PL223277B1

PL223277B1 - Układ wytwarzania energii elektrycznej

Info

Publication number: PL223277B1
Application number: PL400080A
Authority: PL
Inventors: Włodzimierz Koczara; Janusz Wiśniewski; Piotr Szulawski
Original assignee: Politechnika Warszawska
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2016-10-31
Also published as: PL400080A1

Abstract

Układ wytwarzania energii elektrycznej ma generator synchroniczny (1) napędzany silnikiem, który to generator składa się z umieszczonego w wirniku (3) uzwojenia wzbudzenia (4) połączonego z układem wzbudzenia (6), oraz z uzwojenia stojana (2), które jest połączone równolegle z trójfazowym przekształtnikiem energoelektronicznym (7).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ wytwarzania energii elektrycznej o małych stratach energii.

Znany jest układ wytwarzania energii elektrycznej w postaci generatora synchronicznego z uzwojonym wirnikiem i ze wzbudzeniem obcym, podstawowym przetwornikiem energii mechanicznej na elektryczną. Generator ten składa się z uzwojenia wzbudzenia umieszczonego w wirniku oraz z trójfazowego uzwojenia stojana. Prąd uzwojenia wzbudzenia jest regulowany za pomocą układu wzbudzenia, a uzwojenie stojana połączone jest z odbiornikiem. Generator jest napędzany silnikiem dostarczającym moc czynną.

Generator ten jest źródłem mocy czynnej i biernej, oraz pełni rolę źródła napięcia przemiennego wytwarzającego standardowe napięcie np. 50 lub 60 Hz. Regulacja mocy biernej generatora, pracującego w systemie elektroenergetycznym odbywa się poprzez zmianę wzbudzenia. Energia doprowadzona do obwodu wzbudzenia jest tracona w postaci ciepła, które wymaga specjalnego odprowadzenia z wirnika na zewnątrz generatora.

Dostarczanie przez generator synchroniczny energii biernej skutkuje stratami energii czynnej w uzwojeniach stojana. Dostarczany znamionowy prąd czynny wynosi tylko 80% prądu stojana a znamionowy prąd bierny osiąga wartość 60%. Głównym celem generatora synchronicznego jest wytwarzanie mocy czynnej natomiast konieczność dostarczenia mocy biernej jest przyczyną dodatk owych strat energii w stojanie i w wirniku. Straty energii czynnej w fazie stojana są proporcjonalne do kwadratu prądu. Zatem straty związane z prądem biernym, w warunkach pracy znamionowej, wyniosą 36% strat całkowitych w rezystancji stojana. Tak znaczne straty wpływają na obniżenie sprawności energetycznej generatora a usunięcie wytworzonego dodatkowego ciepła wymaga powiększenia konstrukcji i mocy układu chłodzenia. Produkcja energii biernej jest koniecznością wynikającą z zapotrzebowania przez odbiorniki a zatem energia ta musi być dostarczana przez stojan generatora synchronicznego.

Celem wynalazku jest wytworzenie energii czynnej głównie przez generator a zadanie dostarczenia energii biernej jest wypełniane przez dodatkowy układ.

Istota układu według wynalazku polega na tym, że z uzwojeniem stojana jest połączony równolegle statyczny przekształtnik energoelektroniczny. Jeśli odbiornikiem energii elektrycznej jest sieć elektroenergetyczna to uzwojenie stojana jest połączone z odbiornikiem i poprzez układ pomiaru napięć i prądów z wejściami bloku obliczeń a także poprzez układ pomiaru prądu przekształtnika z wejściami bloku obliczeń. Uzwojenie stojana połączone jest poprzez przekształtnik energoelektroniczny z wejściami bloku regulacji napięcia na kondensatorze, którego drugie wejście połączone jest z pierwszym wyjściem bloku obliczeń, a trzecie wejście bloku regulacji napięcia na kondensatorze jest wejściem sygnału zadanej wartości napięcia na kondensatorze. Drugie i trzecie wyjście bloku obliczeń połączone są z wejściami bloku regulacji prądu biernego przekształtnika, a czwarte i piąte wyjście bloku obliczeń połączone są z wejściami bloku wyzwalania tranzystorów i z wejściami bloku wyzwalania połączone jest wyjście bloku regulacji napięcia na kondensatorze i wyjście bloku regulacji prądu biernego przekształtnika. Wyjście bloku wyzwalania połączone jest z wejściem sterującym przekształtnika, przy czym szóste i siódme wyjście bloku obliczeń połączone jest przez blok regulacji prądu czynnego generatora z wejściem sterującym silnika a ósme i dziewiąte wyjście bloku obliczeń połączone jest poprzez blok regulacji prądu biernego generatora następnie poprzez układ wzbudzenia i układ przekazywania energii do wirnika z uzwojeniem wzbudzenia. Trójfazowy przekształtnik energoelektroniczny ma na wejściu układ pomiaru prądu przekształtnika, który poprzez filtr połączony jest z trójfazowym wyjściem przemienno prądowym tranzystorów a do drugiego wyjścia stałonapięciowego tranzystorów połączony jest kondensator i układ pomiaru napięcia, który stanowi wyjście przekształtn ika, a wejście sterujące przekształtnika stanowi wejście sterujące tranzystorów.

