Электромеханический накопитель энергии в сети переменного тока Советский патент 1980 года по МПК H02J3/00 H02J15/00 

Изобретение относится к устройствам для аккумулирования энергии в автонокных электростанциях переменного тока и может найти применение на дизель-электрических и тепловых электростанциях средней мощности, на экскаваторах, кранах, автомобилях, маневровых судах и тепловозах с электродвиженйем для снятия пиковых нагрузок и полезного использования энергии, теряемой в сопротивлениях роторной цепи при пуске, торможении, регулирования скорости асинхронных приводов повторно-кратковременного режима работы.

Известен электромеханический аккумулятор энергии в составе маховика и синхронной машины (СМ) со статическим преобразователем частоты 8 цепи статора, обеспечивающим согласование переменной частоты СМ и стабильной частоты сети. СМ работает двигателем лри зарядке маховика и; переводится в генераторный режим при отдаче энергии накопителя в питающую сеть I .

Недостатком этого накопителя является сложность реверсивного преобразова-Геля частоты и повышенные потери энергии, так

как через преобразователь частоты проходит вся энергия накопителя.

Известен электромеханический накопитель энергии в составе синхронной мащины и двухскоростной электромагнитной муфты 2.

Недостатком системы является отсутствие плавного регулирования частоты и применение электромагнитной муфты сложной конструкции.

Ближайщим по своей технической сущности является электромеханический аккумулятор энергии в составе маховика и асинхронной машины с короткозамкнутым ротором 3, где аккумулятор получает энергию во время стоянок машины из сети при работе асинхронной мащины двигателем, а в режиме генератора отдает энергию тяговым двигателям.

