RU2208891C2

RU2208891C2 - Generator unit

Info

Publication number: RU2208891C2
Application number: RU2001105969/09A
Authority: RU
Inventors: Вардгес Саргисович Варпетян; Э.В. Варпетян; А.В. Варпетян
Original assignee: Вардгес Саргисович Варпетян
Priority date: 1998-08-05
Filing date: 1998-08-05
Publication date: 2003-07-20
Also published as: WO2000008737A1

Abstract

FIELD: electrical, electromechanical, and power engineering; power generation and control. SUBSTANCE: generator unit has generator coupled with prime mover 1 and automatic control system. Generator has stator incorporating magnetic stack 2 carrying output winding 3 and magnetic stack 4 carrying input winding 5, as well as rotor incorporating magnetic stack 6 with bars 7 adequately interconnected in two alternative ways; stator magnetic stacks 2, 4 are coaxially disposed and magnetically isolated from each other; input and output stator windings 5 and 3, respectively, are electromagnetically interlinked through rotor magnetic stack 6. Longitudinal component of armature reaction and gain chosen for proposed generator unit ensure weakening of interrelation between generator output coordinates, enhanced degree of output coordinates control separation and degree of their invariance with respect to external disturbances, and reduced installed capacity of generator-unit automatic control system. EFFECT: reduced longitudinal component of armature reaction and maximized gain of generator. 8 cl, 15 dwg

Description

Область техники. The field of technology.

Изобретете относится к электроэнергетике и электромеханике и может быть использовано в системах производства и управления электроэнергией. The invention relates to the electric power industry and electromechanics and can be used in systems for the production and management of electricity.

Предшествующий уровень техники. The prior art.

В большой и малой электроэнергетике для производства и управления электроэнергией переменного тока сегодня широкое применение имеют генераторные установки, в которых для преобразования механической энергии первичного двигателя или турбины в электрическую энергию используются синхронные, асинхронные и асинхронизированные синхронные генераторы. Последние по выходной частоте инвариантны относительно скорости вращения генератора, позволяют легко реализовать векторное управление, обладают высокой устойчивостью в режимах работы с электроэнергетической системой по сравнению с синхронными и асинхронными генераторами. In large and small electric power industry, generator sets are widely used today for the production and management of AC electric power, in which synchronous, asynchronous and asynchronized synchronous generators are used to convert the mechanical energy of a primary engine or turbine into electrical energy. The latter with respect to the output frequency are invariant with respect to the generator rotation speed, make it easy to implement vector control, have high stability in the modes of operation with the electric power system in comparison with synchronous and asynchronous generators.

Все используемые и известные из научно-технической и патентной литературы асинхронизированные синхронные генераторы обладают принципиальными недостатками, такими как большая входная мощность возбуждения /управления/ генератора и большая установленная мощность системы автоматического управления, малый коэффициент усиления, плохая раздельная /взаимонезависимая/ управляемость в отношении амплитуды н фазы выходного напряжения генератора и сильная зависимость выходных координат от внешних возмущений, т.е. низкая степень "раздельности" управления выходных координат и "инвариантности" по внешним возмущениям. All asynchronous synchronous generators used and known from the scientific and technical and patent literature have fundamental shortcomings, such as a large input power of the excitation / control / generator and a large installed power of the automatic control system, a low gain, poor separate / non-independent / controllability with respect to the amplitude n phases of the generator output voltage and a strong dependence of the output coordinates on external disturbances, i.e. low degree of "separation" of the control of the output coordinates and "invariance" of external disturbances.

Из изученных аналогов поэтому наиболее близким техническим решением задачи /прототипом/ является генераторная установка, содержащая сочлененный с первичным двигателем генератор и систему автоматического управления, при этом генератор имеет статор, включающий магнитный пакет с выходной обмоткой, и ротор, включающий магнитный пакет с обмоткой, подключенной к преобразователю частоты с системой автоматического управления, обеспечивающей также равенство частоты тока в обмотке ротора частоте скольжения генератора /патент США 3859578, кл. Н 02 Р 7/36, 07.01.1975 г./. Of the analogues studied, therefore, the closest technical solution to the problem (prototype) is a generator set containing a generator coupled to a primary engine and an automatic control system, the generator having a stator including a magnetic bag with an output winding, and a rotor including a magnetic bag with a winding connected to a frequency converter with an automatic control system that also ensures equality of the current frequency in the rotor winding to the slip frequency of the generator / US patent 3859578, cl. H 02 P 7/36, 01/07/1975 /.

Недостатками прототипа являются низкие удельные технико-экономические показатели, как, например, высокая стоимость преобразователя частоты и других устройств в канале питания и управления ротора из-за большой требуемой мощности управления и низкая степень "инвариантности" выходных координат генераторной установки по внешним возмущениям. Указанные недостатки являются следствием малого значения коэффициента усиления, сильного влияния продольной составляющей "реакции якоря" и сильно выраженной многосвязности выходных координат генератора. The disadvantages of the prototype are low specific technical and economic indicators, such as, for example, the high cost of the frequency converter and other devices in the power and rotor control channels due to the large required control power and the low degree of “invariance” of the output coordinates of the generator set with respect to external disturbances. These shortcomings are a consequence of the small value of the gain, the strong influence of the longitudinal component of the "armature reaction" and the pronounced multiplicity of the output coordinates of the generator.

Раскрытие изобретения. Disclosure of the invention.

В основу изобретения положена задача обеспечить уменьшение продольной составляющей "реакции якоря" и обеспечить условия для образования максимального коэффициента усиления генератора, что приводит к ослаблению взаимосвязанности выходных координат генератора, увеличению степени "раздельности" управления выходных координат и степени их "инвариантности" по внешним возмущениям, а также к уменьшению установленной мощности системы автоматического управления генераторной установки. The basis of the invention is the task of reducing the longitudinal component of the "anchor reaction" and providing conditions for the formation of a maximum gain of the generator, which leads to a weakening of the interconnectedness of the output coordinates of the generator, an increase in the degree of "separation" of the control of the output coordinates and the degree of their "invariance" with respect to external disturbances, and also to reduce the installed capacity of the automatic control system of the generator set.

Поставленная задача решается тем, что в генераторной установке, содержащей сочлененный с первичным двигателем генератор и систему автоматического управления, генератор имеет статор, включающий магнитный пакет с выходной обмоткой, и ротор, включающий магнитный пакет с обмоткой, согласно изобретению, статор генератора содержит магнитный пакет с входной обмоткой, соединенной с источником переменного напряжения требуемой выходной частоты генератора, причем число полюсов входной обмотки равно числу полюсов выходной обмотки, обмотка ротора выполнена в виде токопроводящих стержней, расположенных симметрично по периметру в пазах магнитного пакета и параллельно оси вращения ротора в количестве, кратном числу полюсов обмоток статора, при этом на каждой торцевой стороне магнитного пакета ротора конец каждого стержня соединен со всеми теми концами стержней, которые сдвинуты относительно упомянутого конца по периметру магнитного пакета ротора на одно полюсное деление. или на одной торцевой стороне магнитного пакета ротора концы всех стержней соединены между собой, а на противоположной торцевой стороне конец каждого стержня соединен со всеми теми концами стержней, которые сдвинуты относительно упомянутого стержня по периметру магнитного пакета ротора на одно полюсное деление, причем магнитные пакеты статора расположены соосно и магнитно не связаны между собой, а входная и выходная обмотки статора электромагнитно сцеплены через магнитный пакет ротора. The problem is solved in that in a generator set comprising a generator coupled to a primary engine and an automatic control system, the generator has a stator including a magnetic bag with an output winding, and a rotor including a magnetic bag with a winding, according to the invention, the generator stator contains a magnetic bag with input winding connected to an alternating voltage source of the required generator output frequency, the number of poles of the input winding being equal to the number of poles of the output winding, roto winding and made in the form of conductive rods located symmetrically around the perimeter in the grooves of the magnetic package and parallel to the axis of rotation of the rotor in an amount multiple of the number of poles of the stator windings, while on each end side of the magnetic package of the rotor the end of each rod is connected to all those ends of the rods that are shifted relative to the said end around the perimeter of the magnetic package of the rotor by one pole division. or on one end side of the rotor magnetic package, the ends of all the rods are connected to each other, and on the opposite end side of the end of each rod is connected to all those ends of the rods that are shifted relative to the said rod along the perimeter of the rotor magnetic package by one pole division, and the stator magnetic packets are located coaxially and magnetically are not interconnected, and the input and output stator windings are electromagnetically coupled through the magnetic package of the rotor.

Преимущество предлагаемой генераторной установки заключается в том, что благодаря соединению стержней на торцевых сторонах магнитного пакета ротора в обоих альтернативных вариантах выполнения и наличию стержней в количестве, кратном числу полюсов обмоток статора, уменьшается продольная составляющая "реакции якоря" вследствие образования нескольких электрически взаимонезависимых модулей типа "беличья клетка", равномерно распределенных по периметру магнитного пакета ротора, т.к. стержни, входящие в данный модуль, в любой момент времени имеют одинаковые по величине электродвижущие силы, создающие условия для максимально эффективного действия всех стержней одновременно, и вследствие того, что равномерно распределенная по периметру магнитного пакета ротора система модулей типа "беличья клетка" в магнитном отношении максимально возможно сбалансирована, т.е. минимизирована продольная составляющая "реакции якоря" ротора в первой усилительной /генераторной/ ступени, что приводит к ослаблению влияния выходной мощности генератора на величину выходного напряжения генератора и уменьшению требуемой входной мощности в цепи входной обмотки статора генератора и установленной мощности системы автоматического управления. The advantage of the proposed generator set is that due to the connection of the rods on the end sides of the rotor magnetic package in both alternative embodiments and the presence of rods in an amount multiple of the number of poles of the stator windings, the longitudinal component of the “armature reaction” decreases due to the formation of several electrically interdependent modules of the type “ squirrel cage, "uniformly distributed around the perimeter of the magnetic package of the rotor, because the rods included in this module at any time have the same magnitude of electromotive forces, creating the conditions for the most effective action of all rods at the same time, and due to the fact that the squirrel cage system of modules is uniformly distributed along the perimeter of the rotor’s magnetic package in the magnetic ratio as balanced as possible, i.e. the longitudinal component of the "reaction of the armature" of the rotor in the first amplification / generator / stage is minimized, which leads to a weakening of the influence of the generator output power on the value of the generator output voltage and a decrease in the required input power in the input circuit of the generator stator input winding and the installed power of the automatic control system.

Благодаря наличию в статоре генератора второго магнитного пакета с входной обмоткой, число полюсов которой равно числу полюсов выходной обмотки, соединенной с источником переменного напряжения требуемой выходной частоты генератора, и расположению магнитных пакетов статора соосно и магнитно не связано между собой, а также наличию электромагнитного сцепления входной и выходной обмоток статора через магнитный пакет ротора образуются две усилительные /генераторные/ ступени, последовательно включенные в электрическом отношении, причем первая ступень имеет вход со стороны входной обмотки статора генератора и выход со стороны той части стержней вышеуказанных модулей типа "беличья клетка" ротора, которые магнитно охвачены длиной магнитного пакета статора с входной обмоткой, а вторая ступень имеет вход со стороны другой части стержней тех же модулей типа "беличья клетка" ротора, которая магнитно охвачена длиной магнитного пакета статора с выходной обмоткой, и выход со стороны выходной обмотки статора генератора, т.е. выход первой усилительной /генераторной/ ступени оказывается электрически соединенным с входом второй усилительной /генераторной/ ступени, при этом в первой усилительной /генераторной/ ступени обеспечиваются условия, близкие к условиям образования максимального значения коэффициента усиления, приводящего к увеличению общего коэффициента усиления генератора, имеющего вход со стороны входной обмотки и выход со стороны выходной обмотки статора. Due to the presence of a second magnetic package with an input winding in the stator of the generator, the number of poles of which is equal to the number of poles of the output winding connected to the AC voltage source of the required output frequency of the generator, and the location of the stator magnetic packets is not coaxially and magnetically interconnected, as well as the presence of an electromagnetic input clutch and the output windings of the stator through the magnetic package of the rotor, two amplification / generator / stages are formed, serially connected in an electric ratio, moreover The first stage has an input from the input side of the generator stator winding and an output from the side of that part of the rods of the above squirrel cage modules of the rotor, which are magnetically covered by the length of the stator magnetic package with the input winding, and the second stage has an input from the side of the other part of the rods of the same modules a squirrel-cage type of the rotor, which is magnetically covered by the length of the stator magnetic package with the output winding, and the output from the output stator winding of the generator, i.e. the output of the first amplifier / generator / stage is electrically connected to the input of the second amplifier / generator / stage, while conditions in the first amplifier / generator / stage are provided that are close to the conditions for the formation of the maximum value of the gain, leading to an increase in the total gain of the generator having an input from the input winding side and the output from the output stator winding side.

