ГЕНЕРАТОР В СБОРЕ Российский патент 2011 года по МПК H02P9/06 H02P9/30 H02P9/40 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к генератору в сборе в соответствии с независимым п.1 формулы изобретения.

Уровень техники

Известен генератор в сборе, содержащий генератор переменного тока, вращаемый приводным двигателем с переменной частотой вращения, например дизельным двигателем, при этом генерируемая электроэнергия подводится к нагрузке через преобразователь частоты. Преобразователь частоты содержит промежуточную цепь постоянного напряжения, которая питается генератором переменного тока через диодный мост. Переменная частота вращения генератора переменного тока, являющаяся следствием переменной частоты вращения приводного двигателя, приводит к тому, что напряжение цепи постоянного напряжения преобразователя частоты также изменяется. Поэтому генератор в сборе имеет повышающий чоппер, предназначенный для поддержания неизменного значения напряжения промежуточной цепи постоянного напряжения. Недостатком такого генератора в сборе является относительная сложность поддержания неизменного напряжения промежуточной цепи постоянного напряжения описанным выше способом.

Раскрытие изобретения

Целью изобретения является создание генератора в сборе, содержащего генератор переменного тока, в котором напряжение промежуточной цепи постоянного напряжения может поддерживаться по существу неизменным без использования чоппера даже при вращении генератора переменного тока приводным двигателем с переменной частотой вращения. Цель изобретения достигается генератором в сборе, который охарактеризован в независимом пункте формулы изобретения. Предпочтительные примеры осуществления изобретения охарактеризованы в зависимых пунктах.

Изобретение основано на подходе, в котором намагниченность генератора переменного тока регулируется в зависимости от выходного напряжения генератора, а мощность генератора переменного тока регулируется путем изменения связанной с моментом составляющей тока, протекающего в элементе связи по переменному току генератора.

Преимущество предлагаемого генератора в сборе заключается в том, что постоянное напряжение, генерируемое первым преобразовательным элементом, питаемым генератором переменного тока, может поддерживаться по существу неизменным без использования чоппера,

Краткое описание чертежей

Предпочтительные примеры осуществления изобретения описаны более подробно ниже со ссылкой на прилагаемые графические материалы, на которых

фиг.1 представляет собой генератор в сборе в соответствии с одним из примеров осуществления изобретения, и

фиг.2 представляет собой упрощенную принципиальную схему первого преобразовательного элемента генератора в сборе.

Осуществление изобретения

Генератор в сборе, показанный на фиг.1, включает приводной двигатель 14, генераторные средства, содержащие генератор 2 переменного тока, преобразователь 18 частоты и электродвигатель 16. Вал приводного двигателя 14 соединен с генератором 2 переменного тока для передачи механической энергии между приводным двигателем 14 и генератором 2 переменного тока. Приводной двигатель 14 может быть приводным двигателем с переменной частотой вращения, например дизельным двигателем с переменной частотой вращения.

Генераторные средства предназначены для преобразования механической энергии приводного двигателя 14 в электрическую энергию переменного тока. В дополнение к генератору 2 переменного тока генераторные средства включают элемент связи по переменному току, регулятор 4 напряжения и средства 6 измерения напряжения переменного тока. Элемент связи по переменному току генераторных средств предназначен для передачи электрической энергии переменного тока от генератора 2 переменного тока, регулятор 4 напряжения предназначен для регулирования напряжения элемента связи по переменному току генераторных средств, а средства 6 измерения напряжения переменного тока предназначены для измерения напряжения элемента связи по переменному току генераторных средств.

Преобразователь 18 частоты включает первый преобразовательный элемент 11, второй преобразовательный элемент 12 и промежуточную цепь 13 постоянного напряжения. Первый преобразовательный элемент 11 содержит элемент связи по переменному току, соединенный с элементом связи по переменному току генераторных средств, и элемент связи по постоянному току, соединенный с промежуточной цепью 13 постоянного напряжения. Первый преобразовательный элемент 11 предназначен для выпрямления напряжения, подаваемого на его элемент связи по переменному току, в напряжение постоянного тока и питания этим напряжением постоянного тока промежуточной цепи 13 постоянного напряжения через элемент связи по постоянному току. Второй преобразовательный элемент 12 содержит элемент связи по постоянному току, соединенный с промежуточной цепью 13 постоянного напряжения, и элемент связи по переменному току, соединенный с электродвигателем 16. Второй преобразовательный элемент 12 предназначен для инвертирования напряжения постоянного тока промежуточной цепи 13 постоянного напряжения в напряжение переменного тока и питания электродвигателя 16 этим напряжением.

