Система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока с инвертором напряжения

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использовано при построении систем генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока повышенного напряжения для летательных аппаратов. Предложенная система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока с инвертором напряжения содержит трехфазный синхронный генератор, статический преобразователь электрической энергии на базе трехфазного мостового выпрямителя, входы которого подключены к выходам синхронного генератора, двух конденсаторов фильтра в звене постоянного тока, соединенных последовательно и включенных параллельно выходным зажимам выпрямителя, и трехфазного мостового инвертора напряжения, входы которого подключены к выходам выпрямителя, а выходы - к входам трех низкочастотных LC фильтров, нулевой провод нагрузки системы генерирования соединен со средней точкой конденсаторов фильтра в звене постоянного тока, введена катушка индуктивности, которая одним выводом подключается к нулевому проводу нагрузки системы генерирования, а другим - к нулевому выводу статорной трехфазной обмотки синхронного генератора. Технический результат - уменьшение электрических потерь в элементах и повышение коэффициента полезного действия системы в целом. 2 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использовано при построении систем генерирования электрической энергии (СГЭЭ) трехфазного переменного тока для летательных аппаратов, в которых для достижения качественных показателей выходной энергии применяются статический преобразователь электрической энергии (СПЭЭ) с инвертором напряжения (ИН). Первичными источниками с нестабильными параметрами входной энергии в таких системах служит синхронный генератор с переменной скоростью вращения вала. Функция обеспечения качественных показателей генерируемой электрической энергии возлагается на статический преобразователь и выходной силовой низкочастотный фильтр.

Для указанного применения систем генерирования важным показателем является масса и габариты всех элементов системы, при проектировании которых необходимо стремиться к ее уменьшению. Массогабаритные показатели системы генерирования в значительной степени определяются величиной коэффициента полезного действия (η) отдельных ее элементов, поэтому возникает задача повышения величины данного коэффициента.

Известна система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока с инвертором напряжения [Харитонов С.А. Интегральные параметры и характеристики инверторов напряжения в составе систем генерирования переменного тока типа "переменная скорость - постоянная частота" для ветроэнергетических установок. Научный вестник НГТУ, Новосибирск, 1999. №2 (7). 92-120 С.], содержащая трехфазный синхронный генератор с выводом нулевого провода, статический преобразователь электрической энергии на базе трехфазного мостового выпрямителя, двух конденсаторов фильтра в звене постоянного тока, соединенных последовательно, и трехфазного мостового инвертора напряжения с тремя низкочастотными LC фильтрами, нулевой провод нагрузки системы соединен с нулевым проводом генератора и средней точкой конденсаторов фильтра в звене постоянного тока.

Данная система обладает рядом недостатков. Соединение нулевого провода синхронного генератора с нагрузкой системы генерирования и средней точкой конденсаторов фильтра в звене постоянного тока приводит к увеличению тока генератора примерно в 2 [Харитонов С.А. Интегральные параметры и характеристики инверторов напряжения в составе систем генерирования переменного тока типа "переменная скорость - постоянная частота" для ветроэнергетических установок. Научный вестник НГТУ, Новосибирск, 1999. №2 (7). 92-120 с.]. Это приводит к повышению электрических потерь в синхронном генераторе и, как следствие, к уменьшению коэффициента полезного действия и к увеличению массы и габаритов системы генерирования. Кроме этого, изменяется режим работы мостового выпрямителя, в результате уменьшается в два раза частота пульсаций и увеличивается в два раза амплитуда пульсаций в токе каждого из конденсаторов фильтра в звене постоянного тока, что приводит к повышению электрических потерь в данных конденсаторах, т.е. к снижению коэффициента полезного действия системы генерирования и увеличению ее массы и габаритов.

