RU2709101C1 - Voltage stabilized generator based on asynchronous machine with short-closed rotor winding - Google Patents

Voltage stabilized generator based on asynchronous machine with short-closed rotor winding Download PDF

Info

Publication number
RU2709101C1
RU2709101C1 RU2019118845A RU2019118845A RU2709101C1 RU 2709101 C1 RU2709101 C1 RU 2709101C1 RU 2019118845 A RU2019118845 A RU 2019118845A RU 2019118845 A RU2019118845 A RU 2019118845A RU 2709101 C1 RU2709101 C1 RU 2709101C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
voltage
output
input
nfl
unit
Prior art date
Application number
RU2019118845A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Геннадий Сергеевич Мыцык
Мин Тант Мьё
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ")
Priority to RU2019118845A priority Critical patent/RU2709101C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2709101C1 publication Critical patent/RU2709101C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks
    • H02J3/12—Circuit arrangements for ac mains or ac distribution networks for adjusting voltage in ac networks by changing a characteristic of the network load

Abstract

FIELD: machine building; electrical engineering.
SUBSTANCE: voltage stabilized generator based on asynchronous machine (AM) with short-closed rotor winding relates to electrical engineering, generator contains basic unit of non-controlled self-excitation capacitors (2) connected to output terminals (1.A, 1.B, 1.C) of armature winding (AW), unit of controlled self-excitation capacitors (UCSEC) (3), which includes rectifying bridge (3.1), with transistor (3.2) in its direct current circuit, driver (3.3) at input of transistor (3.2), as well as group of linear capacitors (3.4) with noncontrolled capacitance connected between input terminals of rectifier bridge (3.1) and output terminals AW (1.A, 1.B, 1.C), control unit (CU) 4, which is made in form of in-series connected negative feedback loop (NFL) (5) and pulse width modulator (PWM) (6). NFL (5) is made in the form of voltage sensor (VS) (5.1) of alternating current AM UAM, made, for example, in the form of a rectifier with a voltage level reducing device (for example, resistive divider), setpoint voltage adjuster U0 (5.2), unit for comparison (subtraction) of voltages UAM and U0 (5.3), control "error" regulator ΔU=(UAM-U0) (5.4) and adder of two signals U0 and ΔU (5.5), which is output of NFL (5). PWM (6) comprises sawtooth voltage generator (SVG) (6.1) and comparator (6.2), one input of which is connected to output SVG (6.1), and the second one – to output NFL (5). Power supply CU is provided with internal power supply unit (7), its input being connected to AW AM outputs. Load 8 is connected to same outputs (1.A, 1.B, 1.C) AW AM.
EFFECT: generator can be used in construction of computer-electronic generating systems of permanent (CEGS-1) or variable (CEGS-2) current at variable frequency of rotation of drive shaft.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при построении машинно-электронных генерирующих систем постоянного (МЭГС-1) или переменного (МЭГС-2) тока при переменной частоте вращения приводного вала.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used in the construction of machine-electronic generating systems of constant (MEGS-1) or alternating (MEGS-2) current at a variable speed of the drive shaft.

Известно решение, в котором преобразование механической энергии в электрическую энергию осуществляется на основе асинхронной машины (AM) с короткозамкнутым ротором (КЗР) и подключением к якорной обмотке (ЯО) AM конденсаторов самовозбуждения (КСВ) с нерегулируемой емкостью и управляемых дросселей насыщения с блоком управления (см. ст. 88, рис. 36 в книге: Торопцев Н.Д. Авиационные генераторы. - М.: «Транспорт», 1970. - 204 с.). Изменением индуктивности дросселей регулируется результирующее емкостное сопротивление относительно напряжения AM.A solution is known in which the conversion of mechanical energy into electrical energy is carried out on the basis of an asynchronous machine (AM) with a short-circuited rotor (KZR) and connecting to the armature winding (NL) AM self-excitation capacitors (SWR) with an unregulated capacity and controlled saturation chokes with a control unit ( see Article 88, Fig. 36 in the book: Toroptsev ND Aviation Generators. - M.: "Transport", 1970. - 204 p.). By changing the inductance of the chokes, the resulting capacitive resistance is regulated with respect to the voltage AM.

