Автономная система электроснабжения

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТВЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Ресттублик

<1>797017

>

-,Г (61) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 26. 03. 79 (21) 2737621/24-07 с присоединением заявки М (23) Приоритет—

Опубликовано 15.0181.Бюллетень Н9 2

Дата опубликования описания 1701.81 (51)М. Кл з

Н 02 М 5/2 7//

Н 02 М 7/48//

Н 02 P 9/42

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (53) УДХ 621. 314. .27(088.8) (72) Авторы изобретения

A. М. Азаров и Б. П. Соустин (71) Заявитель

Красноярский политехнический институт (54) АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении электросистем транспортных средств и других объектов.

Известен автономный источник переменного напряжения одной частоты в напряжение ступенчатой формы другой частоты, содержащий электромашинный генератор переменного тока с.несколькими выходными обмотками, выпрямители с выходными напряжениями, равными по величине уровням ступеней выходного напряжения, входы каждого из которых подключейы к обмоткам генератора, а выходы — через сглаживающие фильтры и прямой и обратный трехфазные мосты к фазным зажимам. Преобразователь в этой системе формирует относительно общей нулевой точки источников трех-. ступенчатое напряжение путем подклю» чения выходных зажимов с помощью двух трехфаэных мостов с дополнительными вентилями к различным уровням постоянного напряжения. указанные уровни создаются с помощью синхронного генератора, имеющего выходную обмотку с отпайками, к которым подключены выпрямители с фильтрами (11

Ь

;, .;,;.:;1

НедостаткаМи этой системы являются ограниченные функциональные воэможности, связанные с наличием нулевого провода, несинусоидальная форма кривой выходного напряжения, большой вес и габариты сглаживающих фильтров.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является автономный источник питания, состоящий из электромашинного генератора переменного. тока и статического преобразователя переменного тока, содержащего выпрямительные мосты, !

5.входы которых подключены к электромашинному генератору, а выходы — че.рез сглаживающие фильтры и коммутаторы к выходным фазным выводам. К выходным выводам и двум отпайкам об20 моток генератора подключены шесть выпрямителей, собранных по нулевой схеме. Выходные напряжения выпрямителей сглаживаются индуктивно-емкостными фильтрами и создается шесть

25 уровней постоянного напряжения относительно общего нулевого вывода источников. С помощью трех тремфазных мостовых коммутаторов, выполненных на ключах переменного тока, их

30 выходные выводы поочередно подключа797017 ют к этим уровням и на нагрузке формируется трехступенчатое напряжение (2 ).

Однако этот автономный источник питания имеет ограниченные функциоальные возможности, заключающиеся невозможности подключения к нему грехфазной нагрузки, соединенной трег угольником или звездой без нулевого провода. Кроме того, из-за расщепления питающих шин коммутатора реактивная мощность потребителя в та- !О ком источнике не может передаваться в другие Фазы, потребляющие в это время энергию, а полностью возвращается в конденсаторы сглаживающих фильтров. Для этой цели они должны иметь большую емкость, и следовательно, большой вес и габариты, особенно при низких коэффициентах мощности на— грузки и низких частотах выходного напряжения. B выходном напряжении 20 источника содержится значительный процент высших гармоник. Кроме основной в нем присутствуют гармоники с порядковыми номерами И = 11, 13,...23, 25,...35,37, а коэффициент гармоник

К = 15,2Ъ. Данный источник имеет 25 большой вес и габариты, обусловленные тем, что выпрямители собраны по нулевой схеме, и следовательно, выпрямленные напряжения имеют значительные пульсации, для сглаживания которых 3О требуются большие фильтры. Значительное содержание в выходном напряжении источника высших гармоник требует установки выходных Фильтров, что также увеличивает вес и габариты устрой- 35 ства. Кроме того, большое число полупроводниковых приборов также отрицательно сказывается на весе и габаритах источника.

Цель изобретения — улучшение мас- 4О со-габаритных показателей и качества выходного напряжения.

