Автономная система электроснабжения

 

е в .,.ф

1 т т Вс .1 @,;;., -н и >Д (iii692032

Союз Советскик

Социалистических

Республик

О И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заявлено ) 3.10.75(21) 2180163/24 0 (5! ) М. Кл. с присоединением заявки J%

Н 02 М 5/04

Гнсударстевннюй квинтет

СССР на делам нзойрвтвннй . н вткрмтнй (23) Приоритет

Опубликовано 15,10.79, Бюллетень М 38 (53) УДК621.314. .24 1 (088. 8) Дата опубликования описания 18.10.79 (72) Авторы изобретения

Д. Э. Брускин, Г. С, Мыцык и В. Н. Ульяновский

Московский ордена Ленина энергетический институт (71) Заявитель (54) АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Изобретение относится к электротех- нике, а именно к электрическим машинам ,и силовой преобразовательной технике, и может быть использовано в качестве системы электроснабжения (СЭС) различных, в частности, подвижных объектов с при5 водом генератора от силовой тяговой установки,.имеющей переменную скороСть вращения вала,в зависимости от режима работы объекта, а также — в ветроси ловых установках. .10

Известна автономная СЭС стабильной частоты при переменной скорости вращ ния вала, содержащая асикхройный Ф— фазный генератор, индуктор которого под- 15

: ключен к преобразователю частоты, обес печивающему соответствующий закон изменения частоты и напряжения йа индукторной обмотке асинхронного генератора (11. m

Недостатком такой СЭС является зависимость КПД асинхронного генератора от скольжения. Это ограничивает ее при, менение..

Известна также СЭС, содержащая синхронный генератор, якорные обмотки которого подключены к преобразователю частоты, выполненному; виде последовательно соединенных выпрямителя и инвертора. Инвертор обеспечивает преобразование постоянного напряжения выпрямителя в напряженйе переменного тока стабильной частоты (21

Недостатками такой СЭС являются низкое качество выходного напряжения, невозможность обмена реактивной энергией между генераторами и нагрузкой, что требует введения дополнительных средств для ее компенсации, а также невозможность рекуперации активной мощ-. ности нагрузки через генератор на вал.

Кроме тoro, известна СЭС, содержащая сийхронный генератор, индукторная обмотка которого подключена к источнику модулирующего напряжения, а фазные якорные обмотки —, к выпрямителям, выходы которых соединены послеловательно и подключены к полупроводниковому ком-, 2032 счет этого повысить функциональную надежность СЭС.

3 69 мутатору, обеспечивающему коммутацию полуволн выпрямленного напряжения (31.

Наиболее близкой по технической cymности к предложенной является СЭС, содержащая расположенные на общем валу основной синхронный генератор, к якорным обмоткам которого подключен непосредственный преобразователь частоты с блоком управления, возбудитель, выпол ненный в виде обращенной электрической 1О машины с щ -фазной якорной обмоткой, подвозбудит ль, выполненный в виде синхронной машины с постоянными магнитами," число пар полюсов которого равно числу пар полюсов возбудителя, а обмртка нндуктора возбудителя связана с выходной обмоткой йодвозбудителя, регулирующий блок, связанный с якорными обмотками подвоэбудителя и источник напряжения (4).. 0

Такая СЭС характеризуется невысоким качеством выходного напряжения, особен но при увеличенном диапазоне изменения .скорости вращения вала, а также сравнительно сложной системой управления. 25

Целью изобретения является улучшение качества выходного напряжения СЭС и упрощение системы электроснабжения.

Это достигается тем, что в продло-. женной СЭС основной генератор выполнен в виде И числа многофазных электрических машин, обмотки возбуждения которых подключены к п -фазной якорной обмотке возбудителя, обмотка индуктора Ъ5 возбудителя:выполнена уа-глазной, сис- : тема дополнительно снабжена задающим генератором, выход которого подключен к входам управления регулирующего блока, 40 а его цепи через блок питания соединены с выходом подвозбудителя.

Упрощение системы электроснабжения обеспечивается тем, что каждая фаза якорной обмотки подвозбудителя выпол45 непа в виде двух последовательно соединенных между собой катушек, а регулирующий блок — в виде двух многофазных вентильных мостов, каждый из которых снабжен управляемым ключевьпй элемен50 том, включенным на его выходе, причем, свободные концы катушек якорной обмотки подвозбуднтеля подключены к =йыводам пе- ременного тока вентнльных мостов, а точки соединения катушек фаэ якорной обмот- кн образуют выход подвоэбудителя. 55

Это позволяйт также существенно . упростить систему управления непосредственным преобразователем частоты и з

На фиг. 3. — приведена принципиальная схема автономной системы СЭС, например, с трехфазным выходом: на фиг. 2 диаграммы выходного напряжения подвозбудителя (для трех фаз) и алгоритмы переключения ключей регулирующего блока {РВ) для двух углов регулирования (д =О, d.Ô0) на фиг. 3 — представлена форма напряжения СЭС одной фазы.

