 2310972 C1 RU2310972 C1 RU 2310972C1 RU 2006122112/09 A RU2006122112/09 A RU 2006122112/09A RU 2006122112 A RU2006122112 A RU 2006122112A RU 2310972 C1 RU2310972 C1 RU 2310972C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- voltage
- input
- generator
- frequency
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для генерирования напряжения стабильной частоты в электроэнергетических установках с переменной скоростью вращения вала приводного двигателя, например в ветроэнергетических установках, малых гидроэлектростанциях, дизель-электроустановках с регулированием частоты вращения в зависимости от нагрузки, в электроустановках с приводом от маршевого двигателя.The invention relates to electrical engineering and can be used to generate a stable frequency voltage in electric power plants with a variable rotational speed of the drive motor shaft, for example, in wind power plants, small hydroelectric power stations, diesel-electric plants with speed control depending on the load, in electric installations with a marching drive engine.
Известен электромеханический преобразователь энергии с полупроводниковым коммутатором [Вольдек А.И. Электрические машины. - Л.: Энергия, 1978, с.235], в котором вращение магнитного потока статора создается в результате согласованного с вращением ротора последовательного подключения секций обмотки статора к источнику постоянного тока с помощью управляемых полупроводниковых вентилей. Данная машина надежна в работе, однако при использовании ее в режиме генератора переменного тока стабильной частоты (при переменной скорости вращения ротора) коммутатором, выступающим в этом случае в качестве преобразователя частоты, будет преобразовываться полный поток выходной мощности машины, что обусловливает завышенную установленную мощность вентилей, снижает КПД устройства и вносит большие искажения в форму кривой генерируемого напряжения.Known electromechanical energy converter with a semiconductor switch [A. Voldek Electric cars. - L .: Energia, 1978, p.235], in which the rotation of the stator magnetic flux is created as a result of the series connection of the stator winding sections to the direct current source, which is controlled by the rotation of the rotor, using controlled semiconductor valves. This machine is reliable in operation, but when it is used in the mode of an alternating current generator with a stable frequency (at a variable rotor speed), a switch acting in this case as a frequency converter will convert the total output power stream of the machine, which leads to an oversized installed power of the valves, reduces the efficiency of the device and introduces large distortions in the shape of the curve of the generated voltage.
Известен также генератор переменного тока [FR, патент, 2303410, кл. Н02F 9/14, 1976], предназначенный для производства переменного электрического тока постоянной частоты при переменной скорости вращения вала приводного двигателя и содержащий полупроводниковый коммутатор, замкнутую многосекционную обмотку возбуждения, секции которой равномерно распределены по окружности статора, соединены последовательно-согласно, а их выводы подключены через полупроводниковый коммутатор к управляемому источнику постоянного тока, датчик частоты вращения, механически связанный с валом генератора. Но это устройство не обеспечивает стабилизацию частоты выходного напряжения и минимизацию несинусоидальности этого напряжения при изменении скорости вращения вала генератора в широком диапазоне, поскольку в этом устройстве отсутствуют признаки, направленные на возможность поочередного подключения коммутатором с частотой коммутации, пропорциональной частоте скольжения, диаметрально противоположных выводов секций многосекционной замкнутой обмотки возбуждения к источнику постоянного тока.Also known alternator [FR, patent, 2303410, cl. Н02F 9/14, 1976], designed to produce an alternating electric current of constant frequency at a variable speed of rotation of the drive motor shaft and containing a semiconductor switch, a closed multi-section excitation winding, the sections of which are evenly distributed around the stator circumference, are connected in series according to, and their conclusions are connected through a semiconductor switch to a controlled direct current source, a speed sensor mechanically connected to the generator shaft. But this device does not provide stabilization of the frequency of the output voltage and minimization of the non-sinusoidality of this voltage when the rotation speed of the generator shaft is varied over a wide range, since there are no signs in this device aimed at the possibility of alternately connecting the switch with a switching frequency proportional to the sliding frequency of diametrically opposite conclusions of the sections of the multi-section closed field winding to a direct current source.
