Автономная система электроснабжения

,.4 Союз Советскию Социалистических РеспубликОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ о 1771844(23) ПриоритетОпубликовано 151080. Бюллетень Йо 38Дата опубликовани я описания 151078 1 М Кз Н 02 Р 9/42 Н 02 М 5/27 Государственный комитет СССР ло дедам изобретений и открытий(72) Авторы изобретения В.И. Сенько, Г.С. Мыцык, В.С. Смирнов, В.М. Скобченко, Н.П, Макаренко, А.В. Буденный и Ю.П. Иванов Московский ордена Ленина энергетический институт и Киевский ордена Ленина политехнический институт(54) АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ Изобретение относится к преобра-зовательной технике и может быть использовано при построении автономных систем электроснабжения (СЭС) подвиж иых объектов с переменной частотой вращения вала электрического генератора для получения квазисинусоидального напряжения стабильной частоты.гоИзвестны СЭС, содержащие синхронный генератор н подключенный к его выходу преобразователь частоты, выполненный в виде комплекта амплитудно-импульсных модуляторов на управляемых ключах 1) - 41.Недостаткамиг 5 автономных СЭС .1 и 21 являются низкое качество выходного напряжения и отсутствие возможности рекуперации реактивной энергии при активно-индуктивной нагрузке. Кроме того, в данных автономных СЭС предусматривается исгользование нулевого вывода синхронного генератора, что не всегда возможно. СЭС включают в себя два 2 комплекта сглаживающих фильтров,что существенно ухудшает массогабаритные показатели и понижает КПД автономных СЭС. Низкое качество выходного напряжения и невысокие массогабаритные показатели являются недостатком и автономной СЭС 3.Из известных схемных решений автономных СЭС наиболее близкой по технической сущности к предложенной является система 41, Эта СЭС содержит трехфазный генератор и подключенный к нему преобразователь частоты в виде комплекта основных амплитудно-импульсных модуляторов и комплекта дополнительных амплитудно-импульсных модуляторов на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, причем выходные выводы модуляторов обоих комплектов соединены последовательно.К недостаткам такой СЭС следует отнести необходимость введения дополнительных модуляторов, выполненных аналогично основным и используемых с целью улучшения качества выходной энергии СЭС. Введение дополнительных модуляторов приводит к ухудшению не только массогабаритных показателей автономной СЭС, но и энергетических показателей, т.е. КПД, в связи с резким увеличением числа полностью управляемых ключей с двусторонней проводимостью. Кроме того, низкая частота силовых трансформаторов модуляторов также ухудшает массогабаритныепоказатели автономной СЭС.Цель изобретения - уменьшениемассы и повышение качества выходногонапряжения за счет уменьшения егокоэффициента нелинейных искажений.Поставленная цель достигается тем,что в автономной системе электроснаб"жения, содержащей И -Фазный генератор с переменной частотой вращениявала, амплитудно-импульсные модуляторы, числом кратные числу и, каждыйиз которых входными силовыми выводами связан с соответствующими выводами генератора и выполнен по однойиз инверторных схем на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, а также трансформаторыпо числу модуляторов с первичной ивторичной обмотками и блок управления, обеспечивающий заданную выходную частоту СЭС; входные силовые выводы амплитудно-импульсных модуляторов подключены непосредственно квыходным выводам и-разного генератора, выходные выводы этих модуляторов подключены к первичным обмоткамтрансформаторов, вторичная ббмоткакаждого из которых выполнена с нулевой точкой и с отпайками, симметрично расположенными по обе стороны отнулевой точки, При этом концы каждойобмотки и ее отпайки соединены черездополнительно введенные полностьюуправляемые ключи с двусторонней проводимостью в общую точку, образующуюсовместно с нулевыми точками соответствующих вторичных обмоток трансформаторные выходы амплитудно-импульсных модуляторов, которые соединенымежду собой последовательно, образуявыходные выводы СЭС,Кроме того, блок управления автономной СЭС выполнен в виде последовательно соединенных задатчика частоты, сумматора,умножителя частоты,распределителя импульсов, логического узла и усилительно-развязывающегоузла, выходы которого образуют выходы блока управления, а также делителя частоты, входом подключенногок выходу умножителя, а выходом - ковходу усилительно-развязывающего узла.