Генераторная установка может содержать по меньшей мере два магнитных пакета ротора, соединения концов стержней каждого магнитного пакета ротора электрически изолированы от соединений концов стержней на торцевых сторонах других магнитных пакетов ротора, а между магнитными пакетами статора с выходной и входной обмотками расположены дополнительные магнитные пакеты в количестве на один меньше, чем число магнитных пакетов ротора, при этом каждый дополнительный магнитный пакет статора содержит токопроводящие стержни в количестве, кратном числу полюсов обмоток статора, расположенные симметрично по периметру в пазах дополнительного магнитного пакета статора и параллельно оси вращения ротора, на каждой торцевой стороне дополнительного магнитного пакета статора конец каждого стержня соединен со всеми теми концами стержней, которые сдвинуты относительно упомянутого конца по периметру дополнительного магнитного пакета на одно полюсное деление, или на одной торцевой стороне дополнительного магнитного пакета статора концы всех стержней соединены между собой, а на противоположной торцевой стороне конец каждого стержня соединен со всеми теми концами стержней, которые сдвинуты относительно упомянутого конца по периметру дополнительного магнитного пакета на одно полюсное деление, или на каждой торцевой стороне дополнительного магнитного пакета статора концы всех стержней соединены между собой, причем соединения концов стержней на торцевых сторонах каждого дополнительного магнитного пакета статора электрически изолированы от соединений концов стержней на торцевых сторонах других дополнительных магнитных пакетов статора, а входная и выходная обмотки статора электромагнитно сцеплены через все магнитные пакеты ротора и дополнительные магнитные пакеты статора. The generator set may contain at least two magnetic rotor packages, the connection of the ends of the rods of each magnetic package of the rotor is electrically isolated from the connections of the ends of the rods on the end sides of the other magnetic packages of the rotor, and between the magnetic packages of the stator with the output and input windings there are additional magnetic packages in the amount of one is less than the number of magnetic packages of the rotor, with each additional magnetic package of the stator contains conductive rods in an amount multiple m the number of poles of the stator windings, located symmetrically around the perimeter in the grooves of the additional magnetic stator package and parallel to the axis of rotation of the rotor, on each end side of the additional magnetic package of the stator the end of each rod is connected to all those ends of the rods that are shifted relative to the said end around the perimeter of the additional magnetic package on one pole division, or on one end side of the additional stator magnetic package, the ends of all the rods are interconnected, and on the opposite the positive end side, the end of each rod is connected to all those ends of the rods that are shifted relative to the said end around the perimeter of the additional magnetic package by one pole division, or on each end side of the additional magnetic package of the stator, the ends of all the rods are interconnected, and the ends of the rods are connected to the end the sides of each additional magnetic package of the stator are electrically isolated from the joints of the ends of the rods on the ends of the other additional magnets total stator packages, and the input and output stator windings are electromagnetically coupled through all magnetic rotor packages and additional stator magnetic packages.

Такое выполнение генераторной установки позволяет в большей степени повысить коэффициент усиления генератора за счет того, что в нем образуются четыре усилительные /генераторные/ ступени и в трех усилительных /генераторных/ ступенях, за исключением последней /выходной/ усилительной /генераторной/ ступени, обеспечиваются условия, близкие к условиям образования максимального значения коэффициента усиления, что позволяет дополнительно увеличить общий коэффициент усиления генератора. Дополнительно минимизированы продольные составляющие "реакции якоря" благодаря равномерно распределенным по периметру магнитных пакетов ротора и дополнительных магнитных пакетов статора соответствующим системам модулей типа "беличья клетка", т.к. они в магнитном отношении максимально возможно сбалансированы. При наличии, например, в роторе трех магнитных пакетов статор будет содержать два дополнительных магнитных пакета и образуются шесть усилительных /генераторных/ ступеней, из которых в пяти /кроме последней, выходной ступени/ обеспечиваются условия, близкие к условиям образования максимального значения коэффициента усиления, что позволяет в еще большей степени повысить общий коэффициент усиления генератора. Соответственно, многократное увеличение количества магнитных пакетов в роторе и дополнительных магнитных пакетов в статоре приведет к соответствующему увеличению числа усилительных /генераторных/ ступеней с максимальным коэффициентом усиления и тем самым к увеличению общего коэффициента усиления генератора до необходимого, требуемого значения /следует отметить, что общее число усилительных ступеней всегда равно двукратному количеству магнитных пакетов ротора/. Кроме того, в третьем альтернативном варианте выполнения концы всех стержней на каждой торцевой стороне дополнительного магнитного пакета статора соединены между собой, что позволяет упростить технологию изготовления статора в случаях, когда обмотка дополнительных магнитных пакетов статора выполнена литьем. This embodiment of the generator set allows to increase the generator gain to a greater extent due to the fact that four amplifier / generator / stages are formed in it and in three amplifier / generator / stages, with the exception of the last / output / amplifier / generator / stage, the conditions are provided, close to the conditions of formation of the maximum value of the gain, which allows you to further increase the overall gain of the generator. In addition, the longitudinal components of the “armature reaction” are minimized due to the corresponding squirrel cage type module systems evenly distributed around the perimeter of the rotor magnetic packets and additional stator magnetic packets, because they are magnetically as balanced as possible. If, for example, there are three magnetic packets in the rotor, the stator will contain two additional magnetic packets and six amplification / generator / stages will be formed, of which in five (in addition to the last, output stage) conditions will be provided that are close to the conditions for the formation of the maximum value of the gain, which allows to further increase the overall gain of the generator. Accordingly, a multiple increase in the number of magnetic packets in the rotor and additional magnetic packets in the stator will lead to a corresponding increase in the number of amplification / generator / stages with a maximum gain and thereby increase the total gain of the generator to the required, required value / it should be noted that the total number amplification steps is always equal to twice the number of magnetic packages of the rotor /. In addition, in the third alternative embodiment, the ends of all the rods on each end side of the additional magnetic stator package are interconnected, which simplifies the manufacturing technology of the stator in cases where the winding of the additional magnetic stator packages is cast.

В предлагаемой генераторной установке в обоих конструктивных вариантах выполнения генератора магнитный пакет статора с входной обмоткой может содержать дополнительную обмотку с числом полюсов, равным числу полюсов входной обмотки, при этом концы дополнительной обмотки соединены с концами выходной обмотки статора. Такое выполнение генераторной установки позволяет в еще большей степени повысить значение коэффициента усиления генератора за счет реализации положительной обратной связи посредством дополнительной обмотки, что приводит к уменьшению установленной мощности источника переменного напряжения требуемой выходной частоты генератора. In the proposed generator set in both constructive embodiments of the generator, the stator magnetic package with the input winding may contain an additional winding with a number of poles equal to the number of poles of the input winding, while the ends of the additional winding are connected to the ends of the stator output winding. This embodiment of the generator set allows to further increase the value of the gain of the generator due to the implementation of positive feedback through an additional winding, which leads to a decrease in the installed power of the AC voltage source of the required output frequency of the generator.

В предлагаемой генераторной установке система автоматического управления может содержать электронный регулятор напряжения с системой импульсно-фазового управления, интегральный регулятор, элемент сравнения, датчик напряжения, при этом электронный регулятор напряжения включен в цепь питания входной обмотки статора генератора, вход управления электронного регулятора напряжения соединен с выходом системы импульсно-фазового управления, вход которой соединен с выходом интегрального регулятора, вход которого соединен с выходом элемента сравнения, первый вход которого соединен с выходом датчика напряжения, вход которого соединен с выходной обмоткой статора генератора, а на второй вход элемента сравнения подается сигнал задания величины выходного напряжения генератора. In the proposed generator installation, the automatic control system may include an electronic voltage regulator with a pulse-phase control system, an integral regulator, a comparison element, a voltage sensor, while the electronic voltage regulator is included in the power circuit of the input winding of the generator stator, the control input of the electronic voltage regulator is connected to the output pulse-phase control system, the input of which is connected to the output of the integral controller, the input of which is connected to the output of the element and comparing a first input coupled to an output voltage sensor having an input coupled to the output of the generator stator winding, and the second input of the comparator element is supplied the reference value of the generator output voltage signal.

Преимущество такого выполнения заключается в том, что в статических режимах работы величина выходного напряжения генераторной установки инвариантна относительно внешних возмущений: выходной мощности и скорости вращения генератора, а также относительно величины напряжения источника переменного напряжения требуемой выходной частоты генератора в цепи входной обмотки генератора. The advantage of this embodiment is that in static operating modes the output voltage of the generator set is invariant with respect to external disturbances: the output power and the rotation speed of the generator, and also with respect to the voltage of the alternating voltage source of the required output frequency of the generator in the generator input winding circuit.

В предлагаемой генераторной установке источник переменного напряжения требуемой выходной частоты генератора может быть выполнен в виде электронного преобразователя частоты с промежуточным звеном постоянного тока, выход которого соединен с входной обмоткой статора генератора, а вход - с источником переменного напряжения произвольной частоты, при этом система автоматического управления содержит интегральный регулятор, элемент сравнения, датчик напряжения, причем вход управления амплитудой выходного напряжения электронного преобразователя частоты соединен с выходом интегрального регулятора, вход которого соединен с выходом элемента сравнения, первый вход которого соединен с выходом датчика напряжения, вход которого соединен с выходной обмоткой статора генератора, а на второй вход элемента сравнения подается сигнал задания величины выходного напряжения генератора и на вход управления частотой выходного напряжения электронного преобразователя частоты подается сигнал задания частоты выходного напряжения генератора. In the proposed generator set, the alternating voltage source of the required output frequency of the generator can be made in the form of an electronic frequency converter with an intermediate DC link, the output of which is connected to the input winding of the generator stator, and the input is connected to an alternating voltage source of arbitrary frequency, while the automatic control system contains an integral regulator, a comparison element, a voltage sensor, and the input control the amplitude of the output voltage of the electronic conversion The frequency cutter is connected to the output of the integral controller, the input of which is connected to the output of the comparison element, the first input of which is connected to the output of the voltage sensor, the input of which is connected to the output winding of the generator stator, and the signal to set the output voltage of the generator to the input is supplied to the second input of the comparison element controlling the frequency of the output voltage of the electronic frequency converter, a signal is given to set the frequency of the output voltage of the generator.

Преимущество такого выполнения генераторной установки заключается в том, что в статических режимах работы величина выходного напряжения генераторной установки инвариантна относительно внешних возмущений, а частота напряжения на выходной обмотке статора генератора не зависит от частоты источника переменного напряжения в цепи входной обмотки генератора. The advantage of this embodiment of the generator set is that in static operating modes the output voltage of the generator set is invariant with respect to external disturbances, and the frequency of the voltage at the output winding of the generator stator does not depend on the frequency of the alternating voltage source in the generator input winding circuit.

В предлагаемой генераторной установке система автоматического управления может содержать электронный преобразователь частоты с промежуточным звеном постоянного тока, два интегральных регулятора, датчики активной и реактивной выходной мощности генератора, датчики амплитуды и фазы выходного напряжения генератора, шесть элементов сравнения, датчики частоты напряжения, амплитуды напряжения и фазы напряжения, при этом выход электронного преобразователя частоты соединен с входной обмоткой статора генератора, вход управления частотой выходного напряжения электронного преобразователя частоты соединен с выходом датчика частоты напряжения, а вход управления амплитудой выходного напряжения электронного преобразователя частоты соединен с выходом первого элемента сравнения, первый вход которого соединен с выходом второго элемента сравнения, первый вход которого соединен с выходом датчика активной выходной мощности генератора, вход которого соединен с выходной обмоткой статора, второй вход первого элемента сравнения соединен с выходом первого интегрального регулятора, вход которого соединен с выходом третьего элемента сравнения, первый вход которого соединен с выходом датчика амплитуды выходного напряжения генератора, вход которого соединен с выходной обмоткой статора, а второй вход третьего элемента сравнения соединен с выходом датчика амплитуды напряжения. In the proposed generator installation, the automatic control system may include an electronic frequency converter with an intermediate DC link, two integral regulators, sensors of active and reactive output power of the generator, amplitude and phase sensors of the generator output voltage, six comparison elements, voltage frequency, voltage amplitude and phase sensors voltage, while the output of the electronic frequency converter is connected to the input winding of the generator stator, the frequency control input in the output voltage of the electronic frequency converter is connected to the output of the voltage frequency sensor, and the amplitude control output of the output voltage of the electronic frequency converter is connected to the output of the first comparison element, the first input of which is connected to the output of the second comparison element, the first input of which is connected to the output of the generator’s active output power sensor, the input of which is connected to the output winding of the stator, the second input of the first comparison element is connected to the output of the first integral controller a, the input of which is connected to the output of the third comparison element, the first input of which is connected to the output of the amplitude sensor of the output voltage of the generator, the input of which is connected to the output winding of the stator, and the second input of the third comparison element is connected to the output of the voltage amplitude sensor.

