Асинхронный вентильный генератор

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ИТИИЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22} Заявлено 200977 (21) 2526273/24-07 о1181 7922 (5ЦМ. Кл.З

Н 02 M 5/48

Н 02 P 9/42 с присоединением заявки ¹â€”

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 300381 Бюллетень № 12 (53) УАК 621.316. .71(088.8) Дата опубликования описания 300381 (72) Авторы изобретения

В.Д.Ежов, A.È.Ñêoðîñïåøêèí, М;Л.Костырев, A.Ì.Íàìåñòíèêoâ, Ю.К.Копцев, Ю.Л.Сердюков и П !

1, P. Грачев - .

I

I ("!

1 :- р

I (11) Заявитель (54 ) ACHHXPOHHblA ВЕНТИЛЬНЫИ ГЕНЕРАТОР

Изобретение относится к электротехнике и, в частности, к генераторам с частотой тока, не пропорциональной частоте вращения вала. 5

Известны асинхронные генераторы, имеющие выходное напряжение с плавно регулируемой частотой.

Один из известных асинхронных вентильных генераторов содержит инвертор напряжения, подключенный к якорным шинам генератора, и накопитель энергии (аккумуляторную батарею), включенную на выходе инвертора (1).

Недостатками этого генератора являются плохие коммутационные свойства ин- 15 вертора затрудняющего его работу, а также трудность согласования выходных напряжений по постоянному и переменному токам. Все это приводит к усложнению системы управления и большим массогабаритным показателям.

Другой из известных ассинхронных вентильных генераторов содержит асинхронную машину и два преобразователя частоты (ПЧ), по крайней мере один из которых подключен к статору машины j2).

Однако из-за индуктивных токов в обоих ПЧ требуются узлы искусственной коммутации, что усложняет и 30 ухудшает массогабаритные показатели генератора.

Наиболее близким к предлагаемому является асинхронный вентильный генератор, содержащий асинхронную машину„ два преобразователя частоты, по крайней мере один из которых подключен к статору асинронной машины, и накопитель энергии (3).

В качестве накопителей энергии обычно используются аккумуляторы.

Параллельная работа с аккумуляторами, расширяя функциональные возможности генератора по количеству выходов и стартерному режиму, требует примене- ния согласующих отводов на обмотке статора асинхронной машины и применения низковольтного ПЧ. Это приводит к дополнительному усложнению и ухуд" шению массогабаритных показателей ге+ . нератора.

Цель изобретения — упрощение и улучшение массогабаритных показателей генератора.

Поставленная цель достигается тем, что генератор снабжен однофазным инвертором повышенной частоты, подключен ным через трансформатор к параллельно

-соединенным преобразователям частоты а выход постоянного тока инвертора

817922 замкнут на накопитель энергии, причем инвертор снабжен дополнительными ключами, замкнутыми на высоковольтные отводы трансформатора.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого генератора с короткозамкнутым ротором на фиг. 2 то же, с фазным ротором," на фиг. 3 — временная диа грамма напряжений и токов .генератора.

Асинхронный вентильный генератор состоит иэ асинхронной машины 1, пре- 10 образователя 2 частоты (ПЧ), подключенного к статору машины 1, и преобразователя 3 частоты с выходом для нагрузки переменного тока. Оба ПЧ выполнены на полупроводниковых симметричных ключах 4, например, на встреч- 15 но-параллельно включенных тиристорах.

Однофазными выходами ПЧ 2 и 3 подключены к обмотке 5 трансформатора б, к другой обмотке 7 которого подключен однофаэный инвертор 8 с нуле- 20 вым выводом и дополнительными ключами

9, замкнутыми на высоковольтные отводы обмотки 7. Для коммутации инвертора 8 и ключей 9 применима любая схе ма, например общий узел коммутации.

Для упрощения инвертор 8 и ключи

9 показаны на запираемых тиристорах.

Выход постоянного тока инвертора

8 замкнут на конденсатор 10 фильтра и аккумуляторы 11.

Генератор работает следующим образом.

Инвертор 8 создает на обмотке

5 прямоугольное напряжение постоянно повышенной частоты, из которого

ПЧ 2 и 3 формируют трехфазные напря35 жения рабочей частоты. Потребляя реак. тивную мощность, машина 1 при отрицательном скольжении выдает в ПЧ

2 активную мощность,.которая идет через ПЧ 3 в нагрузку переменного то- 40 ка. Незначительная часть активной мощности идет через обратные диоды инвертора 8 в аккумуляторы 11 и нагрузку постоянного тока.Для упрощения токи ПЧ показаны синусоидальными 45 (Фиг. 3), а их Фазовые сдвига соответствуют типичным сдвигам нри работе с асинхронным генератором и активно"индуктивной нагрузкой. Сплошными линями показаны токи, замыкающиеся на начало обмотки 5 (когда его пот внциал совпадает с потенциалом Форми)чуемого напряжения) .Из графического сужения токов видно,что ток обмотки ,5 Меньше тока одного ПЧ,но перед коммутацией инвертора 8 этот ток значительно возрастает из-эа необходимбсти коммутации обратных токов в

