Установка для питания автономных объектов

(51) М. Кл,Н 021 3/00 Н 02 Р 9/42 Гюсударстаеииый комитет СССР по делам изосретеиий и открытий(72) Авторы изобретения Врьковский политехнический институт им. А. А, Жданова(54) УСТАНОВКА ДЛЯ ПИТАНИЯ АВТОНОМНЫХ ОБЪЕКТОВИзобретение 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 сетипри переменной нагрузке и скорости вращения вала приводного двигателя.Известна установка для питания автономных объектов переменным током постоянного напряжения и стабильной частоты 10бортовой сети наземного транспорта, судов,самолетов 1,Устройство содержит генератор переменной скорости вращения. Активная мощностьпередается в бортовую сеть постоянной частоты через преобразователь частоты. Дляподдержания напряжения и компенсациирасхода реактивной энергии служит работающий параллельно сети синхронный генератор реактивной мощности. Для зашиты инвертора при коротком замыкании сети трехфазного тока предложено устройство в цепипостоянного тока, автоматически исключающее протекание токов через инвертор, превышающих допустимый. Недостатком указанной установки является применение специального синхронногогенератора в качестве источника управляемой реактивной мощности и значительныепотери энергии из-за двухкратного преобразования всей активной мощности в цейи выпрямителя и инвертора, а также дополнительные потери в специальном синхронном гене-.раторе.Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является установка для питания автономных объектов,содержащая асинхронную машину с приводным двигателем на ее валу, выпрямительный мост в ее роторной цепи, инвертор сблоком управления, включенным в сеть переменного тока, к которой подключены датчики напряжения и частоты, конденсаторысамовозбуждения, сглаживающий дроссель,в ключенный последовательно в цепь выпрямленного тока ротора асинхронной машины, токоограничивающие реакторы, подключенные к инвертору к сети переменноготока 12 .В качестве регулятора напряжения и источника активной энергии использована синхронная машина.,1 о 20 21 зо 4 о 45 зо Основным недостатком известной уста"=йовкй"являешься ее сложностьввйду наличия синхронного генератора, работающегов режиме реактивной мощности, и наличиепотерь в ней, что приводит к снижению ееэйергетических показателей.Целью изобретения является устранение"=="указа 1 гных недостатков; а именно: упрощение устройства и улучшение его энергетических показателей,Этацель достигается в установке для питания автономных объектов, содержащейасинхронную машину с приводным двигателем на ее валу, выпрямительный мост вее роторной цепи, инверторс блоком управления, включенным в сеть переменного тока,к которой подключены датчики напряженияи частоты, и конденсаторы самовозбуждения, сглаживающий дроссель, включенныйпоследовательно в цепь выпрямленного тока ротора асинхронной машины, токоограничйвамщие "реактбры, подключенные к инвертору, и сети переменного тока.Новым в установке является то, что онаснабжена полупроводниковым ключевымэлементом, который включен параллельно вцепь выпрямленного тока ротора асинхронной машины, блоком управления ключевымэлементом, вход которого соединен с выхо" "дом датчикачастоты, причем выпрямительный мост в роторной цепивыполнен управляемым с искусственной коммутацией; выходдатчика напряжения подклюЧен ко входублока управления выпрямителем, а конденсаторы самовозбуждения подключены к се- ти через дополнителько введенные дроссели.Установка содержит первичный двигатель 1 асинхронной машины 2, выпрямительный мост с искусственной коммутацией 3 вцепи ротора машины 2, инвертор с естественной коммутацией 4, в цепь постоянноготока ротора включен сглаживающий дроссель 5. Парраллельно в цепь выпрямленного тока ротора включен полупроводниковыйключевой 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 выходу датчика частоты 10. В цепи инвертора 4 предусмотрены токоограничивающие реакторы 14..л .а-ж:.Установка работает следующим образом.Первичный двигатель 1 вращает асинхронную машину 2 со скоростью превышающей синхронную. При этом в питающую сеть генерируется активная мощность статора и через выпрямитель 3 и инвертор 4 мощность скольжения. Сглаживающий дроссель 5 обеспечивает уменьшение пульсаций выпрямленного тока ротора асинхронной машины,Качество формы кривой выходного напряжения генератора обеспечивается конденсаторами 7 и дросселями 8, которые образуют фильтро-компенсирующее устройство. Источником реактивной энергии автономной системы являются асинхронная машина, 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 машины имеет емкостный характер и обеспечивает возбуждение генератора, а также 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 выпрямителем 12 изменяет фазу его угла управления, Инвертор преобразователя работает с постоянным минимальным углом управления, когда его противоэдс максимальна. Регулирование среднего значения противоэдс и, следовательно, изменение генерируемой активной мощности в автономную сеть осуществляется с помощью ключевого элемента в цели выпрямленного тока изменением относительной продолжительности его включения. При-этом частота напрягения автономной сети будет определяться согласно зависимости Ч 7 йоз рВ-О-цоем. где и, р - соответственно скорость вращения и число пар полюсов;к - коэффициент схемы вентиль- ного преобразователя;ар 8; - углы управления мостов 3, 4;Х - относительная продолжительность включения ключевого элемента;Кз - эквивалентное сопротивлениероторной цепи;Й - сопротивление нагрузки,Управление инвертором с постоянным углом ф 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 уменьшению 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 ма, 7206195шиной 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 5 вызывает увеличение емкостной составляющей тока ротора, следовательно, обеспечивает форсирование возбуждения и необходимую устойчивость системы,Формула изобретения Увеличение скорости вращения машины 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, уменьшается 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 машина, возбуждаемая со стороны ротора емкостной составляющей его тока за счет опережающего угла управления роторного выпрямителя,2. Уменьшаются потери энергии в автономной электростанции вследствие отсутствия дополнительной синхронной машины.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. 64. Улучшается форма сетевого напряжения за счет совместного использования конденсаторов, служащих для самовозбуждения машины, и дросселей, применяемых в качестве фильтра высших гармоник тока./Установка для питания автономных объектов, содержащая асинхронную машину сприводным двигателем на ее валу, выпрямительный мост в ее роторной цепи, инверторс блоком управления, включенным в сеть переменного тока, к которой подключены датчики напряжения и частоты, конденсаторысамовозбуждения, сглаживающий дроссель, включенный последовательно в цепьвыпрямленного тока ротора асинхронноймашины, токоограничивающие реакторы,подключенные к инвертору и сети переменного тока, отличающаяся тем, что, с цельюго упрощения устройства и улучшения егоэнергетических показателей, установка снабжена полупроводниковым ключевым элементом, который включен параллельно вцепь выпрямленного тока ротора асинхронной машины, 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 подключензо ко входу блока управления выпрямителем,а конденсаторы самовозбуждения подключены к сети через дополнительно введенныедроссели.Источники информации,35принятые во внимание при экспертизе1. Акцентованная заявка ФРГ1563728, кл, Н 02 Р.9/42, 1974.2. Авторское свидетельство СССР233050, кл, Н 02 Р 9/30, 1968.тавитель К. фотинад К. Шуфрич783нного комитета Сгений и открытийРаушская набУжгород, ул. Про ая Т Тираж Государстве епам изобре осква, Ж - 35 Патента, г.