Многоканальная система электроснабжения (варианты)



Многоканальная система электроснабжения (варианты)
Многоканальная система электроснабжения (варианты)
Многоканальная система электроснабжения (варианты)
Многоканальная система электроснабжения (варианты)
Многоканальная система электроснабжения (варианты)
Многоканальная система электроснабжения (варианты)
Многоканальная система электроснабжения (варианты)

 


Владельцы патента RU 2564987:

Открытое акционерное общество "Авиационное оборудование" (RU)

Изобретение относится к электротехнике и, в частности, к системам электроснабжения. Многоканальная система электроснабжения содержит N идентичных каналов генерирования переменного тока, каждый из которых состоит из последовательно соединенных двигателя, m-фазного генератора, основных фидеров, выпрямителя, инвертора и силового фильтра. Выходные цепи тока выпрямителей всех каналов соединены друг с другом с помощью 2-проводных резервных фидеров, причем мощность генератора и выпрямителя каждого канала рассчитана на k-кратное превышение номинальной мощности нагрузки канала, а мощность инвертора и силового фильтра каждого канала рассчитана на номинальную мощность нагрузки канала, при этом k - коэффициент, определяемый как k=N/(N-L), где N - число каналов генерирования, L - число отказавших каналов. По второму варианту выполнения в многоканальной системе электроснабжения выпрямители каналов состоят из k соединенных параллельно по выходу идентичных выпрямительных секций, входы которых подсоединены соответственно к выходам генераторов каналов с помощью m-фазных фидеров переменного тока, при этом мощность каждой выпрямительной секции, инвертора и силового фильтра каждого канала рассчитана на номинальную мощность нагрузки канала. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано при проектировании многоканальных систем электроснабжения переменного тока, например, для летательных аппаратов.

В настоящее время «слабым звеном» систем электроснабжения лайнеров является недостаточная надежность авиадвигателя и связанного с ним генератора (особенно в системах аварийного электропитания, обеспечивающих полет в режиме ETOPS - 2х часового полета лайнера на одном двигателе). Данное снижение надежности усугубляется в случаях, когда расстояние между генератором и преобразователем энергии на его входе на порядок больше расстояния между преобразователями соседних каналов генерирования.

Известна система электроснабжения, содержащая N каналов генерирования переменного тока, каждый из которых рассчитан так, что в случае выхода из строя одного из них всю нагрузку берут на себя оставшиеся каналы, которые и питают потребителей (например, при N=2 каждый канал рассчитывается на двойную мощность нагрузки), «Системы электроснабжения пассажирских самолетов», Злочевский B.C., М.: «Машиностроение», 1971, стр. 75).

Недостатком вышеприведенной системы электроснабжения являются повышенные массогабаритные характеристики, которые увеличиваются в два раза даже при минимальном увеличении числа каналов (при N=2).

Наиболее близким к изобретению по обоим вариантам его выполнения является многоканальная система электроснабжения, содержащая в каждом из каналов нерегулируемый генератор переменного тока, выпрямитель, инвертор и силовой фильтр (система ПСПЧ: «переменная скорость - постоянная частота»). Данная система предназначена для преобразования механической энергии вала приводного двигателя с изменяющимися (до двух раз) оборотами в энергию стабильного напряжения и стабильной частоты («Результаты разработки системы генерирования электрической энергии типа «переменная скорость - постоянная частота» на базе синхронного генератора и инверторов напряжения», авторы Левин А.В., Юхнин М.М., Лившиц Э.Я., Харитонов С.А. и др., специализированный информационно-аналитический журнал «Силовая интеллектуальная электроника» №1(7), 2007, стр. 17-20).

Недостатком данного технического решения являются повышенные массогабаритные характеристики системы, определяемые в основном блоками инверторов и выходных фильтров, мощности которых приходится увеличивать, по меньшей мере, вдвое при резервировании, например, двух каналов (рассматриваются только длительные - ресурсные режимы эксплуатации. Кратковременные режимы перегрузки не рассматриваются).

Цель изобретения - снижение массы и габаритов многоканальной системы электроснабжения, надежное обеспечение бесперебойного снабжения потребителей энергии.

Поставленная цель достигается по первому варианту изобретения в многоканальной системе электроснабжения, содержащей N идентичных каналов генерирования переменного тока, каждый из которых состоит из последовательно соединенных двигателя, m-фазного генератора, основных фидеров, выпрямителя, инвертора и силового фильтра. Выходные цепи постоянного тока выпрямителей всех каналов соединены друг с другом с помощью 2-проводных резервных фидеров постоянного тока, причем мощность генератора и выпрямителя каждого канала рассчитана на k-кратное превышение номинальной мощности нагрузки канала, а мощность инвертора и силового фильтра каждого канала рассчитана на номинальную мощность нагрузки канала, при этом k - коэффициент, определяемый как , где N - число каналов генерирования, L - число отказавших каналов, выбираемое из условия обеспечения надежности электропитания потребителей.

