Автономная система электроснабжения Советский патент 1979 года по МПК H02M5/04 

(54) АВТрНОМНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

.: -: . ,.- ,, Изобретение относится к электрбтйснике, а именно k электрический машинам (И силовой преобразовательной технике,и моЖбт быть использовано в качестве системы Электроснабжения (СЭС) различных, в частности, подвижных объектов С приводом reHejiiatopaот силовой тяговой установки, име1бщей переменную ск:6рбсть вращения вала,в зависимости от режима работы объекта, а также - в вётроси-Г левых установках.Г i Известна автономная СЭС стабильной . частоты при переменной скорости вращений вала, содержащая асиахройный f1l фазный генератор, индуктор которого под. ключен к нреобразов1ателю частоть, обес пеЧйва оШег ЬбоТвётствутбЫий закон из менения частоты и напряжения На йндуктбрной обмотке асинхронного генератора Недостатком такой СЭС является зависимс)сть КПД асикхронного генераторй от скольжанИя. Это ограничивает ее при.менение... . Известна также СЭС, содержащая син.хрЬнньй генератор, якорные обмотки крторого пс дключен1Ь1 к преобразователю чабтоты, выполненному; виде последовательно соединенных: вьшрйМ11теля и инвертора. Инвертор обеспечивает преобразование постоянного напряжения выпрямителя в напряжение переменного тока стабильной частоть 2. Недостатками такой СЭС являются низкое качество выходного напряжения, невозможность обмена реактивной энергией Между генераторами и нагрузкой, что требует введения дополнительных С рёдствЛ Й1Я её Компенсации, а также невозможность рекуперации активной мощнбстй нагрузки генератор на вал. Кроме того, известна СЭС, содержащая сий,хронный генератор, индукторная обмотка которого подключена к источнику модулирую.щего напряжения, а фазные якорные обмотки -, к выпрямителям, выходы которых соединены последовательно и подключены к полупроводниковому ком-1 мутатору, обеспочивающему коммутацию полуволн выпрямленного напряжения з. Наи.более близкой по технической сущности к предложенной является СЭС, содержашая расположенные на общем валу основной синхронный генератор, к якорным обмоткам которого подключен непосредственный преобразователь частоты с блоком управления, возбудитель, выполненный в виде обращенной электрической машины с ( -фазной якорной обмоткой, подвозбудитгль, выполненный в виде синхронной машины с постоянными магtifttaWH, число пар полюсов которого равно числу пар полюсов возбудителя, а обмртка индуктора возбудителя связана с выхойной обмоткой под возбудителя, регулирующий блок, связанный с якорными обмотками подвозбудителя и источник напряжения 4. Такая СЭС характеризуется невысоким качеством выходного напряжения, особенно при увеличенном диапазоне изменения скорости вращения вала, а также сравниГельно сложной системой управления. Цепью изобретения является улучш&нйе качества выходного напряжения СЭС и упрощение системы электроснабжения. Это достигается тем, что в продложенной СЭС основной гёнерйтор выполне в виде У числа многофазных электрических машин, обмотки возбуждения кото рьЛ подключены к vn -фазной якорной о мотке возбудителя, обмотка индуктора возбудителя вьтолнена уп-разной, сис тема дополнительно снабжена задающим генератором, вьгход Kotoporo подключен входам управления регулирующего блока, а-его цепи через блок питания соединены с выходом подвозбудителя. Упрощение системы электроснабжения обеспечивается тем, что каждая фаза якорной обмотки подвозбудиталя вьтолнена в виде двух последовательно соединенных между собой катушек, а регулирующий блок - в виде двух многофазных вентильных мостов, Каждый из которых снабжен управляемым ключевый элементом, включенным на его выходе, причем свободные концы катушек якорной обмот подвозбудителй подКлючёньГ к ШёоЖам п ременного тока вентильвых мостов, а то KR соединения катушек фаз якорной обмо кк образуют выход подвозбудителя. Это позволяет также существенно ynpiKiTHTb систему управления непосредствец.