Синхронизирующие устройства синхронных генераторов на базе АЦП. Выбор и обоснование структурной схемы синхронизирующго устройства синхронных генераторов на базе АЦП.

Работа системы возбуждения синхронного генератора происходит таким образом.Начальное возбуждение осуществляется за счет остаточного магнитного потока генератора (1), а при недостаточном остаточном магнитном потоке подается короткий сигнал на шину (28) ПУСК. Этот сигнал поступает через логическое ИЛИ (27) на управляющий вход ключа (12), который, открываясь, кратковременно подключает индуктор (3) генератора к внешнему источнику (11).В генераторе(1)происходит возбуждение, начинает протекать ток и появляется магнитодвижущая сила обмотки (7). Под ее влиянием появляется магнитный поток, который наводит во вторичной обмотке (8) электродвижущую силу, которая поступает на вход выпрямителя (4) и через обмотку индуктора (3)течет ток возбуждения, который обеспечивает заданный уровень напряжения на холостом ходу и при малых нагрузках.Следом за подключением к зажимам генератора (1) нагрузки, ток, протекающий по обмоткам якоря (2)вызывает реакцию якоря, стремящуюся изменить напряжение. При этом, ток нагрузки протекает по токовой обмотке (6) трансформатора (5) и появляется магнитодвижущая сила обмотки (6), которая складывается геометрическим путем с магнитодвижущей силой обмотки (7). Магнитодвижущая сила, являющаяся результирующей,растет при активной и индуктивной нагрузке и уменьшается при емкостной нагрузке, а в соответствии с этим, меняется магнитный поток трансформатора (5). Электродвижущая сила во вторичной обмотке (8) и ток возбуждения генератора (1) в обмотке индуктора (3) также меняются. Следовательно, компенсируется действие реакции якоря. Поэтому напряжение генератора остается без изменения.Для того, чтобы повысить точность регулирования, на обмотку управления (8) трансформатора (5) подают ток с выхода корректора напряжения (10). При условии, что напряжение генератора, по какой-либо причине увеличилось, произойдет рост выходного тока корректора, который протекает по обмотке 8. Насыщение стали сердечника тансформатора (5) при этом растет увеличивается. Электромагнитная передача из первичных обмоток (6) и (7) во вторичную обмотку (8)снижается. Электродвижущая сила обмоткиуменьшается, ток возбуждения снижается, а напряжение генератора возвращается к прежнему уровню. При снижении напряжения генератора, насыщение стали трансформатора также уменьшается, а электромагнитная передача и ток возбуждения увеличиваются, что приводит к стаблизации напряжения на заданном уровне.Также происходит анализ величины тока i(t) нагрузки генератора, протекающего по первичной обмотке трансформатора (13).Ток i2(t) вторичной обмотки трансформатора тока i2(t)=i(t)/k, где k - коэффициент трансформации трансформатора,при протекании по шунту (14), производит на нем падение напряженияu2(t)=i2(t)*r, где r - сопротивление шунта,которое подают ко входу выпрямителя (15). Выход выпрямителя получает пульсирующее напряжение u(t)=|u2(t)|, поступающее на вход АЦП ,а на выходе преобразователя (16) формируется код мгновенного значения входного напряженияK(t)=u(t)/un, где un - шаг квантования АЦП.Имеем, таким образом, код, который является кодом мгновенного значения тока нагрузки генератора. Он подается на информационные входы регистров памяти (17) и (18). После выхода с генератора, импульсы стабильной частоты f поступают на вход распределителя (19). В свою очередь, на его выходах попеременно через фиксированный промежуток времени система воздуждения синхронного генератора с внешней форсировкой ( патент (№ 2510698)) [3]t=l/f появляются импульсы, которые поступают на входы записи регистров (17) и (18). В регистры памяти (17) и (18), в результате, записываются коды K(t) и K(t+)система воздуждения синхронного генератора с внешней форсировкой, соответствующие мгновенным значениям тока нагрузки i(t) и i(t+)система воздуждения синхронного генератора с внешней форсировкой, для смежных моментов времени отличающихся на At. Коды идут на входы вычитателя (21), на выходе которого появляется код, который соответствует текущему приращению тока нагрузки. Ток поступает на вход дешифратора (22) и возникает сигнал на одном из m выходов дешифратора (22).Если текущее приращение тока нагрузки не выше, чем допустимая величина, то сигнал появляется на одном из выходов дешифратора (22) с номерами от 1 до n и триггер (25)пребывает в положении, когда сигнал на его прямом выходе отсутствует и форсировка возбуждения при этом не производится.При превышении текущего приращения тока нагрузки генератора допустимой величины, появляется сигнал на одном из выходов дешифратора (22) с номерами от (n+1) до m, который идет далее на единичный вход триггера (25). Этот триггер переводится в состояние, когда на его прямом выходе возникает сигнал, который через элемент ИЛИ (27) поступает на управляющий вход ключа (12), который при открывании подключает к обмотке индуктора (3) внешний источник (11), чем обеспечивает форсировку возбуждения. При уменьшении тока нагрузки до допустимых значений, например, после завершения процесса пуска асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, создается сигнал на одном из выходов дешифратора (22) с номерами от 1 до n, имеющий целью родготовку элемента И (31) по первому входу. Когда мгновенное значение тока приближается к нулевому значению и наблюдается максимальное приращения тока, создается сигнал на выходе инвертора (30), поступающийет на второй вход элемента И (31). У выхода элемента И (31)возникает сигнал, который через дифференциатор (26) поступает на сбросовый вход триггера (25) и его состояние изменяется на противоположное. Сигнал с прямого выхода триггера (25) исчезает, а ключ (12) закрывается внешний источник (11) от обмотки (3) индуктора генератора.Следовательно, данная предложенная на рис3 система возбуждения генератора имеет высокую форсировочную способность, которая ограничена лишь параметрами внешнего источник, обладает высоким быстродействием форсировки возбуждения, которое определяется частотой генератора импульсов стабильной частоты и осуществляется по приращению тока генератора, еще до критического снижения напряжения. Надежность системы при этом повысится за счет замены задающего регистра, числового компаратора и дифференциатора на один дешифратор.Таким образом, в данном анализе рассмотрен как принцип работы синхронного генератора и область его применения, так и схемы синхронных генераторов в различных решениях для электроэрегетики с использованием аналого-цифровых преобразователей.ЛитератураФедотов, В. П.Проектирование микропроцессорных защит генераторов и блоков генератор-трансформатор : учебно-методическое пособие /В. П. Федотов, Л. А. Федотова. – Екатеринбург : Изд-во Урал. ун-та, 2014. – 222с.Сугаков В. Г., Хватов О. С. Основы автоматического регулирования выходных электрических параметров. Часть 2. Автоматическое регулирование напряжения автономных источников электрической энергии. Учебное пособие для вузов. - Кстово: НВВИКУ (ВУ), 2007, с.44-52.FreePatent. Cистема воздуждения синхронного генератора с внешней форсировкой [Электронный ресурс] http://www.freepatent.ru/patents/2510698