Siódme wejście bloku obliczeń jest wejściem sygnału zadanej mocy czynnej generatora, ósme wejście bloku obliczeń jest wejściem sygnału zadanej mocy biernej generatora a dziewiąte wejście bloku obliczeń jest wejściem sygnału zadanej mocy biernej przekształtnika.

W przypadku pracy autonomicznej generatora uzwojenie stojana jest połączone z odbiornikiem i poprzez układ pomiaru napięć i prądów z wejściami bloku obliczeń a także poprzez układ pomiaru prądu przekształtnika z wejściami bloku obliczeń, przy czym uzwojenie stojana połączone jest poprzez przekształtnik energoelektroniczny z wejściami bloku regulacji napięcia na kondensatorze, którego drugie wejście połączone jest z pierwszym wyjściem bloku obliczeń, a trzecie wejście bloku regulacji napięcia na kondensatorze jest wejściem sygnału zadanej wartości napięcia na kondensatorze, zaś

PL 223 277 B1 drugie i trzecie wyjście bloku obliczeń połączone są z wejściami bloku regulacji prądu biernego przekształtnika, a czwarte i piąte wyjście bloku obliczeń połączone są z wejściami bloku wyzwalania tranzystorów i z wejściami bloku wyzwalania połączone jest wyjście bloku regulacji napięcia na kondens atorze i wyjście bloku regulacji prądu biernego przekształtnika, zaś wyjście bloku wyzwalania połączone jest z wejściem sterującym przekształtnika, zaś szóste wyjście bloku obliczeń połączone jest przez blok regulacji napięcia generatora następnie poprzez układ wzbudzenia i układ przekazywania energii do wirnika z uzwojeniem wirnika. Trójfazowy przekształtnik energoelektroniczny ma na wejściu układ pomiaru prądu przekształtnika, który poprzez filtr połączony jest z trójfazowym wyjściem przemienno prądowym tranzystorów a do drugiego wyjścia stałonapięciowego tranzystorów połączony jest kondensator i układ pomiaru napięcia, który stanowi wyjście przekształtnika, a wejście sterujące przekształtnika stanowi wejście sterujące tranzystorów. Blok regulacji prądu biernego przekształtnika ma trzecie wejście sygnału zadanego prądu biernego generatora.

Rozwiązanie według wynalazku charakteryzuje się tym, że maleje prąd wzbudzenia generatora oraz maleje prąd stojana a zatem maleją straty energii czynnej w obwodzie wirnika oraz stojana. Ponadto przekształtnik energoelektroniczny cechuje się bardzo szybkim działaniem przez co nadaje się do szybkiej regulacji mocy.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ideowo-blokowy układu wytwarzania energii elektrycznej, fig. 2 przedstawia schemat ideowo-blokowy układu regulacji wytwarzanej energii elektrycznej podczas zasilania sieci energetycznej, fig. 3 przedstawia schemat ideowo-blokowy układu regulacji wytwarzanej energii elektrycznej przy zasilaniu odbiorów.

Układ wytwarzania energii elektrycznej 111 zawiera generator synchroniczny 1, który składa się z uzwojenia wzbudzenia 4 umieszczonego w wirniku 3 oraz z trójfazowego uzwojenia stojana 2. Uzwojenie wzbudzenia 4 połączone jest przez układ przekazywania energii do wirnika 6a z układem wzbudzenia 6, a uzwojenie stojana 2 jest połączone równolegle z trójfazowym przekształtnikiem energoelektronicznym 7 i szeregowo z odbiornikiem 8. Generator 1 jest napędzany silnikiem 5 dostarczającym moc czynną Pg.