ным преобразователем частоты и з счет этого повысить функциональную надежность СЭС, На фиг. 1 - приведена принципиальная схема автономной системы СЭС, например, с трехфазньпу выходом: на. фиг, 2 диаграммы выходного напряжения подвозбудителя (для трех фаз) и алгоритмы переключения ключей регулирующего блока (РБ) для двух углов регулирования (оС 0, ), на фиг. 3 - представлена форма напряжения СЭС одной фазьи Многофазный источник электроснабжения в трехфазном варианте (фиг. i) содержит эл,ектрические машины 1,2,3 основного трехфазного генератора с основными непосредственными преобразователями 4,5,6 частоты на выходе, обращенную электрическую машину возбудитель .7 с индукторной трехфазной обмоткой на статоре и якорной трехфазной обмоткой на роторе, магнитоэлектрический подвозбудитель 8, регулирующий блок 9, блок .питания 10 и задающий генератор 11 управляющих импульсов. Электрические машины 1,2, 3 основного генерато ра, возбудитель 7 и подвозбудитель 8 объединеныв одном корпусе, а их роторы расположены на одном валу. Число пар полюсов возбудителя 7 и подвозбудителя 8 равно. Число пар полюсов электрических машин 1,2,3 основного генератора равно и отлично от числа пар полюсов возбудителя 7 и подвозбудителя 8. Для стабилизации частоты СЭС необходимо в обмотки возбуждения электрических машин 1,2, 3 основного генератора подавать синусоидальное напряжение вькодной Частоть. В качества источника возбуждения машин 1,2,3 основного генератора используют подвозбудитель 8, возбудитель 7 и регулирующий блок 9. Регулирующий блок 9 в виде вентильных мостов, нагруженных на транзисторы, подключен к концам катушек якорной обмотки подвозбудителя 8. Частота генератора управляющих импульсов в данном случае постоянна и равна выходной частоте СЭС. Задающий генератор 11 подкл1о-. чен на вьгход блока питания 10, которьШ питается от подвозбудителя 8. . Стабилизация частоты на якорных обмотках возбудителя осуществляется изменением частоты и чередования фаз питания его индукторной обмотки, причем частота вращения поля якоря, создаваемого полем обмоток индуктора относительно 5 якорной обмотки, поддерживается постоя ной, равной выходной частоте СЭС i B -t Pnp : р -частота основной гармоники тока якорной обмотки возб дителя; f - частота основной Гармоник тока в индукторной обмотке возбудителя, изменяемая авт матаческим регулирующим б ком 9 в функции скорос.ти пр вода (скольжения); р - число пар полюсов возбуди. тепя:. п - частота вращения привода. Знак плюс относится к случаю, когда н,с. индукторной обмотки вращается в сторону врашения ротора возбудителя, а знак минус ;- когда это вратаенне происходит в обратном направлении. Частота первой гармоники тока f равна . i1. В f где пв -.Частота напряжения в р6 мотках подвозбуйителяё| Р - число пар полюсов подвозбудителя, равное числу . пар полюсов возбудителя) ц - частота генератора управляющих импульсов, величана постоянная, )равная частоте СЭС. Повьшение частоты врашения привода выше синхронной скорости , ВОДИТ к увеличению частоты напряжения в обмотках подвозбудителя НО частота коммутации ключей по:стоянна, следовательно частота изменяетс (увеличивается) пропорционально скольжению, а в якорной обмотке возбудителя наводится ток постоянной частоты f« при л1обой скорости вращений привода. Регулирование выходного напряже- ния СЭС .обеспечиваетсярегулирующим блоком 9 за счет введения в алгоритм переключе}1ия еГо ключей двух регулируемых по длительности импульсов. Фазные напряжения Uf) на выходе рёгулирук щего блока, а также алгоритмы переклк чения :его Ключей , а для двух углов регулирования С) и х.О) для произвольно выбранного ; соотношения чаО- тот - 0,866 представлены на фиг, 2, Основные гармоники выходного напряжения показаны пунктиром. Спектр, 32 выходного напряжения для одной фазы регулирующего блока 9 записьшается так: 2Uameo 2cos( Klt( г , выхв- ir-g,КSin -}ein( ....,,.)i-K0J- {siti cu; tKu;) , -амплитуда f напряжения якорной обмотки подвозбудиталя 8; ,%к-угловые частоты напряжения обмотки подвозбудителя и генератора управляющих импульсов 11 соответственно фазовый угол, характеризуюшнй вачадо, отсчета аяго-, ритма переключения юпрча, .ми РБ. .::.. .. .. ..V Спектр напряя ёния U btxaf содержитверх ние {uj,tKct)) и нижние ( tti -Кии/) боковые частоты, которые тем легче фильтруются :тщуктШШми нййк6 стЬ йыми фильтрами, чем ближе соотношение частот - к единице. Учитьшая фильтрующие свойства электрической машины возбудителя и индуктора сиюфонного генератора, ток якфной обмотки возбудите- . ля будет достаточно близок к синусоидальному, а напряжение на выходе СЭС имеет вид, показанный на фиг 3 жирной линией. .