Автономная энергосистема стабильной частоты

союз соВетскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 3128 А 1 ЕТЕ ИЕ ИЗОБ ИС Ы 81кг)" ВИДЕТЕЛЬСТВУ К АВТОРСКО мый ола,13/3 мы (ди нэ ту пре пряже ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕЕДОМСТВО СССРОСПАТЕ Н Т СССР)(54)АВТОНОМНАЯ ЭНЕРГОСИСТЕМА СБИЛЪНОЙ ЧАСТОТЫ л.М 23политехнический институтикой Октябрьской социалиюцииский и С.П,Семидел. Генератор, возбуждаеком. - М.: Высшая шк13 Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качествеисточника питания для потребителей, нуждающихся в стабилизации частоты выходного напряжения при переменной частотевращения генераторов,Целью изобретения является улучшение формы кривых напряжений и токов нагрузки,На фиг.1 приведена принципиальнаясхема автономной энергосистемы стабиль-,ной частоты; на фиг.2 - временные диагрампоясняющие работу устройствааграммы приведены для первой фазы);фиг.3 - функциональная схема блока управления; на фиг.4 - принципиальная схемапреобразователя синусоидального напряжения в прямоугольные импульсы; на фиг.5- временные диаграммы, поясняющие рабообразователя синусоидального нания в прямоугольные импульсы,)5 Н 02 Р 9/42, Н 02 М 5/38(57) Использование; энергосистема может быть использована в качестве источника питания потребителей, требующих стабильной частоты при переменной частоте основной сети. Сущность изобретения; за счет введения в энергосистему преобразователя синусоидального напряжения в прямоугольные импульсы, специального выполнения полупроводниковых коммутаторов, соединения с ними параллельно нелинейных целей с датчиками тока в каждой. особого выполнения блока управления и соединения по определенному закону обмоток электромашинного преобразователя частоты удается значительно улучшить качество выходного напряжения. 5 ил., 4 табл. Автономная энергосистема стабильной частоты содержит генератор 1, выполненный в виде двух электромашинных преобразователей 2, 3 частоты, роторы которых жестко связаны между собой и с приводным двигателем не показан, три трехфазных полупроводниковых коммутатора 4, 5, 6, трехфазный источник 7 напряжения фиксированной частоты и трехфазную нагрузку 8, причем якорная обмотка 9 первого электромашин ного преобразователя 2 частоты выполнена в виде трех секций 10, 11, 12, уложенных в одни и те же пазы со сдвигом каждой фазы в секциях 10-12 на 120 электрических градусов друг относительно друга, начала первой а 11, второй Ь 11 и третьей с 11 фаз первой 10 (второй 11, третьей 12) секций первого электромашинного преобразователя 2 присоединен к первому (вторым, третьим) входам первого 4, второго 5 и третьего 6 полупроводниковых коммутаторов, обмотка 13 возбуждения1823128 Составитель С,СемидеТехред М.Моргентал С.Патрушева ор Редактор Заказ 2186 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 л.Гагарина, 1 Патент", г. Уж енно-издательский комбин оизвопервого электромашинного преобразователя 2 подключена к источнику 7 напряжения фиксированной частоты с обратным чередованием фаз по отношению к обмотке 14 возбуждения оторого электром шинного 5 преобразователя 3, якорная обмотка 15 второго злектромашинного преобразователя 3 частоты выполнена так.