Способ генерирования переменного тока

 

Использование: в области электроэнергетики, в частности при использовании газотурбинных двигателей для производства электроэнергии. Сущность изобретения: в способе генерирования переменного тока посредством вращения ротора электрогенератора подвода крутящего момента от одного из валов двухвального газотурбинного двигателя дополнительно к ротору электрогенератора подводят крутящий момент от второго вала двигателя, причем крутящие моменты от валов двигателя суммируют через дифференциальный редуктор. Предлагается зависимость, связывающая частоту вращения выходного вала редуктора с частотами вращения валов двигателя. 2 ил.

Изобретения относится к области электроэнергетики, в частности к способам генерирования переменного тока, и может быть использовано на борту летательного аппарата.

Известно техническое решение [1] В данном решении роторы электрогенераторов вращают посредством подачи крутящего момента через редукторы от валов газотурбинных двигателей единой газотурбинной установки. Приведенная система позволяет экономично расходовать подводимую к газотурбинной установке энергию для выработки электроэнергии.

Недостатком системы является низкое качество электроэнергии, в частности нестабильность частоты генерируемого напряжения и уровня напряжения при изменении режимов работы газотурбинной установки в широком диапазоне. Для обеспечения требуемого качества электроэнергии в данной системе необходимы две отдельные независимые следящие системы поддержания оборотов электрогенераторов при изменении режимов работы газотурбинной установки.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является улучшение качества генерирования электроэнергии, достигаемый при этом технический результат сужение диапазона изменения частоты генерируемого напряжения.

Это достигается тем, что предложен способ генерирования переменного тока посредством вращения ротора электрогенератора подводом крутящего момента от одного из валов двухвального газотурбинного двигателя. При этом дополнительно к ротору электрогенератора подводят крутящий момент от второго вала двигателя, причем крутящие моменты от валов двигателя суммируют через дифференциальный редуктор. Частоту вращения выходного вала редуктора поддерживают в соответствии с формулой N_вых. (N_вх.1 N_вх.2), где N_вх.1 N_вх.2 частоты вращения соответственно первого и второго входных валов, i коэффициент передачи редуктора. Данный коэффициент определяют по формуле i = Nc/ΔNср,, где N_c заданная средняя частота вращения ротора генератора, ΔNср = (ΔNmax + ΔNmin)/2 среднее значение скольжения валов двигателя между максимальным (ΔNmax) и минимальным (ΔNmin) скольжениями валов при различных условиях эксплуатации двигателя.

На фиг. 1 представлена система для реализации способа генерирования переменного тока.

Система генерирования переменного тока содержит (см. фиг. 1) двухконтурный газотурбинный двигатель 1, который содержит ротор высокого давления РВД 2 и ротор низкого давления РНД 3, генератор переменного тока Г 4 и дифференциальный редуктор ДР 5. При этом выходной вал ДР подсоединен к валу генератора переменного тока, первый входной вал ДР соединен с валом ротора высокого давления РДВ 2, а второй входной вал ДР соединен с валом ротора низкого давления РНД 3.

Работа системы основана на явлении, которое присуще двухконтурным газотурбинным двигателям, и поясняется графиками на фиг.2. На всех рабочих режимах работы такого двигателя (от малого газа до взлетного режима) во всех условиях эксплуатации (от наземных до крейсерских) разность частот вращения ротора высокого и низкого давления изменяется незначительно. На фиг. 2 в качестве примера показаны графики изменения величины ΔN = Nвд - Nнд во всем рабочем диапазоне двигателей и при различных условиях эксплуатации для трех двухконтурных газотурбинных двигателей.

На фиг. 2 введены обозначения: "МГ" малый газ "макс. крейс" максимальный крейсерский "ном." номинальный "взл." взлетный Сплошной линией обозначены графики, соответствующие наземным условиям (высота Н 0), пунктиром крейсерскому режиму работы (высота Н 11,0 км, скорость полета М 0,8). Все графики построены по данным в условиях международной стандартной атмосферы (МСА). Данные для построения графиков взяты из высотно-скоростных характеристик двигателей.

Работает система следующим образом (см. фиг. 1). Вращение ротора высокого давления двигателя передается на первый входной вал редуктора 5, а вращение ротора низкого давления на второй входной вал редуктора 5. Дифференциальный редуктор осуществляет вычитание частот вращения первого и второго входных валов, при этом частота вращения выходного вала редуктора с учетом собственного коэффициента передачи составляет Nвых. = iΔN = (Nвх.1 - Nвх.2)i., где i коэффициент передачи редуктора 5, который определяется из следующих условий: i = Nc/ΔNср; где Nc заданная средняя частота вращения ротора генератора, обеспечивающая заданную частоту генерируемого напряжения. Далее, ΔNср - среднее значение величины ΔN,, которое определяется из условий (см.фиг.2): ΔNср = (ΔNmax + ΔNmin)/2 Выходной вал редуктора 5 соединен с валом генератора переменного тока 4 и частота генерируемого напряжения пропорциональна величине ΔN. Поскольку во всех режимах работы двигателя изменение величины ΔN незначительно, то предложенная система таким образом позволяет повысить качество электроэнергии путем сужения диапазона изменения частоты генерируемого напряжения. Кроме того, применение в качестве генератора 4, например, асинхронизированного синхронного генератора позволяет осуществить поддержание частоты генерируемого напряжения на заданном уровне путем регулирования относительной частоты вращения поля возбуждения и ротора генератора с помощью статического преобразователя частоты (СПЧ). При этом диапазон изменения частоты генерируемого напряжения снижается до величины, определяемой точностью системы регулирования асинхронизированного синхронного генератора.

Таким образом, по сравнению с прототипом предложенный способ позволяет улучшить качество генерируемой электроэнергии путем сужения диапазона изменения генерируемого напряжения. Это, в свою очередь, позволяет уменьшить массу потребителей электроэнергии переменного тока на борту летательного аппарата (трансформаторов, асинхронных двигателей, вторичных источников питания, статических преобразователей частоты).

Формула изобретения

Способ генерирования переменного тока посредством вращения ротора электрогенератора подводом крутящего момента от одного из валов двухвального газотурбинного двигателя, отличающийся тем, что к ротору электрогенератора дополнительно подводят крутящий момент от второго вала двигателя, причем крутящие моменты от валов двигателя суммируют через дифференциальный редуктор, частоту вращения выходного вала которого поддерживают в соответствии с формулой

где N_вх.1, N_вх.2 частоты вращения соответственно первого и второго входных валов редуктора;
коэффициент передачи редуктора, определяемый по формуле

где N_с заданная средняя частота вращения ротора генератора,
ΔN_ср=(ΔN_max+ ΔN_min)/2 среднее значение скольжения валов двигателя между максимальным (ΔN_max) и минимальным (ΔN_min) скольжениями валов при различных условиях эксплуатации двигателя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2