Многофазный источник электроснабжения в трехфаэном варианте (фиг. 1) содержит электрические машины 3 2,3 основного трехфазного генератора с основными непосредственными преобразователями 4,5,6 частоты на выходе, обращенную электрическую машину возбудитель 7 с индукторной трехфазной обмоч кой на статоре и якорной трехфазной обмоткой на роторе, магнитоэлектрический подвозбудитель 8, регулирующий блок 9, блок питания 10 и задающий генератор

11 управляющих импульсов. Электрические машины 1,2, 3 основного генератора, возбудитель 7 и подвозбудитель 8 обьединены в одном корпусе, а их роторы расположены на одном валу. Число пар полюсов возбудителя 7 и подвозбудителя 8 равно. Число пар полюсов электрических машин 1,2,3 основного генератора равно и отлично от числа пар полюсов возбудителя 7 и подвоэбудителя 8.

Для стабилизации частоты СЭС нео6ходимо в обмотки возбуждения электрических машин 1,2, 3 основного генератора подавать синусоидальное напряжение выходной частоты. В качестве источника возбуждения машин 1,2,3 основного генератора используют подвозбудитель 8, возбудитель 7 и регулирующий блок 9.

Регулирующий блок 9 в виде вентильных мостов, нагруженных на транзисторы, подключен к концам катушек якорной обмотки подвозбудителя 8. Частота генератора управляющих импульсов К д в данном случае постоянна и равна выходной частоте СЭС. Задающий генератор 11 подключен на выход блока питания 10, который . питается wr подвозбудителя 8. стабилизация частоты на якорных обмотках возбудителя осуществляется изменением частоты и чередования фаз питания его индукторной обмотки, причем час- тота вращения поля якоря, создаваемого

1 полем обмоток индуктора относительно

5 692032 6

I якорной обмотки, поддерживается постоян- выходного напряжения для одной фазы ной, равной выходной частоте СЭС р регулирующего блока 9 записывается так: е Д рд 20ящ ео 2co6(Kb. 1) . к (. Г

В 1 пр (1 = — Е 6Ю вЂ” 81И((и —

Вих8 1Г к, к И (1 где -частота основной гармоники 5 тока ЯкоРной обмотки возбУ- KuU М-Ke l+ sin (uu +Kuu Н,+КОМ)> м

11 дителя

Ф с

» частота основной гармоники — ной обмотки подвозбудитела8р возбуди ела из 4енаемая ав Я 1о .,„ „,-" у ловые частоты напр м, че,„им регул„ущим бло ниа обм ки подвозбУдит

9 фн скоро,,ти прн- и генератора управляю цнх импульсов 1L соответственно

- число пар полюсов возбуди- 9 „- фазовый угол, характеритепа; зующий начало, отсчета агап о-, ь„; — частота вращения привода., . - ритма перекпючеиия ключа3нак плюс относится к случаю, когда .. ми РБ. н.с. индукторной обмотки вращается в Спектр напряжения О щ содержитверх- . сторону вращения ротора возбудителя, a ние {uu 1kuu®) и нижние (Ц) — Кю ) . оо

1 М 1 знак минус:: — когда это вращение проис- 20 боковые частоты, которые тем легче фильтходит в обратном направлении.. руются .индуктивныими низкочастотными

Частота первой гармоники тока 1 фильтрами, чем ближе соотношение часравна о - у " p g, тот " к единице. Учитывая фильтруюПВ щие свойства электрической машиныгде х пр —, частота напряжения в обвозбудителя и индуктора сиюсронного ге мотках подвозбудитела8, нератора, ток якорной обмотки воэбудите- . р - число пар полюсов под ля будет достаточно близок к синусондальвозбудителя, равное числу ному, а напряжение на выходе СЭС имеет пар полюсов возбудителя„ вид, показанный на фиг. 3 жирной линией. — частота генератора управм тФазное напряжение на выходных обмотляющих импульсов, величи на постояннаа, равная час-

:;ках генератор--модулятора имеат вид модулнроваиных колебаний со 100%ной перетоте СЭС. . модуляцией. Благодаря соответствующему

Повышение частоты вращения приводами закону управления ключами преобразователя выше синхронной скорости,вращенйа прн-I ,частоты (фиг . 3.) на выходе nonpraeM ие биеводит к увеличению частоты напряжения ния,.а напряжение,- основная гармоника котов обмотках подвозбудителя пВ пр зависит от изменения скорости вращения приводного двигателя, а спектр выходно частота коммутации ключей Юм по- ного напряжения преобразователя имеет

40 стоянна, следовательно частота изменяется следующий .андр

:(увеличивается) пропорционально скольжению, а в якорной обмотке возбудителя вьп4 и 1е (м наводится ток постоянной частоты У при п1обоп сиорооти врвшоиип привопи.; 1& l K а(и1П((оп„;nKEU„)t т.