Наиболее близким по совокупности существенных признаков к предлагаемому устройству является коммутируемый синхронный генератор стабильной частоты [RU, патент, 2103800, Н02Р 9/42, 1998], содержащий датчик частоты вращения, механически связанный с валом генератора, управляемый источник постоянного тока, полупроводниковый коммутатор, силовой вход которого связан с выходом управляемого источника постоянного тока, многосекционную замкнутую обмотку возбуждения, секции которой равномерно распределены по окружности индуктора, соединены последовательно согласно, а их выводы подключены к выходам полупроводникового коммутатора, выполненного с возможностью поочередного подключения коммутатором с частотой коммутации, пропорциональной частоте скольжения и числу секций обмотки возбуждения на пару полюсов, диаметрально противоположных выводов секций обмотки возбуждения к выходу управляемого источника постоянного тока, регулятор возбуждения, выход которого связан с входом управляемого источника постоянного тока, датчик напряжения, выход которого связан с первым входом регулятора возбуждения, а вход - с выходом генератора, задатчик напряжения, выход которого связан со вторым входом регулятора возбуждения, задатчик частоты, схему сравнения, компаратор, причем первые входы схемы сравнения и компаратора соединены с выходом задатчика частоты, а вторые - с выходом датчика частоты вращения, управляемый генератор импульсов, вход которого соединен с выходом схемы сравнения, и распределитель импульсов, первый вход которого соединен с выходом компаратора. Достоинством прототипа является возможность поддерживания постоянства частоты генерируемого им переменного электрического напряжения в широком диапазоне изменения частот вращения. В то же время наличие коммутаций секций обмотки возбуждения данной электрической машины, обусловленное принципом ее действия, влечет за собой некоторое ухудшение качества формы кривой генерируемого напряжения за счет появления в нем нежелательных гармоник, состав которых зависит как от частоты вращения вала, так и от величины и характера случайным образом изменяющейся нагрузки. Однако рассматриваемое устройство не обеспечивает минимизацию искажений формы кривой выходного напряжения, поскольку в прототипе отсутствуют признаки, направленные на реализацию такой возможности.The closest set of essential features to the proposed device is a switched synchronous generator of stable frequency [RU, patent, 2103800, Н02Р 9/42, 1998], comprising a speed sensor mechanically coupled to the generator shaft, a controlled constant current source, semiconductor switch, power the input of which is connected to the output of a controlled direct current source, a multi-section closed excitation winding, the sections of which are uniformly distributed around the circumference of the inductor, are connected in series In fact, their conclusions are connected to the outputs of the semiconductor switch, which is configured to alternately connect the switch with a switching frequency proportional to the slip frequency and the number of sections of the field winding per pair of poles, diametrically opposite the conclusions of the sections of the field coil to the output of a controlled constant current source, the excitation regulator, the output of which is connected to the input of a controlled DC source, a voltage sensor whose output is connected to the first input of the regulator excitation, and the input is with the output of the generator, a voltage regulator, the output of which is connected to the second input of the excitation regulator, a frequency regulator, a comparison circuit, a comparator, the first inputs of the comparison circuit and comparator connected to the output of the frequency setter, and the second to the output of the speed sensor , a controlled pulse generator, the input of which is connected to the output of the comparison circuit, and a pulse distributor, the first input of which is connected to the output of the comparator. The advantage of the prototype is the ability to maintain a constant frequency of the generated alternating electric voltage in a wide range of rotational speeds. At the same time, the presence of switching sections of the field winding of this electric machine, due to the principle of its operation, entails a slight deterioration in the shape of the curve of the generated voltage due to the appearance of undesirable harmonics in it, the composition of which depends on both the shaft rotation frequency and the magnitude and nature of a randomly varying load. However, the device in question does not minimize the distortion of the shape of the output voltage curve, since the prototype has no signs aimed at realizing this possibility.
Изобретение направлено на уменьшение искажений формы кривой генерируемого напряжения в электроэнергетических установках с переменной скоростью вращения вала приводного двигателя на базе коммутируемого синхронного генератора.The invention is aimed at reducing distortions in the shape of the curve of the generated voltage in power plants with a variable speed of rotation of the shaft of the drive motor based on a switched synchronous generator.