Поставленная цель достигается тем, что в автономной системе электроснабжения, содержащей электромашинный 45 генератор переменного тока и статический преобразователь частоты в виде выпрямительных мостов, входами подключенных к обмоткам электромашинного генератора, и мостовых вентильных коммутаторов, шинами питания связанных с выходами выпрямительных мостов через сглаживающие фильтры, одна шина питания одного из двух мостовых коммутаторов соединена с одноименными по полярности выходными выводами двух выпрямительных мостов через введенные пары встречно-параллельно включенных вентилей, причем один из них в каждой паре выполнен неуправляемым, а другая шина питания 40 этого же мостового коммутатора через

Фильтр подключена к точке объединения других одноименных по полярности выводов тех же двух выпрямительных мостов. 65

На фиг. 1 представлена схема предлагаемой системы электроснабжения, на фиг. 2 — временные диаграммы импульсов управления вентилями; на фиг. 3 — формы фазного и линейного напряжений на нагрузке; йа фиг. 4 — эквивалентные схемы автономной системы электроснабжения для трех интервалов времени.

Обмотки электромашинного генератора 1 соединены с выпрямителями 2—

4, имеющими сглаживающие индуктивноемкостные фильтры 5. Выходы фильтров соединены с шинами постоянного тока двух трехфазных мостов, выполненных на тиристорах 6-23 и диодах 24-29, причем один мост соединен с фильтрами непосредственно, а второй — через две пары встречно-параллельно включенных вентилей 30-33.

Устройство работает следующим образом.

Управление тиристорами осуществляется импульсами напряжения (фиг.2).

Причем импульсы, соответствующие графику 6, подаются на тиристор 6, граФику 7 — на тиристор 7 и т.д. Для получения выходного напряжения, близкого к синусоидальному, амплитуды его ступеней выбираются из условия исключения гармоник, близких к основной, т.е. изменяющимися по синусоидальному закону. Автономный источник позволяет формировать на четверти периода четырехступенчатое с нулевой полкой линейное напряжение или пятиступенчатое фазное, если нагрузка соединена звездой (фиг. 3 ). Выходные напряжения выпрямителей 2-4, равные амплитудам третьей (0 ), второй (0 ) и первой (0„ ) ступеней линейного напряжения, определяются соответственно по выражениям

U> = 0„,5in60, 0> = U sin40

01 О„„s! п20 где U — амплитуда аппроксимирующей синусоиды, проходящей через середины горизонтальных участков ступеней.

Четвертые ступени линейных напряжений, равные 04 = 0 ь<п80, формируются путем суммировайия напряжений выпрямителей 3 и 4, т.е. 04. - =Up + Uq .

Действительно, Up+0 = 0„ (siпй0 +

+sin20 ) = 0„„ь л80 = 04 . ,Рассмотрим работу схемы на активно-индуктивную нагрузку. Полупериод выходного напряжения можно разбить на девять равных интервалов. На первом интервале подаются импульсы на включение тиристоров 9, 10, 18, 23 и 31. При этом с помощью тиристоров

9 и 18 и диода 24 источники 04 и 02 соединяются последовательно и к их общей точке подключается зажим фазы A. Тиристоры 23 и 31 и диоды 29 и 30 подключают зажим фазы В к шине (-U2), а тиристор 10 подключает зажим фазы С к шине +0 . Эквивалентная схема для первого интервала представ797017 лена на фиг. 4а. В результате фор.мируются вторая положительная, четвертая отрицательная и первая положительная ступени линейных напряжений UAS USC u UCA или первая положи- тельная, четвертая отрицательная и третья положительная ступени фазных напряжений UA, U> и 0с.

На втором интервале подаются импульсы на включение тиристоров 18, 22, 23 и 32. С помощью тиристоров 18 и 22 и диода 24 зажимы фаз А и С соединяются между собой и подключаются к шине,а с помощью тиристоров 23 и 32 и диодов 29 и 33 зажим фазы В подключается к шине (-03). Эквивалентная схема для второго интервала представлена на фиг. 46. В результате формируются третья положительная, третья отрицательная и нулевая ступени линейных напряжений UA, Ut, и U

На третьем интервале подаются импульсы на включение тиристоров б, 7, 12, 13, 22 и 23. С помощью тиристоров 7, 13 и 22 источники Uq и U соединяются последовательно и к их . общей точке подключают зажим фазы С.

Тиристоры б и 12 подключают зажим. фазы А к шине +()1, а тиристор 23 и диод 30 — зажим фазы B к шине — 0 . Эквивалентная схема для третьего ин тервала представлена на фиг. 4в. В результате формируются четвертая положительная, вторая и первая отрицательные ступени линейных напряжений или третья положительная, четвертая отрицательная и первая полажительная ступени фазных напряжений UA, 0В и Ос.

