Автономная система электроснабжения Советский патент 1981 года по МПК H02M5/27 H02M7/48 H02P9/42 

(54) АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

t

в п

D ют к этим уровням и на нагрузке формируется трехступенчатое напряжение 2. Однако этот автономный источник питания имеет ограниченные функциоtiaJibHHe возможности, заключающиеся в невозможности подключения к нему трехфазной нагрузки, соединенной rpe угольником или звездой без нулевого провода. Кроме того, из-за расщепления питающих шин коммутатора реактивная мощность потребителя в таком источнике не может передаваться в другие фазы, потребляющие в это время энергию, а полностью возвращается в конденсаторы сглаживающих фильтров. Для этой цели они должны иметь большую емкость, и следователь но, большой вес и габариты, особенно при низких коэффициентах мощности на грузки и низких частотах выходного напряжения. В выходном напряжении источника содержится значительный процент высших гармоник. Кроме основ ной в нем присутствуют гармоники с порядковЕлми номерами h 11, 13,...2 25,...35,37, а коэффициент гармоник К 15,2%. Данный источник имеет большой вес и габариты, обусловленны тем, что выпрямители собраны по нуле вой схеме, и следовательно, выпрямленные напряжения имеют значительные пульсации, для сглаживания которых требуются большие фильтры. Значитель ное содержание в выходном напряжении источника высших гармоник требует ус тановки выходных фильтров, что также увеличивает вес и габариты устройства. Кроме того, большое число полупроводниковых приборов также отрицательно сказывается на весе и габаритах источника. Цель изобретения - улучшение массо-габаритных показателей и качества выходного напряжения. Поставленная цель достигается тем что в автономной системе электроснаб жения, содержащей электромашинный генератор переменного тока и статический преобразователь частоты в виде выпрямительных мостов, входами подключенных к обмоткам электромашин ного генератора, и мостовых вентильннх коммутаторов, шинами питания свя занных с выходами выпрямительных мос тов через сглаживающие фильтры, одна шина питания одного из двух мосто вых коммутаторов соединена с одноименными по полярности выходными выводами двух выпрямительных мостов че рез введенные пары встречно-параллел но включенных вентилей, причем один из них в каждой паре выполнен неуправляемым, а другая шина питания этого же мостового коммутатора через фильтр подключена к точке объединения других одноименных по полярности выводов тех же двух выпрямительных мостов. На фиг. 1 представлена схема предлагаемой системы электроснабжения; на фиг. 2 - временные диаграммы импульсов управления вентилями; йа фиг. 3 - формы фазного и линейного напряжений на нагрузке; йа фиг. 4 - эквивалентные схемы автономной системы электроснабжения для трех интервалов времени. Обмотки электромашинного генератора 1 соединены с выпрямителями 2 4, имеющими сглаживающие индуктивноемкостные фильтры 5. Выходы фильтров соединены с шинами постоянного тока двух трехфазных мостов, выполненных на тиристорах 6-23 и диодах 24-29, причем один мост соединен с фильтрами непосредственно, а второй - через две пары встречно-параллельно включенных вентилей 30-33. Устройство работает следующим образом, Упра1вление тиристорами осуществляется импульсами напряжения (фиг. 2). Причем импульсы, соответствующие графику б , подаются на тиристор 6, графику 7 - на тиристор 7 и т.д. Для получения выходного напряжения, близкого к синусоидальному, амплитуды его ступеней выбираются из условия исключения гармоник, близких к основной, т.е. изменяющимися по синусоидальному закону. Автономный источник позволяет формировать на четверти периода четырехступенчатое с нулевой полкой линейное напряжение или пятиступенчатое фазное, если нагрузка соединена звездой (фиг, 3). Выходные напряжения выпрямителей 2-4, равные амплитудам третьей (U-,,), второй (Ug) И первой (и) ступеней линейного напряжения, определяются соответственно по выражениями U sin60°, Ug U sin40°, U-t Uy sin20° , где Uyy, - амплитуда аппроксимирующей синусоиды, проходящей через середины горизонтальных участков ступеней. Четвертые ступени линейных напряжений, равные U4 U sinSO , формируются путем суммирования напряжений выпрямителей 3 и 4, т.е. и. Uj- U-fДействительно, U2. Uy( s i vsin20°) U sin80° U4 . .Рассмотрим работу схемы на активно-индуктивную нагрузку. Полупериод выходного напряжения можно разбить на девять равных интервалов. На первом интервале подаются импульсы на включение тиристоров 9, 10, IS, 23 и 31. При этом с помощью тиристоров 9 и 18 и диода 24 источники U и U соединяются последовательно и к их общей точке подключается зажим фазы А. Тиристоры 23 и 31 и диоды 29 и 30 подключают зажим фазы В к шине (-U2.) , а тиристор 10 подключает за.