Недостаток этого решения заключается в пониженной его энергоэффективности.The disadvantage of this solution is its reduced energy efficiency.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является решение, описанное на стр. 92, рис. 40 в книге: Торопцев Н.Д. Авиационные генераторы. - М.: «Транспорт», 1970. - 204 с., где для возбуждения асинхронной машины (AM) используются два блока конденсаторов самовозбуждения (КСВ). Первый блок базовых конденсаторов (ББКСВ) с нерегулируемой (минимально необходимой) линейной емкостью и второй блок КСВ с регулируемой (нелинейной) емкостью (БРКСВ). Оба блока КСВ подключаются к ЯО AM. Для изменения результирующей емкости (относительно напряжения якорной обмотке (ЯО) AM) в БРКСВ в качестве нелинейных конденсаторов используются вариконды. Требуемое изменение их емкости осуществляется блоком управления (БУ), который содержит контур отрицательной обратной связи (КООС) по напряжению в виде последовательно включенных чувствительного элемента и усилителя напряжения постоянного тока. Своим входом КООС подключен к ЯО AM, а выходом через резисторы к варикондам. КООС обеспечивает изменение уровня прикладываемого к варикондам управляющего напряжения постоянного тока при возмущающих воздействиях по частоте вращения вала AM и по нагрузке.The closest in technical essence to the invention is the solution described on page 92, Fig. 40 in the book: Toroptsev N.D. Aviation Generators. - M .: "Transport", 1970. - 204 pp., Where two units of self-excitation capacitors (SWR) are used to excite an asynchronous machine (AM). The first block of basic capacitors (BBKSV) with unregulated (minimum necessary) linear capacitance and the second block of SWR with adjustable (non-linear) capacitance (BRKSV). Both SWR units are connected to AM nuclear weapons. To change the resulting capacitance (relative to the voltage of the armature winding (NF) AM) in the BRKSV, variconds are used as non-linear capacitors. The required change in their capacitance is carried out by the control unit (CU), which contains a negative feedback loop (COOS) voltage in the form of a series-connected sensing element and a DC voltage amplifier. By its input, the COOS is connected to AM nuclear weapons, and by the output through resistors to varicondas. COOS provides a change in the level of the DC control voltage applied to the variconds during disturbing influences in terms of shaft speed AM and load.

Основной недостаток этого решения заключается в ограниченной области использования этого решения по мощности.The main disadvantage of this solution is the limited scope of use of this solution in terms of power.

Технической задачей является расширение области использования стабилизированного по напряжению асинхронного генератора по диапазону мощности при улучшении его энергетических показателях.The technical task is to expand the field of use of a voltage-stabilized asynchronous generator over a power range while improving its energy performance.

Технический результат изобретения заключается в улучшении энергоэффективности устройства.The technical result of the invention is to improve the energy efficiency of the device.

Это достигается тем, что известный стабилизированный по напряжению генератор на основе асинхронной машины с короткозамкнутой роторной обмоткой, содержащий, подключенные к его выходным выводам блок базовых конденсаторов самовозбуждения (ББКСВ) и блок регулируемых конденсаторов (БРКСВ) с блоком управления (БУ), включающий в себя контур отрицательной обратной связи (КООС) по напряжению, БРКСВ содержит линейные конденсаторы с нерегулируемой емкостью (КНРЕ) и силовой выпрямительный мост (СВМ) с транзистором, включенным в цепи его постоянного тока, управляющий вход которого подключен к выходу БУ, включающему в себя модулятор ширины импульсов (МШИ) с управляющим входом, подключенным к выходу КООС, а КНРЕ включены между входными выводами СВМ и выводами ЯО AM.This is achieved by the fact that the known voltage-stabilized generator based on an asynchronous machine with a short-circuited rotor winding, comprising, connected to its output terminals, a block of self-excitation basic capacitors (BBKSV) and an adjustable capacitors block (BRKSV) with a control unit (BU), which includes voltage negative feedback loop (CEP), BRKSV contains linear capacitors with unregulated capacitance (KNRE) and power rectifier bridge (CBM) with a transistor connected to its constant circuit current, the control input of which is connected to the output of the control unit, which includes a pulse width modulator (MSI) with a control input connected to the COOS output, and the CRE are connected between the input terminals of the CBM and the terminals of the nuclear weapons AM.

Сущность изобретения поясняется на чертеже, где приведена схема стабилизированного по напряжению генератора на основе асинхронной машины с короткозамкнутой роторной обмоткой.The invention is illustrated in the drawing, which shows a diagram of a voltage-stabilized generator based on an asynchronous machine with a short-circuited rotor winding.