Кроме того, известна система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока с инвертором напряжения [Харитонов С.А., Коробков Д.В., Хлебников А.С. и др. Некоторые результаты разработки системы электропитания для летательного аппарата. Техническая электродинамика, тематический выпуск «Силовая электроника и энергоэффективность». Киев. Институт электродинамики НАН, 2010 г. T.1. С.88-89], которая является прототипом предлагаемого изобретения, содержащая трехфазный синхронный генератор, статический преобразователь электрической энергии на базе трехфазного мостового выпрямителя, входы которого подключены к выходам синхронного генератора, двух конденсаторов фильтра в звене постоянного тока, соединенных последовательно и включенных параллельно выходным зажимам выпрямителя, и трехфазного мостового инвертора напряжения, входы которого подключены к выходам выпрямителя, а выходы - к входам трех низкочастотных LC фильтров, нулевой провод нагрузки системы генерирования соединен со средней точкой конденсаторов фильтра в звене постоянного тока (фиг.1).

Недостатком данной системы является необходимость установки параллельно конденсаторам фильтра звена постоянного тока относительно низкоомных резисторов R, которые необходимы для уменьшения постоянной составляющей в выходном напряжении системы генерирования, возникающей в связи с различием статических и динамических характеристик силовых транзисторов инвертора, а также и в связи с неточностью воспроизведения закона управления силовыми транзисторами инвертора [Грабовецкий Г.В., Коробков Д.В., Харитонов С.А. Особенности работы инвертора напряжения в системе генерирования электрической энергии летательного аппарата. №1 (18), январь-июнь, с.69-79]. В данной работе, в частности, показано, что для подавления постоянной составляющей в выходном напряжении системы генерирования с помощью отрицательной обратной связи с интегральным регулятором при условии, что величина постоянной составляющей без обратной связи равнялась 1.6 В, необходимо выполнение условия R<(8÷10)Rн0, где Rн0 - сопротивление нагрузки системы генерирования по постоянному току. Учитывая, что напряжение на резисторах R примерно равно U d 2 U н max , где Uн max - амплитудное значение напряжения на нагрузке системы генерирования, мощность каждого из резисторов R может составлять (1.6÷2)% от мощности системы генерирования. Таким образом, установка этих резисторов приведет к значительному увеличению электрических потерь в системе генерирования (в данном примере на (3.2÷4)% от мощности системы генерирования), а следовательно, к снижению коэффициента полезного действия и росту массы и габаритов СГЭЭ.

Задача изобретения - снижение массы и габаритов системы генерирования за счет повышения величины коэффициента полезного действия отдельных ее элементов.

Поставленная задача достигается тем, что в известной системе генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока с инвертором напряжения, содержащей трехфазный синхронный генератор, статический преобразователь электрической энергии на базе трехфазного мостового выпрямителя, входы которого подключены к выходам синхронного генератора, двух конденсаторов фильтра в звене постоянного тока, соединенных последовательно и включенных параллельно выходным зажимам выпрямителя, и трехфазного мостового инвертора напряжения, входы которого подключены к выходам выпрямителя, а выходы - к входам трех низкочастотных LC фильтров, нулевой провод нагрузки системы генерирования соединен со средней точкой конденсаторов фильтра в звене постоянного тока, вводится катушка индуктивности, которая одним выводом подключается к нулевому проводу нагрузки системы генерирования, а другим - к нулевому выводу статорной трехфазной обмотки синхронного генератора.

Схема предлагаемой системы генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока с инвертором напряжения приведена на фиг.2.

Система генерирования включает синхронный генератор (1) с возбуждением от постоянных магнитов и трехфазной обмоткой на статоре (ТО) с выводом нулевого провода (Nсг), статический преобразователь электрической энергии (2) и низкочастотный LC фильтр (3). В состав статического преобразователя (2) входят выпрямитель (4), который может быть как неуправляемым, так и управляемым, в последнем варианте он может быть реализован на любых управляемых силовых ключах; два конденсатора звена постоянного тока (5, 6), включенные последовательно с выводом средней точки NС, инвертор напряжения (7). Низкочастотный LC фильтр (3) может быть реализован по любой известной схеме подобных фильтров, на фиг.2 в качестве примера приведена схема Г-образного LC фильтра второго порядка. Следует отметить, что конденсаторы фильтра могут быть включены в треугольник.