Prąd uzwojenia wzbudzenia If jest regulowany układem wzbudzenia 6 zgodnie z wartością zadaną Ifz. Prąd generatora Ig składa się ze składowej czynnej Igm i ze składowej biernej Igr. Prąd przekształtnika energoelektronicznego Ip składa się ze składowej czynnej Ipm oraz ze składowej biernej Ipr. Generator synchroniczny 1 oraz przekształtnik są źródłami energii dla odbiornika 8, którego prąd Is ma składową czynną Ism oraz składową bierną Isr. Zadaniem przekształtnika energoelektronicznego 7 oraz układu wzbudzenia 6 jest realizacja zasady zerowego lub bliskiego zeru prądu biernego generatora czyli Igr = 0 co oznacza zapewnienie wymaganego biernego prądu odbiornika przez przekształtnik czyli Ipr = Isr. Przekształtnik energoelektroniczny 7, w postaci falownika napięcia o sterowaniu prądowym, ma konstrukcję dwu lub wielopoziomową.

Generator synchroniczny 1, w układzie z przekształtnikiem energoelektronicznym 7, nie traci możliwości wytwarzania mocy biernej, która np. w stanach przejściowych może być przez niego również dostarczana. Przypadek pracy generatora synchronicznego 1 z pełnym wzbudzeniem czyli pracy z cos<p = 0,8 jest również możliwy a wówczas np. przekształtnik energoelektroniczny 7 będzie dostarczał mocy biernej i czynnej tylko w stanach przejściowych powiększając chwilowo moc źródła, np. podczas startu silnika indukcyjnego klatkowego, który w czasie rozruchu pobiera ze źródła prąd znacznie większy w porównaniu z prądem znamionowym.

Przekształtnik energoelektroniczny 7, w odróżnieniu od generatora synchronicznego 1, nie zawiera części wirujących zatem jego chłodzenie jest łatwiejsze. Ponadto przekształtniki energoelektroniczne cechuje wysoka sprawność energetyczna oraz duża szybkość działania.

W układzie regulacji wytwarzania energii elektrycznej przedstawionym na fig. 2 odbiornikiem 8 energii elektrycznej jest sieć elektroenergetyczna. Generator synchroniczny 1 składa się z uzwojenia wzbudzenia 4 umieszczonego w wirniku 3 oraz z trójfazowego uzwojenia stojana 2. Uzwojenie wzbudzenia 4 połączone jest przez układ przekazywania energii do wirnika 6a i układ wzbudzenia 6 z blokiem regulacji prądu biernego generatora 10. Układ wzbudzenia 6 wraz z blokiem przekazywania energii 6a wytwarza odpowiednią wartość prądu wzbudzenia generatora w uzwojeniu 4. Przykładowy układ przekazywania energii 6a składa się z prostownika diodowego 22, twornika wzbudnicy 23 oraz z uzwojenia wzbudzenia wzbudnicy 24. Generator synchroniczny 1 jest napędzany silnikiem 5 wytwarzającym moc proporcjonalną do momentu napędowego M i prędkości kątowej ω. Uzwojenie stojana 2 jest połączone z odbiornikiem 8 i poprzez układ pomiaru prądu przekształtnika 13 i następnie filtr 14

PL 223 277 B1 z trójfazowym wyjściem przemienno prądowym tranzystorów 15. Do drugiego wyjścia stałonapięciowego tranzystorów 15 połączony jest kondensator 16 i układ pomiaru napięcia 17. Elementy 13, 14, 15, 16, 17 stanowią trójfazowy przekształtnik energoelektroniczny 7. Napięcia i prądy na wyjściu uzwojenia stojana 2 podawane są na układ pomiaru napięć i prądów 12, którego wyjścia połączone są z wejściami bloku obliczeń 11. Do wejść bloku obliczeń 11 są połączone również wyjścia układu pomiaru prądu przekształtnika 13. Na siódme, ósme i dziewiąte wejście bloku obliczeń 11 podawane są sygnały zadanych mocy odpowiednio zadanej mocy czynnej generatora, zadanej mocy bier nej generatora oraz zadanej mocy biernej przekształtnika. Wyjście układu pomiaru napięcia 17 i pierwsze wyjście 1' bloku obliczeń 11 połączone są z wejściami bloku regulacji napięcia na kondensatorze 18. Na trzecie wejście bloku regulacji napięcia na kondensatorze 18 podawany jest sygnał zadanej wartości napięcia na kondensatorze. Drugie 2' i trzecie wyjście 3' bloku obliczeń 11 połączone są z wejściami bloku regulacji prądu biernego przekształtnika 19. Czwarte 4' i piąte wyjście 5' bloku obliczeń 11 połączone są z wejściami bloku wyzwalania 20 tranzystorów 15. Z wejściami bloku wyzwalania 20 połączone jest wyjście bloku regulacji napięcia na kondensatorze 18 i wyjście bloku regulacji prądu biernego przekształtnika 19. Wyjście bloku wyzwalania 20 połączone jest z tranzystorami 15 przekształtnika 7. Szóste 6' i siódme wyjście 7' bloku obliczeń 11 połączone jest przez blok regulacji prądu czynnego generatora 9 z wejściem sterującym silnika 5 a ósme 8' i dziewiąte 9' wyjście bloku obliczeń 11 połączone jest poprzez blok regulacji prądu biernego generatora 10 z układem wzbudzenia 6.

