Автономный вентильный генератор Советский патент 1981 года по МПК H02K19/36 

Изобретение относится к электричес ким машинам, а более конкретно - к ав тономным бесконтактным электромашинным источникам питания и может применяться там, где источником электроэнергии является генератор переменного тока, к которому предъявляются высокие требования по массо-габаритным показателям. Область применения таких источников питания становится гораздо шире, если в качестве привода использовать высокоскоростной первичный дви гатель, например газовую турбину. Энергоблоки (первичный двигатель электромашинный генератор) с повышен ными скоростями вращения имеют мень-. ший вес и габариты, их применение для питания промышленных объектов частоты 50 Гц и ниже возможно только в сочетании с преобразователями частоты, преобразующими напряжение гёнер .тора высокой частоты в напряжемие требуемой частоты, например 150 Гц. Известен вентильный генератор, содержащий асинхронную машину с третс фазной статорной обмоткой и коротг козамкнуть м ротором и источник реактивной мощности с системой управления, которая включает дополнительнь источник питания, блок управления и схему сравнения р J, Однако такой генератор наряду с преимуществами, которыми обладает асинхронная машина с короткозамкнутым ротором (простота конструкции, высокая надежность, хорошие массо-габаритные показатели) имеет сложную электрическую схему силовой цепи и цепей управления. Эта схема состоит из большого числа промежуточных устройств, снижакищлс надежность геиератора и увеличивающих массу и габариты устройства. Наличие ротора с короткозамкнутой обмоткой не позволяет выполнить генератор на высокие скорости вращения и на этой основе создать 3 ис/1-ичкик С ВЫСОКИМИ технико-экономическими показателями. Наиболее близким по технической сущности к достигаемым результатам к данному изобретению является автоиом вентильный генератор, состоящий яз электромашинкого ганератора перегчаниого тока с трехфазной обмоткой статора, имеющей отводы с различными уровнями напряжения, полупроводниконого преобразователя с ключами на -эстрсчко -иараллально включенньж ти Pi-iCTODaxj которые соединень через вы .1Г;.ямт.гге.г1ьные мосты с отводами обмотки статора Выпрямительные мосты выudjune-ui-i на неуправляе чъ х вентилях и зюдключечь зажимами переменного тока к отводам обмотки электромашинного генератора с различными уровнями на:л11яженкя. Тиристор ы преобразователя ун.рааляются от Генератора со стабили 1 рсваииой частотой и (:)беспечивают поочередкое подключение к фазам нагрузки выпрямительных мостов таким о разом, что формируют квазисинусоидаль :юе м{ огоступенчатое напряжение. Такой источник питания может быть выпол .йен и нгестнфазньм, а выпрямительные группы 110 тестифазной двухполупериодлой схеме 2 |, 1;е,и статками известного источника питания являются наличие промежуточно го звена постоянкого тока, увеличива-;1дего массу и габариты источника; налччие узла принудительной коммутации риристорных ключей, снижающего надежность устройствами плохая форма выход юго нгпражения (ступенчатая синусоида) . Цель изобретения - создание электрома:иинного источника питания низкой частоты с улучшенной формой кривой вы ходяого напряжения минимальных габарг; гов и массы; повьпденной надежности ti ЭКО И О Ч И О С Т И . Указан};ая цель достигается тем, что выходное напряжение вентильного генератора формируется непосредственно из частичных напряжений электромашикного генератора высокой частоты. М,:тя этой цели каждая выходная фазная лемма вентильного генератора последо вательно подключается с помощью тиуисторныи ключей к отводам фаз многофазной обмотки электромашинного генератора с различньми уровнями напряжения . максе техническое решение значительно упрощает схему электромашинного источника питания и ведет к уменьшению массы и габаритов вентильного генератора, улучпгению формы кривой выходного напряжения, благодаря отсутствию выпрямительных мостов и схем принудительной коммутации тиристорньга: ключей. Кроме того, применение з качестве электромашинного генератора -асинхронной машины с массивным ферромагнитным ротором без обмотки дает возможность выполнить его высокоскоростным, что значительно уменьшает массу и габариты генератора, расширяет область его применения. На фиг. i показана принципиальная схема предлагаемого асинхронного вентильного генератора с шестифазной секционированной обмоткой; на фиг.2 полуволна напряжения, сформированная из частичных напряжений различного уровня шестифазной обмотки статор°а. Вентильный генератор (фиг. 1) содержит асинхронную машину с массивным ферромагнитным ротором 1 и шестифазной обмоткой статора 2, с отводами 3-32 на различных уровнях напряжения которые соединены с нагрузкой 33 с помощью ключей 34-63 полупроводникового преобразователя 6. Возбуждение и регулирование напряжения генератора осуществляется с помощью источника 65 реактивной мощности. Асинхронный генератор работает следующим образом. Источник 65 реактивной мощности, подключенный к выходу обмотки статора 2 асинхрочной машины, снабжает ее реактивньм током. При вращении массивного ферромагнитного ротора 1 со скоростью около 12000 об/мин в обмотке индуктируется шестифазное напряжение 200 Гц. В каждый момент времени, когда положительное напряжение приложено к соответствующему вентилю, он открывается и подключает отвод соответствующим уровнем напряжения к нагрузке. Например, в момент времеда: (фиг. 2) в первой фазе положительное напряжение открывает вентильные ключи 34-38 (фиг.2 и ), которые в данный момент времени подключают к нагрузке (к выходным фазам А, В и С клеммам вентильного генератора) соответствующие напряжения различных уровней. Аналогичный процесс происходит с ключами остальных фаз генератора. Формирование полуволны напряжения одной фазы (например, фазы с) происходит следующим образом. Положительное напряжение отвода 3 первой фазы открывает вентильный ключ 38 (фиг. l) который подключает к фазе С (к нагрузке) полуволну напряжения повьппенной часто.ты V (фиг. 2) отвода 3. Ключ 35, подключенный к отводу 6 и фазе С, формирующий спадающую часть полуволны напряжения низкой частоты, закрыт до момента t;. В момент времени t (фиг. 2) ключ 38 закрывается более высоким напряжением фазы Е отвода 9 (фиг. О, ключ которого в этот момент времени подключает к фазе С следующую полуволну напряжения повышенной частоты . 2) до момент времени В этот момент открывается ключ отвода 15 фазы Ж, подключающий к фазе С полуволну напряжения М Нарастающая, ч полуволны

