Электроэнергетическая установка

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при проектировании электроэнергетических установок, автономно обеспечивающих электроэнергией нагрузки. Техническим результатом является уменьшение стоимости и массогабаритных показателей. Электроэнергетическая установка содержит двигатель внутреннего сгорания и электрическую машину, работающую при пуске от дополнительного источника электроэнергии в режиме двигателя, а после запуска - в режиме генератора, трехфазный мостовой выпрямитель, вход которого соединен с выходными клеммами электрической машины, а выход - с шинами постоянного тока трехфазного инвертора на полупроводниковых ключах, которые управляются системой управления в режимах «пуск» и «генерирование». Энергетическая установка снабжена контакторами. Входные клеммы контакторов соединены с силовыми выходами инвертора. Одни из выходных клемм контакторов в режиме «пуск» соединены с обмотками статора электрической машины. В режиме «генерирование» другие выходные клеммы контакторов соединены непосредственно или через блок фильтров с нагрузкой. 1 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано как автономный источник электроэнергии.

Для уменьшения габаритов и стоимости применяются высокооборотные двигатели внутреннего сгорания и соединенные с ними синхронные генераторы, которые через преобразователи тока обеспечивают питание нагрузок стандартной (50 Гц) или регулируемой частотой.

Для обеспечения пуска установок используют дополнительный источник электроэнергии, и через второй преобразователь переводят синхронный генератор в двигательный режим на время пуска [1].

Наиболее близким к изобретению устройством является турбогенераторная установка [2].

В этой установке два трехфазных инвертора, включенных на общие шины постоянного тока, соединены по выходу, один с генератором, а другой с нагрузкой, и переводятся контроллером в режимы пуска или генерирования с пофазным регулированием выходного напряжения.

Недостатком известного решения является существенное увеличение массы и стоимости установки за счет двух трехфазных инверторов.

Техническим результатом, которого можно достичь при использовании данного изобретения, является снижение массы и стоимости установки.

Технический результат достигается тем, что в электроэнергетической установке на базе двигателя внутреннего сгорания, механически соединенного с электрической машиной с ротором на постоянных магнитах, которая при пуске работает как двигатель, а в рабочем режиме как генератор, причем обмотки статора электрической машины через трехфазный мостовой выпрямитель соединены с шинами постоянного тока трехфазного мостового инвертора на полупроводниковых ключах, соединенных с системой управления, реализующей режимы «генерирование» и «пуск», установка снабжена контакторами или трехфазным контактором, в каждой фазе имеющими по одной входной и двум выходным клеммам, причем входные клеммы соединены с силовыми выходами инвертора, а одна из выходных клемм каждой фазы соединена с одной из обмоток статора, тогда как другие выходные клеммы контакторов соединены непосредственно или через блок фильтров с нагрузкой.

В результате режимы «пуск» и «генерирование» реализуется на одном инверторе, что резко уменьшает массу и стоимость электроэнергетической установки.

В результате проведенных патентных исследований, касающихся электроэнергетических установок с минимальной массой, стоимостью и качеством генерируемой энергии, технических решений, аналогичных заявленному, не обнаружено, что позволяет сделать вывод о соответствии данного изобретения критерию «изобретательский уровень».

На чертеже представлена схема предлагаемой установки.

Установка содержит двигатель внутреннего сгорания 1, электрическую машину 2 с ротором 3 на постоянных магнитах и статор с обмотками 4, которые соединены с трехфазным мостовым выпрямителем 5, выход которого соединен с трехфазным мостовым инвертором 6, силовые ключи которого соединены по управлению со схемой управления 7, которая по сигналу сухого контакта 8 обеспечивает управление инвертором в режимах «пуск» или «генерирование».

Пусковой источник электроэнергии 9 подключается на шины инвертора через сухой контакт 10. Нагрузка электроэнергетической установки обозначена как 11 и подключается к инвертору непосредственно или через фильтр 12. Контактор 13 соединяет выходные клеммы инвертора 6 в режиме «пуск» с обмотками 4 электрической машины 2, а в режиме «генерирование» соединяет выходные клеммы инвертора 6 с нагрузкой 11, например, через блок фильтров 12. Контактор 13 в простейшем случае может быть заменен трехфазным перекидным рубильником.

Установка работает следующим образом.

При пуске установки замыкаются сухие контакты 8 и 10, а контактор 13 соединяет выходные клеммы инвертора 6 с обмотками статора 4 электрической машины 2. Управляющее устройство 7 реализует пусковой алгоритм управления силовыми ключами инвертора 6 по любому известному способу пуска двигателя внутреннего сгорания 1 с помощью электрической машины 2.

По окончании фазы запуска двигателя 1 размыкают сухие контакты 8 и 10, а контактор 13 переводят в исходное состояние так, что выходы инвертора 6 через фильтр 12 соединяют с нагрузками 11.

При размыкании сухого контакта 8 система управления 7 переходит на алгоритм управления силовыми ключами инвертора 6 по режиму «генерирование». Двигатель 1 вращает ротор 3 на постоянных магнитах, и электрическая машина 2 переходит в режим «генерирование». Выходное напряжение с обмоток 4 через мостовой выпрямитель 5 обеспечивает питание инвертора 6 по шинам постоянного тока, а система управления 7 обеспечивает управление силовыми ключами инвертора 6.

В результате нагрузка 11 обеспечивается электроэнергией заданной частоты и напряжения. Поскольку стоимость и массогабаритные показатели инвертора 6 и коммутатора 13 различны, то упомянутые показатели существенно улучшаются по сравнению с известными установками на двух инверторах.

Данная установка может быть использована в качестве источника электроэнергии для любых потребительских нужд.

Источники информации

1. RU №2195763 С2, Н02Р 9/04, 1995.

2. RU №2306664 C1, H02P 9|04, 2006.

Электроэнергетическая установка, автономно обеспечивающая электроэнергией нагрузку, снабженная пусковым источником электроэнергии, содержащая двигатель внутреннего сгорания, механически соединенный с электрической машиной с ротором, например, на постоянных магнитах, которая при пуске установки работает как двигатель, а в рабочем режиме - как генератор, причем обмотки статора электрической машины через трехфазный мостовой выпрямитель соединены с шинами постоянного тока трехфазного мостового инвертора на полупроводниковых ключах, соединенных с системой управления, реализующей режимы «генерирование» и «пуск», отличающаяся тем, что установка снабжена контакторами, в каждой фазе имеющими по одной входной и двум выходным клеммам, причем входные клеммы соединены с силовыми выходами инвертора, а одна из выходных клемм каждой фазы соединена с обмотками статора электрической машины, тогда как другая выходная клемма соединена непосредственно или через блок фильтров с нагрузкой, так что в режиме «пуск» инвертор соединяется с обмотками статора электрической машины, а в режиме «генерирование» - с нагрузками.