Сущность изобретения состоит в том, что от известного коммутируемого синхронного генератора стабильной частоты предлагаемый коммутируемый синхронный генератор с экстремальным управлением несинусоидальностью напряжения, содержащий датчик частоты вращения, механически связанный с валом генератора, управляемый источник постоянного тока, полупроводниковый коммутатор, силовой вход которого связан с выходом управляемого источника постоянного тока, многосекционную замкнутую обмотку возбуждения, секции которой равномерно распределены по окружности индуктора, соединены последовательно согласно, а их выводы подключены к выходам полупроводникового коммутатора, выполненного с возможностью поочередного подключения коммутатором с частотой коммутации, пропорциональной частоте скольжения и числу секций обмотки возбуждения на пару полюсов, диаметрально противоположных выводов секций обмотки возбуждения к выходу управляемого источника постоянного тока, регулятор возбуждения, выход которого связан с входом управляемого источника постоянного тока, датчик напряжения, выход которого связан с первым входом регулятора возбуждения, а вход - с выходом генератора, задатчик напряжения, выход которого связан со вторым входом регулятора возбуждения, задатчик частоты, схему сравнения, компаратор, причем первые входы схемы сравнения и компаратора соединены с выходом задатчика частоты, а вторые - с выходом датчика частоты вращения, управляемый генератор импульсов, вход которого соединен с выходом схемы сравнения, и распределитель импульсов, первый вход которого соединен с выходом компаратора, отличается тем, что уменьшение искажений формы кривой генерируемого напряжения достигается за счет того, что в него с целью экстремального управления несинусоидальностью этого напряжения дополнительно введены датчик несинусоидальности напряжения, вход которого соединен с выходом генератора, вычислитель, вход которого соединен с выходом датчика несинусоидальности напряжения, делитель частоты, вход которого соединен с выходом управляемого генератора импульсов, а выход - со вторым входом распределителя импульсов, и схема регулирования длительности импульсов, тактовый вход которой соединен с выходом управляемого генератора импульсов, установочный вход - с выходом вычислителя, а управляющие входы - с соответствующими выходами распределителя импульсов, выходы схемы регулирования длительности импульсов связаны с соответствующими управляющими входами полупроводникового коммутатора.The essence of the invention lies in the fact that from a known switched synchronous generator of stable frequency, the proposed switched synchronous generator with extreme voltage non-sinusoidal control, comprising a speed sensor mechanically coupled to the generator shaft, a controlled DC source, a semiconductor switch, the power input of which is connected to the output of the controlled DC source, multi-section closed field winding, sections of which are evenly distributed around the circumference of the inductor, they are connected in series according to, and their conclusions are connected to the outputs of the semiconductor switch, configured to alternately connect the switch with a switching frequency proportional to the slip frequency and the number of sections of the field winding per pair of poles, diametrically opposite conclusions of the sections of the field coil to the output of a controlled constant source current, the excitation regulator, the output of which is connected to the input of a controlled DC source, voltage sensor, you One of which is connected to the first input of the excitation regulator, and the input is connected to the output of the generator, a voltage regulator, the output of which is connected to the second input of the excitation regulator, a frequency regulator, a comparison circuit, a comparator, the first inputs of the comparison circuit and comparator connected to the output of the frequency regulator, and the second - with the output of the speed sensor, a controlled pulse generator, the input of which is connected to the output of the comparison circuit, and a pulse distributor, the first input of which is connected to the output of the comparator, characterized in that The distortion of the shape of the generated voltage curve is achieved due to the fact that for the purpose of extreme control of the non-sinusoidality of this voltage, a voltage non-sinusoidality sensor is additionally introduced, the input of which is connected to the generator output, a computer whose input is connected to the output of the voltage non-sinusoidal sensor, and a frequency divider whose input connected to the output of a controlled pulse generator, and the output to the second input of the pulse distributor, and a pulse width control circuit s, the clock input of which is connected to the output of the controlled pulse generator, the installation input is connected to the output of the calculator, and the control inputs are connected to the corresponding outputs of the pulse distributor, the outputs of the pulse duration control circuit are connected to the corresponding control inputs of the semiconductor switch.
На фиг.1 представлена схема коммутируемого синхронного генератора с экстремальным управлением несинусоидальностью напряжения. Схема содержит три контура регулирования.Figure 1 presents a diagram of a switched synchronous generator with extreme control of voltage non-sinusoidality. The circuit contains three control loops.
