Источник автономного электроснабжения постоянным током

 

ОП И(, :АНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советсмня

Соцмалистннесва

Республики

<и 6575! 8 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено20.07.76 (21}2385840/24-07 с присоединением заявки Рй— (23) Приоритет—

Опубликовано 15.04.79.Бюллетень № 1 4

Дата опубликования описания 19-04 79 г (51) М. Кл.

Н 02 1/00

Гащдафстбияный ВВВит

СССР ю дямм язВфйянВМ и аткритнй (53) УДК 621.311., .68 (088.8) Е. Я. Бухштабер, В. A. Винокуров, Б. И. Калугин, В. В. Комов, А. A. Реморов, A. Б. Романов и В. И. Хрунин (72) Автори изобретения (71) Заявитель (54) ИСТОЧНИК АВТОНОМНОПЗ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

ПОСТОЯННЫМ ТОКОМ

Изобретение относится к электроснабжению транспортных устройств от автономных источников питания соизмеримой мощности и может быть использовано для электроснабжения бортовой аппаратуры через аккумуляторную батарею с автономным асинхронным генератором, в частности в низковольтных системах электроснабжения с номинальным напряжением 24 и 12 В.

Известен автономный асинхронный генератор, питающий через выпрямитель двигатель постоянного тока. В этой системе подзаряд коммутирующих конденсаторов и начальное возбуждение осуществляются от дополнительного устройства.

: Известен также асинхронный вентильный генератор с короткозамкнутым ротором, возбуждение которого осуществляется от автономного инвертора напряжения с отсеченными (диодами) коммутирующими конденсаторами и обратным выпрямительным мостом. Такое выполнение автономного инвертора приводит к повышенному падению напряжения в блоке вентилей. При высоком напряжении в системе электроснабжения падением напряжения в 1,5 — 2,5 В, как правило, пренебрегают. Однако при напряжении 24 и 12 В падение напряжения на каждом вентиле достигает соответственно

5-10% от напряжения системы и возбуждение не осуществляется. Кроме того, высокое содержание высших гармонических приводит к повышению потерь в генераторе и снижению КПД.

>В Известен также источник автономного электроснабжения постоянным током, со. держащий асинхронный генератор, одни выводы многофазной обмотки которого подключены к зажимам переменного тока выпрямительного моста, а выводы постоянного тока — к зажимам аккумуляторной батареи, и переключающий блок, содержащий мост на управляемых вентилях, зажимы переменного тока хоторого подключены к выводам обмотки асинхронного генератора, а выводы постоянного Фока — к зажимам аккумуляторной батареи. В переключающем блоке этого источника отсутствует последоМосковский ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени институт инженеров железнодорожного транспорта

657518 вательное включение вентилей, что позво- ра, подсоединенных к диагонали переменноляет осуществлять возбуждение генерато- го тока однофазного моста на управляемых ра и при низковольной системе электро- вентилях, одно плечо которого включено снабжения. Однако повышенное содержание параллельно и согласно вентилям второго высших гармонических приводит к сниже- 5 управляемого моста переключающего блока, нию КПД и эффективности всего устройст- а другое — параллелЬно и встречно вентива. лям второго дополнительного выпрямительИелью изобретения является повышение ного моста, причем между зажимами поKHQ источника путем снижения потерь на стоянного тока указанного моста на уп.вентилях от высших гармонических в кри- l6 равляемых вентилях и аккумуляторной бавой возбуждающего напряжения и от ком- тареей включены дополнительные раздели4 мутации вентилей выпрямителя. Это дости- тельные дроссели, а между зажимами погается тем, что предлагаемый источник стоянного тока второго дополнительного автономного электроснабжения постоянным выпрямительного моста и аккумуляторной током снабжен двумя дополнительными батареей включены дополнительные диоды выпрямительными мостами, Г-образными в направлении беспрепятственного прохожLC-фильтрами, состоящими из конденса- пения тока от выпрямительного моста, торов и дросселей, и фильтром гармоник кроме того, между зажимами постоянного нулевой последовательности, выполненным тока обоих мостов, подключенных через в виде трехобмоточного дросселя с замк- 2ц указанные элементы к одноименным эажинутым магнитопроводом, а переключающий мам аккумуляторной батареи, включены блок снабжен вторым мостом на управля- дополнительные управляемые вентили в напемых вентилях, зажимы постоянного тока равлении, обеспечивающем вместе с дополкоторого подключены к аккумуляторной ба- нительными диодами шунтирование разпелитарее, причем другие выводы обмоток тельных просселей, асинхронного генератора подключены че- Такое выполнение источника позволяет рез обмотки дросселя фильтра гармоник без использования параллельного включенулевой последовательности к входам пер- ния вентилей в три раза увеличить фазный вого дополнительного выпрямительного ток генератора и фазное напряжение, что моста, которые через обмотки дросселей