ке о виде трех секций 16, 17, 18, уложенных о одни и те же пазы со сдвигом каждой фазы о секциях 16- 10 18 на 120 электрических градусов друг относительно друга, концы фаз секций 10-12 якорной обмотки 9 первого электромашин- ного преобразооателя 2 соединены с началами фаз секций 16-18 якорной обмотки 15 15 второго злектромашинного преобразователя 3, причем о первых секциях 10 и 16 соединены между собой первые а 11, а 12, вторые Ь 11, Ь 12 и третьи с 11, с 12 фазы, оо вторых секциях 11 и 17 - первая а 21 с третьей с 22, 20 вторая Ь 21 с первой а 22 и третья с 21 со второй Ь 22, о третьих секциях 12 и 18 - г 1 ервая оз 1, со второй Ьз 2, вторая Ьз 1 с третьей сз 2 и третья сз 1 с первой аз 2 фазами, а. концы фаз а 12, Ь 12. с 12, а 22, Ь 22, с 22, аэ 2. Ьз 2, сз 2 соответ ственно в каждой секции 16 - 18 второго электромашинного преобразователя 3 объединены в "звезду", каждый полупроводниковый преобразователь 4-6 выполнен о виде трехфазного диодного моста с диода ми 19-24, 25-30, 31-36 соответственно, выходы которого зашунтированы двумя согласно включенными параллельно цепочками, каждая из которых состоит из двух последовательно включенных тиристороо и 35 двух датчиков тока 37, 38, 53 и 39. 40, 55, 56;41, 42, 57, 58 и 43, 44, 59, 60; 45, 46, 61. 62 и 47, 48. 63, 64 соответственно, трехфазная нагрузка 8 выполнена раздельной на две одинаковые секции 49, 50, магнитосвязан ные между собой, причем начала каждойЪ фазы А 1, 81, С 1 первой секции 49 нагрузки 8 присоединены к общей точке соединения тиристоров 37, 38; 41, 42; 45, 46 соответственно каждого полупроводникового комму татара 4-6. а концы фаэ А 1, В 1, С 1 первой секции 49 нагрузки 8 обьединены в "звезду", концы каждой А 2, В 2, С 2 второй секции 50 нагрузки 8 подключены к общей точке соединения тиристоров 39, 40; 43, 44; 47, 48 50 соответственно каждого полупроводникового коммутатора 4-6. а начала фаз А 2, 82, С 2 второй секции 50 нагрузки 8 обьединены в "звезду", Автономная энергосистема содержит также преобразователь 51 синусои дального напрякения в прямоугольные импульсы. входы которого соединены с началами фаз а 11, ь 11,с 11, а 21,ь 21,с 21 секций 10, 11 якорной обмотки 9 первого электромашинного преобразователя 2 частоты, а вы ходы соединены с основным информационным входом блока 52 управления, состоящего из двух идентичных частей 65, 66 (фиг,З), дополнительные информационные входы блока 52 управления подключены к датчикам 53 - 64 тока нагрузки 8, выходы блока 52 управления подсоединены к управляющим электродам тиристоров 37 - 48,Преобразователь 51 синусоидального напряжения в прямоугольные импульсы (фиг.4) состоит из четырех трехфазных цепочек 67. 68, 69 и 70, каждая фаза 011, й 1. дз 1: 011, с 321, Оз 1 и е 11, е 21, ез 1; е 11, е 21, ез 1 которых представляет собой последовательно соединенные диод и резистор соответственно 71 и 77, 72 и 78, 73 и 79, 89 и 83, 90 и 84, 94 и 88, трехфазные цепочки 67, 69 и 68, 70 объединены в доа трехфазных моста 104, 105, нагрузками которых служат балластные сопротивления 95 и 96 соответственно, причем о одну из фаз 011 и ез 1 каждого моста включен электронный ключ 97 и 98 соответственно, потенциально разоязанный от преобразователя 51, выходы электронных ключей 97 и 98 каждого моста соединены с входами элемента 103 2 И, выход которого является выходом преобразователя 51, Выход преобразователя 51 подключен к информационным оходам блоков 65, 66, а именно к первому входу первого элемента 99 2 И Киг.