При любом коэффициенте мощности ток фазы С на первом и втором интервалах имеет положительное значение, а ток фазы В на третьем интервале всегда имеет отрицательное значение, поэтому на этих интервалах указанные фазы имеют одностороннюю проводимость (фиг. 4). На следующих интервалах процессы в системе происходят аналогично описанному в соответствии с диаграммой импульсов управления тиристорами (фиг. 2) . В результате работы системы электроснабжения на нагрузке формируется пятиступенчатое напряжение, форма которого представлена на фиг. 3. Стабилизация или регулирование выходного напряжения устройства может осущЕствляться изменением тока возбуждения генератора.

Подключение любой ветви схемы с помощью встречно включенных вентилей обеспечивает возможность прохождения тока н двух направлениях и постоянство потенциалов фаз в течение каждого интервала. Это обуславливает работоспособность схемы при коном количестве выпрямительных мостов. В выходном напряжении, кроме первой, содержатся гармоники с порядковыми номерами и = 17, 19,...,35, 37,...53,55,... (т.е. более высокого порядка, чем в напряжении известной системы при одинаковых амплитудах гармоник, а коэффициент гармоник К =

10,1%). Кроме того, она имеет меньший вес и габариты за счет меньшего веса сглаживающих фильтров и числа полупроводниковых приборов преобразователя. В предлагаемой системе имеется три сглаживающих 1.С-фильтра (вместо шести в известной системе), содержащих два дросселя и три батареи конденсаторов, причем вес каждого фильтра меньше веса двух фильтров известной системы, подключенных к одному выпрямительному мосту. Это обусловлено тем, что в предлагаемом устройстве на сглаживающие фильтры подается напряжение с меньшими пульсациями, так как выпрямители собраны по мостовой схеме, а не по нулевой, как н известной системе. Пульсации токов, потребляемых от сглажинающих фильтров, в предлагаемом устройстве меньше из-за более равномерной их загрузки в течение периода, что также приводит к уменьшению веса и габаритан фильтров. Часть реактинной мощности нагрузки может передаваться иэ фазы в фазу, минуя конденсаторы сглаживающих фильтров, что благоприятно сказывается на их весе и габаритах. В известной схеме вся реактивная мощность нагрузки возвращается в конденсаторы сглаживающих фильтров, так как каждая ступень напряжения формируется от отдельной шины преобразователя. Для этой цели емкость указанных конденсаторов должна быть увеличена. Расчеты показывают, что при одинаковой установленной мощности конденсаторов установленная мощность дросселей в предлагаемой схеме н 9,2 раза мейьше, чем н известной схеме.

Кроме того, предлагаемая система имеет меньшие габариты эа счет меньшего числа вентилей коммутатора (28 вместо 36). Она проще, так как содержит

20 управляемых вентилей вместо 30 и имеет более широкие функциональные возможности, так как позволяет подключить трехфазную нагрузку, соединенную треугольником или звездой беэ нулевого провода.

t0

1$

d0

45 любом коэффициенте мощности нагрузки с неизменной формой кривой выходного напряжения. Для предотвращения эакоротки между одноименными шинами источников +0 и +О ; -0 и -0 при работе схемы в качестве вентилей обратного тока первого моста использованы тиристоры 7-12.

Предлагаемая автономная система электроснабжения имеет лучшую форму кривой выходного напряжения при одина797017

Формула изобретения

Автономная система электроснабжеййя, содержащая электромашиннЫЙ генератор переменного тока и статический преобразователь частоты в виде выпрямительных мостов,. входами подключенных к обмоткам электромашинного генератора, и мостовых вентильных коммутаторов, шинами питания связанных с выходами выпрямительных мостов через сглаживающие фильтры, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью улучшения массо-габаритных показателей и качества выходного напряжения, одна шина питания одного из двух мостовых коммутаторов соедина с одноименными по полярности выходными выводами двух выпрямительных мостов через введенные пары: встречно-параллельно включенных вентилей, причем один из них в каждой паре выполнен неуправляемым, а другая шина питания этого же мостового коммутатора через фильтр подключена к точке объединения других одноименных по полярности выводов тех же двух выпрямительных мостов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

М 575746, кл. Н 02 М 5/27, 16.06.72.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 414693, кл. Н 02 М 5/48, 18.02.71.

797017

Составитель Г. Мыцык

Редакто Т. Веселова Тех ед M.Êoøòðà

Кор екто Н. Степ

Заказ 9794/75 Тираж 741

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4