Первый контур служит для стабилизации выходной частоты генератора 1 с многосекционной замкнутой обмоткой возбуждения 2 и включает в себя датчик частоты вращения 3, механически связанный с валом 4 генератора 1, схему сравнения 5, управляемый генератор импульсов 6, делитель частоты 7, распределитель импульсов 8, схему регулирования длительности импульсов 9, полупроводниковый коммутатор 10 и генератор 1. Задание требуемой выходной частоты осуществляется с помощью задатчика частоты 11, сигнал с которого поступает на первый вход схемы сравнения 5. Информация о текущей частоте вращения вала 4 поступает с датчика частоты вращения 3 на второй вход схемы сравнения 5. Определение направления коммутации выводов многосекционной замкнутой обмотки возбуждения 2 осуществляется с помощью компаратора 12, на первый вход которого с выхода задатчика частоты 11 подается сигнал о требуемой выходной частоте, на второй вход с выхода датчика частоты вращения 3 поступает сигнал о текущей частоте вращения, а выход компаратора 12 соединен с первым входом распределителя импульсов 8.The first circuit serves to stabilize the output frequency of the
Второй контур обеспечивает стабилизацию генерируемого напряжения и содержит датчик напряжения 13, своим входом подключенный к выходу 14 генератора, регулятор возбуждения 15, управляющий источником постоянного тока 16, полупроводниковый коммутатор 10 и генератор 1. Требуемое значение выходного напряжения устанавливается с помощью задатчика напряжения 17, сигнал с которого поступает на второй вход регулятора возбуждения 15.The second circuit provides stabilization of the generated voltage and contains a voltage sensor 13 connected to the generator output 14, an excitation regulator 15 controlling the direct current source 16, a semiconductor switch 10 and
Третий контур необходим для уменьшения искажений формы кривой генерируемого напряжения путем реализации экстремального управления и включает датчик несинусоидальности напряжения 18, своим входом подключенный к выходу 14 генератора 1, вычислитель 19, вход которого соединен с выходом датчика несинусоидальности напряжения 18, схему регулирования длительности импульсов 9, установочный вход которой связан с выходом вычислителя 19, полупроводниковый коммутатор 10 и генератор 1.The third circuit is necessary to reduce distortions in the shape of the generated voltage curve by implementing extreme control and includes a voltage non-sinusoidal sensor 18, connected to the output 14 of the
На фиг.2 изображены эпюры выходных напряжений делителя частоты 7 (фиг.1) - uДЧ, распределителя импульсов 8 - uРИ1, uРИ2, uРИ3, ..., uРИm-1, uРИm и схемы регулирования длительности импульсов 9 - uСРД1 uСРД2, uСРД3, ..., uСРДm-1, uCPm, причем последние эпюры для наглядности показаны для двух случаев: сплошной линией - при длительности импульсов tи1, когда импульсы соседних выходов перекрывают друг друга в течение времени tпр, а пунктирными линиями - при длительности импульсов tи2, когда между импульсами соседних выходов имеются паузы длительностью tпз.Figure 2 shows the plot of the output voltage of the frequency divider 7 (figure 1) - u PM , pulse distributor 8 - u RI1 , u RI2 , u RI3 , ..., u RIm-1 , u RIm and pulse width control schemes 9 - u СРД1 u СРД2 , u СРД3 , ..., u СРДm-1 , u CPm , and the last diagrams for clarity are shown for two cases: a solid line - for pulse durations t and 1 , when the pulses of adjacent outputs overlap each other over time t CR , and dashed lines for the duration of pulses t and 2 , when between pulses of adjacent outputs there are pauses of duration t PZ .
На фиг.3 приведена блок-схема поискового алгоритма работы вычислителя 19 (фиг.1), обеспечивающего экстремальное управление несинусоидальностью формы кривой генерируемого устройством напряжения. На блок-схеме обозначено: N0 - двоичный код вычислителя 19, соответствующий длительности импульсов на выходе схемы регулирования длительности импульсов 9 tи=tиРИ, где tиРИ - длительность импульсов на выходе распределителя импульсов 8, т.е. когда tпр=tпз=0 (фиг.2); Nmin, Nmax - двоичные коды, задающие соответственно минимальное и максимальное значения относительной длительности импульсов τи=tи/tиРИ; UN - напряжение, поступающее на вход вычислителя 19 (фиг.1) с выхода датчика несинусоидальности напряжения 18 при двоичном коде N, выданном с выхода вычислителя 19 на установочный вход схемы регулирования длительности импульсов 9; а UN-1, UN+1 - напряжения, поступающие на вход вычислителя с выхода датчика несинусоидальности 18 соответственно при уменьшении и увеличении этого двоичного кода N на единицу.Figure 3 shows a block diagram of a search algorithm for the operation of the calculator 19 (figure 1), providing extreme control of the non-sinusoidal shape of the curve of the voltage generated by the device. The block diagram indicates: N 0 is the binary code of the calculator 19, corresponding to the pulse duration at the output of the pulse width control circuit 9 t and = t ИРИ , where t ИИ is the pulse duration at the output of the pulse distributor 8, i.e. when t CR = t PZ = 0 (figure 2); N min , N max - binary codes that specify, respectively, the minimum and maximum values of the relative pulse duration τ and = t and / t IRI ; U N is the voltage supplied to the input of the calculator 19 (Fig. 1) from the output of the voltage non-sinusoidal sensor 18 with a binary code N issued from the output of the calculator 19 to the installation input of the pulse width control circuit 9; and U N-1 , U N + 1 are the voltages supplied to the input of the calculator from the output of the non-sinusoidality sensor 18, respectively, when this binary code N is decreased and increased by one.