Вход управления фазой выходного напряжения электронного преобразователя частоты соединен с выходом четвертого элемента сравнения, первый вход которого соединен с выходом пятого элемента сравнения, первый вход которого соединен с выходом датчика реактивной выходной мощности генератора, вход которого соединен с выходной обмоткой статора, а второй вход четвертого элемента сравнения соединен с выходом второго интегрального регулятора, вход которого соединен с выходом шестого элемента сравнения, первый вход которого соединен с выходом датчика фазы выходного напряжения генератора, вход которого соединен с выходной обмоткой статора, а второй вход шестого элемента сравнения соединен с выходом датчика фазы напряжения, причем на второй вход второго элемента сравнения подается сигнал задания величины активной выходной мощности генератора, на второй вход пятого элемента сравнения подается сигнал задания величины реактивной выходной мощности генератора, вход электронного преобразователя частоты соединен с источником переменного напряжения, а выходная обмотка статора и входы датчиков частоты напряжения, амплитуды напряжения и фазы напряжения подключены к электроэнергетической системе. The input control phase of the output voltage of the electronic frequency converter is connected to the output of the fourth comparison element, the first input of which is connected to the output of the fifth comparison element, the first input of which is connected to the output of the generator reactive output power sensor, the input of which is connected to the output winding of the stator, and the second input of the fourth element comparison is connected to the output of the second integral controller, the input of which is connected to the output of the sixth comparison element, the first input of which is connected to the output a phase sensor of the output voltage of the generator, the input of which is connected to the output winding of the stator, and the second input of the sixth comparison element is connected to the output of the voltage phase sensor, and the second input of the second comparison element is supplied with a signal for setting the value of the active output power of the generator, the second input of the fifth comparison element is fed the signal for setting the magnitude of the reactive output power of the generator, the input of the electronic frequency converter is connected to an AC voltage source, and the output stator winding The strokes of the voltage frequency, voltage amplitude and voltage phase sensors are connected to the electric power system.

Преимущество такого выполнения генераторной установки заключается в том, что частота выходного напряжения генератора всегда равна частоте электроэнергетической системы, величины активной и реактивной выходной мощности генератора управляются раздельно и взаимонезависимо и, что более важно, эти величины мощностей инвариантны относительно режима энергопотребления в электроэнергетической системе. The advantage of this embodiment of the generator set is that the frequency of the output voltage of the generator is always equal to the frequency of the electric power system, the values of the active and reactive output power of the generator are controlled separately and non-independently, and, more importantly, these power values are invariant with respect to the power consumption mode in the electric power system.

В предлагаемой генераторной установке система автоматического управления может содержать электронный преобразователь частоты с промежуточным звеном постоянного тока, два интегральных регулятора, четыре элемента сравнения, два датчика амплитуды напряжения, два датчика фазы напряжения, датчик частоты напряжения, при этом выход электронного преобразователя частоты соединен с входной обмоткой статора генератора, вход управления частотой выходного напряжения электронного преобразователя частоты соединен с выходом датчика частоты напряжения, а вход управления амплитудой выходного напряжения электронного преобразователя частоты соединен с выходом первого элемента сравнения, первый вход которого соединен с выходом первого интегрального регулятора, вход которого соединен с выходом второго элемента сравнения, первый вход которого соединен с выходом первого датчика амплитуды напряжения, а второй вход соединен с выходом второго датчика амплитуды напряжения. In the proposed generator installation, the automatic control system may include an electronic frequency converter with an intermediate DC link, two integral regulators, four comparison elements, two voltage amplitude sensors, two voltage phase sensors, voltage frequency sensors, while the output of the electronic frequency converter is connected to the input winding generator stator, the input for controlling the frequency of the output voltage of the electronic frequency converter is connected to the output of the frequency sensor voltage, and the input of the amplitude control of the output voltage of the electronic frequency converter is connected to the output of the first comparison element, the first input of which is connected to the output of the first integral controller, the input of which is connected to the output of the second comparison element, the first input of which is connected to the output of the first voltage amplitude sensor, and the second the input is connected to the output of the second voltage amplitude sensor.

Вход управления фазой выходного напряжения электронного преобразователя частоты соединен с выходом третьего элемента сравнения, первый вход которого соединен с выходом второго интегрального регулятора, вход которого соединен с выходом четвертого элемента сравнения, первый вход которого соединен с выходом первого датчика фазы напряжения, а второй вход соединен с выходом второго датчика фазы напряжения, причем одни концы всех выходных обмоток статора генератора подключены к первой электроэнергетической системе, а вторые концы - через выключатель к второй электроэнергетической системе, вход электронного преобразователя частоты подключен к одной из электроэнергетических систем, входы датчика частоты напряжения и первого датчика амплитуды напряжения подключены к первой электроэнергетической системе, вход второго датчика амплитуды напряжения подключен к второй электроэнергетической системе, входы обоих датчиков фазы напряжения подключены к концам выходной обмотки статора генератора, а в качестве первичного двигателя используется электрический двигатель, подключенный к первой электроэнергетической системе, причем на второй вход первого элемента сравнения подается сигнал задания величины активного энергообмена между обеими электроэнергетическими системами, а на второй вход третьего элемента сравнения подается сигнал задания величины реактивного энергообмена между обеими электроэнергетическими системами. The input phase control of the output voltage of the electronic frequency converter is connected to the output of the third comparison element, the first input of which is connected to the output of the second integral controller, the input of which is connected to the output of the fourth comparison element, the first input of which is connected to the output of the first voltage phase sensor, and the second input is connected to the output of the second voltage phase sensor, with one end of all the output windings of the generator stator connected to the first electric power system, and the second ends through a switch to the second electric power system, the input of the electronic frequency converter is connected to one of the electric power systems, the inputs of the voltage frequency sensor and the first voltage amplitude sensor are connected to the first electric power system, the input of the second voltage amplitude sensor is connected to the second electric power system, the inputs of both voltage phase sensors are connected to the ends of the output winding of the generator stator, and an electric motor is used as the primary motor enny to the first power system, wherein the second input element of the first comparison signal is the reference value of the active energy exchange between the two power systems, and on the second input of the third comparing element signal is the reference value of reactive energy transfer between the two power systems.

Преимущество такого выполнения генераторной установки заключается в том, что генераторная установка играет роль гибкого управляемого проходника, обеспечивающего двухнаправленный энергообмен между обеими электроэнергетическими системами, величины активного и реактивного энергообменов между обеими системами могут управляться раздельно и взаимонезависимо, при этом установленная мощность генераторной установки меньше мощности энергообмена между обеими электроэнергетическими системами. The advantage of this embodiment of the generator set is that the generator set plays the role of a flexible controlled bore providing bi-directional energy exchange between both electric power systems, the values of active and reactive energy exchanges between both systems can be controlled separately and non-independently, while the installed capacity of the generator set is less than the energy exchange power between both electric power systems.

В предлагаемой генераторной установке в варианте выполнения генератора с дополнительной обмоткой в магнитном пакете статора с входной обмоткой система автоматического управления может содержать электронный регулятор напряжения с системой импульсно-фазового управления, интегральный регулятор, элемент сравнения, датчик напряжения, при этом электронный регулятор напряжения включен в цепь соединения концов дополнительной обмотки с выходной обмоткой статора генератора, вход управления электронного регулятора напряжения соединен о выходом системы импульсно-фазового управления, вход которой соединен с выходом интегрального регулятора, вход которого соединен с выходом элемента сравнения, первый вход которого соединен с выходом датчика напряжения, вход которого соединен с выходной обмоткой статора генератоpa, а на второй вход элемента сравнения подается сигнал задания величины выходного напряжения генератора, причем в цепи соединения входной обмотки статора с источником переменного напряжения требуемой выходной частоты генератора установлен выключатель. In the proposed generator installation, in the embodiment of the generator with an additional winding in the stator magnetic package with the input winding, the automatic control system may include an electronic voltage regulator with a pulse-phase control system, an integral regulator, a comparison element, a voltage sensor, and the electronic voltage regulator is included in the circuit connecting the ends of the additional winding to the output winding of the generator stator, the control input of the electronic voltage regulator is connected the course of the pulse-phase control system, the input of which is connected to the output of the integral controller, the input of which is connected to the output of the comparison element, the first input of which is connected to the output of the voltage sensor, the input of which is connected to the output winding of the generator stator, and the reference signal is supplied to the second input of the comparison element the output voltage of the generator, and in the circuit connecting the input winding of the stator with an alternating voltage source of the required output frequency of the generator, a switch is installed.

Преимущество такого выполнения генераторной установки заключается в том, что в статических режимах работы величина выходного напряжения генераторной установки инвариантна относительно внешних возмущений: выходной мощности и скорости вращения генератора, величины напряжения источника переменного напряжения требуемой выходной частоты генератора в цепи его входной обмотки, а также в том, что источник переменного напряжения требуемой выходной частоты генератора питает входную обмотку генератора импульсно /кратковременно/ через выключатель, т. е. этот источник служит только для "зажигания" генераторной установки - для введения задания требуемого значения выходной частоты генератора, что приводит к дополнительному уменьшению установленной мощности источника переменного напряжения требуемой выходной частоты генератора. The advantage of this embodiment of the generator set is that in static operating modes the output voltage of the generator set is invariant with respect to external disturbances: the output power and rotation speed of the generator, the voltage of the alternating voltage source of the required output frequency of the generator in its input winding circuit, and also that the source of alternating voltage of the required output frequency of the generator feeds the input winding of the generator pulsed / short-term / through off switch, that is, this source only serves to “ignite” the generator set — to introduce the task of the required value of the generator output frequency, which leads to an additional decrease in the installed power of the alternating voltage source of the required generator output frequency.

Краткое описание фигур. A brief description of the figures.

На фиг.1 изображен генератор генераторной установки, вид сбоку;
на фиг.2 изображен генератор, вид с торцевой стороны;
на фиг.3 изображен генератор в альтернативном варианте выполнения ротора, вид сбоку;
на фиг.4 изображен генератор в альтернативном варианте выполнения ротора, вид с торца;
на фиг. 5 изображен генератор в варианте выполнения с двумя магнитными пакетами у ротора, вид сбоку;
на фиг. 6 изображен генератор в варианте выполнения ротора с двумя магнитными пакетами, вид с торцевой стороны на дополнительный магнитный пакет статора;
на фиг. 7 изображен генератор в варианте выполнения ротора с двумя магнитными пакетами в альтернативном варианте выполнения дополнительного магнитного пакета статоpa, вид сбоку;
на фиг. 8 изображен генератор в варианте выполнения ротора с двумя магнитными пакетами в альтернативном варианте выполнения дополнительного магнитного пакета статора, вид с торцевой стороны на соединение концов всех стержней между собой;
на фиг. 9 изображен генератор в варианте выполнения ротора с двумя магнитными пакетами в другом альтернативном варианте выполнения дополнительного магнитного пакета статора, вид сбоку;
на фиг. 10 изображен генератор в варианте наличия у магнитного пакета статора с входной обмоткой дополнительной обмотки, вид сбоку;
на фиг.11 изображена принципиальная схема генераторной установки с системой автоматического управления, где входная обмотка статора генератора подключена к источнику переменного напряжения требуемой выходной частоты генератора через электронный регулятор напряжения;
на фиг.12 изображена принципиальная схема генераторной установки с системой автоматического управления, где входная обмотка статора генератора подключена к источнику переменного напряжения произвольной частоты через электронный преобразователь частоты;
на фиг. 13 изображена принципиальная схема генераторной установки с системой автоматического управления для подключения генераторной установки к электроэнергетической системе;
на фиг. 14 изображена принципиальная схема генераторной установки с системой автоматического управления для соединения двух электроэнергетических систем посредством генераторной установки;
на фиг. 15 изображена принципиальная схема генераторной установки с системой автоматического управления при выполнении магнитного пакета статора генератора с входной и дополнительной обмотками.Figure 1 shows a generator of a generator set, side view;
figure 2 shows a generator, a view from the front side;
figure 3 shows a generator in an alternative embodiment of the rotor, side view;
figure 4 shows a generator in an alternative embodiment of the rotor, end view;
in FIG. 5 shows a generator in an embodiment with two magnetic bags at the rotor, side view;
in FIG. 6 shows a generator in an embodiment of a rotor with two magnetic packets, an end view of an additional magnetic stator packet;
in FIG. 7 shows a generator in an embodiment of a rotor with two magnetic packets in an alternative embodiment of an additional magnetic packet of a stator, side view;
in FIG. 8 shows a generator in an embodiment of a rotor with two magnetic packets in an alternative embodiment of an additional magnetic stator packet, a view from the end side of the connection of the ends of all the rods to each other;
in FIG. 9 shows a generator in an embodiment of a rotor with two magnetic packets in another alternative embodiment of an additional magnetic stator packet, side view;
in FIG. 10 shows a generator in the embodiment of having a stator magnetic package with an input winding of an additional winding, side view;
11 shows a schematic diagram of a generator set with an automatic control system, where the input winding of the generator stator is connected to an alternating voltage source of the required generator output frequency through an electronic voltage regulator;
on Fig shows a schematic diagram of a generator set with an automatic control system, where the input winding of the stator of the generator is connected to an alternating voltage source of arbitrary frequency through an electronic frequency converter;
in FIG. 13 is a schematic diagram of a generator set with an automatic control system for connecting a generator set to an electric power system;
in FIG. 14 is a schematic diagram of a generator set with an automatic control system for connecting two electric power systems by means of a generator set;
in FIG. 15 is a schematic diagram of a generator set with an automatic control system when performing a magnetic package of a generator stator with input and additional windings.

