Асинхронный вентильный генератор

Союз Советских Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ИТИИЬСТВУ(22) Заявлено 200977 (21) 2526273/24-07 (51) М л с присоединением заявки Н 9 -Н 02 М 5/48 Н 02 Р 9/42 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(5 З)ИЖ 621.316. .71(088.8) Дата опубликования описания 300381(54 ) АсинхРОнньЙ ВентильныИ ГенеРАтОР Изобретение относится к электротехнике и, в частности, к генераторам с частотой тока, не пропорциональ. ной частоте вращения вала. 5Известны асинхронные генераторы, имеющие выходное напряжение с плавно регулируемой частотой.Один нз известных асинхронных вентильных генераторов содержит инвер" тор напряжения, подключенный к якорным шинам генератора, и накопитель энергии (аккумуляторную батарею), включенную на выходе инвертора 1). Недостатками этого генератора являют- ся плохие коммутационные свойства ин вертора затрудняющего его работу, а также трудность согласования выходных напряжений по постоянному и переменному токам. Все это приводит к усложнению системы управления и большим 20 массогабаритным показателям.Другой из известных ассинхронных вентильных генераторов содержит асин" хронную машину и два преобразователя частоты (ПЧ), по крайней мере один из которых подключен к статору машины 2.Однако из-за индуктивных токов в обоих ПЧ требуются узлы искусственной коммутации, что усложняет и 30 ухудшает массогабаритные показатели генератора.Наиболее близким к предлагаемому является асинхронный вентильный гене" ратор, содержащий асинхронную машину два преобразователя частоты, по крайней мере один из которых подключен к статору асинронной машины, и накопитель энергии 3).В качестве накопителей энергии обычно используются аккумуляторы. Параллельная работа с аккумуляторами, расширяя функциональные возможности генератора по количеству выходов и стартерному режиму, требует примене-ния согласующих отводов на обмотке статора асинхронной машины и применения низковольтного ПЧ. Это приводит к дополнительному усложнению и ухуд" шению массогабаритных показателей ге+ . нератора.Цель изобретения - упрощение и улучшение массогабаритных показателей генератора.Поставленная цень достигается тем, что генератор снабжен однофазным инвертором повышенной частоты, подключен ным через трансформатор к параллельно соединенным преобразователям частоты, а выход постоянного тока инверторазамкнут на накопитель энергии, причем инвертор снабжен дополнительными ключами, замкнутыми на высоковольтные отводы трансформатора.На фиг. 1 изображена схема предлагаемого генератора с короткозамкнутым ротором," на фиг. 2 то же, с фазным ротором," на фиг. 3 - временная диаврамма напряжений и токов .генератора.Асинхронный вентильный генератор состоит иэ асинхронной машины 1, пре образователя 2 частоты (ПЧ), подключенного к статору машины 1, и преобразователя 3 частоты с выходом для нагрузки переменного тока. Оба ПЧ выполнены на полупроводниковых симметричных ключах 4, например, на встреч но-параллельно включенных тиристорах. Однофазными выходами ПЧ 2 и 3 подключены к обмотке 5 трансформатора б, кдругой обмотке 7 которого подключен однофаэный инвертор 8 с нуле вым выводом и дополнительными ключами 9, замкнутыми на высоковольтные отводы обмотки 7. Для коммутации инвертора 8 и ключей 9 применима любая схе- ма, например общий узел коммутации. Для упрощения инвертор 8 и ключи 9 показаны на запираемых тиристорах. Выход постоянного тока инвертора 8 замкнут на конденсатор 10 фильтра иаккумуляторы 11.Генератор работает следующим образом.Инвертор 8 создает на обмотке 5 прямоугольное напряжение постоянно повышенной частоты, из которого ПЧ 2 и 3 формируют трехфазные напря 35 жения рабочей частоты. Потребляя реак тивную мощность, машина 1 при отрицательном скольжении выдает в ПЧ 2 активную мощность,.которая идет через НЧ 3 в нагрузку переменного то ка. Незначительная часть активной мощности идет через обратные диоды инвертора 8 в аккумуляторы 11 и нагрузку постоянного тока.Для упрощения токи ПЧ показаны синусоидальными 45 (Фиг. 3), а их Фазовые сдвига соответствуют типичным сдвигам при работе с асинхронным генератором и активно"индуктивной нагрузкой. Сплошными линями показаны токи, замыкающие" ся на начало обмотки 5 (когда его потвнциал совпадает с потенциалом ФормиРуемого напряжения) .