Схема сравнения 5 (фиг.1), управляемый генератор импульсов 6, делитель частоты 7, распределитель импульсов 8 и компаратор 12 в совокупности представляют собой регулятор частоты, служащий для управления ключами полупроводникового коммутатора 10. Задатчик частоты 11, задатчик напряжения 17, регулятор возбуждения 15, датчик частоты вращения 3, датчик напряжения 13, схема сравнения 5 и компаратор 12 могут быть реализованы по известным схемам, в том числе и с применением цифровой техники. В качестве управляемого генератора импульсов 6 может использоваться, например, преобразователь напряжения в частоту интегрального исполнения. Распределитель импульсов 8 может быть выполнен на основе реверсивных сдвиговых регистров. Полупроводниковый коммутатор 10 построен на полностью управляемых ключах двустороннего действия, которые могут быть реализованы с использованием комплементарных транзисторных пар. Число ключей двустороннего действия коммутатора 10 соответствует числу m соединенных с его выходами секций обмотки возбуждения 2, которое является кратным числу полюсов 2р. Обмотка возбуждения 2 конструктивно может быть выполнена по типу якорной обмотки машины постоянного тока.Comparison scheme 5 (Fig. 1), a controlled pulse generator 6, a frequency divider 7, a pulse distributor 8 and a comparator 12 together represent a frequency regulator used to control the keys of a semiconductor switch 10. Frequency selector 11, voltage adjuster 17, excitation regulator 15 , speed sensor 3, voltage sensor 13, comparison circuit 5 and comparator 12 can be implemented according to known schemes, including using digital technology. As a controlled pulse generator 6 can be used, for example, a voltage Converter in the frequency of the integral performance. The pulse distributor 8 can be made on the basis of reversible shift registers. The semiconductor switch 10 is built on fully managed double-acting keys, which can be implemented using complementary transistor pairs. The number of two-way keys of the switch 10 corresponds to the number m of sections of the field winding 2 connected to its outputs, which is a multiple of the number of poles 2p. The excitation winding 2 can be structurally designed as an anchor winding of a DC machine.
Датчик несинусоидальности напряжения 18 (фиг.1) в своем составе содержит режекторный фильтр и прецизионный выпрямитель: режекторный фильтр необходим для подавления в третьем контуре регулирования основной гармоники генерируемого напряжения, снимаемого с выхода 14 генератора 1, а прецизионный выпрямитель обеспечивает получение средневыпрямленного значения напряжения, содержащего в своем составе гармоники, оставшиеся после подавления режекторным фильтром основной из них. Режекторный фильтр и прецизионный выпрямитель реализуются по известным схемам, в том числе и с применением цифровой техники.The voltage non-sinusoidal sensor 18 (Fig. 1) includes a notch filter and a precision rectifier: a notch filter is necessary to suppress the fundamental harmonic of the generated voltage taken from the output 14 of the
Вычислитель 19 (фиг.1) обеспечивает экстремальное управление несинусоидальностью формы кривой генерируемого напряжения, может быть выполнен по известным схемам, в том числе и с применением цифровой техники, реализующим соответствующие методы нахождения экстремума [Александров А.Г. Оптимальные и адаптивные системы. - М.: Высш. шк., 1989, с.142-162]. На вход вычислителя 19 подается средневыпрямленное напряжение с выхода прецизионного выпрямителя, входящего в состав датчика несинусоидальности генерируемого напряжения 18. Это средневыпрямленное напряжение используется для косвенной оценки степени несинусоидальности формы кривой генерируемого напряжения, а целью управления является обеспечение минимума этого средневыпрямленного напряжения во всем диапазоне изменения как частоты вращения вала, так и величины и характера случайной нагрузки.The calculator 19 (figure 1) provides extreme control of the non-sinusoidal shape of the curve of the generated voltage, can be performed according to well-known schemes, including using digital technology that implements the appropriate methods for finding the extremum [Alexandrov AG Optimal and adaptive systems. - M .: Higher. school., 1989, S. 142-162]. The input of the calculator 19 is fed the average rectified voltage from the output of the precision rectifier, which is part of the generated voltage non-sinusoidality sensor 18. This average rectified voltage is used to indirectly estimate the degree of non-sinusoidality of the generated voltage curve shape, and the control purpose is to ensure a minimum of this average rectified voltage in the entire range of variation as frequency shaft rotation, and the magnitude and nature of the random load.