Преобразователь 18 частоты также включает средства 8 измерения напряжения постоянного тока, предназначенные для измерения напряжения промежуточной цепи 13 постоянного напряжения, и контроллер 10, предназначенный для управления работой первого преобразовательного элемента 11. Что касается передачи данных, средства 8 измерения напряжения постоянного тока соединены с контроллером 10 для передачи в контроллер 10 данных, соответствующих напряжению промежуточной цепи 13 постоянного напряжения. Контроллер 10 выполнен с возможностью регулирования составляющих тока, протекающего в элементе связи по переменному току первого преобразовательного элемента 11: составляющей I_d, соответствующей намагниченности, и составляющей I_q, соответствующей моменту.

Контроллер 10 предназначен для управления мощностью генератора 2 переменного тока на основе данных, соответствующих напряжению промежуточной цепи 13 постоянного напряжения и полученных от средств 8 измерения напряжения постоянного тока. Управление мощностью реализовано таким образом, что контроллер 10 изменяет соответствующую моменту составляющую I_q тока, протекающего в элементе связи по переменному току первого преобразовательного элемента 11, так, чтобы обеспечить требуемую мощность генератора 2 переменного тока.

Регулятор 4 напряжения генераторных средств предназначен для регулирования намагниченности генератора 2 переменного тока на основе данных, соответствующих напряжению элемента связи по переменному току и полученных от средств 6 измерения напряжения переменного тока.

Первый преобразовательный элемент 11 предназначен для ограничения величины связанной с намагниченностью составляющей I_d тока, протекающего в элементе связи по переменному току, при этом ограничение выполняется таким образом, чтобы регулятор 4 напряжения оставался в пределах нормального рабочего диапазона во всех режимах работы. Величина связанной с намагниченностью составляющей I_d тока, обеспечиваемая первым преобразовательным элементом 11, регулируется контроллером 10.

Генерирование связанной с намагниченностью составляющей I_d первым преобразовательным элементом 11 увеличивает потери генератора в сборе. Кроме того, связанная с намагниченностью составляющая I_d должна быть учтена при проектировании первого преобразовательного элемента 11.

Степень намагниченности генератора 2 переменного тока влияет на выходное напряжение генератора 2 переменного тока и, следовательно, на напряжение элемента связи по переменному току генератора в сборе. В соответствии с описанным выше, напряжение элемента связи по переменному току генератора в сборе можно регулировать с помощью только регулятора 4 напряжения или с помощью как первого преобразовательного элемента 11, так и регулятора напряжения.

Регулятор 4 напряжения и контроллер 10 первого преобразовательного элемента 11 работают независимо, без взаимного обмена данными. Таким образом, регулятор 4 напряжения стремится регулировать напряжение элемента связи по переменному току генератора в сборе в соответствии с величиной задания независимо от работы первого преобразовательного элемента 11.

На фиг.2 показана упрощенная принципиальная схема первого преобразовательного элемента 11. Из фиг.2 видно, что первый преобразовательный элемент 11 содержит шесть биполярных транзисторов S1-S6 с изолированным затвором и шесть диодов D1-D6, причем каждый диод D1-D6 соединен встречно-параллельно с соответствующим биполярным транзистором. Биполярные транзисторы с изолированным затвором, то есть IGBT транзисторы, и образованные ими соединения по мостовой схеме общеизвестны в данной области техники и поэтому ниже подробно не описаны.

Структура второго преобразовательного элемента 12 может быть такой же, как первого преобразовательного элемента, показанного на фиг.2. В этом случае генератор в сборе представляет собой четырехвкадрантный электропривод, в котором электрическая энергия может подводиться как от генератора 2 переменного тока к электродвигателю 2, так и наоборот. В четырехквадрантном электроприводе частота вращения и направление момента электрической машины могут быть свободно изменены. Четырехквадрантный привод может применяться, например, в грузоподъемных устройствах.

В других примерах осуществления структура второго преобразовательного элемента может отличаться от структуры первого преобразовательного элемента. Вместо четырехквадрантного привода генератор в сборе может быть выполнен как одноквадрантный или двухквадрантный привод. Кроме того, генератор в сборе может содержать тормозные резисторы.