Лучший вариант использования изобретения. The best use of the invention.

Предлагаемая генераторная установка в одном из конкретных вариантах исполнения содержит генератор, сочлененный с первичным двигателем 1. Генератор имеет статор, включающий магнитный пакет 2 с выходной обмоткой 3 и магнитный пакет 4 с входной обмоткой 5, и ротор, включающий магнитный пакет 6 с обмоткой, выполненной в виде токопроводящих стержней 7, расположенных симметрично по периметру магнитного шкета 6 и параллельно оси вращения ротора в сквозных пазах магнитного пакета 6 на одинаковом удалении в радиальном направлении от оси вращения ротора, в количестве, кратном числу полюсов обмоток 3 и 5 статора /в качестве примера рассматривается генератор с четырехполюсными обмотками, ротор в таком генераторе имеет 12 стержней/. На каждой торцевой стороне магнитного пакета 6 ротора конец каждого стержня 7 соединен со всеми теми концами стержней 7, которые сдвинуты относительно упомянутого конца по периметру магнитного пакета 6 ротора на одно полюсное деление, посредством проводников 8, 9, 10 соответственно на одной торцевой стороне и проводников 11, 12, 13 соответственно на противоположной торцевой стороне /фиг. 1, 2/. В альтернативном варианте выполнения на одной торцевой стороне магнитного пакета 6 ротора концы стержней 7 соединены аналогично указанному выше соединению, а на другой торцевой стороне концы всех стержней 7 соединены между собой короткозамыкающим кольцом 14 /фиг.3, 4/. В обоих альтернативных вариантах выполнения ротора образуются три пары одинаковых электрически взаимонезависимых контуров, состоящих в одном альтернативном варианте из проводников 8 и 11, 9 и 12, 10 и 13 соответственно, а в другом альтернативном варианте из проводников 8 и 14, 9 и 14, 10 и 14 соответственно /на фиг.2 эти контуры условно изображены соответственно сплошной, штриховой и штрихпунктирной линиями/. The proposed generator set in one of the specific embodiments comprises a generator coupled to the prime mover 1. The generator has a stator including a magnetic package 2 with an output winding 3 and a magnetic package 4 with an input winding 5, and a rotor including a magnetic package 6 with a winding made in the form of conductive rods 7 located symmetrically around the perimeter of the magnetic box 6 and parallel to the axis of rotation of the rotor in the through grooves of the magnetic package 6 at the same distance in the radial direction from the axis of rotation of the mouth ora, in an amount that is a multiple of the number of poles of the stator windings 3 and 5 / as an example, a generator with four-pole windings is considered, the rotor in such an generator has 12 rods /. On each end side of the rotor magnetic package 6, the end of each rod 7 is connected to all those ends of the rods 7 that are shifted relative to the said end around the perimeter of the rotor magnetic package 6 by one pole division, by means of conductors 8, 9, 10 respectively on one end side and conductors 11, 12, 13, respectively, on the opposite end side / Fig. 12/. In an alternative embodiment, on one end side of the magnetic package 6 of the rotor, the ends of the rods 7 are connected similarly to the above connection, and on the other end side, the ends of all the rods 7 are interconnected by a short-circuit ring 14 / Fig. 3, 4 /. In both alternative rotor embodiments, three pairs of identical electrically interdependent circuits are formed, consisting in one alternative embodiment of conductors 8 and 11, 9 and 12, 10 and 13, respectively, and in another alternative embodiment of conductors 8 and 14, 9 and 14, 10 and 14, respectively / in Fig. 2, these contours are conventionally depicted by solid, dashed, and dash-dotted lines, respectively.

Каждая такая пара контуров представляет собой два коротко замыкающих кольца "беличьей клетки". Количество таких пар контуров составляет

, где Z - количество всех стержней /пазов/ ротора, 2Р - число полюсов обмоток статора. Система стержней 7, закороченная соответствующими контурами, например контурами 8 и 11 /или контурами 9 и 12, или контурами 10 и 13 в одном альтернативном варианте выполнения, или контурами 8 и 14, 9 и 14, 10 и 14 в другом альтернативном варианте выполнения/, образует короткозамкнутый модуль - элементарную "беличью клетку".Each such pair of contours represents two short-circuiting rings of the "squirrel cage". The number of such pairs of circuits is

where Z is the number of all rods / grooves / rotor, 2P is the number of poles of the stator windings. A system of rods 7 shorted by corresponding loops, for example loops 8 and 11 / or loops 9 and 12, or loops 10 and 13 in one alternative embodiment, or

loops

8 and 14, 9 and 14, 10 and 14 in another alternative embodiment / , forms a short-circuited module - an elementary "squirrel cage".

Таким образом, ротор генератора имеет n электрически независимых, содержащих стержни 7 в количестве 2Р штук, модулей, причем каждый последующий модуль сдвинут по периметру магнитного пакета 6 ротора относительно предыдущего модуля на угол

. В рассматриваемом четырехполюсном генераторе имеются три модуля по четыре стержня 7 в каждом, всего двенадцать стержней 7.Thus, the rotor of the generator has n electrically independent modules containing rods 7 in the amount of 2P pieces, and each subsequent module is shifted around the perimeter of the rotor magnetic package 6 relative to the previous module

. In this four-pole generator, there are three modules with four rods 7 in each, a total of twelve rods 7.

Магнитные пакеты 2 и 4 статора расположены соосно по длине магнитного пакета 6 ротора так, что торцы магнитных пакетов 2 и 4 с внешней стороны расположены на одной линии с торцами магнитного пакета 6, а сумма длин магнитных пакетов 2 и 4 меньше длины магнитного пакета 6. Таким образом, магнитные пакеты 2 и 4 статора магнитно не связаны между собой, а входная 5 и выходная 3 обмотки статора электромагнитно сцеплены через магнитный пакет 6 ротора. Выходная 3 и входная 5 обмотки статора имеют одинаковое число полюсов. Входная обмотка 5 статора подключена к источнику переменного напряжения требуемой выходной частоты генератора. The stator magnetic packets 2 and 4 are coaxial along the length of the rotor magnetic packet 6 so that the ends of the magnetic packets 2 and 4 on the outside are in line with the ends of the magnetic packet 6, and the sum of the lengths of the magnetic packets 2 and 4 is less than the length of the magnetic packet 6. Thus, the stator magnetic packages 2 and 4 are not magnetically connected, and the input 5 and output 3 of the stator windings are electromagnetically coupled through the rotor magnetic package 6. Output 3 and input 5 of the stator winding have the same number of poles. The input winding 5 of the stator is connected to an AC voltage source of the required output frequency of the generator.

Предлагаемая генераторная установка работает следующим образом. The proposed generator set operates as follows.

Ротор генератора приводится во вращение первичным двигателем 1. Входная обмотка 5 статора, питающаяся от источника переменного напряжения требуемой выходной частоты генератора, создает вращающееся магнитное поле, которое индуктирует электродвижущие силы в стержнях 7 ротора, образуя первую усилительную /генераторную/ ступень, вследствие чего в стержнях 7 ротора возникают токи с частотой, равной частоте скольжения генератора. Стержни 7 ротора создают вращающееся поле, скорость вращения которого относительно выходной обмотки 3 статора равна скорости вращения магнитного поля, созданного входной обмоткой 5 статора, относительно входной обмотки 5 статора, которое индуктирует электродвижущую силу в выходной обмотке 3 статора, образуя вторую усилительную /генераторную/ ступень, при этом электродвижущая сила имеет частоту, равную частоте тока входной обмотки 5 статора. The rotor of the generator is driven by the primary motor 1. The input winding 5 of the stator, powered by an alternating voltage source of the required output frequency of the generator, creates a rotating magnetic field that induces electromotive forces in the rods 7 of the rotor, forming the first amplification / generator / stage, as a result of which in the rods 7 rotor currents occur with a frequency equal to the slip frequency of the generator. The rotor rods 7 create a rotating field, the rotation speed of which relative to the output winding 3 of the stator is equal to the speed of rotation of the magnetic field created by the input winding 5 of the stator, relative to the input winding 5 of the stator, which induces electromotive force in the output winding 3 of the stator, forming a second amplifying / generating / stage wherein the electromotive force has a frequency equal to the frequency of the current of the input winding 5 of the stator.

Таким образом, частота напряжения на выходной обмотке 3 статора не зависит от скорости вращения ротора и она всегда однозначно равна частоте тока входной обмотки 5 статора. При этом в первой усилительной ступени, имеющей вход со стороны входной обмотки 5 статора и выход со стороны одной части стержней 7 ротора, охваченной длиной магнитного пакета 4 с входной обмоткой 5 статора, обеспечены условия, близкие к условиям образования максимального коэффициента усиления, из-за чего увеличивается общий коэффициент усиления генератора, что приводит к уменьшению требуемой входной мощности в цепи входной обмотки 5 статора. Распределенная по периметру ротора система модулей "беличьей клетки" в магнитном отношении максимально возможно сбалансирована, т. е. минимизирована продольная составляющая "реакции якоря" ротора в первой усилительной /генераторной/ ступени, из-за чего ослаблено влияние выходной мощности генератора на величину его выходного напряжения, что приводит к дополнительному уменьшению требуемой входной мощности в цепи входной обмотки 5 статора. Thus, the frequency of the voltage at the output winding 3 of the stator is independent of the rotor speed and it is always uniquely equal to the frequency of the current of the input winding 5 of the stator. At the same time, in the first amplification stage, which has an input from the input side of the stator winding 5 and an output from the side of one part of the rotor rods 7, covered by the length of the magnetic package 4 with the input stator winding 5, conditions are provided that are close to the conditions for the formation of the maximum gain, due to which increases the overall gain of the generator, which leads to a decrease in the required input power in the circuit of the input winding 5 of the stator. The squirrel cage module system distributed along the perimeter of the rotor is magnetically balanced as much as possible, that is, the longitudinal component of the “armature reaction” of the rotor in the first amplification / generator / stage is minimized, due to which the influence of the generator output power on its output value is weakened voltage, which leads to an additional decrease in the required input power in the circuit of the input winding 5 of the stator.