Поставленная цель достигается по второму варианту изобретения в многоканальной системе электроснабжения, содержащей N идентичных каналов генерирования переменного тока, каждый из которых состоит из последовательно соединенных двигателя, m-фазного генератора, основных фидеров, выпрямителя, инвертора и силового фильтра. Выпрямители каналов состоят из k соединенных параллельно по выходу идентичных выпрямительных секций, входы которых подсоединены соответственно к выходам генераторов каналов с помощью m-фазных фидеров переменного тока, причем мощность генератора и выпрямителя каждого канала рассчитана на k-кратное превышение номинальной мощности нагрузки канала, а мощность каждой выпрямительной секции, инвертора и силового фильтра каждого канала рассчитана на номинальную мощность нагрузки канала, при этом k - коэффициент, определяемый как , где N - число каналов генерирования, L - число отказавших каналов, выбираемое из условия обеспечения надежности электропитания потребителей.

Оба варианта изобретения объединены единым техническим замыслом, направленным на достижение одного и того же технического результата в одном устройстве с помощью использования различных модификаций аналогичных технических средств.

Коэффициент k определяется как , где N - число каналов генерирования, L - число отказавших каналов, выбираемое из условия обеспечения надежности электропитания потребителей. В этом случае для двухканальной системы генерирования (N=2) при прогнозируемом выходе из строя одного канала (L=1), коэффициент k=N=2, т.е. мощность генератора и выпрямителя рассчитывается на двойную мощность. При N=4 и прогнозируемом выходе из строя также одного канала (L=1), коэффициент k=1,33, т.е. мощность генератора и выпрямителя увеличивается на 30%, а мощность инверторов и фильтров по-прежнему остается равной номинальной. При N=4 и L=2, коэффициент k=2, что соответствует двухкратному увеличению мощности генератора и выпрямителя, а мощности инверторов и фильтров рассчитываются на номинальную мощность и т.д.

В источниках информации не обнаружено сведений о создании многоканальной системы электроснабжения, обеспечивающей бесперебойное снабжение потребителей энергии путем автоматического переключения входных цепей инверторов аварийных каналов на питание от выпрямителей работающих каналов, что позволяет сделать вывод о соответствии данного технического решения критериям охраноспособности.

На Фиг. 1 и Фиг. 2 представлены функциональные схемы многоканальной системы электроснабжения, состоящие, как пример, из двух каналов генерирования, по первому и второму варианту выполнения в соответствии с формулой изобретения (с коммутацией входных цепей инверторов каналов путем автоматического переключения цепей постоянного тока выпрямителей с помощью двухпроводных фидеров и с коммутацией входных цепей инверторов каналов путем автоматического переключения цепей переменного тока выпрямителей с помощью m-фазных фидеров), где:

1, 2 - приводные двигатели соответственно первого и второго каналов генерирования 11, 12,

3, 4 - генераторы переменного тока соответственно первого и второго каналов генерирования 11, 12,

5, 6 - выпрямители соответственно первого и второго каналов генерирования 11, 12,

5.1, 5.2, 6.1, 6.2 - выпрямительные секции,

7, 8 - инверторы соответственно первого и второго каналов генерирования 11, 12,

9, 10 - силовые фильтры соответственно первого и второго каналов генерирования 11, 12,

11 - первый канал генерирования,

12 - второй канал генерирования,

13, 14 - основные силовые фидеры соответственно первого и второго каналов генерирования 11, 12,

15, 16 - резервные фидеры соответственно первого и второго каналов генерирования 11, 12.

Многоканальная система электроснабжения по обоим вариантам выполнения (фиг. 1 и фиг. 2) состоит из N каналов генерирования, в частности, но не ограничиваясь этим, двух. Каждый из каналов генерирования 11 и 12 содержит приводные двигатели 1 и 2 соответственно с переменной частотой вращения вала, соединенные с генераторами переменного тока 3 и 4 с нестабильным напряжением и частотой. Выходы генератора каждого из каналов генерирования связаны с входами (цепями переменного тока) выпрямителей 5 и 6 соответственно, цепи постоянного тока которых присоединены к входным цепям инверторов 7 и 8 соответственно, выходы которых через силовые фильтры 9 и 10 соответственно соединены с выходными выводами. Узлы 1, 3, 5, 7, 9 образуют первый канал 11 генерирования, а узлы 2, 4, 6, 8, 10 образуют второй канал 12 генерирования. Выходы генераторов 3 и 4 соединены с входами соответствующих выпрямителей 5 и 6 через соответствующие основные силовые фидеры 13 и 14. К выходным цепям каждого из выпрямителей 5, 6 могут быть подключены повышающие преобразователи.

