Автономная система электроснабжения

 

(72) Авторы изобретении

Н. Д. Панов и Ж. Л. Скворцов

J (71) Заявитель (54) АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Изобретение относится к производству электроэнергии и может быть использовано в ветровых и гидравлических электростанциях, в валогенераторных установках транспортных средств и в других элекгрогенерируюших установках, использующих энергию с нестабильными параметрами.

Известны устройства для получения электроэнергии стабилизированной частоты при перемен30 ной частоте вращения вала первичного двигателя, выполненные на основе использования асинхронных генераторов )1) .

В таких устройствах стабилизация частоты вырабатываемой электроэнергии обеспечивается за счет изменения частоты поля возбуждения генератора в соответствии с изменением частоты вращения вала. Оцнако использование таких устройств связано с большим расходом электроэнергии на возбуждение генератора и с неустойчивостью параллельной работы. Кроме . того, устройства. имеют сложную схему, требуют включения в их состав преобразователя частоты со специальной системой управления, 2 источника реактивной мощности и ряда других элементов.

Наиболее близким техническим решением к данной системе является автономная система электроснабжения, содержащая синхронный

I генератор, подключенный к его выходу непосредственный преобразователь частоты на полностью управляемых ключах и блок управления, выполненный в виде эталонного генератора, сумматора частот синхронного и эталонного генератора, умножителя частоты и распределителя управляющих импульсов j 2).

Недостатком этого устройства является наличие в его составе такого сложного звена, как непосредственный преобразователь частоты с . болыпим количеством управляемых полу роводниковых вентилей. Это звено делает систему сложной, снимает ее надежность, ограничивает рабочий диапазон изменения частоты spaщения приводного вала.

Цель изобретения — упрощение, повышение надежности и расширение рабочего диапазона изменения частоты вращения вала первичного двигателя.

3 982178

Указанная цель достигается тем, что оьмотка, статора (якоря) синхронного генератора выполнена с числом фаэ, кратным трем, и с углом сдвига фаз, кратным трем электрическим градусам, при этом каждая фаза обмотки расщеплена на три параллельные гальванически изолированные друг от друга ветви„система снабжена управляемыми полупроводниковыми коммутаторами нулевых. точек трехфазных звезд по числу фаз обмотки статора, начала 1п ветвей всех фаз обмотки статора синхронного генератора присоединены к каждому из трех выводных зажимов таким образом, что номера ветвей, последовательно расположенных на статоре фаз, периодически меняются от первого до третьего, при этом первая ветвь на первом зажиме соответствует фазе номер один, на втором зажиме — фазе номер „+ 1, на

4 О третьем — фазе номер — + 1, концы вет240

0( вей с одинаковыми номерами, принадлежащих каждым трем фазам, сдвинутым относительно друг друга на угол, равный 120 эл. град., подключены к отдельному коммутатору, а каждый выход распределителя присоединен к управляюшему входу на отключение одного коммутато- $ ра и включение последующего коммутатора.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема устроиства; на фиг. 2 — диаграмма формирования напряжения стабилизированной частоты на выводном зажиме синхронного генератора: а — при трехфазном генераторе; б-при шести фаэном генераторе.

Схема включает ротор синхронного генератора (СГ) 1, статор Сà — 2, блок управления 3, генератор эталонной частоты,4, сумматор частот

5,умножитель частоты 6, распределитель импуль3$ сов 7, полупроводниковые коммутаторы 8 — 10, выводные зажимы СГ 11 — 13, каналы управля-. ющих импульсов 14 — 16.

Устройство работает следующим образом.

Пусть ротор 1 возбужденного синхронного генератора с числом фаэ обмотки статора m, .равным, например, трем, вращается с частотой и оборотов в минуту. Тогда во всех ветвях

его обмотки статора 2 индуктируется ЭДС с частотой р-и

f —, (4) гб (эР где Р— число пар полюсов СГ.