Предлагаемая генераторная установка может содержать генератор, ротор которого имеет по меньшей мере два магнитных пакета 6, выполненных конструктивно одинаково /фиг.5/, при этом стержни 7 могут быть соединены любым из двух вышеуказанных альтернативных способов, например так: на одной торцевой стороне магнитных пакетов 6 конец каждого стержня 7 соединен со всеми теми концами стержней 7, которые сдвинуты относительно упомянутого конца по периметру магнитного пакета 6 на одно полюсное деление, посредством проводников 8, 9, 10 соответственно, а на другой торцевой стороне концы всех стержней 7 соединены между собой коротко замыкающим кольцом 14. Соединения концов стержней 7 каждого магнитного пакета 6 электрически изолированы от соединений концов стержней 7 на торцевых сторонах других магнитных пакетов 6 ротора /фиг.2, 4/. При этом ротор сочленен с первичным двигателем 1. The proposed generator set may contain a generator, the rotor of which has at least two magnetic packages 6, made structurally the same / Fig.5/, while the rods 7 can be connected by any of the two alternative methods mentioned above, for example: on one end side of the magnetic packages 6, the end of each rod 7 is connected to all those ends of the rods 7 that are shifted relative to the said end around the perimeter of the magnetic package 6 by one pole division, by means of conductors 8, 9, 10, respectively, and on the other end side, the ends of all the rods 7 are interconnected by a short-circuit ring 14. The connections of the ends of the rods 7 of each magnetic package 6 are electrically isolated from the connections of the ends of the rods 7 on the end sides of the other magnetic packages 6 of the rotor / 2, 4 /. In this case, the rotor is articulated with the prime mover 1.

Статор генератора включает магнитный пакет 2 с выходной обмоткой 3 и магнитный пакет 4 с входной обмоткой 5. Магнитные пакеты 2 и 4 расположены соосно по длине ротора, имеющего по меньшей мере два магнитных пакета 6, так, что торцы магнитных пакетов 2 и 4 с внешней стороны расположены на одной линии с внешними торцами крайних магнитных пакетов 6 ротора, а сумма длин магнитных пакетов 2 и 4 меньше суммы длин магнитных пакетов 6. Между магнитными пакетами 2 и 4 расположены дополнительные магнитные пакеты 15 статора в количестве на один меньше, чем число магнитных пакетов 6 ротора, т.е. при наличии у ротора двух магнитных пакетов 6 статор имеет один дополнительный магнитный пакет 15 /фиг.5/. Таким образом, входная 5 и выходная 3 обмотки статора электромагнитно сцеплены через все магнитные пакеты 6 ротора и дополнительные магнитные пакеты 15 статора. The stator of the generator includes a magnetic package 2 with an output winding 3 and a magnetic package 4 with an input winding 5. Magnetic packages 2 and 4 are located coaxially along the length of the rotor having at least two magnetic packages 6, so that the ends of the magnetic packages 2 and 4 are external the sides are in line with the outer ends of the outermost magnetic packets 6 of the rotor, and the sum of the lengths of the magnetic packets 2 and 4 is less than the sum of the lengths of the magnetic packets 6. Between the magnetic packets 2 and 4 are additional magnetic packets 15 of the stator in an amount less than one magnetic packages 6 of the rotor, i.e. if the rotor has two magnetic packages 6, the stator has one additional magnetic package 15/5 /. Thus, the input 5 and output 3 stator windings are electromagnetically coupled through all magnetic packages 6 of the rotor and additional magnetic packages 15 of the stator.

Магнитный пакет 15 статора содержит токопроводящие стержни 16 /в рассматриваемом четырехполюсном генераторе имеем двенадцать стержней/, расположенные симметрично по периметру в сквозных пазах магнитного пакета 15 и параллельно оси вращения ротора на одинаковом удалении в радиальном направлении от оси вращения ротора в количестве, кратном числу полюсов обмоток 3 и 5 статора. На каждой торцевой стороне магнитного пакета 15 конец каждого стержня 16 соединен со всеми теми концами стержней 16, которые сдвинуты относительно упомянутого конца по периметру магнитного пакета 15 на одно полюсное деление посредством проводников 17, 18, 19 соответственно на одной торцевой стороне и проводников 20, 21, 22 соответственно на другой торцевой стороне /фиг.5, 6/. В одном альтернативном варианте выполнения на одной торцевой стороне магнитного пакета 15 конец каждого стержня 16 соединен со всеми теми концами стержней 16, которые сдвинуты относительно упомянутого конца по периметру магнитного пакета 15 на одно полюсное деление посредством проводников 17, 18, 19 соответственно, а на противоположной торцевой стороне концы всех стержней 16 соединены между собой короткозамыкающим кольцом 23 /фиг.7, 8/. В обоих альтернативных вариантах выполнения магнитного пакета 15 статора образуются три пары одинаковых электрически взаимонесвязанных контуров, состоящих в первом случае из проводников 17 и 20, 18 и 21, 19 и 22 соответственно, а во втором случае из проводников соответственно 17 и 23, 18 и 23, 19 и 23 /на фиг. 6 эти контуры условно изображены соответственно сплошной, штриховой и штрихпунктирной линиями/. The stator magnetic package 15 contains conductive rods 16 / in the four-pole generator in question we have twelve rods / located symmetrically around the perimeter in the through grooves of the magnetic package 15 and parallel to the axis of rotation of the rotor at the same distance in the radial direction from the axis of rotation of the rotor in an amount multiple of the number of poles of the windings 3 and 5 stator. On each end side of the magnetic package 15, the end of each rod 16 is connected to all those ends of the rods 16 that are shifted relative to the said end around the perimeter of the magnetic package 15 by one pole division by means of conductors 17, 18, 19 respectively on one end side and conductors 20, 21 , 22, respectively, on the other end side / Fig. 5, 6 /. In one alternative embodiment, on one end side of the magnetic package 15, the end of each rod 16 is connected to all those ends of the rods 16 that are shifted relative to the said end around the perimeter of the magnetic package 15 by one pole division by conductors 17, 18, 19, respectively, and on the opposite the end side of the ends of all the rods 16 are interconnected by a short-circuit ring 23/7, 8 /. In both alternative embodiments of the stator magnetic package 15, three pairs of identical electrically interconnected circuits are formed, consisting in the first case of conductors 17 and 20, 18 and 21, 19 and 22, respectively, and in the second case of conductors 17 and 23, 18 and 23, respectively 19 and 23 / in FIG. 6, these contours are conventionally shown by solid, dashed, and dash-dotted lines, respectively.

Каждая такая пара контуров представляет собой два короткозамыкающих кольца "беличьей клетки". Количество таких контуров в дополнительном магнитном пакете 15 составляет

, где Z₁ - количество всех стержней /пазов/ дополнительного магнитного пакета 15 статора, 2Р - число полюсов входной 5 и выходной 3 обмоток статора.Each such pair of loops represents two short-circuited squirrel cage rings. The number of such circuits in the additional magnetic package 15 is

where Z ₁ is the number of all rods / grooves / additional magnetic package 15 of the stator, 2P is the number of poles of the input 5 and output 3 of the stator windings.

Система стержней 16, закороченная соответствующими контурами, например контурами 17 и 20 /или контурами 18 и 21, или контурами 19 и 22 в первом случае, или контурами 17 и 23, или контурами 18 и 23, или контурами 19 и 23 во втором случае/, образует короткозамкнутый модуль - элементарную "беличью клетку". The system of rods 16 shorted by the corresponding circuits, for example, circuits 17 and 20 / or circuits 18 and 21, or circuits 19 and 22 in the first case, or circuits 17 and 23, or circuits 18 and 23, or circuits 19 and 23 in the second case / , forms a short-circuited module - an elementary "squirrel cage".

Таким образом, дополнительный магнитный пакет 15 статора имеет m электрически независимых, содержащих стержни 16 в количестве 2Р штук, модулей, причем каждый последующий модуль сдвинут по периметру магнитного пакета 15 статора относительно предыдущего модуля на угол

. В рассматриваемом четырехполюсном генераторе имеются три модуля по четыре стержня 16 в каждом, всего двенадцать стержней 16.Thus, the additional stator magnetic package 15 has m electrically independent modules containing rods 16 in the amount of 2P pieces, each subsequent module being shifted by the angle of the stator magnetic package 15 relative to the previous module

. In this four-pole generator, there are three modules with four rods 16 each, a total of twelve rods 16.

В другом альтернативном варианте выполнения на обеих торцевых сторонах магнитного пакета 15 статора концы всех стержней 16 соединены между собой соответственно короткозамыкающими кольцами 23 и 24 /фиг.8, 9/. При этом образуется один модуль типа "беличья клетка". Такое выполнение магнитного пакета 15 статора позволяет упростить технологию изготовления в случаях, когда его обмотка выполняется литьем. In another alternative embodiment, on both end faces of the stator magnetic package 15, the ends of all the rods 16 are interconnected by short-circuiting rings 23 and 24, respectively (Fig. 8, 9). In this case, one squirrel cage type module is formed. This embodiment of the magnetic package 15 of the stator can simplify the manufacturing technology in cases where its winding is cast.

Соединения концов стержней 16, на торцевых сторонах каждого магнитного пакета 15 статора /в случае выполнения ротора с несколькими магнитными пакетами 6/ электрически изолированы от соединений концов стержней 16 на торцевых сторонах других магнитных пакетов 15 статора. The connections of the ends of the rods 16, on the end sides of each magnetic package 15 of the stator / in the case of a rotor with several magnetic packages 6 / are electrically isolated from the connections of the ends of the rods 16 on the ends of the other magnetic packages 15 of the stator.

Предлагаемая генераторная установка в варианте выполнения ротора с двумя /несколькими/ магнитными пакетами 6 и статора с одним /несколькими/ дополнительным магнитным пакетом 15 работает аналогично вышеописанной конструкции. При этом в генераторе образуются уже четыре усилительные /генераторные/ ступени и в трех усилительных ступенях, за исключением последней /выходной/ усилительной ступени, обеспечиваются условия, близкие к условиям образования максимального значения коэффициента усиления, что позволяет дополнительно увеличить общий коэффициент усиления генератора. Одновременно, распределенные равномерно по периметру магнитных пакетов 6 ротора и по периметру по меньшей мере одного дополнительного магнитного пакета 15 статора соответствующие системы модулей типа "беличья клетка" в магнитном отношении максимально возможно сбалансированы, т. е. минимизированы продольные составляющие "реакции якоря". Соответственно, многократное увеличение числа магнитных пакетов 6 в роторе и магнитных пакетов 15 в статоре приведет к соответствующему увеличению числа усилительных /генераторных/ ступеней с максимальным коэффициентом усиления и тем самым к увеличению общего коэффициента усиления генератора до необходимого, требуемого значения. The proposed generator set in the embodiment of the rotor with two / several / magnetic packages 6 and the stator with one / several / additional magnetic package 15 works similarly to the above construction. In this case, four amplification / generator / stages are already formed in the generator and in three amplification stages, with the exception of the last / output / amplification stage, conditions are provided that are close to the conditions for the formation of the maximum value of the gain, which can further increase the overall gain of the generator. At the same time, the corresponding squirrel cage module systems are distributed as evenly as possible evenly distributed around the perimeter of the magnetic packages 6 of the rotor and around the perimeter of at least one additional magnetic package 15 of the stator, that is, the longitudinal components of the "armature reaction" are minimized as much as possible. Accordingly, a multiple increase in the number of magnetic packets 6 in the rotor and magnetic packets 15 in the stator will lead to a corresponding increase in the number of amplification / generator / stages with a maximum gain and thereby increase the overall gain of the generator to the desired, required value.

В предлагаемой генераторной установке в обоих конструктивных вариантах выполнения генератора магнитный пакет 4 статора с входной обмоткой 5 может содержать дополнительную обмотку 25 с числом полюсов, равным числу полюсов входной обмотки 5, при этом концы обмотки 25 соединены с концами выходной обмотки 3 статора /фиг.10/. В этом случае реализуется положительная обратная связь, что приводит к уменьшению установленной мощности источника переменного напряжения требуемой выходной частоты генератора и позволяет в еще большей степени повысить значение коэффициента усиления генератора. In the proposed generator installation in both constructive embodiments of the generator, the magnetic package 4 of the stator with the input winding 5 may contain an additional winding 25 with the number of poles equal to the number of poles of the input winding 5, while the ends of the winding 25 are connected to the ends of the output winding 3 of the stator / Fig.10 /. In this case, positive feedback is realized, which leads to a decrease in the installed power of the AC voltage source of the required output frequency of the generator and allows to increase the generator gain even more.