Wyjściowe napięcia przewodowe generatora wynoszą odpowiednio Ugab, Ugbc, Ugca, a prądy odpowiednio iga, igb i igc.

Układ pomiaru napięć i prądów 12 dostarcza sygnały zmierzonych napięć przewodowych generatora ugab i ugbc i prądów generatora iga i igb. Sygnały zmierzonych napięć przewodowych ugab i ugbc i prądów generatora iga i igb są podawane na wejście bloku obliczeń 11. Sygnałami wejściowymi bloku obliczeń 11 są sygnał zadanej mocy czynnej generowanej do sieci psz, sygnał zadanej mocy biernej generatora qgz oraz sygnał zadanej mocy biernej przekształtnika qpz. Układ pomiaru prądu przekształtnika 13 dostarcza sygnały zmierzonych prądów przekształtnika ipa i ipb. Sygnały zmierzonych prądów ipa i ipb podawane są na wejście bloku obliczeń 11. Blok obliczeń 11 wytwarza sygnały zmierzonych prądów generatora w wirującym układzie współrzędnych xy czyli igxa i igya, oraz sygnały zadanych prądów generatora w wirującym układzie współrzędnych xy czyli igxz, igyz. Moc czynna generatora jest regulowana przez blok regulacji prądu czynnego generatora 9. Na wejście tego bloku jest podawany sygnał prądu zadanego igxz oraz prądu zmierzonego igxa. Blok regulacji prądu czynnego generatora 9 wytwarza sygnał zadanego momentu mz silnika napędowego 5. Silnik napędowy 5 wytwarza moment napędowy M i w ten sposób jest regulowana moc czynna napędzanego generatora.

Sygnał zadanej wartości prądu generatora w osi y czyli igyz jest podawany na pierwsze wejście bloku regulacji prądu biernego generatora 10. Na drugie wejście bloku regulacji 10 podawany jest sygnał zmierzonego prądu generatora w osi y czyli igya. Blok regulacji 10 wraz z układem wzbudzenia 6 oraz układem przekazywania energii do wirnika 6a wytwarza odpowiednią wartość prądu wzbudzenia generatora w uzwojeniu 4. Układ wzbudzenia 6 wytwarza odpowiedni prąd w uzwojeniu wzbudzenia wzbudnicy 24. W uzwojeniach twornika wzbudnicy 23 indukuje się napięcie przemienne, zależne od prądu uzwojenia wzbudzenia wzbudnicy 24, które prostowane jest w prostowniku 22 i podawane na uzwojenie wzbudzenia 4.

Sygnałami wyjściowymi bloku obliczeń 11 są sygnały zmierzonych prądów przekształtnika w osiach xy czyli ipxa, ipya, zadana wartość prądu przekształtnika w osi y czyli ipyz oraz wartości sin a i cosa.

Układ pomiaru napięcia 17 na kondensatorze 16, w obwodzie pośredniczącym napięcia stałego przekształtnika 7, wytwarza sygnał zmierzonego napięcia na kondensatorze 16 czyli sygnał udca. Blok regulacji napięcia na kondensatorze 18 obwodu napięcia stałego przyjmuje na wejściu sygnał zadanej wartości napięcia udcz, sygnał zmierzonego napięcia na kondensatorze udca oraz sygnał zmierzonego prądu przekształtnika w osi x czyli ipxa. Blok regulacji napięcia na kondensatorze 18 wytwarza na wyjściu sygnał zadanego napięcia przekształtnika w osi x upxz, który podawany jest na wejście bloku wyzwalającego 20 tranzystory 15 przekształtnika 7.

Na wejście bloku regulacji prądu biernego 19 przekształtnika podawana jest zadana wartość prądu przekształtnika ipyz. Na drugie wejście układu regulacji 19 podawany jest sygnał zmierzonego prądu przekształtnika ipya. Sygnałem wyjściowym układu regulacji 19 jest sygnał zadanego napięcia przekształtnika w osi y upyz, sygnał ten jest podawany na wejście bloku wyzwalającego 20. Blok wyPL 223 277 B1 zwalający 20 wysyła odpowiednie sygnały sterujące St tranzystorami 15 przekształtnika 7. Sygnały St są tak wypracowane aby prądy przekształtnika we współrzędnych xy czyli ipx, ipy były równe prądom zadanym ipxz i ipyz, przy odpowiednich wartościach sina i cosa. Prądy przekształtnika są filtrowane przez filtr 14.