З), а входы второго, третьего, четвертого элементов 100 - 102 2 И предназначены для подключения датчиков 53, 54, 57, 58, 61, 62 тока нагрузки (фиг,1) причем входы элементов 100-102 2 И соединены со всеми входами элемента 107 6 ИЛ ИНЕи с первыми оходами каждого иэ шести элементоо 108-113 ЗИЛИ-НЕ, выходы элементов 100 - 102 2 И соединены со всеми тремя входами элемента 106 ЗИЛИ-НЕ, выход которого подключен ко вторым входам элементов 108-113 ЗИЛИ-НЕ, выход элемента 107 бИЛИ-НЕ подключен к третьим входам всех шести элементов 108-113 ЗИЛИ-НЕ и ко второму оходу первого элемента 99 2 И, выход которого соединен с первыми входами всех четырех элементов 114-117 2 ИЛИ, выходы второго, третьего, четвертого и пятого элементов 109-112 ЗИЛИ-НЕ подключены ко вторым входам осех элементов 114 - 117 2 ИЛИсоответственно. выходы которых, а также выходы первого и шестого элементов ЗИЛИ-НЕ 108, 113 предназначены для подключения к управляющим электродам тиристороо 37, 38, 41, 42, 45, 46.Автономная энергосистема стабильной частоты работает следующим образом,Поскольку обмотки возбуждения 13, 14 трехфаэных электромашинных преобразователей 2, 3 подключены к источнику 7 на 1823128пряжения фиксированной частоты с обратным чередованием фаз по отношению другк другу, то вращение создаваемых ими полей осуществляется в противоположном направлении, Тогда на выходах всех фаз 5якорных обмоток 9, 15, соединенных междусобой, наводятся суммарные ЭДС:Еад Еа 12+ Еа 11 = Ет 31 П ан 1.СОВ а 61ЕЬД " ЕЬ 22 + ЕЬгг + Ес 21 - Е З 1 П( а н 1120 ),соз а 61: 10ЕсД - Есэ 2+ ЕЬЗ 1 = Еа З 1 П( а н 1-240).СОЗЩ 1;Еае-ЕЬ 12+ЕЬ 11= Ет З 1 П ан 1,СОЗ( а 611200);еьв=есгг+еаг 1= Ет з 1 п( ан 1-120),соз( 15щ 1-1200);Есе = Еаэг + ЕсЗ 1 = Ев 31 П( ан 1240 )соз( а 61-120 );Еас Ес 12+ Ес 11= Ев 31 П а н 1 СОВ( а 61 -240 а); 20ЕЬС = Еагг + ЕЬ 21 = Ет З 1 П( ан 11200), соз(а 61-2400);есс - еьз 2 + еаз 1 = Е, 31 п( анс 2400). соз( а 61-240),где еад есс - суммарная ЭДС соответствующих фаз;Еа 11, ЕсЗ 1 - ЭДС СООтВЕтСтВУЮЩИХ фаэпервой машины 2:Еа 12 ЕсЗ 2 - ЭДС СООтВЕтСтВУЮЩИХ фаэ 30второй машины 3;Еа - амплитудное значение ЭДС;ан - . несущая частота напряжения;а 6 - частота биений напряжения,На фиг.2 а приведены кривые ЭДС для фазыА 1, кривые ЭДС фаз В 1 и С 1 сдвинуты соответственно на 120 электрических градусовотносительно фазы А 1 и одна относительнодругой.40В исходном состоянии токи в фазах А 1,В 1 и С 1 нагрузки 49, а, следовательно, и вдатчиках 53 и 54, 57 и 58, 61 и 62 токанагрузки равны нулю. При этом нулевые сигналы присутствуют на всех входах второго100, третьего 101 и четвертого 102 элементов 2 И, элемента 107 6 ИЛИ-НЕ и на первыхвходах всех шести элементов 108 - 113ЗИЛИ-НЕ, На входах второго 100, третьего101 и четвертого 102 элементов 2 И и на всех 50входах элемента 106 ЗИЛИ также нулевыесигналы, что обеспечивает нулевой сигнална входе элемента 106 ЗИЛИ и. соответственно, на вторых входах всех шести элементов 108 - 113 ЗИЛИ-НЕ. На выходе элемента107 6 ИЛИ-НЕ присутствует единичный сигнал, который поступает на второй вход элемента 99 2 И и на третьи входы всех шестиэлементов 108-113 ЗИЛИ-НЕ, что обеспечивает нулевые сигналы на выходах и. соответственно, на вторых входах всех четырех элементов 114 - 117 2 ИЛИ.