Предлагаемая генераторная установка в обоих вышеописанных конструктивных вариантах выполнения генератора может иметь систему автоматического управления, содержащую электронный регулятор напряжения 26 с системой импульсно-фазового управления 27, интегральный регулятор 28, элемент сравнения 29, датчик напряжения 30, при этом электронный регулятор напряжения 26 включен в цепь питания входной обмотки 5 статора генератора, вход управления электронного регулятора напряжения 26 соединен с выходом системы импульсно-фазового управления 27, вход которой соединен с выходом интегрального регулятора 28, вход которого соединен с выходом элемента сравнения 29, первый вход которого соединен с выходом датчика напряжения 30, вход которого соединен с выходной обмоткой 3 статора генератора, а на второй вход элемента сравнения 29 подается сигнал задания величины выходного напряжения генератора U_вых /фиг.11/. Система автоматического управления предназначена для стабилизации выходного напряжения генератора.The proposed generator set in both the above-described structural embodiments of the generator may have an automatic control system comprising an electronic voltage regulator 26 with a pulse-phase control system 27, an integral regulator 28, a comparison element 29, a voltage sensor 30, while the electronic voltage regulator 26 is included in the circuit power supply of the input winding 5 of the stator of the generator, the control input of the electronic voltage regulator 26 is connected to the output of the pulse-phase control system 27, the input to The input is connected to the output of the integral regulator 28, the input of which is connected to the output of the comparison element 29, the first input of which is connected to the output of the voltage sensor 30, the input of which is connected to the output winding 3 of the generator stator, and the output voltage setting signal is supplied to the second input of the comparison element 29 generator U _{out /} Fig. 11/. The automatic control system is designed to stabilize the output voltage of the generator.

Предлагаемая генераторная установка работает следующим образом: генератор в обоих конструктивных вариантах выполнения работает вышеописанным образом, а система автоматического управления - так. The proposed generator set works as follows: the generator in both constructive embodiments runs as described above, and the automatic control system does so.

При действии внешних возмущений, как, например, при изменениях выходной мощности и/или скорости вращения генератора, изменится напряжение на выходной обмотке 3 статора, из-за чего появится сигнал на входе интегрального регулятора 28, вследствие чего изменяющийся во времени сигнал на входе системы импульсно-фазового управления 27 приведет к непрерывному соответствующему изменению фазового угла отпирания электронного регулятора напряжения 26 и тока входной обмотки 5 статора до тех пор, пока входной сигнал интегрального регулятора 28 снова достигнет нулевого значения, что будет иметь место при достижении напряжения на выходной обмотке 3 статора величины заранее установленного задания U_вых на втором входе элемента сравнения 29.Under the action of external disturbances, such as, for example, changes in the output power and / or the rotation speed of the generator, the voltage at the output winding 3 of the stator changes, due to which a signal appears at the input of the integral controller 28, as a result of which the time-varying signal at the input of the system is pulsed -phase control 27 will lead to a continuous corresponding change in the phase angle of the unlocking of the electronic voltage regulator 26 and the current of the input winding 5 of the stator until the input signal of the integral regulator 28 again to will become zero, which will take place when the voltage at the output winding 3 of the stator is reached, the value of the predetermined task U _o at the second input of the comparison element 29.

Предлагаемая генераторная установка в обоих конструктивных вариантах выполнения генератора может содержать электронный преобразователь частоты 31 с промежуточным звеном постоянного тока, выход которого соединен с входной обмоткой 5 статора генератора, а вход - с источником переменного напряжения произвольной частоты 32, при этом система автоматического управления содержит интегральный регулятор 28, элемент сравнения 29, датчик напряжения 30, причем вход управления амплитудой выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 соединен с выходом интегрального регулятора 28, вход которого соединен с выходом элемента сравнения 29, первый вход которого соединен с выходом датчика напряжения 30, вход которого соединен с выходной обмоткой 3 статора, а на второй вход элемента сравнения 29 подается сигнал задания величины выходного напряжения генератора и на вход управления частотой выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 подается сигнал задания частоты выходного напряжения генератора f_вых /фиг.12/. Система автоматического управления предназначена для задания требуемой частоты и стабилизации выходного напряжения генератора.The proposed generator set in both design variants of the generator may include an electronic frequency converter 31 with an intermediate DC link, the output of which is connected to the input winding 5 of the generator stator, and the input is connected to an alternating voltage source of arbitrary frequency 32, while the automatic control system contains an integral controller 28, the comparison element 29, the voltage sensor 30, and the input control the amplitude of the output voltage of the electronic frequency converter 31 s connected to the output of the integral controller 28, the input of which is connected to the output of the comparison element 29, the first input of which is connected to the output of the voltage sensor 30, the input of which is connected to the output winding 3 of the stator, and a signal for setting the value of the generator output voltage is supplied to the second input of the comparison element 29 and input control electronic frequency inverter output voltage reference signal 31 supplied to output frequency f _O /fig.12/ generator. The automatic control system is designed to set the desired frequency and stabilize the output voltage of the generator.

Предлагаемая генераторная установка работает следующим образом: генератор работает вышеописанным образом, а система автоматического управления - так. The proposed generator set works as follows: the generator operates as described above, and the automatic control system does.

На вход управления частотой выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 подается сигнал задания требуемой частоты выходного напряжения генератора f_вых. При действии внешних возмущений, как, например, при изменении выходной мощности генератора и/или скорости вращения генератора, и/или величины напряжения источника переменного напряжения произвольной частоты 32, изменится напряжение на выходной обмотке 3 статора, из-за чего появится сигнал на входе интегрального регулятора 28, вследствие чего изменяющийся во времени сигнал на входе управления амплитудой выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 приведет к непрерывному соответствующему изменению амплитуды выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 и тока входной обмотки 5 статора до тех пор, пока входной сигнал интегрального регулятора 28 снова не достигнет нулевого значения, что будет иметь место при достижении напряжения на выходной обмотке 3 статора величины заранее установленного задания U_вых на втором входе элемента сравнения 29.The frequency control output signal of the output voltage of the electronic frequency converter 31 is supplied with a signal for setting the required frequency of the output voltage of the generator f _o . Under the action of external perturbations, such as, for example, when the output power of the generator and / or the rotation speed of the generator and / or the voltage of an alternating voltage source of arbitrary frequency 32 changes, the voltage at the output winding 3 of the stator changes, due to which a signal appears at the input of the integral the controller 28, as a result of which a time-varying signal at the input of the amplitude control of the output voltage of the electronic frequency converter 31 leads to a continuous corresponding change in the amplitude of the output by the voltage of the electronic frequency converter 31 and the current of the input winding 5 of the stator until the input signal of the integral regulator 28 again reaches zero, which will occur when the voltage at the output winding 3 of the stator reaches the value of the preset U _output at the second input of the comparison element 29.

Предлагаемая генераторная установка в обоих вышеописанных конструктивных вариантах выполнения генератора может иметь систему автоматического управления, содержащую электронный преобразователь частоты 31 с промежуточным звеном постоянного тока, два интегральных регулятора 28 и 33, датчики активной 34 и реактивной 35 выходной мощности генератора, датчики амплитуды 36 и фазы 37 выходного напряжения генератора, шесть элементов сравнения 38, 39, 40, 41, 42 и 43, датчики частоты напряжения 44, амплитуды напряжения 45 и фазы напряжения 46, при этом вход электронного преобразователя частоты 31 соединен с входной обмоткой 5 статора, вход управления частотой выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 соединен с выходом датчика частоты напряжения 44, а вход управления амплитудой выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 соединен с выходом первого элемента сравнения 38, первый вход которого соединен с выходом второго элемента сравнения 39, первый вход которого соединен с выходом датчика активной выходной мощности 34 генератора, вход которого соединен с выходной обмоткой 3 статора, второй вход первого элемента сравнения 38 соединен с выходом первого интегрального регулятора 28, вход которого соединен с выходом третьего элемента сравнения 40, первый вход которого соединен с выходом датчика амплитуды выходного напряжения 36 генератора, вход которого соединен с выходной обмоткой 3 статора, а второй вход третьего элемента сравнения 40 соединен с выходом датчика амплитуды напряжения 45. The proposed generator set in both the above-described structural embodiments of the generator may have an automatic control system comprising an electronic frequency converter 31 with an intermediate DC link, two integral regulators 28 and 33, sensors of the active generator 34 and reactive 35 of the generator output power, amplitude sensors 36 and phase 37 generator output voltage, six comparison elements 38, 39, 40, 41, 42 and 43, voltage frequency sensors 44, voltage amplitudes 45 and voltage phases 46, while the input The frequency converter 31 is connected to the input winding 5 of the stator, the input for controlling the frequency of the output voltage of the electronic frequency converter 31 is connected to the output of the voltage frequency sensor 44, and the input for controlling the amplitude of the output voltage of the electronic frequency converter 31 is connected to the output of the first comparison element 38, the first input of which is connected with the output of the second comparison element 39, the first input of which is connected to the output of the sensor of active output power 34 of the generator, the input of which is connected to the output winding 3 of the stator, the second input of the first comparison element 38 is connected to the output of the first integral controller 28, the input of which is connected to the output of the third comparison element 40, the first input of which is connected to the output of the amplitude sensor of the output voltage 36 of the generator, the input of which is connected to the output winding 3 of the stator, and the second input of the third comparison element 40 is connected to the output of the voltage amplitude sensor 45.

Вход управления фазой выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 соединен с выходом четвертого элемента сравнения 41, первый вход которого соединен с выходом пятого элемента сравнения 42, первый вход которого соединен с выходом датчика реактивной выходной мощности 35 генератора, вход которого соединен с выходной обмоткой 3 статора, а второй вход четвертого элемента сравнения 41 соединен с выходом второго интегрального регулятора 33, вход которого соединен с выходом шестого элемента сравнения 43, первый вход которого соединен с выходом датчика фазы выходного напряжения 37 генератора, вход которого соединен с выходной обмоткой 3 статора, а второй вход шестого элемента сравнения 43 соединен с выходом датчика фазы напряжения 46, причем на второй вход второго элемента сравнения 39 подается сигнал задания величины активной выходной мощности генератора, на второй вход пятого элемента сравнения 42 подается сигнал задания величины реактивной выходной мощности генератора, вход электронного преобразователя частоты 31 соединен с источником переменного напряжения 32, а выходная обмотка 3 статора и входы датчиков частоты напряжения 44, амплитуды напряжения 45 и фазы напряжения 46 подключены к электроэнергетической системе 47 /фиг.13/. Система автоматического управления предназначена для автоматического обеспечения необходимых условий по частоте, амплитуде и фазе при подключении генераторной установки к электроэнергетической системе 47, а также для обеспечения стабильного энергетического режима генераторной установки раздельно по активной и реактивной мощности в подключенном состоянии генераторной установки к электроэнергетической системе 47. The input phase control of the output voltage of the electronic frequency converter 31 is connected to the output of the fourth comparison element 41, the first input of which is connected to the output of the fifth comparison element 42, the first input of which is connected to the output of the generator reactive output power 35, the input of which is connected to the output winding 3 of the stator, and the second input of the fourth comparison element 41 is connected to the output of the second integral controller 33, the input of which is connected to the output of the sixth comparison element 43, the first input of which is connected n with the output of the phase sensor of the output voltage 37 of the generator, the input of which is connected to the output winding 3 of the stator, and the second input of the sixth comparison element 43 is connected to the output of the voltage phase sensor 46, and a signal for setting the value of the active output power of the generator is supplied to the second input of the second comparison element 39 , the second input of the fifth comparison element 42 is supplied with a signal for setting the value of the reactive output power of the generator, the input of the electronic frequency converter 31 is connected to an AC voltage source 32, and the output one winding 3 of the stator and the inputs of the voltage frequency sensors 44, voltage amplitudes 45 and voltage phases 46 are connected to the electric power system 47 / Fig.13/. The automatic control system is designed to automatically provide the necessary conditions in frequency, amplitude and phase when the generator set is connected to the electric power system 47, as well as to ensure a stable energy mode of the generator set separately in active and reactive power in the connected state of the generator set to the electric power system 47.

