Установка для питания автономных объектов Советский патент 1980 года по МПК H02J3/00 H02P9/42 

I

Изобретение относится к источникам электрической энергии с использованием в качестве генератора асинхронной машины и полупроводниковых элементов и может найти применение на автономных электростанциях, например судовых, где необходимо поддержание постоянной частоты автономной сети при переменной нагрузке и скорости вращения вала приводного двигателя.

Известна установка для питания автономных объектов переменным током постоянного напряжения и стабильной частоты бортовой сети наземного транспорта, судов, самолетов 1.

Устройство содержит генератор переменной скорости вращения. Активная мощность передается в бортовую сеть постоянной частоты через преобразователь частоты. Для поддержания напряжения и компенсации расхода реактивной энергии служит работающий параллельно сети синхронный генератор реактивной мощности. Для защиты инвертора при коротком замыкании сети т.рехфазного тока предложено устройство в цепи постоянного тока, автоматически исключающее протекание токов через инвертор, превыщающих допустимый.

f2

Недостатком указанной установки является применение специального синхронного генератора в качестве источника управляемой реактивной мощности и значительные потери энергии из-за двухкратного преобразования всей активной мощности в цепи выпрямителя и инвертора, а также дополнительные потери в специальном синхронном гене-, раторе.

Наиболее близким техническим рещением R данному изобретению является установка для питания автономньтх объектов, содержащая асинхронную мащину с приводным двигателем на ее валу, выпрямительный мост в ее роторной цепи, инвертор с блоком управления, включенным в сеть переменного тока, к которой подключ ены датчики напряжения и частоты, конденсаторы самовозбуждения, сглаживающий дроссель, включенный последовательно в цепь выпрямленного тока ротора ас.инхронной машины, токоограничивающие peaKtopbi, подключенные к инвертору к сети переменного тока 2.

В качестве регулятора напряжения и источника активной энергии использована синхронная мащина. .,,,-.......

Основным недостатком известной уста ТГ8В1Ш й1о1яё1ч;я ёе сложйосТГвШду наличия синхронного генератора, работающего i:.oi.-B режиме реактивной мощности, и наличие ;ч.-потерь в ней, что приводит к снижению ее энергетических показателей.

Целью изобретения является устранение указённб1х нёдостаткой, а именно: упрощение устройства и улучщение его энергетических показателей.

Эта ЦёЛЪ ДсгсТИгаеТСЯ в установке для питания автономных объектов, содержащей асйнхрбнную мащйну с приводным двига Тёлём на ее валу, выпрямительный мост в ее роторной цепи, инвертор с блоком управления, включенным в сеть переменного тока, к которой подключены датчики напряжения и частоты, и конденсаторы самовозбуждения, сглаживающий дроссель, включенный последовательно в цепь выпрямленного тока ротора асинхронной мащины, токоограни чгтаИбщйе реакторы, цодключенные к инвертору, и сети переменного тока.

Новым в установке является то, что она снабжена полупроводниковым ключевым элементом, который включен параллельно в цепьвыпрямленного тока ротора асинхронной мащины, блоком управления ключевым э ЛёМентом, вход которого соединен с выхо Дом датчикачастотьт, причем ;выпрямительный мост в роторной цепи вБГпоЛнен управляемым с искусственной коммутацией; выход датчика папряжёния подключен ко входу блока управления выпрямителем, а конденсаторы самовозбуждения подключены к сети через дополнительно введенные дроссели. Установка содержит первичный двигатель 1 асинхронной машины 2, выпрямительный мост с искусственной коммутацией 3 в цепи ротора мащины 2, инвертор с естественной коммутацией 4, в цепь постоянного тока ротора включен сглаживающий дроссель 5. Парраллельно в цепб выпрямленного тока ротора включен полупроводниковый ключевой элемент 6. Конденсаторы : самовозбуждения 7 подключены к сети переменного тока через дроссели 8. Датчик напряжения 9 и датчик частоты 10 подключены к сети переменного тока, а блок управления 11 инвертором также включен в сеть переменного тока. Вход блока 12 управления выпрямителем подключен к выходу датчика напряжения 9. Вход блока 13 управления ключевым элементом подключен к выхо.ду датчика частоты 10. В цепи инвертора 4 предусмотрены токоограничивающие реакторы 14.

Установка работает следующим образом.