Выводы трехфазной обмотки (ТО) генератора (1) соединены с соответствующими трехфазными вводами (ТВ) статического преобразователя (2), в котором они соединяются с трехфазными вводами выпрямителя (4). Параллельно выводам постоянного тока выпрямителя (4) подключены конденсаторы (5, 6), соединенные между собой последовательно, а их средняя точка NС соединена с нулевым проводом Nн нагрузки системы генерирования (9) и одним из выводов катушки индуктивности (8), второй вывод которой соединен с выводом нулевого провода Nсг синхронного генератора. Вводы постоянного тока инвертора напряжения (7) соединены с выводами постоянного тока выпрямителя (4), три вывода переменного тока инвертора соединены с одноименными вводами низкочастотного LC фильтра, выводы которого подключены к нагрузке системы генерирования (9).

Предлагаемая система функционирует следующим образом.

Индуктивность L0 катушки индуктивности (8) выбирается из условия:

3 ω С Г min L 0 > > 2 3 ω С Г min C , ( 1 )

где ωСГ min - минимальная циклическая частота напряжения синхронного генератора, C - величина емкости конденсаторов (5, 6).

Выбор величины L0 в соответствии с соотношением (1) сохраняет «шестипульсный» режим работы выпрямителя, т.к. для токов с частотой 3ωСГ min электрическая цепь между точками NСГ и NС имеет очень большое сопротивление. При этом по постоянному току эта цепь имеет практически нулевое сопротивление, роль сопротивления R в схеме на фиг.1 будет выполнять выходное сопротивление по постоянному току трехфазной нулевой схемы выпрямления (Rэкв), максимальная величина которого согласно [Каганов И.Л. Электронные и ионные преобразователи. Часть III / И.Л.Каганов. - М.: Государственное энергетическое издательство, Москва, 1956. - 528 с., ил.] будет равна:

R э к в 3 2 π ω С Г max L d + L q 2 , ( 2 )

где ωСГ max - максимальная циклическая частота напряжения синхронного генератора, Ld, Lq - индуктивности СГ по продольной и поперечной осям.

Очевидно, что величина сопротивления будет удовлетворять неравенству

R э к в < < R н 0 , ( 3 )

так как величина ω С Г max L d + L q 2 является выходным сопротивлением фазы синхронного генератора, которое должно быть заведомо меньше сопротивления нагрузки.

Таким образом, в предложенной схеме системы генерирования не возникает проблем с отработкой постоянной составляющей в выходном напряжении системы генерирования, т.к. выполняется неравенство (3), исключается резистор R, что уменьшает электрические потери в элементах системы генерирования, повышается коэффициент полезного действия и, как следствие, уменьшаются масса и габариты системы.

Система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока с инвертором напряжения, содержащая трехфазный синхронный генератор, статический преобразователь электрической энергии на базе трехфазного мостового выпрямителя, входы которого подключены к выходам синхронного генератора, двух конденсаторов фильтра в звене постоянного тока, соединенных последовательно и включенных параллельно выходным зажимам выпрямителя, и трехфазного мостового инвертора напряжения, входы которого подключены к выходам выпрямителя, а выходы - к входам трех низкочастотных LC фильтров, нулевой провод нагрузки системы генерирования соединен со средней точкой конденсаторов фильтра в звене постоянного тока, отличающаяся тем, что вводят катушку индуктивности, которую одним выводом подключают к нулевому проводу нагрузки системы генерирования, а другим - к нулевому выводу статорной трехфазной обмотки синхронного генератора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системам питания для использования в электрифицированном железнодорожном транспорте. Стабилизатор напряжения для системы питания, который стабилизирует нагрузку активной мощности, содержит первый AC-DC и DC-AC преобразователь для осуществления преобразования между мощностью переменного тока и мощностью постоянного тока; и никель-металлогидридную батарею, расположенную между и соединенную с кабелем высокого напряжения на стороне постоянного тока первого AC-DC и DC-AC преобразователя и кабелем низкого напряжения на стороне постоянного тока первого AC-DC и DC-AC преобразователя.