До подключения генераторной установки к электроэнергетической системе 47 задание Р величины активной мощности на входе второго элемента сравнения 39 и задание Q величины реактивной мощности на входе пятого элемента сравнения 42 равны нулю /они устанавливаются на ноль/, а генераторная установка полностью синхронизирована с электроэнергетической системой 47 по всем трем составляющим вектора выходного напряжения генератора: по частоте - через вход управления частотой выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 под действием выходного сигнала датчика частоты напряжения 44, по амплитуде - через вход управления амплитудой выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 под действием выходного сигнала первого элемента сравнения 38, по фазе - через вход управления фазой выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 под действием выходного сигнала четвертого элемента сравнения 41. После подключения генераторной установки к электроэнергетической системе 47 устанавливаются задания величины активной Р и реактивной Q мощности генераторной установки на втором входе второго элемента сравнения 39 и на втором входе пятого элемента сравнения 42 соответственно и генераторная установка работает в стабилизированном энергетическом режиме. Prior to connecting the generator set to the electric power system 47, the task P of the active power value at the input of the second comparison element 39 and the Q value of the reactive power at the input of the fifth comparison element 42 are zero / they are set to zero /, and the generator set is fully synchronized with the electric system 47 all three components of the generator output voltage vector: in frequency - through the input of the frequency control of the output voltage of the electronic frequency converter 31 under the action m of the output signal of the voltage frequency sensor 44, in amplitude - through the input of the amplitude control of the output voltage of the electronic frequency converter 31 under the action of the output signal of the first comparison element 38, in phase - through the phase control input of the output voltage of the electronic frequency converter 31 under the action of the output signal of the fourth comparison element 41. After connecting the generator set to the electric power system 47, set the values of the active P and reactive power Q of the generator of the second installation at the second input of the second comparison element 39 and at the second input of the fifth comparison element 42, respectively, and the generator set operates in a stabilized energy mode.

Предлагаемая генераторная установка в обоих вышеописанных конструктивных вариантах выполнения генератора может иметь систему автоматического управления, содержащую электронный преобразователь частоты 31 с промежуточным звеном постоянного тока, два интегральных регулятора 28 и 33, четыре элемента сравнения 38, 39, 40 и 41, два датчика амплитуды напряжения 45 и 48, два датчика фазы напряжения 46 и 49, датчик частоты напряжения 44, при этом выход электронного преобразователя частоты 31 соединен с входной обмоткой 5 статора генератора, вход управления частотой выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 соединен о выходом датчика частоты напряжения 44, а вход управления амплитудой выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 соединен с выходом первого элемента сравнения 38, первый вход которого соединен с выходом первого интегрального регулятора 28, вход которого соединен с выходом второго элемента сравнения 39, первый вход которого соединен с выходом первого датчика амплитуды напряжения 45, а второй вход соединен с выходом второго датчика амплитуды напряжения 48, вход управления фазой выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 соединен с выходом третьего элемента сравнения 41, первый вход которого соединен с выходом второго интегрального регулятора 33, вход которого соединен с выходом четвертого элемента сравнения 40, первый вход которого соединен с выходом первого датчика фазы напряжения 46, а второй вход соединен с выходом второго датчика фазы напряжения 48. The proposed generator set in both the above-described structural embodiments of the generator may have an automatic control system comprising an electronic frequency converter 31 with an intermediate DC link, two integral regulators 28 and 33, four comparison elements 38, 39, 40 and 41, two voltage amplitude sensors 45 and 48, two voltage phase sensors 46 and 49, a voltage frequency sensor 44, while the output of the electronic frequency converter 31 is connected to the input winding 5 of the generator stator, the control input is The frequency of the output voltage of the electronic frequency converter 31 is connected to the output of the voltage frequency sensor 44, and the input of the amplitude control of the output voltage of the electronic frequency converter 31 is connected to the output of the first comparison element 38, the first input of which is connected to the output of the first integral controller 28, the input of which is connected to the output of the second a comparison element 39, the first input of which is connected to the output of the first voltage amplitude sensor 45, and the second input is connected to the output of the second amplitude amplitude sensor 48, the input of the phase control of the output voltage of the electronic frequency converter 31 is connected to the output of the third comparison element 41, the first input of which is connected to the output of the second integral controller 33, the input of which is connected to the output of the fourth comparison element 40, the first input of which is connected to the output of the first phase sensor voltage 46, and the second input is connected to the output of the second voltage phase sensor 48.

Причем одни концы всех выходных обмоток 3 статора подключены к первой электроэнергетической системе 50, а вторые концы - через выключатель 51 к второй электроэнергетической системе 52, вход электронного преобразователя частоты 31 подключен к одной из электроэнергетических систем, например к системе 50, входы датчика частоты напряжения 44 и первого датчика амплитуды напряжения 45 подключены к первой электроэнергетической системе 50, вход второго датчика амплитуды напряжения 48 подключен к второй электроэнергетической системе 52, входы обоих датчиков фазы напряжения 46 и 49 подключены к концам выходной обмотки 3 статора генератора, а в качестве первичного двигателя 1 используется электрический двигатель, подключенный к первой электроэнергетической системе 50, причем на второй вход первого элемента сравнения 38 подается сигнал задания величины активного энергообмена между обеими электроэнергетическими системами 50 и 52, а на второй вход третьего элемента сравнения 41 подается сигнал задания величины реактивного энергообмена между обеими электроэнергетическими системами 50 и 52 /фиг.14/. Система автоматического управления предназначена для автоматического обеспечения условий соединения двух электроэнергетических систем 50 и 52 через выходные обмотки 3 статора генератора и выключатель 51, а также для раздельного управления активным и реактивным двухнаправленным энергообменом между обеими электроэнергетическими системами. Moreover, one ends of all output windings 3 of the stator are connected to the first electric power system 50, and the second ends are connected through a switch 51 to the second electric power system 52, the input of the electronic frequency converter 31 is connected to one of the electric power systems, for example, system 50, the inputs of the voltage frequency sensor 44 and the first voltage amplitude sensor 45 are connected to the first electric power system 50, the input of the second voltage amplitude sensor 48 is connected to the second electric power system 52, the inputs of both sensors The voltage phases 46 and 49 are connected to the ends of the output winding 3 of the generator stator, and the primary motor 1 uses an electric motor connected to the first electric power system 50, and a signal for setting the value of active energy exchange between both electric power systems is supplied to the second input of the first comparison element 38 50 and 52, and the second input of the third comparison element 41 receives a signal for setting the value of reactive energy exchange between both electric power systems 50 and 52 (Fig. 14/). The automatic control system is designed to automatically provide the conditions for connecting two electric power systems 50 and 52 through the output windings 3 of the generator stator and switch 51, as well as for separate control of active and reactive bi-directional energy exchange between both electric power systems.

Перед соединением двух электроэнергетических систем 50 и 52 сигнал задания Р величины активного энергообмена на втором входе первого элемента сравнения 38 и сигнал задания Q величины реактивного энергообмена на втором входе третьего элемента сравнения 41 равны нулю /устанавливаются на ноль/, а генераторная установка работает в режиме холостого хода. При этом генераторная установка синхронизирована с первой электроэнергетической системой 50: по частоте - через вход управления частотой выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 под действием выходного сигнала датчика частоты напряжения 44, по фазе - через вход управления фазой выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 под действием выходного сигнала третьего элемента сравнения 41, а две электроэнергосистемы 50 и 52 по амплитуде напряжения синхронизированы между собой /т.е. напряжение на отключенном выключателе 51 равно нулю/ через вход управления амплитудой выходного напряжения электронного преобразователя частоты 31 под действием выходного сигнала первого элемента сравнения 38. Before connecting the two power systems 50 and 52, the reference signal P of the active energy exchange value at the second input of the first comparison element 38 and the reference signal Q of the reactive energy exchange value at the second input of the third comparison element 41 are zero / are set to zero /, and the generator set is idling move. In this case, the generator set is synchronized with the first electric power system 50: in frequency - through the frequency control input terminal of the output voltage of the electronic frequency converter 31 under the action of the output signal of the voltage frequency sensor 44, in phase - through the phase control input terminal of the output voltage of the electronic frequency converter 31 under the action of the output signal the third comparison element 41, and two power systems 50 and 52 are synchronized in voltage amplitude with each other / i.e. the voltage at the open switch 51 is zero / through the input of the amplitude control of the output voltage of the electronic frequency converter 31 under the action of the output signal of the first comparison element 38.

После соединения двух электроэнергосистем 50 и 52 подаются сигналы задания величины активного Р и реактивного Q энергообменов на второй вход первого элемента сравнения 38 и на второй вход третьего элемента сравнения 41 соответственно. При этом мощность управления энергообменом между обеими электроэнергетическими системами 50 и 52 циркулирует через электрический первичный двигатель 1 и генератор с соответствующим двухтактным электромеханическим преобразованием. В случаях необходимости стабилизации величин активного и реактивного энергообменов в контур задания этих величин /второго входа первого элемента сравнения 38 и второго входа третьего элемента сравнения 41/ вводится сигнал обратных связей аналогично соответствующим контурам в вышеописанном варианте подключения генераторной установки к одной электроэнергетической системе. After connecting the two power systems 50 and 52, signals are given for setting the magnitude of the active P and reactive Q energy exchanges to the second input of the first comparison element 38 and to the second input of the third comparison element 41, respectively. At the same time, the power of energy exchange control between both electric power systems 50 and 52 is circulated through the electric prime mover 1 and the generator with the corresponding push-pull electromechanical conversion. In cases where it is necessary to stabilize the values of active and reactive energy exchanges, a feedback signal is input into the circuit of setting these values / second input of the first comparison element 38 and the second input of the third comparison element 41 / in the same way as in the above-described embodiment of connecting the generator set to one electric power system.

Предлагаемая генераторная установка в варианте выполнения генератора с дополнительной обмоткой 25 в магнитном пакете 4 статора может иметь систему автоматического управления, содержащую электронный регулятор напряжения 26 с системой импульсно-фазового управления 27, интегральный регулятор 28, элемент сравнения 29, датчик напряжения 30, при этом электронный регулятор напряжения 26 подключен в цепь соединения концов обмотки 25 с выходной обмоткой 3 магнитного пакета 2 статора генератора, вход управления электронного регулятора напряжения 26 соединен с выходом системы импульсно-фазового управления 27, вход которого соединен с выходом интегрального регулятора 28, вход которого соединен с выходом элемента сравнения 29, первый вход которого соединен с выходом датчика напряжения 30, вход которого соединен с выходной обмоткой 3 статора генератора, а на второй вход элемента сравнения 29 подается сигнал задания величины выходного напряжения генератора U_вых, причем в цепи соединения входной обмотки 5 статора генератора с источником переменного напряжения требуемой выходной частоты генератора установлен выключатель 53 /фиг. 15/. Система автоматического управления предназначена для стабилизации выходного напряжения генератора.The proposed generator set in the embodiment of the generator with an additional winding 25 in the magnetic package 4 of the stator may have an automatic control system containing an electronic voltage regulator 26 with a pulse-phase control system 27, an integral regulator 28, a comparison element 29, a voltage sensor 30, while the electronic voltage regulator 26 is connected to the connection circuit of the ends of the winding 25 with the output winding 3 of the magnetic package 2 of the generator stator, the control input of the electronic voltage regulator 26 is dinene with the output of the pulse-phase control system 27, the input of which is connected to the output of the integral controller 28, the input of which is connected to the output of the comparison element 29, the first input of which is connected to the output of the voltage sensor 30, the input of which is connected to the output winding 3 of the generator stator, and the second input of the comparison element 29 is supplied with a signal for setting the value of the output voltage of the generator U _o , and in the connection circuit of the input winding 5 of the generator stator with an alternating voltage source of the required output frequency of the generator torus mounted switch 53 / Fig. fifteen/. The automatic control system is designed to stabilize the output voltage of the generator.

После "зажигания" генераторной установки с требуемой выходной частотой генератора путем кратковременного включения выключателя 53 последний выключается, а генератор продолжает возбуждаться и управляться только через обмотку 25 с системой автоматического управления. При действии внешних возмущений изменится напряжение на выходной обмотке 3 статора, из-за чего появится сигнал на входе интегрального регулятора 28, вследствие чего изменяющийся во времени сигнал на входе системы импульсно-фазового управления 27 приведет к непрерывному соответствующему изменению фазового угла отпирания электронного регулятора напряжения 26 и тока обмотки 25, которая после выключения выключателя 53 является входом генератора, до тех пор, пока входной сигнал интегрального регулятора 28 снова не достигнет нулевого значения, что будет иметь место при достижении напряжения на выходной обмотке 3 статора генератора величины заранее установленного задания U_вых на втором входе элемента сравнения 29. Причем для "зажигания" генераторной установки с требуемой частотой выходного напряжения может быть использована аккумуляторная батарея с электронным инвертором напряжения с частотой, равной требуемой выходной частоте генератора /на фиг.15 не показано/.After "ignition" of the generator set with the desired output frequency of the generator by briefly turning on the switch 53, the latter is turned off, and the generator continues to be excited and controlled only through winding 25 with an automatic control system. Under the action of external perturbations, the voltage at the output winding 3 of the stator changes, due to which a signal appears at the input of the integral regulator 28, as a result of which a time-varying signal at the input of the pulse-phase control system 27 leads to a continuous corresponding change in the phase angle of unlocking of the electronic voltage regulator 26 and the current of the winding 25, which after turning off the switch 53 is the input of the generator, until the input signal of the integral controller 28 again reaches a zero value, h about to take place when the voltage on the output winding 3 of the stator of the generator predetermined reference value U _O to the second input of the comparison element 29. Moreover, the "plug" genset with a desired frequency of the output voltage can be used with an electronic battery voltage with an inverter frequency, equal to the required output frequency of the generator / not shown in Fig /.

