Принцип параметрической стабилизации напряжения

В настоящее время на судах наиболее часто применяются бесщеточные синхронные генераторы, системы возбуждения и регулирования которых отличаются от систем возбуждения СГ с щеточным аппаратом.

Наиболее перспективными считаются импульсные и цифровые системы возбуждения и стабилизации напряжения. К импульсным системам относится и система возбуждения, в основу которой положен принцип параметрической стабилизации напряжения [7], который заключается в следующем (рисунок 1):

Рисунок 1 – Регулирование возбуждения СГ по пульсациям

выпрямленного напряжения: а) на холостом ходе; б) под нагрузкой

(U_п,– пульсации выпрямленного напряжения СГ; U_оп – заданное

опорное напряжение; U_пс– сглаженные пульсации выпрямленного напряжения СГ; U_fm – максимальное значение напряжения питания обмотки возбуждения; Т_и – период подачи импульсов на обмотку возбуждения; t_и – ширина импульсов, подаваемых на обмотку возбуждения;

i_f – ток возбуждения)

выпрямляется трехфазное напряжение СГ, измеряются временные интервалы каждого такта пульсаций выпрямленного напряжения U_п, которые сравниваются с заданным опорным напряжением, и в результате формируются импульсы напряжения U_f, подаваемые на обмотку возбуждения, а их величина определяется режимом работы СГ.

Выпрямление напряжения генератора осуществляется трехфазным мостом Ларионова, на выходе которого имеется шесть импульсов выпрямленного напряжения за один период напряжения генератора. Таким образом, за один период (Т=0,02 с) на обмотку возбуждения генератора подается двенадцать импульсов напряжения U_f.

Цепь интегрирования параметрического стабилизатора. На рисунке 2 приведена структурная схема синхронного генератора с параметрическим стабилизатором.

Рисунок 2 – Структурная схема СГ с ПСН:

GS – синхронный генератор; М1– приводной двигатель; UD1, UD2 – выпрямительные блоки; RC-фильтр – сглаживающая цепь; ИОН – источник опорного напряжения; ИНВ – источник начального возбуждения; КВ – коммутатор возбуждения; КлВ – ключевой каскад возбуждения;

К DA1, К DA2 – компараторы

Для получения сглаженного сигнала после выпрямителя установлена интегрирующая цепь (рисунок 3), имеющая передаточную функцию

, (1)

где τ₀ – постоянная времени интегрирующей цепи (τ₀= RC), R,С – параметры элементов цепи.

Рисунок 3 – Интегрирующая цепь

Модуль передаточной функции (1) определяется соотношением

, (2)

из которого следует, что при увеличении R или C модуль передаточной функции (коэффициент передачи) уменьшается, что приводит к уменьшению амплитуды пульсаций. В основу программы расчета переходных процессов положена математическая модель СГ с ПСН (3), где:

;

; (3)

;

. (3)

р= – оператор дифференцирования;

ω – угловая частота вращения ротора СГ;

i_f, U_f – ток и напряжение обмотки возбуждения;

Т_f, T_эd, T_эq,– постоянные времени обмотки возбуждения, продольного и поперечного демпферных контуров;

i_d, i_q, – токи обмотки статора по осям d и q;

i_dс, i_qс – токи статического потребителя по осям d и q;

i_эd, i_эq – токи продольного и поперечного демпферных контуров;

R, x_d, x_q, – индуктивные сопротивления контуров;

m_d, m_q, μ_d′ – коэффициенты взаимной индукции фазных обмоток при продольном и поперечном положении ротора и их производные:

, , ;

U_d, U_q – составляющие напряжения по осямd и q;

γ – обобщенная координата;

– принятый коэффициент.

В (3) параметрический стабилизатор описывается уравнениями (4):

;

. (4)