На Фиг. 1 представлена функциональная схема, поясняющая принципработы предложенной СЭС; на фиг.2функциональная схема блока управления; на Фиг. 3 - схема. логическогоузла в состав блока управления; нафиг, 4 - диаграммы, поясняющие Формирование импульсов управления клю- .чами с двусторонней проводимостьюна выходах логического узла; наФиг. 5 - диаграммы, поясняющие Формирование напряжения на выходе амплитудно-Импульсного модулятора; наФиг, б -. диаграммы, иллюстрирующие Формирование результирующего напряжения на нагрузке.Предложенная автономная СЭС(Фиг. 1) содержит электрический генератор и подключенные к его выводам 5 три идентичных амплитудно-импульсныхмодулятора 1-3 с трансформаторным выходом, входами подключенных к выходамгенератора через полностью управляемые ключи 4-7 с двусторонней проводи"мостью, образующие инверторные ячейки. Выходные выводы последних подключены к первичным обмоткам трансформаторов 8, вторичные обмотки которыхвыполнены с нулевой точкой и с отпайками, симметрично расположенными пообе стороны от нулевой точки, Концыи отпайки вторичных обмоток трансформаторов 8. соединены через дополнительно введенные полностью управляемые ключи 9-14 с двусторонней прово О димостью в общую точку, которая совместно с нулевыми точками соответствующих вторичных обмоток образуеттрансформаторные выходы амплитудноимпульсных модуляторов 1-3. Выходы 25 модуляторов соединены последовательно, образуя выходные выводы СЭС. (Вкачестве примера показано формирование однофазного напряжения при использовании трехфазного генератора и З наличии шести дополнительно введенных ключей в каждом модуляторе).Блок управления (фиг. 2) содержитпоследовательно соединенные задатчикчастоты 15, сумматор 16, умножительчастоты 17, распределитель импульсов18, логический узел 19, усилительноразвязывающий .узел 20, выходы которого образуют выходы блока управления,а также делитель частоты 21, входомподключенный к выходу умножителя час О тоты 17, а выходом - ко входам усилительно-развязывающего узла 20.В состав логического узла 19,(фиг. 3) входят, например, три комплекта логических схем "ИЛИ", необходимых для формирования алгоритмауправления ключами амплитудно-импульсных.модуляторов 1-3, причем числологических схем в каждом комплектеадекватно числу дополнительно введенных ключей в каждом модуляторе.При частоте выходного напряжениятрехфазного генератора 1 и частотеуправления ключами амплитудно-импульсных модуляторов 1-3,кратной, навыходе автономной СЭС Формируетсяквазисинусоидальное напряжение, частота основной гармоники которого равна 1-Г 4 При поступлении импульсов,представленных на диаграмме 4-1(фиг. 4), с выхода умножителя часто- Щ ты 17 на вход распределителя импульсов 18 наего выходах Фориируются импульсы, представленные на диаграммах4-2-4-13, Одновременно импульсы с выхода умножителя частоты 17 поступают д на вход делителя частоты 21, на вы 771844мостью позволяет существенно умень" шить габаритную мощность выходных фильтров или отказаться от них, Повышенная рабочая частота транс- . форматоров амплитудно-импульсных модуляторов также позволяет существенно улучшить массогабаритные показатели автономной СЭС в целомКроме того, предложенная автономная СЭС обладает повышенным КПД, так как в любой момент времени в преобразовательном тракте включено последовательно соединенных ключей меньше,чем в прототипе.