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для саморегулируемого симметрирования токов и напряжений в трехфазных сетях с нулевым проводом при подключении к ним несимметричной нагрузки.

Изобретение относится к устройству электропитания для подачи электрической мощности к трубопроводу. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в цепях питания различной аппаратуры. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в цепях питания различной аппаратуры. .

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано для повышения эффективности использования электроэнергии в энергосистемах, с преобладающими активными нагрузками.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования в системах электроснабжения электрифицированного транспорта и, в частности, на тяговых подстанциях переменного тока, а также для симметрирования трансформаторов общего назначения.

Изобретение относится к технике передачи электроэнергии переменным током, а именно к электропередачам сверхвысокого напряжения (СВН). .

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройстве и способе управления, используемых при шунтировании блоков питания. Технический результат - уменьшение пульсации выходного напряжения. Способ управления при шунтировании блока питания включает в себя: измерение первого трехфазного выходного электрического сигнала; вычисление соответственно составляющих первых прямой и обратной последовательностей первого трехфазного выходного электрического сигнала; формирование заданных составляющих прямой и обратной последовательностей фаз, чтобы соответственно выполнить автоматическую компенсацию составляющих первых прямой и обратной последовательностей, таким образом, выводя составляющие вторых прямой и обратной последовательностей; сложение вторых составляющих прямой и обратной последовательностей и вывод второго трехфазного выходного электрического сигнала в заданном режиме. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 10 ил.

Изобретение относится к области электротехники. Заявлено трехфазное симметрирующее устройство, в котором трехфазный трехстержневой трансформатор содержит обмотки, соединенные встречно в зигзаг. Свободные выводы первых обмоток подключаются к выходным зажимам, а свободные выводы вторых обмоток соединяются в одну общую нулевую точку для подключения фазных нагрузок. В каждую фазу введены одна или две последовательно соединенные вольтодобавочные обмотки, включенные со стороны питающей сети через двух- или трехпозиционный переключатель последовательно с нагрузкой. Технический результат - обеспечение симметрирования фазных напряжений. 1ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат - повышение быстродействия и расширение функциональных возможностей. Устройство представляет собой заземляющий двухполюсник - следящий широтно-модулированный конвертор напряжения (следящий PWM-конвертор), соединяющий нейтраль питающего сеть трансформатора с землей и формирующий отстающий ток для компенсации опережающего емкостного тока однофазного замыкания на землю, а также датчик тока нейтрали, трансформатор напряжения сети, генератор тестовых сигналов для измерения емкости сети и вычислительный блок для определения требуемого адмиттанса упомянутого двухполюсника. Следящий PWM-конвертор в дополнение к обычному набору функциональных блоков снабжен блоком задатчика тока, входами которого являются напряжение нейтрали и требуемый адмиттанс, выходом является задание тока, поступающее на вход регулятора тока следящего PWM-конвертора, а передаточная функция задатчика тока обеспечивает отстающий сдвиг фазы около 90 градусов на сетевой частоте. 8 з.п. ф-лы, 46 ил.

Использование: в области электротехники. Технический результат - уменьшение несимметрии в трехфазной сети переменного напряжения. Способ включает в себя этапы: образование компонента системы прямой последовательности фаз, предназначенного для подвода тока, образование компонента системы обратной последовательности фаз, предназначенного для подвода тока, наложение компонента системы прямой последовательности фаз и компонента системы обратной последовательности фаз с получением предназначенного для подвода тока и подвод такого составного тока в трехфазную сеть переменного напряжения. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 5 ил.