Первичный двигатель 1 вращает асинхронную мащину 2 со скоростью превыщающей синхронную. При этом в питающую сеть генерируется активная мощность статора и через выпрямитель 3 и инвертор 4 мощность скольжения. Сглаживающий дроссель 5

обеспечивает уменьщение пульсаций выпрям тока ротора асинхронной мащины. Качество формы кривой выходного напряжения генератора обеспечивается конденсаторами 7 и дросселями 8, которые образуют фильтро-компенсирующее устройство. Источником реактивной энергии автономной системы являются асинхронная мащина, выпрямитель, работающий в ее роторной цепи с опережающими углами управления, и конденсаторы фильтро-компенсирующего устройства. При работе выпрямителя с опережающими углами управления реактивная составляющая тока ротора асинхронной мащины имеет емкостный характер и обеспечивает возбуждение генератора, а также

j частичное питание нагрузки реактивным током. Регулирование уровня напряжения автономной системы и, следовательно, генерируемой реактивной мощности осуществляется в функции выходного сигнала датчика напряжения 9, который через блок управления выйрямителем 12 изменяет фазу его угла управления. Инвертор преобразователя работает с постоянным минимальным углом управления, когда его противоэдс максималь на. Регулирование среднего значения протиJ воэдс и, следовательно, изменение генерируемой активной мощнрсти в автономную сеть осуществляется с помощью ключевого элемента в цепи выпрямленного тока изменением относительной продолжительности его включения. При этом частотанапряжения автономной сети будет определяться согласно зависимости

П-Р

f

gQb.tK(l-byotSn; ККэ,1

I со&лр1И7РнС аЛрС1-(1-,)С04Ап,тЗ

где п, р - соответственно скорость вра щения и число пар полюсов; к - коэффициент схемы вентильного преобразователя; Зт;г7 углы управления мостов 3,4; X - относительная продолжительоность включения ключевого

элемента;.,

R 9 - эквивалентное сопротивление

роторной цепи; RH-сопротивление нагрузки. Управление инвертором с постоянным углом осуществляется с помощью устройства 11. Изменение продолжительности включения ключевого элемента осуществляется в функции датчика частоты 10 через блок управления 13. Для защиты вентильного преобразователя при коротких замыканиях сети трехфазного тока применены токоограничивающие реакторы 14.,

Увеличение тока нагрузки, особенно индуктивной, приводит к уменьщению напряжения автономной сети. Датчик напряжения 9 через блок 12 изменяет угол управления роторного блока 3 в сторону увеличения емкостной составляющей тока ротора. При этом возрастает генерируемая асинхронной машиной 2 реактивная мощность, что приводит к соответствующему увеличению напряжения до прежнего уровня (в пределах коэффициента статизма регулятора). Резкое изменение нагрузки при опережающем угле управления преобразователем S вызывает увеличение емкостной составляющей тока ротора, следовательно, обеспечивает форсирование возбуждения и необходимую устойчивость системы. Увеличение скорости вращения мащины приводит к увеличению генерируемой активной мощности и, следовательно, к возрастанию частоты. Датчик частоты 10 через систему управления 13 уменьшает относительную продолжительность включения ключевого элемента. При этом среднее значение противоэдс увеличивается, уменьщается ток ротора и, следовательно, генерируемая активная мощность, что приводит к восстановлению частоты до прежнего уровня. Использование предлагаемого устройства обеспечивает по сравнению с известными следующие преимущества: 1.Исключается из автономной системы дополнительный источник реактивной мощности в виде синхронного генератора, так как питание потребителей реактивной мощностью осуществляет асинхронная мащина, возбуждаемая со стороны ротора емкостной составляюш.ей его тока за счет опережающего угла управления роторного выпрямителя. 2.Уменьщаются потери энергии в автрномной электростанции вследствие отсутствия дополнительной синхронной мащины. 3.Увеличивается коэффициент мощности инвертора вследствие применения ключевого элемента в цепи выпрямленного тока ротора, так как инвертор в этом случае раработет с постоянным минимальным углом управления. 4. Улучщается форма сетевого напряжения за счет совместного использования конденсаторов, служащих для самовозбуждения мащины, и дросселей, применяемых в качестве фильтра высщих гармоник тока. Формула изобретения Усгановка для питания автономных объектов, содержащая асинхронную мащину с приводным двигателем на ее валу, выпрямительный мост в ее роторной цепи, инвертор с блоком управления, включенным в сеть переменного тока, к которой подключены датчики напряжения и частоты, конденсаторы самовозбуждения, сглаживающий дроссель, включенный последовательно в цепь выпрямленного тока ротора асинхронной мащины, токоограничивающие реакторы, подключенные к инвертору и сети переменного тока, отличающаяся тем, что, с целью упрощения устройства и улучщения его энергетических показателей, установка снабжена полупроводниковым ключевым элементом, который включен параллельно в цепь выпрямленного тока ротора асинхронной мащины, блоком управления ключевым элементом, вход которого соединен с выходом датчика частоты, причем выпрямительный мост в роторной цепи выполнен управляемым с искусственной коммутацией, выход датчика напряжения подключен ко входу блока управления выпрямителем, а конденсаторы самовозбуждения подключены к сети через дополнительно введенные дроссели. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Акцептованная заявка ФРГ 1563728, кл. Н 02 Р 9/42, 1974. 2.Авторское свидетельство СССР 233050, кл. Н 02 Р 9/30, 1968. 720619

n iteJt St C 1