Применяемый в устройстве блок управления 3 обеспечивает выработку генератором 4 сигнала эталонной частоты f э,„суммирование этой частоты с частотой f (сумматором 5), умножение частоты сигнала в. m раз с помощью умножителя 6 и затем подачу сигналов частотой тавр и (гэч гс ) (2) $$ с помощью распределителя импульсов 7 на управление полупроводниковыми коммутаторами

8 — 10.

Предположим, что в данный момент времени коммутатор 10 включен, при этом скоммутирована нулевая точка генерирующей системы соответствующей ветвям b3, и на выводном зажиме 11 действует напряжение фазы С. При подаче управляющего ситнала с выхода распределителя 7 по каналу 16 на управляющий вход коммутаторов 10 и 8 отключается комму татор 10 и одновременно включается коммутатор 8. При этом раскоммутируется генерирующая система (звезда) с ветвями ЬЗ и коммутируется звезда с ветвями bl. На выводном зажиме 11 напряжение фазы С сменяется нанряжением фазы А. При подаче управляющего сигнала от распределителя 7 по каналу 14 коммутируется нулевая точка звезды с ветвями Ь2 и раскоммутируется нулевая точка звезды с ветвями Ьl. Напряжение фазы А на зажиме 11 сменяется напряжением фазы В и так далее в последовательности, показанной на фиг. 2а.

Результирующее напряжение на каждом выводном зажиме генератора формируется из

"кусков" синусоид фаэных напряжений отдельных генерирующих звезд, а частота результирующего напряжения определяется равенством

Или в соответствии с равенством (2) частота напряжения на выводных зажимах автономной системы равна

In (гэч+ т гс > выем tn гс = гэч

Следовательно, частота выходного напряжения предлагаемой автономной системы электроснабжения не зависит от частоты вращения вала СГ и определяется только частотой сигнала генератора эталонной частоты.

С увеличением количества фаз обмотки статора СГ значительно улучшается форма кривой выходного напряжения и улучшаются условия его фильтрации в синусоидальную форму (фиг. 2б).

Формула изобретения

Автономная система электроснабжения стабильной частоты, содержащая синхронный генератор с переменной частотой вращения вала и блок управления, состоящий иэ последовательно соединенных генератора эталонной частоты, сумматора частот синхронного и эталонного генераторов, умножителя и распределителя импульсов, отличающаяся тем, что, C целью упрощения, повышения надежности и расширения рабочего диапазона изменения частоты вращения вала первичного двигателя, обмотка статора (якоря) синхронного генератора вы5 982178 4 полнела с числом фаз, кратным трем, и с утлом ром зажиме — фазе номер — + 1, на тре.ффр сдвига фаз а, кратным трем электрическим тьем — фазе номер — + i, концы ветвей с г4О арМПкма, прн мом ккппан фаза обмотка рас- оппнакоаымн номорамн, прннаднажмпнк кажа щеплена на три параллельные гальванически дым трем фазам, сдвинутым относительно друг изолированные друг от друга ветвй, система друга на угол, равный 120 эл. град. подключены снабжена управляемыми полупроводниковыми к отдельному коммутатору, Ф каждый выход коммутаторами нулевых точек трехфазных звезд распределителя присоединен к управляющему по числу фаз обмотки статора, начала ветвей входу на отключение одного коммутатора н всех фаз обмотки статора синхронного генера- включение последующего коммутатора. тора присоединены к каждому из трех вывод- 1ф Источники информации ных зажимов .таким образом, что номера вет- принятые во внимание при экспертизе вей, последовательно расположенных на стато- 1, Торопцев Н. Д. Авиационные асинхронные ре фаз, периодически меняются от первого до генераторы. М., "Транспорт", 1970. третьего, при этом первая ветвь на первом за- 2. Авторское свидетельство СССР У 6030В7; жиме соответствует фазе номер один, на вто- 1я кл. Н 02 P 9/42, 1976.