36 весьма важно для низковольтных систем

ЬС-фильтра соединены с соединенными электроснабжения (например, с аккумулядруг с другом зажимами переменного то- торной батареей 24 или 12 В). ка второго дополнительного выпрямительно- На фиг. 1 приведена принципиальная го моста и второго управляемого моста схема описываемого источника автономно35 переключающего блока, а конденсаторы -С- го электроснабжения постоянным током, фильтра включены параллельно фазным об- выполненная на полностью управляемых о моткам асинхронного генератора. вентилях, например на запираемых тиристо

Существующие в настоящее время пол- рахрна фиг. 2 — то же, выполненная на ностью управляемые и запираемые йо уп- обычных незапираемых тиристорах. равлению мощные триоды и запираемые Источник автономного электроснабжетиристоры требуют для своего управления ния может быть выполнен с многофаэным импульсов управления, амплитуда которых генератором с любым числом фаз. В дандолжна быть не менее чем в 4-5 раэ ном случае источник выполнен с асинхронменьше амплитудного значения тока, про- <> ным генератором с трехфазной обмоткой текающего по управляемому вентилю. Поэ- статора и короткозамкнутым ротором. тому для управления запираемыми венти- Одноименные зажимы раздельно вывелями требуются достаточно мощные уп- денных фаз 1-3 (например, начала) обморавляющие, устройства, потребляющие зна- ток асинхронного генератора 4 подключечительную мощность. д ны к первому мосту 5 переключающего

Для повышения КПД источника при ис- . блока на управляемых вентилях и выпряпользовании в мостах переключающего мительному мосту 6 на диодах. Противоблока не запираемых по управлению вен-. положные концы обмоток статора генератилей он снабжен узлом искусственной тора через обмотки 7 — 9 дросселя 10 коммутации, включенным между зажимами у фильтра гармоник, образующих нулевую постоянного тока второго управляемого последовательность> подключены к диомоста переключающего блока и аккумуля- дам первого дополнительного выпрямительторной батареей, состоящим из последова- ного моста 11 (при трехфазном генератотельно включенных дросселя и конденсато- ре такими гармониками являются гармони657518 ки напряжения, кратные трем). Все указанные вентипьные мосты со стороны постоянного тока подключены к аккумуляторной батарее 12, к которой также подключены второй управляемый мост 13 переключающего блока и второй дополнительный выпрямительный мост 14

Зажимы переменного тока мостов 13 и 14 объединены, а между ними и соответствующими зажимами моста 11 включены дроссели 15 - 17 Г-образного 1.Сфильтра, конденсаторы 18-20 которого включены параллельно раздельно выведенным фазам 1-3 многофазной обмэтки генератора 4.

Фильтр гармоник нулевой последовательности выполнен в виде трехобмотэчного дросселя с замкнутым магнитопроводоме ггэ обмотки 7 - 9 имеют равное число витков и одноименными выводами подключены к

26 одноименным зажимам фаз генератора, а противоположными выводами — к зажимам переменного тока выпрямительного моста

11 и дросс елям 1 5 — 1 7.

Наличие конденсаторов 18 — 20, шунтируюших фазные обмотки 1-3 генератора

4, позволяет при работе асинхронного генератора использовать принудительное запирание управляемых вентилей только моста 13, который должен бьггь обязательно выполнен на запираемых по управлению вентилях. После включения любэгэ из вентилей моста 13 вступает в работу соответствующий из диодов моста 14, обеспечивающий прохождение тока через подключенный к ним один из дросселей 15 — 17 (в том же направлении, что перед включением). Это приводит к тому, что фаза двигателя оказывается подключенной через . 4О обмотки дроссепей и вентили к одному из зажимов аккумуляторной батареи, т.е. закорэченной. Последнее вызывает разряд включенного параллельно этой фазе конденсатора через включенный управляемый 45 вентиль во встречном для его проводимости направлении и выключение его.

Работа источника осуществляется путем попарного включения управляемых венти!

Ю лей мостов 5 и 13 так, что на шунтируюших конденсаторах 18 — 20 создаются практически синусоидальные напряжения, о сдвинутые на 120, частота которых ниже частоты врашения ротора генератора на заданную частоту абсолютного скольжения.

В результате этого происходит генерирование электрической энергии, которая выпрямляется ппк пэмэшк мостов 6 и 11 и идет на заряпку аккумуляторной батареи и питание подключенной к ней нагрузки.

В случае отсутствия запираемых по управлению вентилей на необходимые мощности, а также дпя снижения необходимой мэшнэсти управления для мощных систем автономного электроснабжения, предлагаемый источник может быть выполнен на обычных незапираемых тиристорах (см. фиг. 2)., При использовании в качестве управляемых вентилей моста 13 обычньп незапираемых тиристэров источник должен бьггь снабжен узлом искусственной коммутации, включенным между зажимами пэстоянного тока второго управляемого моста 13 и аккумуляторной батареей .12.