Способ и устройство относятся к области электротехники и могут быть использованы для автоматического симметрирования нагрузки линий трехфазной четырехпроводной сети, по меньшей мере, часть потребителей которой являются однофазными. Техническим результатом предлагаемого решения является снижение уровня несимметрии, при котором осуществляется симметрирование фазных токов, а также упрощение реализации и повышение эксплуатационной надежности. Это достигается за счет того, что в способе, предполагающем переключение, по меньшей мере, части однофазных нагрузок к наименее загруженной фазе, для каждой из переключаемых однофазных нагрузок в месте ее присоединения к линии определяют значения активной мощности, соответствующие каждому из фазных напряжений и току нулевого провода линии без учета тока однофазной нагрузки, причем в качестве наименее нагруженной принимают фазу линии с максимальным значением модуля активной мощности, знак которого противоположен знаку активной мощности наиболее нагруженной фазы. Реализующее способ устройство содержит блок (1) коммутации, четыре входа (7, 8, 9 и 10) которого являются входами устройства и служат для подключения к фазным F1, F2, F3 и нулевому N проводам линии, а два (11) и (12) выхода блока коммутации служат выходами устройства и предназначены для подключения однофазной нагрузки. Устройство также содержит датчик (3) тока, подключаемый к нулевому N проводу линии тока, и первый (4), второй (5) и третий (6) датчики фазных напряжений, подключенные к входам устройства, а также блок 2 определения наименее нагруженной фазы, выходная шина (20) которого соединена с управляющим входом блока 1 коммутации. Блок (2) определения наименее нагруженной фазы содержит многоканальный аналого-цифровой преобразователь (17), подключенный к входу (19) блока (18) математической обработки сигналов, причем входы многоканального аналого-цифрового преобразователя (17) подключены к первому (13), второму (14), третьему (15) и четвертому входам блока (2) определения наименее нагруженной фазы, выходной шиной (20) которого является выход блока (18) математической обработки сигналов. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в повышении быстродействия и мощности устройства. Для этого заявленное устройство содержит клеммы сети, три реле напряжения с ускорением при срабатывании и отпускании с замыкающими и размыкающими контактами, семь реле-повторителей на фазу с замыкающими и размыкающими контактами, три фазовосстанавливающих конденсатора, три фазосдвигающих дросселя, три фазокомпенсирующих конденсатора, клеммы для подключения трехфазной нагрузки и источник питания, при этом реле напряжения включены на фазные напряжения соответствующих фаз сети, фазовосстанавливающие конденсаторы включены на линейные напряжения, причем каждый из конденсаторов включен последовательно с размыкающим контактом реле-повторителя соответствующей фазы, каждый из фазосдвигающих дросселей шунтирован замыкающими контактами первого и второго реле-повторителя соответствующей фазы и последовательно включенными замыкающими контактами третьего и четвертого реле-повторителя соответствующей фазы, реле-повторители подключены к минусовому выводу источника питания непосредственно, а к плюсовому выводу - через замыкающие контакты реле напряжения, соответственно. Каждый фазокомпенсирующий конденсатор шунтирован замыкающими контактами пятого и шестого реле-повторителя соответствующей фазы, а фазовосстанавливающий конденсатор каждой фазы включен между одноименной фазой сети и смежной с ней отстающей фазой через размыкающий контакт седьмого реле-повторителя соответствующей фазы. 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники. Устройство предназначено для улучшения качества электрической энергии по уровню несимметрии в электрических сетях напряжением 0,4 кВ. Устраняет несимметрию напряжений за счет геометрического вычитания выделенного напряжения нулевой последовательности из напряжений всех трех фаз, для чего три группы последовательно соединенных вторичных обмоток трех понижающих однофазных четырехобмоточных трансформаторов с коэффициентом трансформации, равным трем, последовательно включаются каждая в провод соответствующей фазы так, чтобы добавляемое в линию напряжение геометрически вычиталось из напряжений соответствующих фаз. Технический результат - упрощение конструкции, повышение надежности, увеличение эффективности. Устройство включается в разрыв линии и может использоваться как для индивидуального, так и для группового улучшения качества электроэнергии по уровню несимметрии. Состав устройства: три понижающих однофазных четырехобмоточных трансформатора (1) с одной первичной (2) и тремя вторичными (3) обмотками, входные клеммы (4), выходные клеммы (5). 1 ил.