Стабилизированный по напряжению генератор на основе асинхронной машины 1 с короткозамкнутой роторной обмоткой и с выходными выводами ее якорной обмотки (ЯО), содержит базовый блок нерегулируемых конденсаторов самовозбуждения (ББКСВ) 2, подключенный к выходным выводам 1.A, 1.B, 1.C ЯО, блок регулируемых конденсаторов самовозбуждения (БРКСВ) 3, который включает в себя выпрямительный мост 3.1, с транзистором 3.2 в цепи его постоянного тока, драйвер 3.3 на входе транзистора 3.2, а также группу линейных конденсаторов 3.4 с нерегулируемой емкостью, включенную между входными выводами выпрямительного моста 3.1 и выходными выводами ЯО 1.A, 1.B, 1.С, блок управления (БУ) 4, который выполнен в виде последовательно включенных контура отрицательной обратной связи (КООС) 5 и модулятора ширины импульсов (МШИ) 6. КООС 5 выполнен в виде датчика напряжения (ДН) 5.1 переменного тока AM UAM, выполненный, например, в виде выпрямителя с устройством понижения уровня напряжения (например, резистивного делителя), задатчика напряжения уставки U0 5.2, узла сравнения (вычитания) напряжений UAM и U0 5.3, усилителя «ошибки» регулирования ΔU=(UAM-U0) 5.4 и сумматора двух сигналов U0 и ΔU 5.5, который является выходом КООС 5. МШИ 6 содержит генератор пилообразного напряжения (ГПН) 6.1 и компаратор 6.2, один вход которого подключен к выходу ГПН 6.1, а второй - к выходу КООС 5. Для электропитания БУ используется блок питания внутренних нужд (ИПВН) 7, своим входом подключаемый к выводам ЯО AM. К этим же выводам 1.А, 1.B, 1.С ЯО AM подключается нагрузка 8.The voltage-stabilized generator based on an asynchronous machine 1 with a short-circuited rotor winding and with the output terminals of its armature winding (NF), contains a base unit of unregulated self-excitation capacitors (BBKSV) 2 connected to the output terminals 1.A, 1.B, 1.C NF, a block of adjustable self-excitation capacitors (BRKSV) 3, which includes a rectifier bridge 3.1, with a transistor 3.2 in its DC circuit, a driver 3.3 at the input of a transistor 3.2, as well as a group of linear capacitors 3.4 with unregulated capacitance, included between the input terminals of the rectifier bridge 3.1 and the output terminals of nuclear weapons 1.A, 1.B, 1.C, control unit (CU) 4, which is made in the form of serially connected negative feedback loop (COOS) 5 and a pulse width modulator (MSI) ) 6. COOS 5 is made in the form of a voltage sensor (DN) 5.1 alternating current AM U AM , made, for example, in the form of a rectifier with a device for lowering the voltage level (for example, a resistive divider), a set voltage regulator U 0 5.2, a comparison unit (subtraction ) voltages U AM and U 0 5.3, amplifier "error" regulation I ΔU = (U AM -U 0 ) 5.4 and the adder of the two signals U 0 and ΔU 5.5, which is the output of the CEP 5. The MIX 6 contains a sawtooth voltage generator (GPN) 6.1 and a comparator 6.2, one input of which is connected to the output of the GPN 6.1, and the second - to the COOS output 5. For power supply of the control unit, the internal power supply unit (IPVN) 7 is used, with its input connected to the terminals of the nuclear weapons AM. To the same conclusions 1.A, 1.B, 1.C NW AM load 8 is connected.

Стабилизированный по напряжению генератор на основе асинхронной машины с короткозамкнутой роторной обмоткой работает следующим образом.A voltage-stabilized generator based on an asynchronous machine with a short-circuited rotor winding works as follows.