Промышленная применимость. Industrial applicability.

Предлагаемая генераторная установка имеет высокие удельные технико-экономические показатели: низкую стоимость преобразователя частоты и всей системы автоматического управления, высокую степень "раздельности" управления тремя основными составляющими - частоты, амплитуды и фазы, вектора выходного напряжения генератора и одновременно высокую степень "инвариантности" по внешним возмущениям по сравнению с прототипом. The proposed generator set has high specific technical and economic indicators: low cost of the frequency converter and the entire automatic control system, a high degree of "separation" of control of the three main components - frequency, amplitude and phase, vector of the generator output voltage and at the same time a high degree of "invariance" in external disturbances compared to the prototype.

Предлагаемая генераторная установка может быть использована в качестве автономной энергетической установки, в том числе и с "зажиганием" от аккумуляторной батареи, также как энергетическая установка, работающая параллельно с электроэнергетической системой, также как гибкий управляемый проходник для соединения двух электроэнергетических систем и для управления двухнаправленного энергообмена между обеими системами. Генератор генераторной установки может быть использован в качестве двигателя. The proposed generator set can be used as a stand-alone power plant, including with “ignition” from the battery, as well as a power plant operating in parallel with the power system, as well as a flexible controllable bushing for connecting two power systems and for controlling bi-directional energy exchange between both systems. The generator set generator can be used as an engine.

Предлагаемая генераторная установка благодаря малой мощности управления и раздельному управлению тремя основными составляющими вектора выходного напряжения генератора обеспечит удобство сопряжения системы автоматического управления с управляющим компьютером, упрощение программных средств компьютера и удобство ввода управляющего компьютера в единую локальную компьютерную сеть, особенно в случаях подключения генераторной установки к электроэнергетическим системам. The proposed generator set due to the low control power and separate control of the three main components of the generator output voltage vector will provide the convenience of pairing the automatic control system with the control computer, simplifying the computer software and the convenience of entering the control computer into a single local computer network, especially in cases when the generator set is connected to electric power systems.

При изготовлении предлагаемой генераторной установки могут быть использованы традиционные материалы, технологии, комплектующие для генератора и системы автоматического управления, а при испытании могут быть использованы стандартные испытательные стенды и комплексы. In the manufacture of the proposed generator set, traditional materials, technologies, components for the generator and automatic control systems can be used, and during testing standard test stands and complexes can be used.

Claims

1. A generator set comprising a generator coupled to a primary engine (1) and an automatic control system, the generator having a stator including a magnetic bag (2) with an output winding (3), and a rotor including a magnetic package (6) with a winding, characterized in that the generator stator contains a magnetic package (4) with an input winding (5) connected to an alternating voltage source of the required output frequency of the generator, the number of poles of the input winding (5) equal to the number of poles of the output winding (3), and the rotor winding and in the form of conductive rods (7) located symmetrically around the perimeter in the grooves of the magnetic package (6) and parallel to the axis of rotation of the rotor in an amount multiple of the number of poles of the stator windings (3, 5), while on each end side of the magnetic package (6) the end of each rod (7) of the rotor is connected to all those ends of the rods (7) that are shifted relative to the said end around the perimeter of the magnetic package (6) of the rotor by one pole division, or on the end face of the magnetic package (6) of the rotor, the ends of all the rods ( 7) interconnected and on the opposite end side the end of each rod (7) is connected to all those ends of the rods (7) that are shifted relative to the said end around the perimeter of the rotor magnetic package (6) by one pole division, and the stator magnetic packages (2, 4) are located coaxially and magnetically are not interconnected, and the input (5) and output (3) stator windings are electromagnetically coupled through the magnetic package (6) of the rotor.

2. The generator set according to claim 1, characterized in that the generator contains at least two magnetic packages (6) of the rotor, while the connections of the ends of the rods (7) of each magnetic package (6) of the rotor are electrically isolated from the connections of the ends of the rods (7) on the end sides of other magnetic packages (6) of the rotor, and between the magnetic packages (2, 4) of the stator with the output (3) and input (5) windings, additional magnetic packages (15) are located in an amount one less than the number of magnetic packages ( 6) the rotor, with each additional magnetic pa the stator ket (15) contains conductive rods (16) in an amount multiple of the number of poles of the stator windings (3, 5) located symmetrically around the perimeter in the grooves of the additional stator magnetic package (15) and parallel to the axis of rotation of the rotor, on each end side of the additional magnetic the stator package (15), the end of each rod (16) is connected to all those ends of the rods (16) that are shifted relative to the said end around the perimeter of the additional magnetic package (15) by one pole division, or on one end side For a stator magnetic packet (15), the ends of all the rods (16) are connected to each other, and on the opposite end side, the end of each rod (16) is connected to all those ends of the rods (16) that are shifted relative to the said end around the perimeter of the additional magnetic packet (15) ) by one pole division, or on each end side of the additional magnetic package (15) of the stator, the ends of all the rods (16) are connected to each other, and the connections of the ends of the rods (16) on the end sides of each additional magnetic package (15) the stator are electrically isolated from the connections of the ends of the rods (16) on the end sides of the other additional magnetic packages (15) of the stator, and the input (5) and output (3) stator windings are electromagnetically coupled through all magnetic packages (6) of the rotor and all additional magnetic packages ( 15) the stator.

3. Generator set according to any one of claims 1 and 2, characterized in that in the generator the magnetic package (4) of the stator with the input winding (5) contains an additional winding (25) with the number of poles equal to the number of poles of the input winding (5), the ends of the additional winding (25) are connected to the ends of the output winding (3) of the stator.

4. Generator set according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the automatic control system comprises an electronic voltage regulator (26) with a pulse-phase control system (27), an integral regulator (28), a comparison element (29), a sensor voltage (30), while the electronic voltage regulator (26) is included in the power supply circuit of the input winding (5) of the generator stator, the control input of the electronic voltage regulator (26) is connected to the output of the pulse-phase control system (27), the input of which is connected to the output integral regulation ora (28), the input of which is connected to the output of the comparison element (29), the first input of which is connected to the output of the voltage sensor (30), the input of which is connected to the output winding (3) of the generator stator, and the second input of the comparison element (29) is fed signal for setting the value of the generator output voltage.

5. Generator set according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the alternating voltage source of the required output frequency of the generator is made in the form of an electronic frequency converter (31) with an intermediate DC link, the output of which is connected to the input winding (5) of the generator stator and the input is with an arbitrary voltage source of alternating voltage (32), while the automatic control system contains an integral controller (28), a comparison element (29), a voltage sensor (30), and the output amplitude control input voltage of the electronic frequency converter (31) is connected to the output of the integral controller (28), the input of which is connected to the output of the comparison element (29), the first input of which is connected to the output of the voltage sensor (30), the input of which is connected to the output winding (3) of the generator stator while the second input of the comparison element (29) is supplied with a signal for setting the output voltage of the generator, and the input for controlling the frequency of the output voltage of the electronic frequency converter (31) is supplied with a signal for setting the frequency of the output voltage ia generator.

6. Generator set according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the automatic control system comprises an electronic frequency converter (31) with an intermediate DC link, two integral regulators (28, 33), active sensors (34) and reactive ( 35) generator output power, amplitude (36) and phase (37) sensors of the generator output voltage, six comparison elements (38, 39, 40, 41, 42, 43), voltage frequency sensors (44), voltage amplitudes (45) and phase voltage (46), while the output of the electronic frequency converter (31) is connected to the winding stator of the generator stator, the input of the frequency control of the output voltage of the electronic frequency converter (31) is connected to the output of the voltage frequency sensor (44), and the input of the amplitude control of the output voltage of the electronic frequency converter (31) is connected to the output of the first comparison element (38) the first input of which is connected to the output of the second comparison element (39), the first input of which is connected to the output of the generator of active output power (34) of the generator, the input of which is connected to the output winding (3) of the stator, the second the input of the first comparison element (38) is connected to the output of the first integral controller (28), the input of which is connected to the output of the third comparison element (40), the first input of which is connected to the output of the amplitude sensor of the output voltage (36) of the generator, the input of which is connected to the output winding (3) a stator, and the second input of the third comparison element (40) is connected to the output of the voltage amplitude sensor (45), the phase control input of the output voltage of the electronic frequency converter (31) is connected to the output of the fourth comparison element (41), the stroke of which is connected to the output of the fifth comparison element (42), the first input of which is connected to the output of the generator of reactive output power (35) of the generator, the input of which is connected to the output winding (3) of the stator, and the second input of the fourth comparison element (41) is connected to the output the second integral controller (33), the input of which is connected to the output of the sixth comparison element (43), the first input of which is connected to the output of the output voltage phase sensor (37) of the generator, the input of which is connected to the output winding (3) of the stator, and the second input of the sixth the comparison element (43) is connected to the output of the voltage phase sensor (46), and the second input of the second comparison element (39) is supplied with a signal for setting the value of the generator active output power, the second input of the fifth comparison element (42) is supplied with a signal for setting the reactive output power generator, the input of the electronic frequency converter (31) is connected to an AC voltage source, and the output winding (3) of the stator and the inputs of the voltage frequency sensors (44), voltage amplitudes (45) and voltage phases (46) are connected to the electric power supply the ergetic system (47).

7. Generator set according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the automatic control system comprises an electronic frequency converter (31) with an intermediate DC link, two integral regulators (28, 33), four comparison elements (38, 39, 40, 41), two voltage amplitude sensors (45, 48), two voltage phase sensors (46, 48), a voltage frequency sensor (44), while the output of the electronic frequency converter (31) is connected to the input winding (5) of the generator stator , input control the frequency of the output voltage of the electronic converter frequency converter (31) is connected to the output of the voltage frequency sensor (44), and the input for controlling the amplitude of the output voltage of the electronic frequency converter (31) is connected to the output of the first comparison element (38), the first input of which is connected to the output of the first integral controller (28), the input of which is connected to the output of the second comparison element (39), the first input of which is connected to the output of the first voltage amplitude sensor (45), and the second input is connected to the output of the second voltage amplitude sensor (48), the output phase control input to the voltage of the electronic frequency converter (31) is connected to the output of the third comparison element (41), the first input of which is connected to the output of the second integral controller (33), the input of which is connected to the output of the fourth comparison element (40), the first input of which is connected to the output of the first sensor phase voltage (46), and the second input is connected to the output of the second voltage phase sensor (49), with one end of all output windings (3) of the generator stator connected to the first electric power system (50), and the second ends through the switch (51 ) to the second electric power system (52), the input of the electronic frequency converter (31) is connected to one of the electric power systems, the inputs of the voltage frequency sensor (44) and the first voltage amplitude sensor (45) are connected to the first electric system (50), the input of the second sensor the voltage amplitudes (48) are connected to the second electric power system (52), the inputs of both voltage phase sensors (46, 49) are connected to the ends of the output winding (3) of the generator stator, and the electric motor is used as the primary motor (1) drive connected to the first electric power system (50), and the second input of the first comparison element (38) is supplied with a signal for setting the value of active energy exchange between both electric systems, and the second input of the third comparison element (41) is supplied with a signal for setting the value of reactive energy exchange between both electric power systems.

8. Generator set according to any one of claims 1 and 2, characterized in that the automatic control system comprises an electronic voltage regulator (26) with a pulse-phase control system (27), an integral regulator (28), a comparison element (29), a sensor voltage (30), while the electronic voltage regulator (26) is included in the connection circuit of the ends of the additional winding (25) with the output winding (3) of the generator stator, the control input of the electronic voltage regulator (26) is connected to the output of the pulse-phase control system (27 ) whose input connected to the output of the integral controller (28), the input of which is connected to the output of the comparison element (29), the first input of which is connected to the output of the voltage sensor (30), the input of which is connected to the output winding (3) of the generator stator, and to the second input of the comparison element (29) a signal is supplied to set the output voltage of the generator, and a switch (53) is installed in the connection circuit of the input winding (5) of the generator stator with an alternating voltage source of the required output frequency of the generator.