Недостатком известной установки является невозможность использования ее для

обмена энергии между гене;ратором накопителя и сетью. Короткозамкнутая машина в двигательном режиме может разогнать маховик только до подсинхронной скорости, а этого недостаточно для генераторного режима асинхронной машины при возврате энергйй накопителя в сеть переменного тока постоянной частоты. Кроме того, при вращении короткоза минутой машины со скоростью выше синхронной невозможно полезное исполь збванйе энергии скольжения, что отрицатель«но сказывается на КПД установки. Целью изобретения является передача энергий в Сеть переменного тока и повышение КПД. Эта цель достигнута в электромеханическим накопителе энергии в сети переменного тока, содержащем асинхронную машину с маховиком на ее валу.. HoBiiM в устройстве является то, что асин хрШнаТзГМаШина выполнена с фазным ротором, а накопитель снабжен роторной и сетевой группами вентилей с блоками импульсно-фазового управления и блоками управления, переключаюш,им блоком, блоком сравнения, реверсором, тахогенератором, датчиком активного тока нагрузки сети и источ нйкЬм задающего напряжения, причем реверсор включен между асинхронной машиной и сетью, управляющий вход реверсора подключен к импульсному выходу переключающего блока, вход которого соединен с выходом блока сравнения, один вход котороТО подключен к тахогеператору, который ус таНОвЛен на валу асинхронной машины, а второй - к иcтo iникy задаюшего напряжения, переключающие выходы переключаюш,егр блока соединены с одними входами бло ков управления, другие входы каждого из которых соединены с выходом датчика активного тока нагрузки сети, а выходы блоков управления соединены со входами соответствующих блоков импульсно-фазового управления групп вентилей. Сущность изобретения поясняется чертежом, где изображена схём электроустановки с электромеханическим накопителем энергии. Схема содержит дизель-1, генератор 2, асинхронную машину 3 с маховиком 4 на валу, роторную группу вентилей 5 и сетевую группу вентилей 6. Асинхронная машина 3 подключена к сети через реверсор 7. Тахогенератор 8 установлен на валу асинхронной машины. Один вход блока сравнения 9 подключен к тахогенератору, второй - к источнику задающего напряжения. Выход блока 9 соединенсо вхОдом переключающего блока 10, переключающие выходы которого соединены со входами блоков управления 11 и 12, выходы которых подключены соответственно ко входам блоков импульснофазового управления 13 и 14. Ко вторым входам блоков управления подключен выход датчика активного тока нагрузки 15, который установлен в цепи статора генератора 2, 16 - датчик напряжения генератора 2, 17- блок возбуждения этого генератора, 18-. нагрузка сети переменного тока. Устройство работает следующим образом. Накопитель получает активную мощность от автономной электростанции в составе дизеля 1 и синхронного генератора 2 и в процессе рекуперативного торможения электроприводов механизмов, входящих в состав нагрузки 18. Источником реактивной мощности является синхронный генератор 2. Стабилизация напряжения сети при резких колебаниях нагрузки осуществляется форсировкой возбуждения синхронного генератора 2 по сигналу датчика напряжения 16, действующего на систему возбуждения синхрон-, ного генератора 17. Накопитель отдает энергию при возрастании нагрузки 18 до величины превышающей мощность дизель-генератора. Двигательный режим при to Wo, S 1 характеризуется вращением против поля асинхронной машины 3. Разгон накопителя от нуля до (1,2- 1,4) ш о (сйо - синхронная скорость) происходит в режиме двойного питания асинхронной машины 3, Сетевая группа вентилей 6 работает выпрямителем, а роторная труппа вентилей 5 инвертором. Активная мошность РЗ -s поступает из сети через вентильный преобразователь, часть ее в количестве РЗ X X (s-1) расходуется на разгон маховика, а Бторй я часть РЗ возвращается через статор асинхронной машины 3 в сеть переменного тока. Задающее напряжение Vj (источник задающего напряжения на чертеже не показан) и напряжение обратной связи по скорости сравниваются в блоке сравнения 9 и их разность поступает на вход переключающего блока 10 представляющего собой триггер с двумя устойчивыми состояниями. При Vs VT переключающий блок 10 включает реверсор 7 в направлении вращения асинхронной машины 3 против поля статора. Одновременно от блока 10 поступает сигнал На управляющий блок 11, который через блок импульсно-фазового управления (БИФУ) 13 устанавливает угол управления для перевода роторной группы вентилей 5 в инверторный режим. Сигнал от блока 10 поступает также на блок управления 12, который посредством БИФУ 14 обеспечивает открывание вентилей сетевой группы в режиме выпрямления. Сигнал от датчика активного тока 15 при разгоне накопителя против поля статора исключается. Двигательный режим прИ ш шо, s 0 характеризуется вращением асинхронной машины 3 по полю. При частоте вращения накопителя превышающей синхронную скорость шо асинхронной машины 3 реверсор 7, по сигналу тахогенератора 8 (Ут V8), переключается. Направление вращения машины 3 сохраняется, но она переводится в двигательный режим при двойном питании и работе по полю. Сетевая группа вентилей 6 продолжает работать выпрямителем, а роторная 5 инвертором. Активная мощность поступает к накопителю из сети через статор и ротор асинх ронной машины 3. Генераторный режим асинхронной машины 3 при со соо, S 0. При возрастании нагрузки синхронного генератора 2 сверх установленного значения асинхронная машина 3 переводится в генераторный режим. Для этого управляющий блок 11 по сигналу датчика активного тока 15 переводит посредством БИФУ 13 роторную группу вентилей 5 в выпрямительный режим, а по тому же сигналу датчика 15 управляющий блок 12 и БИФУ 14 переводят сетевую группу 6 в инверторный режим. Кинетическая энергия накопителя передается через статор и ротор асинхронной машины 3 в питающую сеть в соответствии с зависимостью (-8) Рз(1+з). Использование устройства обеспечивает по сравнению с известными следующие преимущества:1.Использование асинхронной машинь с фазным ротором позволяет вращать маховик накопителя с частотой вращения в 1,5- 2,5 раза превышающей синхронную скорость что позволяет аккумулировать энергию при оптимальных габаритах накопителя, т. к. кииетичесКая энергия вращающихся масс пропорциональна квадрату скорости. 2.Позволяет осуществить плавный переход агрегата из двигательного режима в генераторный и обратно при неизменной частоте питающей сети. 3.Возможность параллельной работы асинхронной машины накопителя в генераторном режиме и синхронного генератора без специальных устройств синхронизации при скорости асинхронного генератора меняющейся в широких пределах. 4. Позволяет выбирать приводной двигатель автономного генератора по средней мощности и использовать его на оптимальном режиме. Формула изобретения Электромеханический накопитель энергии в сети переменного тока, содержащий асинхронную машину с маховиком на ее валу, отличающийся тем, что, с целью передачи энергии в сеть переменного тока и повышения КПД, асинхронная машина выполнена с фазным ротором, а накопитель снабжен роторной и сетевой группами вентилей с блоками импульсно-фазового управления и блоками управления, переключающим блоком, блоком сравнения, реверсором, тахогенератором, датчиком активного тока нагрузки сети и. источником задающего напряжения, причем реверсор включен между асинхронной машиной и сетью, управляющий вход реверсора подключен к импульсному выходу переключающего блока, вход которого соединен с выходом блока сравнения, один вход которого подключен к тахогенератору, который установлен на валу асинхронной машины, а второй с источником задающего напряжения, переключающие выходы переключающего блока соединены с одними входаМи блоков управления, другие входы каждого из которых соединены с выходом датчика активного тока нагрузки сети, а выходы блоков управления соединень со входами соответствующих блоков импульсно-фазового управления групп вентилей. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Акцептованная заявка Японии № 49-30404, кл. 55 С 222, 1974. 2.Акцептованная заявка Франции № 2198684, кл. Н 02 Р, 1975. 3.Гейлер Л. Б. Основы электропривода, Минск, «Высшая школа. 1972, с. 238.

aitjX Sj-AA 4i -j..,.

tcl- --«с -j- i

УfУ, (ПлЪ ifffi f-r;3/rf .iis twH«; si5v a,.iv

Sisss

.- .