ПЧ 2 и 3 предварительным переключением тиристоров. Предварительным. пере ключенивм на ключи 9 и изменением 60 коэффициента трансформации на короткое время ток на стороне инвертора снижается при уменьшении напряжения на обмотке 5 до величины, достаточной для коммутации ПЧ. 65

За счет широтного фазового регулирования моментов открывания ключей

4 относительно фронтов импульсов напряжения обмотки 5 выходные напряжения ПЧ 2 и 3 формируются по любому закону, например прямоугольному с постоянным соотношением с. напряжением выхода ПЧ 2. Частота выхода ПЧ

3 постоянная и кратна частоте .инвертора 8, а частота выхода ПЧ 2 плавно регулируется. Изменением величины отрицательного скольжения путем регулирования частоты ПЧ 2 регулируют активную мощность, развиваемую асинхрон. ной машиной 1, что в автономной системе равносильно регулированию выходного напряжения. Таким образом, при переменной частоте вращения вала стабилизируются напряжения выходов постоянного и переменного токов постоянной частоты.

За счет широтного регулирования соотношения напряжений напряжение выхода ПЧ 2 регулируется пропорционально регулированию частоты. Это обеспечивает постоянство магнитного потока в асинхронной машине 1 при стабилизированных напряжениях на выходе генератора и возможность увеличения ее мощности с увеличением скорости и сохранением кратности перегрузочной способности.

Возможна также работа предлагаемого генератора с постоянной частотой вращения вала и регулированием частоты и напряжения на выходе, а также в режиме самовозбуждения с цир куляцией реактивных токов через конденсатор 10 при отключенных аккумуляторах 11. Возможен также двигательный режим, например, для запуска первичного двигателя автономного объекта. В этом режиме асинхронная машина 1 получает переменный ток регулируемой частоты и напряжение от аккумуляторов 11 через инвертор 8 и ПЧ

2 при отключенном управлении ПЧ 3.

Если используется машина с фазным ротором (фиг. 2), то ПЧ 3 подключают к фазному ротору, а нагрузки — к статору машины 1. Введение инвертора повышенной частоты позволяет перевести оба ПЧ на естественную коммутацию напряжением инвертора.Это сокращает число коммутирующих цепей и упрощает преобразователи генератора.

Параллельное подключение обоих

ПЧ к трансформатору позволяет направить преобладающую часть активной мощ« ности из одного ПЧ в другой нейосред- ственно. Через трансфоматор проходит незначительная часть активной мощности на выход постоянного тока и незначительные реактивные токи, нескомпенсированные между фазами и ПЧ.

Поэтому расчетные мощности трансформатора и инвертора не превышают поло. вины номинальной мощности генератора а с учетом еще и повышения частоты

817922 масса трансформатора составляет около 0,1 от массы асинхронной машины.

Введение дополнительного трансформатора позволяет устранить отводы в обмотке статора асинхронной машины и этим упростить ее и уменьшить ее расчетныую мощность на 25-40%. Введение дополнительных ключей и высоковольтных отводов позволяет за счет изменения коэффициента трансформации уменьшить ток коммутирующей цепи инвертора, не- о обходимый для естественной коммутации обоих ПЧ. Это дает воэможность уменьшить массу и объем общего узла .коммутации по отношению к массе и объему коммутирующих узлов, необходимых для каждого ПЧ. 15

Таким образом, за счет упрощения машины и преобразсвателей упрощается генератор, а за счет уменьшения расчетных. мощностей машины и коммутирующих цепей масса и объем генерато- Щ ра уменьшаются. Асинхронный вентильный генератор наиболее целесообразно использовать на автономных объектах как вспомогательный генератор постоянной частоты при переменной частоте вращения вала и как тяговый генератор для асинхронных тяговых двигателей.

Формула изобретения

1.Асинхронный вентильный генератор, содержащий асинхронную машину, два преобразователя частоты, по крайней мере один из которых подключен к статору асинхронной машины, и накопитель энергии постоянного тока, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения и улучшения массогабаритных показателей он снабжен однофазным инвертором повышенной частоты, подключенным через трансформатор к параллельно соединенным преобразователям частоты, а выход постоянного тока указанного инвертора замкнут на накопитель энергии постоянного тока.

2. Генератор по п. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что, инвертор снабжен дополнительными ключами, замкнутыми на высоковольтные отводы обмотки трансформатора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Иатент США М 3958174, кл. 322-47, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 493893, кл. H 02 H 7/О, 1974.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 943121, кл. Н 02 P 9/44, 1976.

817922 пча

Оач.5

Фиа. Я

Составитель A.Ëåáåäåâ

Редактор М.Митровка Техред Т.Маточка Корректор О.Билак

Заказ 1478/75 Тираж 730 Подписное

BHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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