Przy pracy na sieć układu wytwarzania energii zastosowano przekształcenia matematyczne: Sygnały zmierzonych prądów generatora w stacjonarnym układzie współrzędnych αβ czyli iga, igp wyznaczone są w bloku obliczeń 11 ze wzorów iga ' iga igP ^2 ' (θ.5 ' ig_a + igb}

Sygnały zmierzonych napięć generatora w stacjonarnym układzie współrzędnych αβ czyli uga, ugβ wyznaczone są w bloku obliczeń 11 ze wzorów

Uga V 2/^ (Ugab + 0,5u^j,_c)

Ugβ '0.5 Ugb_c

W stacjonarnym układzie współrzędnych αβ oś β jest przesunięta względem osi a o kąt 90 stopni.

Sygnały sina i cosa wyznaczone są w bloku obliczeń 11 ze wzorów

Sina — UgP /^Ug_a2 + Ugp2 COSCC — Uga/yjUg_a2 + Ugp2

Kąt a jest kątem między osią nieruchomą a w układzie współrzędnych αβ, a wektorem napięcia generatora Ug.

Sygnał napięcia generatora w osi x czyli ugx wyznaczany jest w bloku obliczeń 11 ze wzoru u_gx ^{= u}ga ' cosa + u_gp sina

We współrzędnych wirujących xy oś x odpowiada położeniu wektora napięcia generatora Ug = ugx, a oś y jest przesunięta względem osi x o kąt 90 stopni.

Sygnały zmierzonych prądów generatora we współrzędnych xy czyli igxa i igya wyznaczone są w bloku obliczeń 11 ze wzorów igxa iga cosa 4^- igp sina igya ⁼ ~iga + sina + igp cosa

Moc czynna oddawana do sieci elektroenergetycznej p_s przez układ wytwarzania energii elektrycznej 111 jest sumą mocy czynnej generatora p_sg, wyznaczanej jako suma iloczynu napięcia ugx i prądu igx w osi x, oraz mocy czynnej przekształtnika p_sp, wyznaczanej jako iloczyn napięcia ugx oraz prądu przekształtnika ipx w osi x

Ps ~ Ug_X ' (ig_X + ipx}

Sygnał zadanego prądu generatora w osi x czyli ipxz, realizujący zadaną moc czynną generat ora, wyznaczony jest w bloku obliczeń 11 ze wzoru igxz Psz/Ug_X ip_Xa

Moc bierna generatora jest proporcjonalna do prądu generatora igy w osi y. Moc bierna generatora wyraża się wzorem ^Ugx ' ^lgy

PL 223 277 B1

Zadany prąd generatora igyz w osi y, realizujący zadaną moc bierną qgz wyznaczony jest w bloku obliczeń 11 ze wzoru igyz ~Qgz/^-gx

Sygnały zmierzonych prądów przekształtnika są wyznaczone w bloku 11 ze wzorów . . Z V2 . Vó ,

Ιρχα = lpa-[—· ^sma + ~ ' ^cosa J + Ipfc ' V2 Sina . . Z V2 λ/ó . _ ^lpya ^{= l}pa ’ I y' cosa + — sina j + i_pb V2 cosa

Moc bierna przekształtnika proporcjonalna jest do prądu przekształtnika w osi y czyli ipy. Blok obliczeń 11 wyznacza sygnał zadanej wartości prądu przekształtnika w osi y ipyz, zgodnie ze wzorem

Przykład układu regulacji wytwarzania energii elektrycznej w przypadku pracy autonomicznej generatora, czyli zasilania odbiorów przez generator, przedstawia rysunek fig. 3. Źródłem energii elektrycznej jest blok 111, odbiornikiem energii elektrycznej jest blok 8. Źródło to składa się z generatora synchronicznego 1 i z trójfazowego przekształtnika energoelektronicznego 7.

