Отказобезопасная система генерирования электрической энергии Российский патент 2024 года по МПК H02H7/06 H02P9/00 

Изобретение относится к области электроэнергетики, в частности к системам электроснабжения автономных объектов, и может быть использовано при проектировании источников электроэнергии, выполненных на основе механоэлектрических систем генерирования.

Известна система генерирования электрической энергии, содержащая источник механической энергии, приводящий во вращение вал магнитоэлектрического генератора, нагруженного на статический преобразователь частоты, который подключен к нагрузке [Поспелов Л.И. «Конструкции авиационных электрических машин», Москва, «ЭНЕРГОИЗДАТ», 1982, с. 262-264]. При любой аварии внутри генератора или необратимой аварии в его нагрузке, например, статическом преобразователе, узел защиты формирует сигнал аварии, размыкающий расцепитель, посредством которого вал генератора соединяется с валом источника механической энергии.

Недостатком аналога является невысокая надежность энергообеспечения потребителя ввиду отключения канала генерирования при аварии. Также, при межвитковом замыкании в обмотке статора, в короткозамкнутых витках наводятся вихревые токи и температура обмотки повышается, что снижает надежность магнитоэлектрического генератора.

Известно устройство электропитания постоянным током автономного транспортного судна [Патент РФ № 150254 U1, МПК Н02Р9/04, B60L 11/08, B63H 21/00, B63H 21/14, B63H 21/16, опубликовано 10.02.2015 г.], содержащее газотурбинный двигатель, который двумя валами отбора мощности соединен с электромеханической передачей, включающей дифференциальный мультипликатор, соединенный с ним электромагнитный тормоз-расцепитель, генератор, соединенный с бесконтактным электродвигателем постоянного тока, вал которого соединен с водилом дифференциального мультипликатора, соединенным с генератором через электромагнитный тормоз-расцепитель, магнитоэлектрический генератор, соединенный через трехфазную систему проводов с выпрямительным устройством, соединенным с блоком коммутации, блок коммутации соединен с блоком управления, который соединен с электромагнитным тормозом-расцепителем.

Недостатком аналога является невысокая надежность энергообеспечения потребителя ввиду отключения канала генерирования при аварии. Невозможность работы канала генерирования с неполной мощностью.

Известна система генерирования электрической энергии [патент РФ №64832 U1, МПК H02P 9/00, опубликовано 10.07.2007 г.], содержащая источник механической энергии, приводящий во вращение вал синхронного генератора с постоянными магнитами, выходные выводы которого предназначены для подключения нагрузки, при этом во внутренние токовые цепи генератора введен датчик его аварийного состояния, выход которого соединен с входом введенного узла защиты, исполнительный орган которого выполнен в виде управляемых ключей, силовые цепи которых подсоединены параллельно выводам каждой пары фазных обмоток генератора, обеспечивая при аварии внутри генератора формирование тока размагничивания постоянных магнитов.

Недостатком аналога является перегрев генератора при межвитковом замыкании в обмотке статора. Невозможность работы канала генерирования с неполной мощностью.

Наиболее близким к заявляемой является система электроснабжения [патент РФ №71046U1, МПК Н02Р 9/00, опубликовано 20.02.2008 г.], содержащая источник механической энергии, приводящий во вращение вал магнитоэлектрического генератора, выходные выводы фазных цепей которого, образованные первыми выводами его фазных обмоток, подключены через цепи фидера к входу статического преобразователя частоты, включающего в себя выпрямитель и управляемый инвертор, выходные выводы которого предназначены для подключения нагрузки, первые и вторые датчики, определяющие состояние фазных цепей генератора и внутренних цепей статического преобразователя частоты соответственно, узел защиты, первый вход которого присоединен к выходам вторых датчиков, а выход к - входам управления исполнительных ключей, отличающееся тем, что нормально замкнутые цепи исполнительных ключей включены последовательно в фазные цепи генератора между точками их объединения и вторыми выводами его фазных обмоток, а в местах подключения цепей фидера к входу статического преобразователя частоты установлены дополнительные датчики тока, выходы которых присоединены к первому входу введенного дифференциального узла, к второму входу которого подключены выходы первых датчиков, а выход дифференциального узла присоединен к второму входу узла защиты, который выполнен обеспечивающим размыкание цепей исполнительных ключей при авариях внутри цепей фидера и внутри фазных цепей генератора, а также недопустимых токовых перегрузках при авариях внутри статического преобразователя частоты.

Недостатком аналога является невысокая надежность энергообеспечения потребителя ввиду отключения канала генерирования. Невозможность работы канала генерирования с неполной мощностью.

Техническим результатом является повышение надежности энергообеспечения потребителя за счет обеспечения возможности работы канала генерирования с неполной мощностью при отказе в обмотке статора.