Биения напряжений поступают с двух секций генератора 9 на входы преобразователя 51 синусоидального напряжения в прямоугольные импульсы. В фазах 611, 021, бз 1 и е 11. е 21, ез 1, соответственно, цепочек 67 и 68 выделяются напряжения несущей частоты, показанные на фиг.5 а и 56, причем на фиг.5 а показаны напряжения: линии беэ значков - в фазах г 111, д 1 г; линии с черточкой - в фазах Ь 12, Ь 11; линии с крестиком - в фазах с 12, с 11; на фиг.56, соответственно, в фазах а 21, с 22; в фазах Ь 21, бгг; в фазах с 21, Ь 22. При этом электронный ключ 97 в фазе 011 цепочки 67 откроется в моменты, показанные на фиг.5 в, а ключи 98 в фазе ез 1 цепочки 68 - в моменты времени, показанные на фиг,5 г. Импульсы с выходов ключей поступают на входы элементы 103 2 И, с выхода которого подаются на информационный вход блока управления 52 (фиг,5 д). При этом на выходе 107 элемента 6 ИЛИ-НЕ и на втором входе первого элемента 99 2 И присутствуют единичные сигналы. а на выходе элемента 99 2 И единичные сигналы появляются тогда же, когда и на выходе преобразователя 51 синусоидального напряжения в йрямоугольные импульсы. Это обеспечивает появление единичных сигналов на первых входах и выходах всех четырех элементов 114-117 2 ИЛИ и на соответствующих управляющих электродах тиристоров 38, 41, 42, 45. Таким образом, при запуске обеспечивается включение двух тиристоров 41, 42 не более чем в одной фазе нагрузки 8, в данном случае в фазе В, и по одномутиристору 38 и 45, соответственно, в двух других фазах А и С нагрузки 8. Аналогично работает блок бб. обеспечивая появление управляющих сигналов на тиристорах 40, 43, 44, 47. При появлении тока в нагрузке 8, первая гармоника которого показана на фиг.26 для фаз А 1 и А 2, срабатывает по крайней мере один из датчиков тока нагрузки 53-64, в результате чего на одном иэ входов элемента 107 6 ИЛИ-НЕ появляется единичный сигнал, а на его выходе - нулевой сигнал, который поступает на второй вход первого элемента 99 2 И, запирая его для импульсов от преобразователя 51 и на первые входы всех шести элементов 108 - 113 ЗИЛИ-НЕ, снимая запрет на управление от датчика 53 - 64 тока нагрузки, В течение одного периода модулирующего напряжения низкой частоты сигналы управления подаются на тиристоры 37-48 в соответствии с диаграммами, изображенными на фиг,2 в, 2 г, на которых заштрихованными участками показаны промежутки времени, в которые40 45 50 включены соответствующие пары тиристоров, причем сигналы на фиг.2 в сдвинуты на 180 относительно сигналоо на фиг,2 г, Величина уставки 1 уст датчиков37-48 тока нагрузки можетлежать в пределах (1.2-2)1 уд1 ут0,51 п, где 1 уд - ток удержания для данного типа тиристЬров,п- амплитуда тока нагрузки.При этом тиристоры включаются согласно показанному в таблицах 1-4.