Generator synchroniczny 1 składa się z uzwojenia wzbudzenia 4 umieszczonego w wirniku 3 oraz z trójfazowego uzwojenia stojana 2. Uzwojenie wzbudzenia 4 połączone jest przez układ przekazywania energii do wirnika 6a i układ wzbudzenia 6 z blokiem regulacji napięcia generatora 21. Układ wzbudzenia 6 wraz z blokiem przekazywania energii 6a wytwarza odpowiednią wartość prądu wzbudzenia generatora w uzwojeniu 4. Przykładowy układ przekazywania energii 6a składa się z prostownika diodowego 22, twornika wzbudnicy 23 oraz z uzwojenia wzbudzenia wzbudnicy 24. Generator synchroniczny 1 jest napędzany silnikiem 5 wytwarzającym moc proporcjonalną do momentu napędowego M i prędkości kątowej ω. Uzwojenie stojana 2 jest połączone z odbiornikiem 8 i poprzez układ pomiaru prądu przekształtnika 13 i następnie filtr 14 z trójfazowym wyjściem przemienno prądowym tranzystorów 15. Do drugiego wyjścia stałonapięciowego tranzystorów 15 połączony jest kondensator 16 i układ pomiaru napięcia 17. Elementy 13, 14, 15, 16, 17 stanowią trójfazowy przekształtnik energoelektroniczny 7. Napięcia i prądy na wyjściu uzwojenia stojana 2 podawane są na układ pomiaru napięć i prądów 12, którego wyjścia połączone są z wejściami bloku obliczeń 11. Do wejść bloku obliczeń 11 są połączone również wyjścia układu pomiaru prądu przekształtnika 13. Wyjście układu pomiaru napięcia na kondensatorze 17 i pierwsze wyjście 1' bloku obliczeń 11 połączone są z wejściami bloku regulacji napięcia na kondensatorze 18. Na trzecie wejście bloku regulacji napięcia na kondensatorze 18 podawany jest sygnał zadanego napięcia na kondensatorze. Drugie 2' i trzecie wyjście 3' bloku obliczeń 11 połączone jest z wejściami bloku regulacji prądu biernego generatora 19. Na trzecie wejście bloku regulacji prądu biernego generatora 19 podawany jest sygnał zadanego prądu biernego generatora. Czwarte 4' i piąte wyjście 5' bloku obliczeń 11 połączone są z wejściami bloku wyzwalania 20 tranzystorów 15. Z wejściami bloku wyzwalania 20 połączone jest wyjście bloku regulacji napięcia na kondensatorze 18 i wyjście bloku regulacji prądu biernego generatora 19. Wyjście bloku wyzwalania 20 połączone są z tranzystorami 15 przekształtnika. Szóste 6' wyjście bloku obliczeń 11 połączone jest przez blok regulacji napięcia generatora 21 następnie blok układu wzbudzenia 6 i blok przekazywania energii do wirnika 6a z uzwojeniem wzbudzenia 4. Na drugie wejście bloku regulacji napięcia generatora 21 podawany jest sygnał zadanej wartości napięcia generatora.

Układ pomiaru napięć i prądów 12 dostarcza sygnały zmierzonych napięć przewodowych generatora ugab i ugbc i prądów generatora iga i igb. Sygnały zmierzonych napięć przewodowych ugab i ugbc i prądów generatora iga i igb są podawane na wejście bloku obliczeń 11. Blok obliczeń 11 wyznacza na wyjściu sygnał napięcia generatora w osi x czyli ugxa. Sygnał zadanego napięcia generat ora w osi x ugxz podawany jest na jedno wejście bloku regulacji napięcia generatora 21. Na drugie wejście bloku regulacji napięcia generatora 21 podawany jest sygnał zmierzonego napięcia generatora w osi x ugxa. Blok regulacji 21 wraz z układem wzbudzenia 6 oraz układem przekazywania energii do wirnika 6a wytwarza odpowiednią wartość prądu wzbudzenia generatora w uzwojeniu 4. Układ wzbudzenia 6 wytwarza odpowiedni prąd w uzwojeniu wzbudzenia wzbudnicy 24. W uzwojeniach