Технический результат достигается тем, что в системе генерирования электрической энергии, содержащей источник механической энергии, связанный через расцепитель с валом магнитоэлектрического генератора, статический преобразователь частоты, выходные выводы которого предназначены для подключения нагрузки, первые и вторые датчики, определяющие состояние фазных обмоток магнитоэлектрического генератора, согласно изобретению, магнитоэлектрический генератор выполнен с многофазной катушечной обмоткой, каждая катушка которой расположена на отдельном зубце, а напротив каждой катушки многофазной обмотки установлены пиротехнические патроны, выходы которых присоединены к блоку управления, обеспечивающему их детонацию при коротких замыканиях в катушках многофазной обмотки магнитоэлектрического генератора.

Существо изобретения поясняется схемой отказобезопасной системы генерирования электрической энергии.

Предлагаемая отказобезопасная система генерирования электрической энергии содержит источник механической энергии 1, связанный через расцепитель 2 с валом магнитоэлектрического генератора 3, статический преобразователь частоты 4, выходные выводы которого предназначены для подключения нагрузки (на фиг. не показана), первые 5 и вторые 6 датчики, определяющие состояние катушек 7 многофазной обмотки магнитоэлектрического генератора 3, блок управления 8, а напротив каждой катушки 7 многофазной обмотки установлены пиротехнические патроны 9, выходы которых присоединены к блоку управления 8, обеспечивающему их детонацию при коротких замыканиях в катушках 7 многофазной обмотки магнитоэлектрического генератора 3.

Повышение надежности системы генерирования электрической энергии обеспечивается путем разрыва короткозамкнутых витков катушки/катушек многофазной обмотки и продолжении работы магнитоэлектрического генератора с пониженной мощностью. При этом короткозамкнутый виток ликвидируется, предотвращаются местные нагревы в зонах коротких замыканий, а вращение ротора магнитоэлектрического генератора продолжается и электроснабжение потребителей не прерывается.

Отказобезопасная система генерирования электрической энергии работает следующим образом. При возникновении короткого замыкания в катушке 7 многофазной обмотки происходит резкое увеличение тока и соответственно ее местный нагрев. На блок управления 8 поступает информация с датчиков температуры 5, 6 каждой катушки многофазной обмотки. Датчики температуры 5, 6 установлены с обеих сторон в лобовых частях катушек 7 многофазной обмотки, чтобы исключить ложное срабатывание блока управления 8. При увеличении температуры в катушке 7 многофазной обмотки, при превышении разности поступающих сигналов выше заданного порога срабатывания, блок управления 8 формирует выходной сигнал управления на пиротехнический патрон 9, находящийся напротив короткозамкнутой катушки 7 многофазной обмотки, после чего пиротехнический патрон 9 детонирует и разрезает своим заостренным неэлектропроводным штифтом соответствующую короткозамкнутую катушку 7 многофазной обмотки.

При отказах магнитоэлектрического генератора 3, связанных с его механическими разрушениями, например, выходом из строя подшипников, блоком управления 8 может быть сформирован сигнал одноразовой защиты, предусматривающий разрыв расцепителя 2.

Разрыв катушки/катушек многофазной обмотки с короткозамкнутым витком позволяет предотвратить местный нагрев и отключение магнитоэлектрического генератора и тем самым продолжить электроснабжение потребителей.

Таким образом, предлагаемая конструкция позволяет повысить надежность энергообеспечения потребителя за счет обеспечения возможности работы канала генерирования с неполной мощностью при отказе в обмотке статора.

Изобретение относится к области электроэнергетики, в частности к системам электроснабжения автономных объектов, и может быть использовано при проектировании источников электроэнергии, выполненных на основе механоэлектрических систем генерирования. Техническим результатом является повышение надежности энергообеспечения потребителя за счет обеспечения возможности работы канала генерирования с неполной мощностью при отказе в обмотке статора. Отказобезопасная система генерирования электрической энергии содержит источник механической энергии, связанный через расцепитель с валом магнитоэлектрического генератора, статический преобразователь частоты, выходные выводы которого предназначены для подключения нагрузки, первые и вторые датчики, определяющие состояние фазных обмоток магнитоэлектрического генератора. Магнитоэлектрический генератор выполнен с многофазной катушечной обмоткой, каждая катушка которой расположена на отдельном зубце, а напротив каждой катушки многофазной обмотки установлены пиротехнические патроны, выходы которых присоединены к блоку управления, обеспечивающему их детонацию при коротких замыканиях в катушках многофазной обмотки магнитоэлектрического генератора. 1 ил.

Отказобезопасная система генерирования электрической энергии, содержащая источник механической энергии, связанный через расцепитель с валом магнитоэлектрического генератора, статический преобразователь частоты, выходные выводы которого предназначены для подключения нагрузки, первые и вторые датчики, определяющие состояние фазных обмоток магнитоэлектрического генератора, отличающаяся тем, что магнитоэлектрический генератор выполнен с многофазной катушечной обмоткой, каждая катушка которой расположена на отдельном зубце, а напротив каждой катушки многофазной обмотки установлены пиротехнические патроны, выходы которых присоединены к блоку управления, обеспечивающему их детонацию при коротких замыканиях в катушках многофазной обмотки магнитоэлектрического генератора.