В моменты перехода тока нагрузки через нуль коммутация тиристоров и диодов происходит согласно табл.2 и 3.В моменты перехода тока нагрузки через нуль коммутация тиристоров происходит автоматически согласно показанному в табл.4.В результате такой естественной коммутации тиристоров 37-48 и диодов 19-36 полупроводниковых коммутаторов 4-6 на первой секции 49 нагрузки 8 появляется напряжение; на фазе А 1 - Од 1(фиг.2 д), на фазе В 1 - Овт, аналогично Фазе А 1, но сдвинутое на 120 электрических градусов, на фазе С 1 - ОС 1, аналогично фазе А 1, но сдвинутое на 240 электрических градусоо, и через фазы первой секции будут протекать токи, первая гармоника которогб для фазы А 1 показана на фиг,2 б. На второй секции 50 нагрузки 8 появляется напряжение: на фазе А 2 - Од 2 (фиг.2 д), на фазе 82 - Овг, аналогично фазе А 2, сдвинутое на 120 электрических градусов, на фазе С 2 - Осг, аналогично фазе Я 2, но сдвинутое на 240 электрических градусов, и через фазы второй секции 50 будут протекать токи, первая гармоника которого для фазы А 2 показана на фиг,26,Формула изобретения Автономная энергосистема стабильной частоты, содержащая машинно-вентильный генератор. выполненный о виде двух трехфазных электромашинных преобразователей частоты, расположенных на одном валу, три трехфазных полупроводниковых коммутатора. трехфазный источник напряжения фиксированной частоты и трехфазную нагрузку, соединенную с выходами коммутаторов, причем якорная обмотка первого преобразователя частоты, выйолненная в виде трех секций, расположенных в одних и тех же пазах якоря со сдвигом каждой фазы о секциях на 120 эл. град. начала фаз каждой секции первого преобразователя частоты 5 10 15 20 25 30 35 подключены к силовым входам соответствующего коммутатора, входы управления которых связаны с выходами блока управления, имеющего информационный вход, при этом трехфаэные индукторные обмотки преобразователей подключены к выводам источника фиксированной частоты с обратным чередованием фаз одной обмотки по отношению к другой, о т л и ч а ю ща я с я тем что, с целью повышения качЕ- ства выходнои электроэнергии, дополнительно введен преобразователь синусоидэльного напряжения в прямоугольные импульсы, каждый полупроводниковый коммутатор выполнен о виде трехфазного двухполупериодного моста, к выходу постоянного тока которого подключены две параллельно соединенных цепи, каждая из которых состоит иэ двух последовательно включенных тиристоров и двух датчиков тока, соединенных с каждым тиристором так, что датчики тока в каждой цепи имеют общую точку, блок управления коммутаторами снабжен дополнительнытли информационными входами, соединенными с выходами датчиков тока, основной информационный вход блока управления коммутаторами соединен с выходом преобразователя синусоидального сигнала, входы которого подключены к началам фаэ первой и второй секций якорной обмотки первого преобразователя частоты, якорная обмотка второго преобразователя частоты выполнена по размещению о пазах якоря аналогично якорной обмотке первого преобразооателя частоты, концы фаз о каждой секции второго преобразователя частоты соединены в звезду, а началэ Фаз этих же секций подключены к концам фаз соответствующих секций якорных обмоток