Схема регулирования длительности импульсов 9 (фиг.1, 2) обеспечивает формирование управляющего параметра в третьем контуре регулирования. Для чего на установочный вход этой схемы с выхода вычислителя 19 поступает соответствующий код N, задающий требуемую длительность tи импульсов управления ключами полупроводникового коммутатора 10 на ее выходах, то есть требуемое значение управляющего параметра. Код N, поступающий на установочный вход, записывается в двоичные счетчики, имеющиеся в составе схемы регулирования длительности импульсов 9, а импульсы, поступающие на тактовый вход данной схемы с выхода управляемого генератора импульсов 6, с каждым тактом увеличивают код счетчиков, при этом переполнение счетчиков вызывает формирование заднего фронта импульсов управления ключами полупроводникового коммутатора 10 на выходах схемы регулирования длительности импульсов 9, а формирование переднего фронта этих импульсов происходит при поступлении импульсов на управляющие входы схемы регулирования длительности импульсов 9 с соответствующих выходов распределителя импульсов 8. Таким образом, большему двоичному коду N соответствует меньшая длительность импульсов управления ключами и наоборот, причем изменение длительности этих импульсов производится с дискретностью, зависящей от разрядности счетчиков, а следовательно определяющей и точность экстремального управления несинусоидальностью формы кривой генерируемого напряжения. Согласование работы счетчиков схемы регулирования длительности импульсов 9 и распределителя импульсов 8, необходимое при изменении частоты импульсов на выходе управляемого генератора импульсов 6, обеспечивается делителем частоты 7.The control circuit for the duration of the pulses 9 (Fig.1, 2) provides the formation of a control parameter in the third control loop. Why, at the installation input of this circuit, the corresponding code N is supplied from the output of the calculator 19, specifying the required duration t and key control pulses of the semiconductor switch 10 at its outputs, that is, the required value of the control parameter. The N code entering the installation input is written into binary counters that are part of the pulse width control circuit 9, and the pulses arriving at the clock input of this circuit from the output of the controlled pulse generator 6 increase the counter code with each clock, and overflowing the counters causes the formation of the trailing edge of the control pulses of the keys of the semiconductor switch 10 at the outputs of the control circuit of the pulse duration 9, and the formation of the leading edge of these pulses occurs when dividing the pulses to the control inputs of the pulse width control circuit 9 from the corresponding outputs of the pulse distributor 8. Thus, a larger binary code N corresponds to a shorter pulse duration of the key control and vice versa, moreover, the change in the duration of these pulses is made with discreteness, depending on the digit capacity of the counters, and therefore determining and the accuracy of extreme control of the non-sinusoidal shape of the generated voltage curve. The coordination of the counters of the control circuit for the duration of the pulses 9 and the pulse distributor 8, necessary when changing the frequency of the pulses at the output of the controlled pulse generator 6, is provided by the frequency divider 7.
Вращение магнитного потока возбуждения при частотах вращения ротора, отличных от синхронной, в предлагаемом устройстве создается в результате согласованного с частотой скольжения последовательного подключения секций обмотки возбуждения 2 (фиг.1) к источнику постоянного тока 16 аналогично созданию вращающегося магнитного потока статора в известном коммутируемом синхронном генераторе стабильной частоты [RU, патент, 2103800, Н02Р 9/42, 1998]. Обмотка якоря генератора 1 может быть выполнена в обычных для синхронных машин исполнениях, а электропитание системы возбуждения генератора 1 может осуществляться как от выхода 14 устройства с использованием в качестве источника постоянного тока 16 управляемого выпрямителя (режим самовозбуждения коммутируемого синхронного генератора с экстремальным управлением несинусоидальностью напряжения), так и от некоторого независимого источника, например от отдельного электромашинного возбудителя, находящегося на одном валу 4 с генератором 1.The rotation of the magnetic flux of the excitation at rotational frequencies of the rotor other than synchronous, in the device according to the invention is created as a result of the series connection of the excitation winding sections 2 (Fig. 1) matched to the sliding frequency to the direct current source 16, similar to the creation of a rotating stator magnetic flux in a known switched synchronous generator stable frequency [RU, patent, 2103800, Н02Р 9/42, 1998]. The winding of the armature of the
Работа устройства заключается в следующем.The operation of the device is as follows.
Очевидно, что принцип формирования кривой выходного напряжения в коммутируемом синхронном генераторе аналогичен составлению кривой выходного напряжения из участков следующих друг за другом кривых входного напряжения в непосредственных полупроводниковых преобразователях частоты [Джюджи Л., Пелли Б. Силовые полупроводниковые преобразователи частоты / Пер. с англ. - М.: Энергоатомиздат, - 1983. - 400 с.], поскольку коммутируемый синхронный генератор в общем случае можно рассматривать как совокупность m условных синхронных генераторов, при этом кривая генерируемого напряжения с желаемой частотой формируется из участков кривых m-фазной симметричной системы напряжений [Семергей С.В. Оценка качества выходного напряжения коммутируемого синхронного генератора // Известия вузов. Электромеханика, - 2004. - №4, с.21-24]. Однако при реализации этого принципа имеют место коммутационные процессы, которые обуславливают присутствие искажающих гармоник в генерируемом напряжении, т.е. некоторую несинусоидальность формы его кривой. Причем в коммутируемом синхронном генераторе гармонический состав выходного напряжения зависит как от частоты коммутации выводов секций обмотки возбуждения, т.е. от частоты вращения вала, так и от величины и характера случайным образом изменяющейся нагрузки. Кроме этого гармонический состав генерируемого напряжения будет зависеть от взаимного соотношения по времени момента отключения текущей пары выводов секций обмотки возбуждения от источника постоянного тока и момента подключения к нему следующей очередной пары выводов. Следовательно, управляя указанными моментами, можно изменять гармонический состав генерируемого напряжения.Obviously, the principle of generating an output voltage curve in a switched synchronous generator is similar to compiling an output voltage curve from sections of successive input voltage curves in direct semiconductor frequency converters [Dzhuji L., Pelly B. Power semiconductor frequency converters / Transl. from English - M .: Energoatomizdat, - 1983. - 400 p.], Since a switched synchronous generator in the general case can be considered as a set of m conditional synchronous generators, while the generated voltage curve with the desired frequency is formed from sections of the curves of the m-phase symmetrical voltage system [ Semergey S.V. Evaluation of the quality of the output voltage of a switched synchronous generator // News of universities. Electromechanics, - 2004. - No. 4, p.21-24]. However, when this principle is implemented, switching processes take place that determine the presence of distorting harmonics in the generated voltage, i.e. some nonsinusoidal form of its curve. Moreover, in a switched synchronous generator, the harmonic composition of the output voltage depends both on the switching frequency of the outputs of the excitation winding sections, i.e. on the shaft rotation frequency, and on the magnitude and nature of a randomly varying load. In addition, the harmonic composition of the generated voltage will depend on the time relationship of the instant of disconnection of the current pair of terminals of the excitation coil sections from the DC source and the moment of connecting the next next pair of terminals to it. Therefore, by controlling the indicated moments, it is possible to change the harmonic composition of the generated voltage.