Фазное нatIpяжeвиe на выходных обмот- , ках гбйератф-модулятора имё вид модулированных колебаний со 100%-ной пере- модуляцией. Благодаря соответствукяцему «онУЗ ««« « « бразователя .частоты (фиг. 3) на выходе получаем не биенвя. а напряжение, основная гармоника которого имеет частоту g const кoтqpaя не зависит от изменения скорости врашения приводного двигателя, а спеКтр выходного йапряжения преобразователя имеет следующий Bb,x s |-Jim s t Nv со(-Ii I, V Ест.кД(п....оТЧ ллnKu)tк Cm k-iHm K-n .,.пкЦн- -© 4ке }, де - амплитуда напряжения якорЦО& обмотки основного генеpaTOjpa. . Для уменьшения установленной мошости возбудителя возможно применение онденсаторов, подключенных к индукторым обмоткам генератора - модулятора. Таким офазом, применение организоанш определенным образом ITI-MOдульноге синхронного генератора, опециапьного регупирующего блока (РБ-9),жфаэнь1;} возбудителя и подвозбудителя об1БСпечивает существенное улучшение качестЬа выходного напряжения (по коэффициенту гармоник примерно в два раза), в частности, принципиальное отсутствие субгармоник при одновременном уменьшении числа тиристоров силовой части не- п 5С редственно - преобразователи в два раза (например с 36-18}. Кроме того, в описанной СЭС система управления полупроводниковой ее частью существенно njpdtUe в сравнении с известными СЗС на безе непосредствённь1 х преобразователей частоты с естественной коммутацией и с фазовым уп|равлением. Это повьшгает фун1сдиональную надежность СЭС, При использовании в данной СЗС не посредственных преббразователей частоты вьшолненнь1х на мостовой схеме (т, е, рри трехфазном выходе СЭС - преобраapiaaTeA содержит 36 тиристоров), иска1Ясёния выходногх на:пряжения уже настоль ко малы (например, при трехфазных якорных обмртках ОСНО1ВНОГО генератора коэффициент Г-армоник напряжения в йдёёлизир ванной СЭС составляет менее В%), что JMidJkitio ;или зрачительно уменьшить мощность (а стадо быть и массу фильтров) 11ли вообще отйаза:тьс я от дополнительной филь1рации. В последнем случае СЭС приобретает такие д6стьийСФйа7Ка к независимость формы, т. е искажений, выхЬднбго напряжения при изменении величины нагрузки, а также повьциенный КПД Формула изобретения 1. Автономййя система электроснабжения многофазного напряжения стабилизирЪЬанной чеютоты переменной скорости враЛеиня вала, содержащая располо жевные на общем валу основной синхронвый генератср, к якорным обмоткам кото рого подключен непосредственный преобразователь частоты с блоком управление возбудитель, выполненный в виде обращенной электрической машины с W -фаз-, ной якорной обмоткой, подвозбуДвтель, 6 328 выполненный в виде синхронной машины с постоянными магнитами, число пар полюсов которого равно числу пар полюсов возбудителя, а обмотка И1щуктора возбудителя связана с выходом подвозбудителя, регулирующий блок, связанный с якорными обмотками подвозбудителя, и блок питания, отличающаяс я тем, что, с целью улучшения качества выходного напряжения основной генератс выполнен в виде w числа многофазных электрических машин, обмотки возбуждения которых подключены к w -фазной якорной обмотке возбудителя, обмотка индуктора возбудителя выполнена hi-разной, система дополнительно снабжена задающим генератором, выход которого подключен к входам управления регулирующего блока, а его цепи питания через упомянутый источник напряжения соединены с выходом подвозбудителя. 2. Автономная система по п. 1, о тл и чающаяся тем, что, с целью Упрощения, каждая фаза якорной обмотки подвозбудителя выполнена в виде двух последовательно соединенных между собой катушек, а регулирующий блок - в виде двух многофазных вентильных мостов, каждый из которых снабжен управляющим ; ключевым элементом, включенным на выходе моста, причем свободные концы катушек якор-1 ной o6NfOTKH подвозбудителя подключены к выводам переменного тока вентильных мостов, ia точки соединения катушек фаз якфной обмотки образуют выход подвозбудител$и V Источники информации : принятые во внимание при экспертизе 1.Ткаченко А. М, Вопросы стабилизации частоты автоаомного синхронного генератора. Автореферат диссертации на соискание ученой степени к.т.н. Киев, 1968. 2.Патент ГДР N9 6 1311, кл. 2ldl/0i, 1968, 3.Патент США N 3727 122, кл, 321-5, 1973... 4.Электроснабжение летательных аппаратов, под ред. Н. Т. Коробан М,, Машиностроение , 1975, с. 133, 155,

6ыf.6

n

8tn.f

f V,

V,

фаг. 3