В режиме холостого хода (XX) самовозбуждение AM обеспечивает только ББКСВ 2. При подключении нагрузки напряжение AM начинает понижаться. Для поддержания его на заданном уровне начинает периодически с определенной частотой и требуемой скважностью включаться транзистор 3.2, который обеспечивает подключение КСВ БРКСВ 3.4 и за счет соответствующего изменения скважности работы увеличивает емкостной ток в ЯО AM до момента достижения напряжения AM заданного уровня. Этот процесс выполняется автоматически благодаря действию КООС 5. Отклонение (иначе «ошибка» регулирования) ΔU напряжения UAM от заданного уровня U0 определяется в узле сравнения 5.3, усиливается в усилителе 5.4, а затем суммируется в сумматоре 5.4 с заданным уровнем U0 и подается на вход компаратора 6.2, а с его выхода поступает на вход драйвера 3.3 транзистора 3.2. Скважность работы транзистора в этом случае (с ростом тока нагрузки) уменьшается, т.е. время включенного состояния транзистора увеличивается, емкостная составляющая тока от блока БРКСВ 3 возрастает, и напряжение AM увеличивается. В переходном процессе стабилизации «ошибка» ΔU стремится к нулю, и напряжение UAM стремится к заданному уровню, определяемому напряжением уставки U0.In idle mode (XX), self-excitation AM provides only BBKSV 2. When the load is connected, the voltage AM starts to decrease. To maintain it at a given level, a transistor 3.2 starts periodically with a certain frequency and required duty cycle, which provides connection of an SWR BRKSW 3.4 and, due to a corresponding change in duty cycle, increases the capacitive current in the AM nuclear power until the voltage AM reaches a specified level. This process is carried out automatically due to the action of CEP 5. Deviation (otherwise, “error” of regulation) ΔU of voltage U AM from a given level U 0 is determined in comparison node 5.3, amplified in amplifier 5.4, and then summed in adder 5.4 with a given level U 0 and fed to the input of the comparator 6.2, and from its output it goes to the input of the driver 3.3 of the transistor 3.2. The reliability of the transistor in this case (with increasing load current) decreases, i.e. the on time of the transistor increases, the capacitive component of the current from the BRKSV 3 unit increases, and the voltage AM increases. In the stabilization transition process, the “error” ΔU tends to zero, and the voltage U AM tends to a predetermined level determined by the set voltage U 0 .

Стабилизация напряжения в AM при понижении частоты вращения AM осуществляется аналогичным образом. При понижении тока нагрузки, также как и при увеличении частоты вращения вала AM, регулирование осуществляется уже по обратной логике. Поскольку напряжение AM в этом случае повышается, то КООС действует в направлении уменьшения емкостной составляющей тока. Это достигается увеличением скважности работы транзистора 3.2, то есть уменьшением интервала включенного его состояния на периоде частоты его переключения - ƒk. Значение этой частоты выбирают большей частоты напряжения AM и кратной ей.The voltage stabilization in AM with decreasing AM speed is carried out in a similar way. With a decrease in the load current, as well as with an increase in the rotational speed of the shaft AM, regulation is already carried out according to the inverse logic. Since the voltage AM in this case rises, the COO acts in the direction of decreasing the capacitive component of the current. This is achieved by increasing the duty cycle of the transistor 3.2, that is, by decreasing the interval of its on state at the period of its switching frequency - ƒ k . The value of this frequency is chosen at a higher voltage frequency AM and a multiple thereof.

Использование изобретения позволяет значительно (от одного до двух порядков и более) расширить диапазон использования изобретения по мощности и повысить энергоэффективность.The use of the invention allows significantly (from one to two orders of magnitude or more) to expand the range of use of the invention in terms of power and increase energy efficiency.

Claims (1)

Стабилизированный по напряжению генератор на основе асинхронной машины (АМ) с короткозамкнутой роторной обмоткой, содержащий подключенные к его выходным выводам блок базовых конденсаторов самовозбуждения (ББКСВ) и блок регулируемых конденсаторов (БРКСВ) с блоком управления (БУ), включающий в себя контур отрицательной обратной связи (КООС) по напряжению, отличающийся тем, что БРКСВ содержит линейные конденсаторы с нерегулируемой емкостью (КНРЕ) и силовой выпрямительный мост (СВМ) с транзистором, включенным в цепи его постоянного тока, управляющий вход которого подключен к выходу БУ, включающему в себя модулятор ширины импульсов (МШИ) с управляющим входом, подключенным к выходу КООС, а КНРЕ включены между входными выводами СВМ и выводами якорной обмотки AM.A voltage-stabilized generator based on an asynchronous machine (AM) with a short-circuited rotor winding, containing a self-excitation base capacitor block (BBKSV) and an adjustable capacitor block (BRKSV) with a control unit (BU) connected to its output terminals, including a negative feedback loop (COOS) voltage, characterized in that the BRKSV contains linear capacitors with an unregulated capacity (KNRE) and a power rectifier bridge (CBM) with a transistor connected to its DC circuit, vlyayuschy input of which is connected to the output BU comprising a pulse width modulator (MSHI) with a control input connected to the output of the CEP, and KNRE included between the input terminals and the terminal CBM AM armature winding.
RU2019118845A 2019-06-18 2019-06-18 Voltage stabilized generator based on asynchronous machine with short-closed rotor winding RU2709101C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019118845A RU2709101C1 (en) 2019-06-18 2019-06-18 Voltage stabilized generator based on asynchronous machine with short-closed rotor winding