45 . (-1) к= (к-« (nm К 1

Регулирование вйходного напряже - . ния СЭС,обеспечиваетса регулирующим блоком 9 за счет введения в алгоритм 1 <+<)+81i1((QU +iiÊø„iÔ.+Î +Ke„)),. переключения его ключей двух регулируемых по длительности импульсов. Фазные где О1 „- амплитуда напряжения якорЯ напряжения Sbla на выходе регулирую- ной обмотки основного генещего блока, а также алгоритмы переклк>- ратора. чениа;его ключей + q, Ч я для двух Для уменьшения установленной мощуглов регулирования (ф, 0 и ОСЛО) дла ности возбудителя возможно применение

"55 произвольно выбранного соотношении час «онденсаторов, подключенных к нндуктортот = 0 866 представлены на ным обмоткам генератора - модулятора.

ullA ° фиг. 2. Основные гармоники выходного Таким образом, применение органнэонапряжения показаны пунктиром. Спектр ванных определенным образом hn-м 7 692032 8

-дульного синхронного генератора, специ- выполненный в виде синронной машины с ального регулирующего блока (РБ-9), И - постоянными магнитами, число пар полк фазйых возбудителя и подвозбудителя сов которого равно числу пар полюсов обеспечивает существенное улучшение возбудителя, а обмотка индуктора возбукачества выходного напряжения (по коэф- 5 дителя связана с выходом подвоэбудитефициенту гармоник примерно в два раза), ля, регулирующий блок, связанный с якорв частности, принципиальное отсутствие ными обмотками подвозбудителя, и блок субгармоник при одновременном умень- йитанйя, отличающаяся тем, шенин числа тиристоров силовой части не-, что, с целью улучшения качества выход посредственно - преобразователя в два 10 ного напряжения основной генератор выf раза (например с 36-18). Кроме того, полнен в виде щ числа многофазных элек-Ь" в описанной СЭС система управленияполу . трических машин, обмотки возбуждения проводниковой ее частью существенно которых подключены к т -фаэной якорной проще в сравнении с известными СЭС на обмотке возбудителя, обмотка индуктора базе непосредственных преобразователей возбудителя выполнена И -глазной, сис!

5 частоты с естественной коммутацией и с тема дополнительно снабжена задающим фазовым управлением., Это повышает генератором, выход которого подключен фунКциойальную надежность СЭС. к входам управления регулирующего блоПри использовании в данной С3С не ка, а его цепи питания через упомянутый посредственных преобразователей частоты, источник напряжения соединены с выходом ,20 " вынолненййх на мостовой схеме (т, е. подвоэбудителя. при рехфаэном выходе СЭС - преобра- 2. Автономная система по п. 1, о т"зователь содержйт 36 тиристоров), иска- л и ч а ю щ а я с я тем, что, с пелью

Жения выходного напряжения уже настоль- упрощения, каждая фаза якорной обмотки ко малы (например, при трехфаэных якор- подвозбудителя выполнена в виде двух ных обмотках основного генератора коэф- последовательно соединенных между софициент гармоник напряжения в йдеалиэиро- бой катушек, а регулирующий блок - в ванной СЭС составляет менее 5%), что виде двух многофазных вентильных мостов, :можно или значительно уменьшить мощ- каждый изкоторыхснабженуправляющим

30 ность (а стало быть и массу фильтров) ключевым элементом, включеннымнавыходе или вообще отказаться от дополнитель- моста, причемсвобод ые концыкатушек якор ной фильтрации. В последнем случае СЭС иойобмоткиподвозбудителяподключеныквыприобретает такие достоийства,как не- -. водам переменного тока вентильных мостов, зщисимость формы, т. e. искажений, вы- а точки соединения катушек фаз якорной

xopHoF() напряжения при изменении вели- обмотки образуют выход подвоэбудителя. чины нагрузки, а также повышенный КПД.

Источники информации принятые во внимание при экспертизе

40 1. Ткаченко А. М. Вопросы стабили— зации частоты автономного: синхронного

1. Автономная система электроснабгенератора. Автореферат диссертации на жения многофазного напряжения стабили- соискание ученой степени к.т.н. Киев, зироЬанной частоты п,.и переменной скоРос ги вРаще, " s содеРжащаЯ Располо Ф5 2 П ент ГДР Х 6 1311 жеиные на общем валу основной синхрон-

3. Патент США М 3727 122, рого подключен непосредственный преобразователь частоты с блоком управления, возбудитель, выполненный в виде обра-, 4, Электроснабжение летательных

50 щенной электричес1кой машины с Ф- фаз, аппаратов, под ред. Н. Т. Коробан М, ной якорной обмоткой, подвозбудитель, Машиностроение", 1975, с. 133, 155.

692032

Составитель Е, Головченко

Редактор И. Алышева Техред С. Мигай Корректор Н. Горват

Заказ 6237/49 Тираж 857 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул . Проектная, 4