Например, при Оэь = 115 В и при использовании кремниевых силовых транзисторов в преобразовательном тракте КПД автономной СЭС повысился на 2. формула изобретения 1, Автономная система электроснабжения (СЭС) стабильной частоты, содержащая в-фазный генератор с переменной частотой вращения вала, амплитудно-импульсные модуляторы, числом кратные п 1, каждый из которых входными силовыми выводами связан с соответствующими выводами генератора и выполнен по одной из инверторных схем ,на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью, а также трансформаторы по числу модуляторов с первичной и вторичной обмотками и блок управления, о т л и ч а ю щ а яс я тем, что, с целью уменьшения массы и повышения качества выходного напряжения за счет уменьшения его коэффициента нелинейных искажений,выходные выводы ю-Фазного генератора подключены непосредственно к входным силовым выводам амплитудно-импульсных модуляторов, выходные выводы которых подключены к первичным обмоткам укаэанных трансФорматоров, а их вторичные обмотки выполнены с нулевой точкой и с симметрично расположенными по обе стороны от нее отпайками, причем концы каждой обмотки и ее отпайки объединены через дополнительно введенные полностью управляемые ключи с двусторонней проводимостью в общую точку, образующую совместно с нулевой точкой выходные выводы амплитудно-импульсных модуляторов, которые соединены между собой последовательно и образуют выходные выводы СЭС.2. Автономная система электроснабжения по п. 1, о т л и ч а ю - щ а я с я тем, что блок управления выполнен в виде последовательно соединенных задатчика частоты, сумматора, .Умножителя частоты, распределителя импульсов, логического узла и усилительно-развязыэакщего узла, выходы которого образуют выходы блока управ" А" 1 А 24 А=6 Ч 1 =к 32 и )2 с 6 К (0 =7 9%При введении во вторичную обмотку 60трансформатора еще одной пары отпаеки одной пары ключей можно получить Кг(32)= 3,6,Как видно, введение дополнительных ключей с двусторонней проводи ходе которого Формируются импульсы управления (диаграммы 4-14 и 4-15) ключами 4-7 амплитудно-импульсных модуляторов 1-3.Выходные импульсы распределителя 18 являются исходными при формировании необходимого алгоритма управления ключами 9-14 модуляторов 1-3.Логический узел 19 (см. Фиг. 3) содержит три комплекта логических схем "ИЛИ".по числу Фаз генератора, причем в каждом комплекте число схем "ИЛИ" соответствует числу дополнительно введенных ключей в каждом модуляторе.Каждая логическая схема "ИЛИ" входами подключена к соответствующим 15 выходам распределителя импульсов 17, при этом на выходах этих схем формируются импульсы управления ключами9-14 модуляторов 1-3 (см. диаграммы 4-16-4-33 на фиг. 4) импульсов управ- з 0 ления ключами 9-14. На Фиг. 5 пока.зано формирование напряжения на выходе одного из амплитудно-импульсных модуляторов (диаграмма 5-3), соответствующего коммутационной Функции, представленной на диаграмме 5-1. При этом напряжение на первичной обмотке трансформатора 8 имеет вид, представленный на диаграмме 5-2, На фиг. 6 показано Формирование результирующего (диаграмла 6-4) напряжения на 30 выходе автономной СЭС после суммирования напряжений на выходах амплитудно-импульсных модуляторов 1-3.Выполнение вторичных обмоток трансформаторов амплитудно-импульс ных модуляторов с отнайками, соединенными через дополнительно введенные ключи с двусторонней проводимостью в общие точки, образующие совместно с нулевыми точками соответ ствующих вторичных обмоток трансформаторные выходы амплитудно-импульсных модуляторов выгодно отличает предложенную автономную СЭС от прототипа. При равных условиях по числу фаз генератора предложенная автономная СЭС по сравнению с известной позволяет существенно уменьшить искажения выходного напряжения.Можно, например, показать, что при шести ключах 9-14 в каждом модуляторе и при параметрах, характеризующих модулирующее воздействие (фиг.5):А 1 - - 2,5;А 2= 7; А Ъ = 10; ф-КЬцЧГ 2=ГьЬ коэффициент гармоник выходного напряжения (фиг. 6) К , ) = 14,8.55При иных параметрахления, а также делителя частоты,входом подключенного к выходу умножителя, а выходом - ко входу усилительно-развязывающего узла.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР Р 414693, кл. Н 02 М 5/48, 1974. 2. Патент ГДР 9 61311,кл. 21 д 1/01, 1968. 3. Патент СОИ 9 3378756,кл. 322-32, 1968. 5 4. Заявка В 2495993/24-07,Н 02 Р 8/42, 1977 (прототип),771844 каз 6717/7 Подписное Тираж иал ППП Патент,Ужгород, ул. Проектная, 4