С целью минимизации искажений синусоидальной формы кривой выходного напряжения в настоящем устройстве реализуется экстремальное регулирование: устройство рассматривается как однопараметрический экстремальный объект, в котором несинусоидальность формы кривой генерируемого им напряжения определяется выражениемIn order to minimize distortion of the sinusoidal shape of the output voltage curve, this device implements extreme regulation: the device is considered as a one-parameter extreme object in which the non-sinusoidal shape of the curve of the voltage generated by it is determined by the expression
x=J(β, α1, α2, α3),x = J (β, α 1 , α 2 , α 3 ),
где β - управляющий настраиваемый параметр, в качестве которого выступает длительность импульсов управления tи ключами полупроводникового коммутатора 10, формируемых схемой регулирования длительности импульсов 9 (фиг.1, 2), т.е. β=tи;where β is the control adjustable parameter, which is the duration of the control pulses t and the keys of the semiconductor switch 10 formed by the control circuit of the pulse duration 9 (Fig.1, 2), i.e. β = t and ;
α1(t), α2(t), α3(t) - неопределенные параметры, зависящие от частоты коммутации выводов секций обмотки возбуждения 2, от величины электрической нагрузки на выходе 14 генератора 1 и от характера этой нагрузки.α 1 (t), α 2 (t), α 3 (t) are undefined parameters depending on the switching frequency of the outputs of the sections of the field winding 2, on the magnitude of the electrical load at the output 14 of the
Для оценки несинусоидальности формы кривой генерируемого напряжения в устройстве с помощью датчика несинусоидальности напряжения 18 (фиг.1) подавляется первая гармоника U1 выходного напряжения и обеспечивается получение результирующего средневыпрямленного значения всех искажающих гармоник Udиг, т.е. x=Udиг.To evaluate the non-sinusoidality of the shape of the generated voltage curve in the device using the voltage non-sinusoidality sensor 18 (Fig. 1), the first harmonic of the output voltage U 1 is suppressed and the resulting average rectified value of all distorting harmonics U dig is obtained , i.e. x = U dig .
Изменение длительности tи импульсов управления ключами полупроводникового коммутатора 10 на выходах схемы регулирования длительности импульсов 9 (фиг.1, 2) обеспечивается подачей на установочный вход этой схемы соответствующего кода N с выхода вычислителя 19 (фиг.1, 3).Changing the duration t and the control pulses of the keys of the semiconductor switch 10 at the outputs of the pulse width control circuit 9 (FIGS. 1, 2) is provided by applying to the installation input of this circuit a corresponding code N from the output of the calculator 19 (FIGS. 1, 3).
Собственно экстремальное управление осуществляется вычислителем 19, может быть реализовано разными методами, в частности на основе шаговых алгоритмов, и поясняется приведенной на фиг.3 блок-схемой простейшего варианта поискового алгоритма. Из блок-схемы видно, что экстремальное управление в устройстве позволяет без идентификации α1(t)...α3(t) минимизировать Udиг путем нахождения соответствующего кода N, а после нахождения экстремума регулируемой величины около этого экстремума устанавливаются некоторые колебания. Величина этих колебаний, а значит, точность управления, будет определяться разрядностью имеющихся в составе схемы регулирования длительности импульсов 9 двоичных счетчиков, в которые записывается код N, поступающий на установочный вход этой схемы. А разрядность указанных счетчиков будет определять коэффициент деления делителя частоты 7.Actually extreme control is carried out by the calculator 19, can be implemented by different methods, in particular based on step-by-step algorithms, and is illustrated in Fig. 3 by a block diagram of the simplest version of the search algorithm. From the block diagram it can be seen that the extreme control in the device allows, without identification, α 1 (t) ... α 3 (t) to minimize U dig by finding the corresponding code N, and after finding an extremum of an adjustable value near this extremum, some oscillations are established. The magnitude of these fluctuations, and hence the control accuracy, will be determined by the bit depth of the 9 binary counters available in the pulse duration control circuit, into which the code N is supplied to the installation input of this circuit. And the capacity of these counters will determine the division ratio of the frequency divider 7.