Интервал

10

/ Такой процесс происхсдит с слючами других отводов и фаз, подключающих к фазе С частичные напряжения различньп: уровней V, 1 и V, до момента времени , когда от фазы С отключается отвод 32, или фаза К. До этого времени ключи, подключенные к отводам 6, О 5 14 и 18 и формирующие спадаюрую часть полуволны нового напряже ия из частичных напряжений , закрыты. С момента t,j происходит про-цесс последовательного подключения к ,фазе С напряжений отводов 6, 10, 14 ti 18 при закрытых ключах, участБукщих в формировании нарастающей части полуволны нового напряжения. На этом завершается процесс формирования положительной полуволны нового напряжепия. Диаграмма подключения отводов к фазе С вентильными ключами преобразователя приведена ниже Спадающая часть полуволны

Секция В данном примере из двух п риодов напряжения повышенной частоты 290 Гц (из полуволны напряжений отводов различных фаз) сформулирована полуволна нового напряжения частотой 50 Гц. Ана логично формируются положительные и отрицательные полуволны напряжений фаз А и В с учетом сдвига их на 120 эл.гр. Формирование выходного напряжения генератора непосредственно из частичных напряжений повьшенной частоты раз личного уровня от всех фаз электромашинного генератора исключает звено по стоянного тока, что снижает массу и габариты источника питания, а также значительно улучшает форму выходного напряжения. Коммутация ключей полупро водникового преобразователя осуществляется естественным образом в момент равенства напряжений на коммутируемых отводах. Это упрощает схему управления преобразователем и ведет к повышению надежности и экономичности уста новки. Использование в качестве генератора асинхронного двигателя с мас10 14 1

2 27 32 сиьным ротором позволяет применить высокоскоростной привод. Формула изобретения Автономный вентильный генератор, состоящий лз электромашинного генератора переменного тока с многоф&зной обметкой статора, имеющей отводы с различными уровнями напряжения и выходньмк кле1-мами и полупроводникового преобразователя, содержащего ключи на встречно-параллельно включенных тиристорах, отличающийся тем, что,, с целью улучшения формы кривой выходного напряжения и умень.шення массы и габаритов вентильного генератора, калэдая его выходная клемма соединена через тирнсторные с отводами различного уровня напряжения от всех фаэ многофазной обмотки статора электромашинного генератора. Источники информации, принятые во staiMaHHe при экспертизе t. Авторское свидетельство СССР № 558359, кл; И 02 К 17/42, 1977, 2. Авторское свидетельство СССР 414693, кл. Н 02 М 5/48, 1°74.

II I I

f - -гут

H I i s I -,- ,- J j- -I I -J

J

Й

50Ги

Ую