Группа изобретений относится к наземным сооружениям для привязных летательных аппаратов. Первый вариант способа электроснабжения воздушного летательного аппарата с удерживающим тросом характеризуется тем, что передачу электроэнергии с земли осуществляют повышенным напряжением 0,1…10 кВ постоянного тока путем преобразования напряжения источника питания на земле по напряжению с 12…380 В до 0,1…10 кВ и передачи по линии электропередачи с дальнейшим преобразованием напряжения 0,1…10 кВ до 12…380 В. Второй вариант способа характеризуется тем, что передачу электроэнергии с земли осуществляют резонансным способом на повышенной частоте 1…25 кГц путем преобразования напряжения источника питания на земле по напряжению и частоте с 12…380 В до 0,1…10 кВ, 1…25 кГц и передачи по линии электропередачи с дальнейшим преобразованием напряжения кабельной линии 0,1…10 кВ до 12…380 В. Каждый вариант устройства электроснабжения характеризуется использованием соответствующих преобразователей напряжения. Группа изобретений направлена на увеличение дальности и высоты электроснабжения. 4 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для устранения несимметрии токов и напряжений в трехфазных сетях. Технический результат - повышение быстродействия и энергетических показателей, улучшение электромагнитной совместимости. Трехфазное симметрирующее устройство содержит блок силовых вентилей, дроссель с зазором, LC-фильтр высоких частот, блок управления вентилями, включающий в себя блок анализа сети и блок управления переключением вентилей. Согласно способу сигналы с блока анализа сети подаются на блок управления переключениями вентилей, который выделяет составляющие обратной последовательности и делает квантованные по уровню синусоидальные сигналы полностью соответствующими по фазе синусоидам токов обратной последовательности и необходимые для дальнейшей их компенсации. После этого выявляется и включается фаза с максимальным током обратной последовательности, одновременно с этим производится постоянное переключение работы двух оставшихся фаз, пропорциональное токам этих фаз с высокой частотой, и осуществляется соответствующее включение вентилей, чтобы ток через вентили и дроссель с зазором протекал в одном направлении. 2 н.п. ф-лы, 9 ил., 1 табл.

Использование: в области электротехники. Технический результат - снижение коэффициентов искажения синусоидальности формы кривых тока и напряжения сети. В устройстве компенсации высших гармоник и коррекции несимметрии сети, содержащем инвертор, накопительный конденсатор, выходной сглаживающий пассивный фильтр и контроллер системы управления, контроллер снабжен датчиком тока фильтра, датчиком тока сети, датчиком напряжения, формирователем импульсов на основе релейных регуляторов с изменяемой шириной гистерезиса, фазовыми преобразователями тока и напряжения, блоком фазовой синхронизации, регулятором напряжения накопительного конденсатора. Контроллер системы управления снабжен блоком выявления составляющих токов обратной и нулевой последовательности и блоком фазовой коррекции несимметричных составляющих тока, при этом вход блока выявления составляющих токов обратной и нулевой последовательности соединен с выходом датчика тока сети, а выход блока выявления составляющих токов обратной и нулевой последовательности соединен с входом блока фазовой коррекции несимметричных составляющих тока, который также соединен с выходом блока фазовой синхронизации, при этом выход блока фазовой коррекции несимметричных составляющих тока соединен с входом формирователя импульсов. 1 ил.

Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использовано при построении систем генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока повышенного напряжения для летательных аппаратов. Предложенная система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока с инвертором напряжения содержит трехфазный синхронный генератор, статический преобразователь электрической энергии на базе трехфазного мостового выпрямителя, входы которого подключены к выходам синхронного генератора, двух конденсаторов фильтра в звене постоянного тока, соединенных последовательно и включенных параллельно выходным зажимам выпрямителя, и трехфазного мостового инвертора напряжения, входы которого подключены к выходам выпрямителя, а выходы - к входам трех низкочастотных LC фильтров, нулевой провод нагрузки системы генерирования соединен со средней точкой конденсаторов фильтра в звене постоянного тока, введена катушка индуктивности, которая одним выводом подключается к нулевому проводу нагрузки системы генерирования, а другим - к нулевому выводу статорной трехфазной обмотки синхронного генератора. Технический результат - уменьшение электрических потерь в элементах и повышение коэффициента полезного действия системы в целом. 2 ил.

Наверх