Промежуточная цепь постоянного напряжения генератора в сборе может питать более одного электродвигателя. В дополнение к различным электродвигателям переменного тока генератор в сборе может также питать электродвигатели постоянного тока. Каждый электродвигатель переменного тока может питаться соответствующим инвертором. Каждый электродвигатель постоянного тока может питаться непосредственно от промежуточной цепи постоянного напряжения или соответствующего преобразователя постоянного тока. Кроме того, промежуточная цепь генератора в сборе может быть приспособлена для питания нагрузок другого типа, отличных от электродвигателей.

В одном из примеров осуществления изобретения генератор переменного тока представляет собой бесщеточный синхронный генератор, а необходимая энергия намагничивания обеспечивается вспомогательным генератором на постоянных магнитах, установленным на его валу. Также могут использоваться генераторы переменного тока других типов. Кроме того, к промежуточной цепи постоянного напряжения можно подключить множество генераторов переменного тока, каждый из которых может быть подключен к промежуточной цепи постоянного напряжения с помощью отдельного выпрямителя.

Для специалиста в данной области техники очевидно, что основополагающая идея изобретения может быть реализована многими способами. Таким образом, изобретение и примеры его осуществления не ограничиваются приведенным выше описанием и могут быть изменены в пределах объема формулы.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в генераторах переменного тока. Техническим результатом является поддержание напряжения неизменным без использования чоппера даже при вращении генератора переменного тока приводным двигателем с переменной частотой вращения. Генератор в сборе включает генераторные средства и первый преобразовательный элемент (11). Генераторные средства предназначены для преобразования механической энергии в электрическую энергию и содержат генератор (2) переменного тока, регулятор (4) напряжения и элемент связи по переменному току. Регулятор (4) напряжения предназначен для регулирования намагниченности генератора (2) переменного тока на основе данных, соответствующих напряжению элемента связи по переменному току генераторных средств. Элемент связи по переменному току предназначен для передачи электрической энергии от генератора (2) переменного тока к первому преобразовательному элементу (11), который предназначен для выпрямления напряжения, приложенного к элементу связи по переменному току, в напряжение постоянного тока. Первый преобразовательный элемент (11) также предназначен для регулирования мощности генератора (2) переменного тока путем изменения соответствующей моменту составляющей (I_q) тока, протекающего в элементе связи по переменному току (2), так, чтобы обеспечить требуемую величину мощности генератора переменного тока. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Генератор в сборе, включающий генераторные средства и первый преобразовательный элемент (11), причем генераторные средства выполнены с возможностью преобразования механической энергии в электрическую энергию и содержат генератор (2) переменного тока, регулятор (4) напряжения и элемент связи по переменному току, при этом регулятор (4) напряжения выполнен с возможностью регулирования намагниченности генератора (2) переменного тока на основе данных, соответствующих напряжению элемента связи по переменному току генераторных средств, а элемент связи по переменному току выполнен с возможностью передачи электрической энергии от генератора (2) переменного тока к первому преобразовательному элементу (11), причем первый преобразовательный элемент (11) выполнен с возможностью выпрямления напряжения, приложенного к элементу связи по переменному току, в напряжение постоянного тока, отличающийся тем, что первый преобразовательный элемент (11) выполнен с возможностью регулирования мощности генератора (2) переменного тока путем изменения соответствующей моменту составляющей (I_q) тока, протекающего в элементе связи по переменному току, так, чтобы обеспечить требуемую величину мощности генератора (2) переменного тока, причем первый преобразовательный элемент (11) дополнительно выполнен с возможностью ограничения величины, связанной с намагниченностью составляющей (I_d) тока, протекающего в элементе связи по переменному току, при этом ограничение выполняется таким образом, чтобы регулятор (4) напряжения оставался в пределах нормального рабочего диапазона во всех режимах работы.

2. Генератор по п.1, отличающийся тем, что содержит промежуточную цепь (13) постоянного напряжения для питания напряжением постоянного тока, генерируемым первым преобразовательным элементом (11), причем первый преобразовательный элемент (11) выполнен с возможностью регулирования мощности генератора (2) переменного тока на основе данных, соответствующих напряжению промежуточной цепи (13) постоянного напряжения.

3. Генератор по п.1 или 2, отличающийся тем, что первый преобразовательный элемент (11) содержит соединение по мостовой схеме, имеющее множество управляемых ключей (S1-S6).