пероого преобразователя, в первой секции с одноименными фазами, во второй секции - первая фаза с второй фазой, вторая фаза с третьей фазой, третья фаза с первой фазой, а в третьей секции - первая фаза с третьей фазой, вторая фаза с первой фазой, третья фаза с второй фазой, причем нагрузка выполнена из двух магнитосоязанных между собой трехфазных обглоток, у одной из которых объединены начала, а у другой - концы обмоток, а другие выводы одноименных фаз обмоток соединены с общей точкой датчиков тока одного и того же полупроводникового коммутатора.1823128 д 3 ч д 4 Эч д 3 ч дВч дВСЧ дВча .а ,а .а .а .аО фО ф - О фО фО ф 4- О ф444-1-1-3 а 5 1 а 5 У а 5 й а й аЕ У а 5 2:ч 4 5 Ц 9 5 Ц Ф 5 Ц 6 5 О Ф 5 Ц 9 5 Цф . ф, ф . ф ф, ф3 = д 3 д Х . д 3 = д Х .,Эч ЕО ВШ Э Ви В 0 сч сч ГЭ фю о Я й н о щю о е ю о есч с - сч юг цю сч и еюфц СЧ С 4 СЧ о фю сч с) ф а о.о хО ою сч счщ ою ф сч сч сч сч сакэ ф сч Г) фьоре ВО 4 х я сч С 4 сч с ф- сч аю о щ ю оо сч цюЯсч г е осч съ фющ ою сч Щ ою сч сч сч сч сч с 1 е, сч ю о щ ю 44 1 Е- СЧ сч д сч .О о а сч сч счо щю4.4 ф ю с)счюацю сч ссч ою а о й ф- М й ч- ч. СО СЧ ч СО Ч ч СО М М М М М М М М М М М М М О О ф О сО ф О сО Л й й Л й М Ч СЧ М СЧ СЧ М Ч Ч СЧ Ч Ч СЧ ч С) с- М й е- М й ф- М ОЪ Ч Ф ЧЧЧЧ СЧЧ ф-Ч Ч 1- ЧЧ йМСОСЧ 4 СОСЧс 4 СОЧ 4 йф-Мй М М М М М М М М М М М М М М М М О О ф О сО ф й й Л й й Л Оъ й Л О М Ч СЧ М Ч СЧ СЧ СЧ Ч Ч Ч СЧ Ч Ч СЧ ММйф ФОЧФОЧсС СЧ СЧ - СЧ СЧ Ч СЧ СЧ СЧ Ч СЧ О сО сООООО(ОО й йФ СЙ СГ Й СЙ 4 Ф Т С 3 Ф й й й й й й сО сОФ сС с 3 сГ сйГЧ Ч С 4 Ч СЧ СЧ СЧ ЧсТ СГ С Ф 4 Й фФ С ЙСО СО Л Л Л Л Л ЛММММММММ Г Т сС ФсТ Ф сй Г ЛЛСОфСОфффф МММММММММ О й й й й й й й сО сОсс Ф сС сс т с 3 Ф сС сй сй сТ сГ сйсТ сй Ф ОСОС ЛЛЛЛЛЛ МММММММММ(О 4 О О сО О сО й й й сй сГ сй Ф с 3 сГ сй Т с,С- счеаг С Ф Ф сС сйФ Ф Ф Л.Л СО О СО СО СО СО ф МММММММММ Б а О1823128 х Г хЧ а а о ф - о файаЫ ОсОСОХО ф. фСЧ Х СЧаОй аШ сч мсч м ф- сч ща о ща о щ м ф сч а о щм ф-сч щ оа сч о щсч оам аЩсч м фсч м мщ осч счм о а с 4 сч а о сч д сч оща сч сч Сч М о щ щ о сч сч сч мщ сч м щ о сч сч м сч ща ое т мсч оа щ щ аТд сч ч сч сч сч о ща о щаф т м сч м сч а щ оа щ о сч сч счмощамсчащо сч сч сч сч сч- сч м т- сч щао щат- сч М т- сч щодщо мсч м ощао м е сч м ащ оа СГ 3 е- Сф 3 ОЪ с- СЪ 1 Й СЧ С 3 С ) С Э ЕЭ С 3 СЭ СЭ СЭ в со со о со со о со СЧ С 4 СЧ С) СЧ СЧ С) СЧ чосччв -св СЧСЧСЧСЧ -СЧСЧфСЧ СГ СО СЧ С 3 О) - С) О 3 - Сф) ОЪ - Ч СО СЧ Ч СфЭ С) С 3 С) Сф 3 СЪ Сф)С) Сф) С") С) С 1 С"Ъ РЭ С) С 1 В О 3 Л В 3 О Л В О ф О СО СО О ф ф О СО Л СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ СЧ Сф) СЧ Сч Г) СЧ СЧ Р 7 СЧ СЧ СВ СЧ Ч О Сч Ч О СЧ Ч О - Сб В - С 3 В СЧ ф СЧ СЧ СЧ СЧ Сч Сч СЧ СЧ СЧ СЧ СЧСЧ СЧСЧ СО ф ф ф СО СО ф ф ОЭ 3 Л чччччччччччч Ч Ч СЪ Сб Сф Сф) С СфЭ С) С 3 Сф) Ч Ч Ч Ч Ч Ч Ч 3 Ч Ч Ч Ч Ф юввово оооооо г с 3 3 3 с 3 сч ч ч ч ч ч ч оовв о фффффллллллллллффсо ччччстфс)съРъчччччччччч СЧ СЧ С) ф ф РЭ С) РЭ Ч Ч Ч Ч Ч "3 Ч Ч Ч Сф 7 ччччччччч ччччччччч в в о о о о о о о о о в в в в в в в Р) С) Ч Ч С 3 Ч Ч Ч Ч Ч Ч СЪ С) С") С) С") С+1 РЪсс ч сь сь сь сь СРСБ СРЖсРЯСУЯЮ х 4 чаоф- а х 4 тао ф са Ефх счК афО харчаоф"а Хвоф М1 СЧБ а СфЪ РЪ СЭ СО О СС 3 СЧ С 1 СЧ ф- Сф) В сч сч :3 с Э 1 1823128