По первому варианту исполнения системы (фиг. 1) выходы (цепи постоянного тока) выпрямителей 5 и 6 соединены друг с другом посредством двухпроводных резервных фидеров 15 и 16.

По второму варианту исполнения системы (фиг. 2) каждый из выпрямителей 5 и 6 N каналов (в частном случае - двух) состоит из двух соединенных параллельно по выходу идентичных выпрямительных секций 5.1, 5.2 и 6.1, 6.2, входы которых подсоединены соответственно к выходам генераторов 3 и 4. Таким образом, генераторы первого и второго каналов 3 и 4 соединены с входами секций 5.1 и 6.2 и 6.1 и 5.2 соответственно с помощью m-фазных фидеров переменного тока 15 и 16.

Генераторы и выпрямители всех каналов по обоим вариантам исполнения рассчитаны на мощности, в k раз превышающие номинальную мощность нагрузки (Sном) одного канала, в то время как инверторы и силовые фильтры рассчитаны на номинальную мощность нагрузки одного канала. При выполнении выпрямителя k-секционным мощность каждой секции рассчитана на номинальную мощность нагрузки канала. Таким образом, мощность генератора и выпрямителя каждого канала рассчитывается из условия k·Sном, а мощность инвертора и силового фильтра =Sном.

Работа многоканальной системы электроснабжения показана на примере работы двухканальной системы электроснабжения и заключается в следующем.

При работе всех каналов системы электроснабжения в штатном режиме валы приводных двигателей 1, 2 вращаются с переменным числом оборотов (n-var). На выходе связанных с ними нерегулируемых m-фазных генераторов 3, 4 формируется напряжение с нестабильной величиной и нестабильной частотой. Данное напряжение через основные силовые фидеры 13 и 14 поступает на входы выпрямителей 5 и 6 (либо на входы всех параллельно соединенных выпрямительных секций (фиг. 2)) и далее поступает на входные цепи инверторов 7, 8, соединенных с силовыми фильтрами 9, 10. На выходе фильтров имеет место напряжение трехфазного тока требуемой частоты, направляемое к потребителям энергии.

На фиг. 1 представлены два канала 11 и 12, при этом резервные фидеры 15 и 16, выполненные однопроводными, подключены соответственно к положительному и отрицательному выходным выводам выпрямителей 5 и 6.

В случае выхода из строя, например, приводного двигателя 1 и/или связанных с ним генератора 3, основного силового фидера 13, выпрямителя 5 питание потребителей канала 11 поступает от канала 12 по цепи: 2-4-14-6-15-16-7-9. В случае выхода из строя приводного двигателя 2 и/или связанных с ним генератора 4, основного силового фидера 14, выпрямителя 6 питание потребителей канала 12 поступает с канала 11 по цепи: 1-3-13-5-15-16-8-10.

Аналогично, при снижении либо пропадании напряжения на выходе генератора (на входе секции, соединенной с этим генератором) одного из каналов (фиг. 2) питание потребителей этого канала поступает от секций выпрямителя, соединенных с генераторами работающих каналов.

Таким образом, за счет обеспечения возможности постоянного задействования в работе силовых инверторов и силовых фильтров каналов генерирования (переход на тот или иной канал осуществляется автоматически по входным цепям инверторов) исключена необходимость увеличения их мощности, что значительно снижает массу и габариты системы электроснабжения - один из основных ее параметров при использовании в самолетах.

Наибольший эффект применения данного изобретения достигается в случае выполнения генератора высокооборотным (n>20·103 об/мин), особенно, если он «встроен» в авиадвигатель. При этом выпрямители могут содержать на своем выходе повышающие преобразователи с выходом на постоянном токе.

Благодаря повышению безотказности работы, высокой надежности обеспечения бесперебойного снабжения потребителей энергии и оптимальным массогабаритным показателям изобретение может быть наиболее предпочтительным при проектировании бортовых систем электроснабжения.