Стабилизация генерируемого напряжения в предлагаемом устройстве осуществляется с помощью регулятора возбуждения 15 известными способами, а стабилизации выходной частоты генератора - аналогично прототипу [RU, патент, 2103800, Н02Р 9/42, 1998].Stabilization of the generated voltage in the proposed device is carried out using the excitation controller 15 by known methods, and stabilization of the output frequency of the generator is similar to the prototype [RU, patent, 2103800, Н02Р 9/42, 1998].
Таким образом, предлагаемый коммутируемый синхронный генератор с экстремальным управлением несинусоидальностью напряжения позволяет обеспечить уменьшение искажений формы кривой генерируемого напряжения в электроэнергетических установках с переменной скоростью вращения вала приводного двигателя.Thus, the proposed switched synchronous generator with extreme control of voltage non-sinusoidality makes it possible to reduce the distortion of the shape of the curve of the generated voltage in electric power plants with a variable rotation speed of the drive motor shaft.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006122112/09A RU2310972C1 (en) | 2006-06-20 | 2006-06-20 | Commutated synchronous generator with extreme control over non-sinusoidal character of voltage |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006122112/09A RU2310972C1 (en) | 2006-06-20 | 2006-06-20 | Commutated synchronous generator with extreme control over non-sinusoidal character of voltage |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2310972C1 true RU2310972C1 (en) | 2007-11-20 |
Family
ID=38959573
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006122112/09A RU2310972C1 (en) | 2006-06-20 | 2006-06-20 | Commutated synchronous generator with extreme control over non-sinusoidal character of voltage |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2310972C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2540828C2 (en) * | 2010-08-10 | 2015-02-10 | Абб Рисерч Лтд | Dual pinion drive system |
-
2006
- 2006-06-20 RU RU2006122112/09A patent/RU2310972C1/en active
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2540828C2 (en) * | 2010-08-10 | 2015-02-10 | Абб Рисерч Лтд | Dual pinion drive system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Torrey | Switched reluctance generators and their control | |
| JPH09500517A (en) | Torque notch minimization method for quasi-square wave back-EMF permanent magnet synchronous machine with voltage source drive | |
| US8796978B2 (en) | Predictive pulse width modulation for an open delta H-bridge driven high efficiency ironless permanent magnet machine | |
| JP6168421B2 (en) | Power conversion device, power conversion method, and motor system | |
| Neuhaus et al. | Control scheme for switched reluctance drives with minimized DC-link capacitance | |
| JP2010035258A (en) | Inverter generator | |
| US6812661B2 (en) | Multiphase motor having winding connections specific to respective operating speed ranges | |
| US20150381099A1 (en) | Six-Phase AC Induction Motor Drive System and Method Therefor | |
| RU2310972C1 (en) | Commutated synchronous generator with extreme control over non-sinusoidal character of voltage | |
| Sozer et al. | Adaptive torque ripple control of permanent magnet brushless DC motors | |
| Darie et al. | The use of switched reluctance generator in wind energy applications | |
| Sozer et al. | Advanced control techniques for switched reluctance machine drives in emerging applications | |
| Rebeiro et al. | Two converter based operation of a brushless doubly fed reluctance machine | |
| Nanda et al. | A novel torque ripple minimization strategy for a 6/4 SRM drive with reduced switching frequency variation | |
| JPWO2018100835A1 (en) | Drive control device and drive control method | |
| Shahgholian et al. | Torque ripple reduction in switched reluctance motors–a review | |
| Sijina et al. | ANN based Online compensation of TSF method for torque ripple reduction of SRM drive | |
| Gengaraj et al. | A comprehensive study of multilevel inverter fed switched reluctance motor for torque ripple minimization with multicarrier PWM strategies | |
| RU2806899C1 (en) | Machine-electronic generating system with voltage and frequency stabilization | |
| Zigirkas et al. | Intelligent speed controller for single-phase induction motors using fuzzy APWM | |
| Ochije et al. | A controlled PWM AC/DC converter for a high-speed brushless generator for minimum kVA rating | |
| WO2005031963A1 (en) | Method and device for controlling the operation of an ac motor | |
| RU2708380C1 (en) | Control method of 2-phase step electric motor | |
| Fleury et al. | Study on an alternative converter performance for switched reluctance generator | |
| Sola et al. | Improved Direct Torque Control of Induction Motor for Torque Ripple Minimization |