PL 223 277 B1 twornika wzbudnicy 23 indukuje się napięcie przemienne, zależne od prądu uzwojenia wzbudzenia wzbudnicy 24, które prostowane jest w prostowniku 22 i podawane na uzwojenie wzbudzenia 4. Sygnałami wyjściowymi bloku obliczeń 11 są sygnały zmierzonych prądów przekształtnika w osiach xy czyli ipxa, ipya, zmierzona wartość prądu generatora w osi y czyli igya oraz wartości sina i cosa. Układ pomiaru napięcia na kondensatorze 17, w obwodzie pośredniczącym napięcia stałego przekształtnika 7, wytwarza sygnał zmierzonego napięcia na kondensatorze 16 czyli sygnał udca. Blok regulacji napięcia na kondensatorze 18 przyjmuje na wejściu sygnał zadanej wartości napięcia udcz, sygnał zmierzonego napięcia na kondensatorze udca oraz sygnał zmierzonego prądu przekształtnika w osi x czyli ipxa. Blok regulacji napięcia na kondensatorze 18 wytwarza na wyjściu sygnał zadanego napięcia przekształtnika w osi x czyli upxz, który podawany jest na wejście bloku wyzwalającego 20 tranzystory 15 przekształtnika 7. Blok regulacji prądu biernego generatora 19 przyjmuje na wejściu sygnał zadanej wartości prądu generatora w osi y czyli igyz, sygnał zmierzonego prądu generatora w osi y czyli igya oraz sygnał zmierzonego prądu przekształtnika w osi y czyli ipya. Blok regulacji prądu biernego generatora 19 wytwarza na wyjściu sygnał zadanego napięcia przekształtnika w osi y upyz, który podawany jest na wejście bloku wyzwalającego 20 tranzystory 15 przekształtnika 7. Sygnały St są tak wypracowane aby prądy przekształtnika we współrzędnych xy czyli ipx, ipy były równe prądom zadanym ipxz i ipyz, przy odpowiednich wartościach sina i cosa. Prądy przekształtnika są filtrowane przez filtr 14.

Przy pracy autonomicznej układu wytwarzania energii zastosowano przekształcenia matem atyczne:

Sygnały zmierzonych napięć generatora w stacjonarnym układzie współrzędnych αβ czyli iga, igβ wyznaczone są w bloku obliczeń 11 ze wzorów iga λ/ l'2 ' iga igP Ż2 ' (0.5 lg_a + igb)

Uga — y2/3 (Ugab + 0,5li^^_e)

Ugβ 0.5 Ugb_c

Sygnały sina i cosa wyznaczone są w bloku obliczeń 11 ze wzorów

Sina — UgP /^Ug_a2 + Ugp2 COSa — Ugal yjUg_a2 + Ugp2

Sygnał napięcia generatora w osi x czyli ugxa wyznaczony jest w bloku obliczeń 11 ze wzoru ^ugxa ^{= u}ga ' cosa + u_gp sina

We współrzędnych wirujących xy oś x odpowiada położeniu wektora napięcia generatora Ug = ugxa, a oś y jest przesunięta względem osi x o kąt 90 stopni.

Sygnał zmierzonego prądu generatora w osi y czyli igya jest wyznaczony w bloku obliczeń 11 ze wzoru igya — —iga ' igp ' COSCC

PL 223 277 B1

Sygnały zmierzonych prądów przekształtnika w wirującym układzie współrzędnych xy czyli ipxa, ipya są wyznaczone w bloku 11 ze wzorów . . ZV2 . Vó \ ι_ρχα = i_pa I — sina + — cosa I + i_pb V 2 sina . . ZV2 Vó \ _ ^lpya ^{= l}pa ' I y' cosa —— sina l + i_pb v2 cosa

Innym przykładem wykorzystania układu wytwarzania energii elektrycznej podanego na rysunku fig. 1 jest wyposażenie przekształtnika w magazyn energii. Zmagazynowana energia jest wykorzyst ywana do chwilowego dostarczania mocy do odbiornika przez co całkowita chwilowa moc czynna układu wytwarzania energii elektrycznej 111 będzie większa od mocy generatora synchronicznego 1.