1. Многоканальная система электроснабжения, содержащая N идентичных каналов генерирования переменного тока, каждый из которых состоит из последовательно соединенных двигателя, m-фазного генератора, основных фидеров, выпрямителя, инвертора и силового фильтра, отличающаяся тем, что выходные цепи постоянного тока выпрямителей всех каналов соединены друг с другом с помощью 2-проводных резервных фидеров постоянного тока, причем мощность генератора и выпрямителя каждого канала рассчитана на k-кратное превышение номинальной мощности нагрузки канала, а мощность инвертора и силового фильтра каждого канала рассчитана на номинальную мощность нагрузки канала, при этом k - коэффициент, определяемый как , где N - число каналов генерирования, L - число отказавших каналов, выбираемое из условия обеспечения надежности электропитания потребителей.

2. Многоканальная система электроснабжения, содержащая N идентичных каналов генерирования переменного тока, каждый из которых состоит из последовательно соединенных двигателя, m-фазного генератора, основных фидеров, выпрямителя, инвертора и силового фильтра, отличающаяся тем, что выпрямители каналов состоят из k соединенных параллельно по выходу идентичных выпрямительных секций, входы которых подсоединены соответственно к выходам генераторов каналов с помощью m-фазных фидеров переменного тока, причем мощность генератора и выпрямителя каждого канала рассчитана на k-кратное превышение номинальной мощности нагрузки канала, а мощность каждой выпрямительной секции, инвертора и силового фильтра каждого канала рассчитана на номинальную мощность нагрузки канала, при этом k - коэффициент, определяемый как , где N - число каналов генерирования, L - число отказавших каналов, выбираемое из условия обеспечения надежности электропитания потребителей.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сигнальным осветительным средствам (LED1, LEDn), которые при активировании индицируют обозначение «стоп» или «опасность», для надежного энергоснабжения предложена схема с первым блоком (20) питания в рабочем режиме и вторым вспомогательным источником (24).

Блок переключателя содержит устройство переключения тока с электромагнитным приводом, средство аккумулирования энергии, средство электронного контроллера, питающееся от внешней линии электропередачи и управляющее подачей электроэнергии от средства аккумулирования на электромагнитный привод.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в возможности задания требуемого времени восстановления напряжения.

Использование: в области электротехники. Технический результат - увеличение ресурса работы АБ при эксплуатации систем гарантированного электроснабжения постоянного тока и повышение надежности системы гарантированного электроснабжения.

Изобретение относится к области электротехники. Технический результат заключается в повышении мощности устройства.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в статических преобразователях для бесперебойного питания ответственных потребителей трехфазного переменного тока.

Использование: в области электротехники. Система бесперебойной подачи электроэнергии включает в себя выпрямитель, имеющий транзистор и индуктор, контроллер, датчик тока, первый и второй транзисторы, образующие часть схемы первого и второго вольтодобавочного преобразователей соответственно.

Использование: в области электротехники. Технический результат - расширение функциональных возможностей способа.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к устройствам для питания цепей постоянного оперативного тока подстанций. Технический результат - уменьшение количества аппаратов с механической коммутацией, повышение быстродействия ввода резерва, улучшение энергетических показателей оперативного постоянного тока.

Изобретение относится к области электротехники и предназначено для обеспечения стабилизированного бесперебойного питания важного оборудования от двух, или более независимых источников.

Электроимпульсное противообледенительное устройство содержит ряд индукторных модулей, каждый из которых включает накопительный конденсатор, управляемый ключ, защитный диод, вольточувствительную цепь с генератором управляющих импульсов и индуктор, расположенный вблизи от очищаемой ото льда металлической поверхности.

Изобретение относится к управлению электропитанием скважинных устройств. Техническим результатом является обеспечение эффективной подачи электроэнергии на скважинные устройства, в частности уменьшение количества или полного устранения приемников электрической энергии скважинных устройств, питаемых нежелательным током или получающих электроэнергию иными нежелательными путями за счет обеспечения изоляции тока, подаваемого на приемник.

Изобретение относится к области передачи и распределения электрической энергии и может быть использовано для распределительных сетей напряжением 10-220 кВ. .

Изобретение относится к области передачи и распределения электрической энергии и может быть использовано для распределительных сетей напряжением 10-220 кВ. .

Изобретение относится к электроснабжению летательных аппаратов. .

Изобретение относится к авиационному электроборудованию. .

Использование: в области электротехники. Технический результат - обеспечение возможности соразмерного ввода мощности в сеть от независимых друг от друга питающих блоков.

Область применения - в системах оценки корректности функционирования автоматических регуляторов возбуждения (АРВ) и систем возбуждения (СВ) генераторов электростанций.

Использование: в области электротехники. Технический результат - увеличение выходной мощности и повышение надежности.
Наверх