Из графического сужения токов видно,что ток обмотки ,5 меньше тока одного ПЧ,но перед коммутацией инвертора 8 :этот ток значительно возрастает из-эа необходимбсти коммутации обратных токов в ПЧ 2 и 3 предварительным переключением тиристоров. Предварительным. пере ключенивм на ключи 9 и изменением 60 коэффициента трансформации на короткое время ток на стороне инвертора снижается при уменьшении напряжения на обмотке 5 до величины, достаточной для коммутации ПЧ. 65 За счет широтного фазового регулирования моментов открывания ключей 4 относительно фронтов импульсов напряжения обмотки 5 выходные напряжения ПЧ 2 и 3 формируются по любому закону, например прямоугольному с постоянным соотношением с. напряжением выхода ПЧ 2. Частота выхода ПЧ 3 постоянная и кратна частоте инвертора 8, а частота выхода ПЧ 2 плавно регулируется. Изменением величины отрицательного скольжения путем регулирования частоты ПЧ 2 регулируют активную мощность, развиваемую асинхрон ной машиной 1, что в автономной системе равносильно регулированию выход. ного напряжения. Таким образом, при переменной частоте вращения вала стабилизируются напряжения выходов постоянного и переменного токов постоянной частоты.За счет широтного регулирования соотношения напряжений напряжение выхода ПЧ 2 регулируется пропорционально регулированию частоты. Это обеспечивает постоянство магнитного потока в асинхронной машине 1 при стабилизированных напряжениях на выходе генератора и возможность увеличения ее мощности с увеличением скорости и сохранением кратности перегрузочной способности.Возможна также работа предлагаемого генератора с постоянной частотой вращения вала и регулированием частоты и напряжения на выходе, а также в режиме самовозбуждения с цир куляцией реактивных токов через конденсатор 10 при отключенных аккумуляторах 11. Возможен также двигательный режим, например, для запуска . первичного двигателя автономного объекта. В этом режиме асинхронная машина 1 получает переменный ток регулируемой частоты и напряжение от аккумуляторов 11 через инвертор 8 и ПЧ 2 при отключенном управлении ПЧ 3.Если используется машина с фазным ротором (фиг. 2), то ПЧ 3 подключают к фазному ротору, а нагрузки - к статору машины 1Введение инвертора повышенной частоты позволяет перевести оба ПЧ на естественную коммутацию напряжением инвертора.Это сокращает число коммутирующих цепей и упрощает преобразователи генератора.Параллельное подключение обоих ПЧ к трансформатору позволяет направить преобладающую часть активной мощ ности из одного ПЧ в другой нейосред- ственно. Через трансфоматор проходит незначительная часть активной мощности на выход постоянного тока и незначительные реактивные токи, нескомпенсированные между фазами и ПЧ. Поэтому расчетные мощности трансформатора и инвертора не превышают поло вины номинальной мощности генератора а с учетом еще и повышения частотымасса трансформатора составляет около 0,1 от массы асинхронной машины. Введение дополнительного трансформато. ра позволяет устранить отводы в обмотке статора асинхронной машины и этим упростить ее и уменьшить ее расчетныую мощность на 25-40, Введение дополнительных ключей и высоковольтных отводов позволяет за счет изменения коэффициента трансформации уменьшить ток коммутирующей цепи инвертора, не-обходимый для естественной коммутации обоих ПЧ. Это дает воэможность уменьшить массу и объем общего узла .коммутации по отношению к массе и объему коммутирующих узлов, необходимых для каждого ПЧ. 15Таким образом, за счет упрощения машины и преобразсвателей упрощается генератор, а за счет уменьшения расчетных мощностей машины и коммутирующих цепей масса и объем генерато- Щ ра уменьшаются. Асинхронный вентильный генератор наиболее целесообразно использовать на автономных объектах как вспомогательный генератор постоянной частоты при переменной частоте вращения вала и как тяговый генератор для асинхронных тяговых двигателей,Формула изобретения1. Асинхронный вентильный генератор,содержащий асинхронную машину, двапреобразователя частоты, по крайнеймере один из которых подключен к статору асинхронной машины, и накопительэнергии постоянного тока, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с цельюупрощения и улучшения массогабаритныхпоказателей он снабжен однофазныминвертором повышенной частоты, подключенным через трансформатор к параллельно соединенным преобразователям частоты, а выход постоянноготока указанного инвертора замкнут нанакопитель энергии постоянного тока.2. Генератор по п. 1, от л ич а ю щ и й с я тем, что, инверторснабжен дополнительными ключами,замкнутыми на высоковольтные отводыобмотки трансформатора.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Иатент США М 3958174,кл. 322-47, 1975.2. Авторское свидетельство СССРР 493893, кл. Н 02 Н 7/О, 1974.3. Авторское свидетельство СССРР 943121, кл. Н 02 Р 9/44, 1976.илиал ППП "Патентф, г. Ужгород, ул. Проектна аказ 1476/75 ТиражВНИИПИ Государственно по делам изобретений113035, Москва, Ж,730 о комитет и открыти Раушская ПодписноеСССРбд. 4/5