жим фазы С к шине +U . Эквивалентная схема для первого интервала представлена на фиг. 4а. В результате формируются вторая положительная, четвертая отрицательная и первая поло ительная ступени линейных напряже11КЙ Од, Ug(-и и( первая положигельная, четвертая отрицательная и третья положительная ступени фазн напряжений Уд, Уц и U(«. На втором интервале подаются импульсы, на- включение тиристоров 18, 22, 23 и 32. С помощью тиристоров 1 и 22 и диода 24 зажимы фаз А и С со единяются между собой и подключаютс к шине,а с помощью тиристоров 23 и и диодов 29 и 33 зажим фазыВ подключается к шине (-Uj). Эквивалентн схема для второго ин-тервала предста лена на фиг. 46. В результате форми руются третья положительная, третья отрицательная и нулевая ступени линейных напряжений Удц, Ug(-и U(. вторая положительная, пятая отрицательная и вторая положительная ступ ни фазных напряжений Уд, Ug и и. На третьем интервале подаются им пульсы на включение тиристоров б, 7, 12, 13, 22 и 23. С помощью тирис торов 7, 13 и 22 источники U и U соединяются последовательно и к их общей точке подключают зажим фазы С Тиристоры 6 и 12 подключают зажим, ф зы А к шине + и, а тиристор 23 и ди од 30 - зажим фазы В к шине - U. Эк вивалентная схема для третьего инТервала представлена на фиг. 4в. В результате формируются четвертая по ложительная, вторая и первая отрицательные ступени линейных напряжеНИИ или третья положительная, четвертая отрицательная и первая положительная ступени фазных напряжений Уд, УВ и U(;. При любом коэффициенте мощности ток фазы С на первом и втором интервалах имеет положительное значение, а ток фазы В на третьем интервале всегда имеет отрицательное значение, поэтому на этих интервалах указанные фазы имеют одностороннюю проводимость (фиг. 4). На следующих интервалах процессы в системе происходит аналогично описанному в соответствии с диаграммой импульсов управления тиристорами (фиг. 2). В результате работы системы электроснабжения на нагрузке формируется пятиступенчатое напряжение, форма которого представлена на фиг. 3. Стабилизация или регулирование выходного напряжения устройства может осуществляться изменением тока возбуждения генератора. Подключение любой ветви схемы с помощью встречно включенных вентилей обеспечивает возможность прохождения тока в двух направлениях и постоянство потенциалов фаз в течение каждого интервала. Это обуславливает работоспособность схемы при любом коэффициенте мощности нагрузкк с неизменной формой кривой выходрого напряжения. Для предотвращения закоротки между одноименными шинами источников +U2 и +У ; -Уа. и при работе схемы в качестве вентилей обратного тока первого моста использованы тиристоры 7-12. Предлагаемая автономная система электроснабжения имеет лучшую форму кривой выходного напряжения при одинаковом количестве выпрямительных мостов. В выходном напряжении, кроме первой, содержатся гармоники с порядковыми номерами и 17, 19,..., 35, 37 ,...53,55,... (т.е. более высокого порядка, чем в напряжении известной системы при одинаковых амплитудах гармоник, а коэффициент гармоник К 10,1% Кроме того, она имеет меньший вес и габариты за счет меньшего веса сглаживаклцих фильтров и числа полупроводниковых приборов преобразователя. В предлагаемой систете имеется три сглаживающих UC-фильтра (вместо шести в известной системе), содержащих два дросселя и три батареи конденсаторов, причем вес каждого фильтра меньше веса двух фильтров известной системы, подключенных к одному выпрямительному мосту. Это обусловлено тем, что в предлагаемом устройстве на сглаживающие фильтры подается напряжение с меньшими пульсациями, так как выпрямители собраны по мостовой схеме, а не по нулевой, как в известной системе. Пульсации токов, потребляемых от сглаживающих фильтров, в предлагаемом устройстве меньше из-за более равномерной их загрузки в.течение периода, что также приводит к уменьшению веса и габаритов фильтров. Часть реактивной мощности нагрузки может передаваться из фазы в фазу, минуя конденсаторы сглаживающих фильтров, что благоприятно сказывается на их весе и габаритах. В известной схеме вся реактивная мощность нагрузки возвращается в конденсаторы сглаживающих фильтров, так как каждая ступень напряжения формируется от отдельной шины преобразователя. Для этой цели емкость указанных конденсаторов должна быть увеличена. Расчеты показывают, что при одинаковой установленной мощности конденсаторов установленная мощность дросселей в предлагаемой схеме в 9,2 раза меньше, чем в известной схеме. Кроме того, предлагаемая система имеет меньшие габариты за счет меньшего числа вентилей коммутатора (28 вместо 36). Она проще, так как содержит 20 управляемых вентилей вместо 30 и имёет более широкие функциональные возможности, так как позволяет подключить трехфазную нагрузку, соеди 1енную треугольником или звездой без Нулевого провода. Формула изобретения Автономная система электроснабжения/ содержащая электромашиннЪай генератор переменного тока и статический преобразователь частоты в виде выпрямительных мостов,, входами подключенных к обмоткам электромашинного генератора, и мостовых вентильных коммутаторов, шинами питания связанных с выходами выпрямительных мостов через сглаживающие фильтры, о т л ич ающаяся тем, что, с целью улучшения массо-габаритных показателе и качества выходного напряжения, одна шина питания одного из двух мостовых коммутаторов соедина с одноименными по полярности выходнЕлми выводами двух выпрямительных мостов через введенные пары встречно-параллельно включенных вентилей, причем один из них в каждой паре .выполнен неуправляемым, а другая шина питания этого же мостового коммутатора через фильтр подключена к точке объединения других одноименных по полярности выводов тех же двух выпрямительных мостов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 575746, кл. Н 02 М 5/27, 16.06.72. 2.Авторское свидетельство СССР № 414693, кл. Н 02 М 5/48, 18.02.71.

S ISA

rr

I I I

t

I

t

I I У t

i

I i I i

I I I

UA5

l.

иг.З

У 2S

3S 25