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019118845A RU2709101C1 (en) 2019-06-18 2019-06-18 Voltage stabilized generator based on asynchronous machine with short-closed rotor winding

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2709101C1 true RU2709101C1 (en) 2019-12-16

Family

ID=69006865

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019118845A RU2709101C1 (en) 2019-06-18 2019-06-18 Voltage stabilized generator based on asynchronous machine with short-closed rotor winding

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2709101C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU674149A1 (en) * 1976-05-06 1979-07-15 Белорусское Отделение Ордена Октябрьской Революции Всесоюзного Государственного Проектно-Изыскательного И Научно-Исследовательского Института Энергетических Систем И Электрических Сетей "Энергосетьпроект" Arrangement for automatic control of voltage and compensating for reactive power in load units
RU2145767C1 (en) * 1998-11-24 2000-02-20 Кубанский государственный аграрный университет Device for automatic regulation of voltage of induction generator
US20030094929A1 (en) * 2001-01-26 2003-05-22 Pendell Larry Stuart Induction generator system and method
RU2373630C1 (en) * 2008-03-31 2009-11-20 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кубанский государственный аграрный университет Device to control self-contained induction generator voltage

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU674149A1 (en) * 1976-05-06 1979-07-15 Белорусское Отделение Ордена Октябрьской Революции Всесоюзного Государственного Проектно-Изыскательного И Научно-Исследовательского Института Энергетических Систем И Электрических Сетей "Энергосетьпроект" Arrangement for automatic control of voltage and compensating for reactive power in load units
RU2145767C1 (en) * 1998-11-24 2000-02-20 Кубанский государственный аграрный университет Device for automatic regulation of voltage of induction generator
US20030094929A1 (en) * 2001-01-26 2003-05-22 Pendell Larry Stuart Induction generator system and method
RU2373630C1 (en) * 2008-03-31 2009-11-20 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кубанский государственный аграрный университет Device to control self-contained induction generator voltage

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9537409B2 (en) Method of feedback commanding a monophase resonant converter, a related monophase resonant converter and a polyphase resonant converter
US10014780B2 (en) Multiphase switching converter
US10014823B2 (en) High efficiency resonant switched capacitor converter with continuous conversion ratio
KR101055339B1 (en) Switching regulator and its operation control method
US10110124B2 (en) Control circuit and control method for switching regulator and switching regulator with the same
US10050517B1 (en) Power supply apparatus converting input voltage to predetermined output voltage and controlling output voltage based on feedback signal corresponding to output voltage
JP2013165537A (en) Switching regulator, control method thereof, and power supply device
JP5842465B2 (en) Power supply
US6359797B1 (en) DC/DC converter incorporating a skip mode regulator
US20180287503A1 (en) Dc-dc converter
Lin et al. An indirect approach to control an active capacitor
WO2015008456A1 (en) Dc/dc converter
RU2709101C1 (en) Voltage stabilized generator based on asynchronous machine with short-closed rotor winding
JP6398773B2 (en) Control circuit and switching power supply
RU2714921C1 (en) Method of stabilizing output voltage of a magnetoelectric alternator
RU2674010C2 (en) Device for producing direct current flowing in power supply circuit of load
US10742117B2 (en) Power supply system with non-linear capacitance charge-pump
US11705824B2 (en) Simple stabilization of half-bridge converter over its operating temperatures
JP6654548B2 (en) Switching power supply
JP6144374B1 (en) Power converter
RU148941U1 (en) STABILIZED DC / DC Converter
RU180843U1 (en) DEVICE FOR CONTROL OF ASYNCHRONOUS MOTOR WITH PHASE ROTOR
Derradji et al. Experemental and Simulation Study Of The Boost Converter under Current Mode Control
Oka et al. Novel Software Defined Power Supply Utilizing Power Supply on Chip: Power supply which outputs the regulated output voltage by only connecting the load
張諶豪 Dual-phase/Multi-Phase Soft-Switching Converter with Current Balance