ЭтОт узел состоит из последовательно включенных дросселя 21 и конденсатора

22, подсоединенных к диагонали переменного тока эднэфазнэгэ моста на управляемьг ве11тилях 23-26, одно 1гле10 которогэ (на вентилях 24 и 25) включено параллельно и согласно у11равляемым вен тилям моста 1 3 а phyl 0 (на вентилях

23 и 26) — встречно и пчраллельно вентиля11 и0сТН 14. Между aamIiv:Iaul II0cтэяш10гэ тэ1 а 110ci B 13 и аккумуляторной батаэеей 12 вклIОчены дэпэлгн1тельные разделительные дроссели 27 и 28, а между зажимами 110c70HHнэгэ тока моста 14 к аккумуляторной батареей - дэ110лнитепьные диоды 29 и 30 в напраглении беспрепятственногэ прохождения тока эт выпрямительного моста. Кроме того, между- зажимами постоянногэ тока мостов 13 и 14, пэд11л1оченных к зажимам аккумуляторной батареи, включены дополнительные управляемые вентили 31 н 32 в налравлэн11и, Обеспечивающем вместе с дэпэлнительными диодами 29 и 30 пгунтирование разделительных дроссепей 27 и 28. (П!у11тированне дросселя 27 осущйствляе1ся вентилями 31 и 29, а дросселя 28 — вентилями

30 и 32).

Такое выполнение узла искусственной кэммутац11и позволяет осуществлять -запиранке любого кз вентилей анэднэй группы моста 13 включением вентилей 25 и 26, а катэднэй Ipуппы вк;1ючениям вент11ле11

23 и 24. При коммутации в цепи запирающего тока участвует соответствующий диэд моста 14. Ограничение напряжения перезаряда кэммутируюп1егэ конденсатора осуществляется включением соответствующего управляемэго вентиля 31 и 32,. так как при зтэм происходит llpj BTIIр0БHние

РИЗДЕЛИТЕЛЬнэГО ДРОССЕЛЯ.

657518

Мост 14-предназначен для ограничения импульса индуктивного перенапряжения на вентилях моста 13 при нх запирании на уровне напряжения на аккумуляторной батарее. В связи с этим диоды этого моста могут выбираться на значительно меньший срок, чем диоды мостов 6 и 11 (более чем в 10 раз). Дроссель-фильтр 1Î необходим как для подавления гармоник ну„левой последовательности, создаваемых при возбуждении генератора, так. и для подавления этих гармоник при выпрямлении генерируемой мощности и обеспечения проводимости диодов мостов 6 и 11 в течение 12О эл. Град (вместо 60 эл. гряд.) .

За счет всех указанных устройств предельная мощность, которую могут выпряМлять диоды, увеличивается в два раза по сравнению с той, которая могла бы быть получена при использовании этих же диодов в одном трехфазном мосту.

Формула изобретения . Б

1. Источник автономного электроснабжения постоянным током, содержащий асинхронный генератор, одни выводы многофазной Обмотки которого подключены к зажимам переменного тока выпрямительноГо моста, а Выводы пОстОяннОГО toKB к зажимам аккумуляторной батареи, и переключающий блок, содержащий моет на управляемых вентилях, зажимы переменного тока которого подключены к выводам обмотки асинхронного генератора, а выводы постоянного тока - к зажимам аккумуляторной батареи, отличающийся,щ тем, что, с целью повышения КГЩ, он снабжен двумя дополнительными выпрямительными мостами, Г-образными (, фильтрами, состоящими из конденсаторов и дросселей, и фильтром гармоник нулевой 45 последовательности, выполненным в виде трехобмоточного дросселя с замкнутым магнитопроводом, а перекл1очающий блок снабжен вторым мостом на управляемых вентилях, зажимы постоянного тока кото- Ю рого подключены к аккумуляторной батарее, причем другие выводы обмоток асинхронного генератора подключены через обмотки дросселя фильтра гармоник .нулевой последовательности к входам первого дополнительного выпрямительного моста, которые через обмотки.дросселей LCфильтра соединены с соединенными друг с другом зажимами переменного тока второго дополнительного выпрямительного моста и второго управляемого моста переключающего блока, а конденсаторы ь С-фильтра включены параллельно фазным обмоткам асинхронного генератора.

2. Источник по п 1 о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения КПД при использовании в мостах переключающего блока не запираемых по управлению вентилей, он снабжен узлом искусственной коммутации включенным между зажимами постоянного тока второго управляемого моста переключающего блока и аккумуляторной батареей, состоящим из последовательно включенных дросселя и конденсатора, подсоединенных к диагонали переменного тока однофазного моста на управляемых вентилях, одно плечо которого включено параллельно и согласно вентилям второго управляемого моста переключающего блока, а другое параллельно и встречно вентилям второго дополнительного выпрямительного моста, причем между зажимами постоянного тока указанного моста на управляемых вентилях и аккумуляторной батареей вкпюче» ны дополнительные разделительные дроссеm а между зажимами постоянного тока второго дополнительного выпрямитепьного моста и аккумуляторной батареей включены дополнительные диоды в направлении беспрепятственного прохождения тока от выпрямительного моста, кроме того, между зажимами постоянного тока обоих мостов, подключенных через указанные элементы к одноименным зажимам аккумуляторной батареи, включены дополнительные управляемые вентили в направлении, обеспечивающем вместе с дополнительными диодами шунтированиц разделительных дросселей.