Kolejnym przykładem wykorzystania układu wytwarzania energii elektrycznej 111 jest wyposażenie przekształtnika w niezależne źródło energii. Moc czynna niezależnego źródła energii jest przekazywana do odbiornika poprzez przekształtnik i powiększa moc czynną układu wytwarzania energii.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Układ wytwarzania energii elektrycznej w postaci generatora synchronicznego, napędzanego silnikiem, który to generator składa się z umieszczonego w wirniku uzwojenia wzbudzenia połączonego z układem wzbudzenia, oraz z uzwojenia stojana, znamienny tym, że uzwojenie stojana (2) jest połączone równolegle z trójfazowym przekształtnikiem energoelektronicznym (7).
2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że jeśli odbiornikiem energii elektrycznej (8) jest sieć elektroenergetyczna to uzwojenie stojana (2) jest połączone z odbiornikiem (8) i poprzez układ pomiaru napięć i prądów (12) z wejściami bloku obliczeń (11) a także poprzez układ pomiaru prądu przekształtnika (13) z wejściami bloku obliczeń (11), przy czym uzwojenie stojana (2) połączone jest poprzez przekształtnik energoelektroniczny (7) z wejściami bloku regulacji napięcia na kondensatorze (18), którego drugie wejście połączone jest z pierwszym wyjściem (1') bloku obliczeń (11), a trzecie wejście bloku regulacji napięcia na kondensatorze (18) jest wejściem sygnału zadanej wartości napięcia na kondensatorze, zaś drugie (2') i trzecie wyjście (3') bloku obliczeń (11) połączone są z wejściami bloku regulacji prądu biernego przekształtnika (19), a czwarte (4') i piąte wyjście (5') bloku obliczeń (11) połączone są z wejściami bloku wyzwalania (20) tranzystorów (15) i z wejściami bloku wyzwalania (20) połączone jest wyjście bloku regulacji napięcia na kondensatorze (18) i wyjście bloku regulacji prądu biernego przekształtnika (19), zaś wyjście bloku wyzwalania (20) połączone jest z wejściem sterującym przekształtnika (7), przy czym szóste (6') i siódme wyjście (7') bloku obliczeń (11) połączone jest przez blok regulacji prądu czynnego generatora (9) z wejściem sterującym silnika (5) a ósme (8') i dziewiąte (9') wyjście bloku obliczeń (11) połączone jest poprzez blok regulacji prądu biernego generatora (10) następnie poprzez układ wzbudzenia (6) i układ przekazywania energii do wirnika (6a) z uzwojeniem wzbudzenia (4).
3. Układ według zastrz. 2, znamienny tym, że trójfazowy przekształtnik energoelektroniczny (7) ma na wejściu układ pomiaru prądu przekształtnika (13), który poprzez filtr (14) połączony jest z trójfazowym wyjściem przemienno prądowym tranzystorów (15) a do drugiego wyjścia stałonapięciowego tranzystorów (15) połączony jest kondensator (16) i układ pomiaru napięcia (17), który stanowi wyjście przekształtnika, a wejście sterujące przekształtnika (7) stanowi wejście sterujące tranzystorów (15).
4. Układ według zastrz. 2 albo 3, znamienny tym, że siódme wejście bloku obliczeń (11) jest wejściem sygnału zadanej mocy czynnej generatora, ósme wejście bloku obliczeń (11) jest wejściem sygnału zadanej mocy biernej generatora a dziewiąte wejście bloku obliczeń (11) jest wejściem sygnału zadanej mocy biernej przekształtnika.
5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że w przypadku pracy autonomicznej generatora uzwojenie stojana (2) jest połączone z odbiornikiem (8) i poprzez układ pomiaru napięć i prądów (12) z wejściami bloku obliczeń (11) a także poprzez układ pomiaru prądu przekształtnika (13) z wejściami bloku obliczeń (11), przy czym uzwojenie stojana (2) połączone jest poprzez przekształtnik energoelektroniczny (7) z wejściami bloku regulacji napięcia na kondensatorze (18), którego drugie wejście

PL 223 277 B1 połączone jest z pierwszym wyjściem (1') bloku obliczeń (11), a trzecie wejście bloku regulacji napięcia na kondensatorze (18) jest wejściem sygnału zadanej wartości napięcia na kondensatorze, zaś drugie (2') i trzecie wyjście (3') bloku obliczeń (11) połączone są z wejściami bloku regulacji prądu biernego przekształtnika (19), a czwarte (4') i piąte wyjście (5') bloku obliczeń (11) połączone są z wejściami bloku wyzwalania (20) tranzystorów (15) i z wejściami bloku wyzwalania (20) połączone jest wyjście bloku regulacji napięcia na kondensatorze (18) i wyjście bloku regulacji prądu biernego przekształtnika (19), zaś wyjście bloku wyzwalania (20) połączone jest z wejściem sterującym przekształtnika (7), zaś szóste (6') wyjście bloku obliczeń (11) połączone jest przez blok regulacji napięcia generatora (21) następnie poprzez układ wzbudzenia (6) i układ przekazywania energii do wirnika (6a) z uzwojeniem wirnika (4).
6. Układ według zastrz. 5, znamienny tym, że trójfazowy przekształtnik energoelektroniczny (7) ma na wejściu układ pomiaru prądu przekształtnika (13), który poprzez filtr (14) połączony jest z trójfazowym wyjściem przemienno prądowym tranzystorów (15) a do drugiego wyjścia stałonapięciowego tranzystorów (15) połączony jest kondensator (16) i układ pomiaru napięcia (17), który stanowi wyjście przekształtnika (7), a wejście sterujące przekształtnika (7) stanowi wejście sterujące tranzystorów (15).
7. Układ według zastrz. 5 albo 6, znamienny tym, że blok regulacji prądu biernego przekształtnika (19) ma trzecie wejście sygnału zadanego prądu biernego generatora.