Автономная система электроснабжения

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ИТВЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Ресттублик(22) Заявлено 260379 (21) 2737621/24-07с присоединением заявки Йо(51)М. Кл з Н 02 М 5/27 УН 02 М 7/48//Н 02 Р 9/42 Государственный комитет СССР но делам изобретений н открытий(71) Заявитель Красноярский политехнический институт(54) АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ реобрабытьлектро- других Изобретение относится к п эовательной технике и может использовано при построении систем транспортных средств объектов. Известен автономный источник переменного напряжения одной частоты в напряжение ступенчатой формы другой частоты, содержащий электромашинный генератор переменного тока с.несколькими выходными обмотками, выпрямители с выходными напряжениями, равными по величине уровням ступеней выходного напряжения, входы каждого из которых 5 подключейы к обмоткам генератора, а выходы - через сглаживающие фильтры и прямой и обратный трехфазные мосты к фазным зажимам. Преобразователь в этой системе формирует относительно . 20 общей нулевой точки источников трех-. ступенчатое напряжение путем подклю чения выходных зажимов с помощью двух трехфаэных мостов с дополнительными вентилями к различным уровням25 постоянного напряжения. указанные уровни создаются с помощью синхронного генератора, имеющего выходную обмотку с отпайками, к которым подключены выпрямители с фильтрами 11 30 2НедостаткаМи этой системы являются ограниченные функциональные воэможности, связанные с наличием нулевого провода, несинусоидальная форма кривой выходного напряжения, большой вес и габариты сглаживающих фильтров.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является автономный источник питания, состоящий из электромашинного генератора переменного. тока и статического преобразователя переменного тока, содержащего выпрямительные мосты, входы которых подключены к электро- машинному генератору, а выходы - через сглаживающие фильтры и коммутаторы к выходным фазным выводам, К выходным выводам и двум отпайкам обмоток генератора подключены шесть выпрямителей, собранных по нулевой схеме. Выходные напряжения выпрямителей сглаживаются индуктивно-емкостными фильтрами и создается шесть уровней постоянного напряжения относительно общего нулевого вывода источников. С помощью трех тремфазных мостовых коммутаторов, выполненных на ключах переменного тока, их выходные выводы поочередно подключа 797017ют к этим уровням и на нагрузке формируется трехступенчатое напряжение 2 .Однако этот автономный источник питания имеет ограниченные функциоальные возможности, заключающиесяневозможности подключения к нему 1 рехфазной нагрузки, соединенной тре) угольником или звездой без нулевого провода, Кроме того, из-за расщепления питающих шин коммутатора реактивная мощность потребителя в та- О ком источнике не может передаваться в другие фазы, потребляющие в это время энергию, а полностью возвращается в конденсаторы сглаживающих фильтров. Для этой цели они должны иметь большую емкость, и следовательно, большой вес и габариты, особеннори низких коэффициентах мощности на - грузки и низких частотах выходного напряжения. В выходном напряжении 20 источника содержится значительный процент высших гармоник. Кроме основной в нем присутствуют гармоники с порядковыми номерами И = 11, 13,23, 25, ,35,37, а коэффициент гармоник К = 15,2. Данный источник имеет 25 большой вес и габариты, обусловленные тем, что выпрямители собраны по нулевой схеме, и следовательно, выпрямленные напряжения имеют значительные пульсации, для сглаживания которых 30 требуются большие фильтры, Значительное содержание в выходном напряжении источника высших гармоник требует установки выходных Фильтров, что также увеличивает вес и габариты устрой Я ства. Кроме того, большое число полупроводниковых приборов также отрицательно сказывается на весе и габаритах источника.Цель изобретения - улучшение мас О со-габаритных показателей и качества выходного напряжения.Поставленная цель достигается тем, что в автономной системе электроснабжения, содержащей электромашинный 45 генератор переменного тока и статический преобразователь частоты в виде выпрямительных мостов, входами подключенных к обмоткам электромашин- ного генератора, и мостовых вентильных коммутаторов, шинами питания связанных с выходами выпрямительных мостов через сглаживающие фильтры, одна шина питания одного из двух мосто" вых коммутаторов соединена с одноименными по полярности выходными выводами двух выпрямительных мостов через введенные пары встречно-параллельно включенных вентилей, причем один из них в каждой паре выполнен неуправляемым, а другая шина питания 60 этого же мостового коммутатора через фильтр подключена к точке объединения других одноименных по полярности выводов тех же двух выпрямительных мостов. 65 На Фиг. 1 представлена схемапредлагаемой системы электроснабжения, на фиг. 2 - временные диаграммы импульсов управления вентилями;на Фиг. 3 - Формы фазного и линейного напряжений на нагрузке; йафиг. 4 - эквивалентные схемы автономной системы электроснабжениядля трех интервалов времени.Обмотки электромашинного генератора 1 соединены с выпрямителями 2 -4, имеющими сглаживающие индуктивноемкостные Фильтры 5. Выходы фильтровсоединены с шинами постоянного токадвух трехфазных мостов, выполненныхна тиристорах 6-23 и диодах 24-29,причем один мост соединен с Фильтрами непосредственно, а второй - черездве пары встречно-параллельно включенных вентилей 30-33.Устройство работает следующим образом.Управление тиристорами осуществляется импульсами напряжения фиг.2).Причем импульсы, соответствующие граФику 6 , подаются на тиристор 6, граФику 7 - на тиристор 7 и т.д. Дляполучения выходного напряжения, близкого к синусоидальному, амплитуды егоступеней выбираются из условия исключения гармоник, близких к основной,т.е, изменяющимися по синусоидальномузакону. Автономный источник позволяетформировать на четверти периода четырехступенчатое с нулевой полкой линейное напряжение или пятиступенчатое фазное, если нагрузка соединеназвездой (фиг. 3 ). Выходные напряжениявыпрямителей 2-4, равные амплитудамтретьей (О), второй (О) и первой(О 1) ступеней линейного напряжения,определяются соответственно по выражениямО = О,51 п 60 , О = О 51 пй 0 )01 Оьп 20где Оп, - амплитуда аппроксимирующейсинусоиды, проходящей через середины горизонтальных участков ступеней.Четвертые ступени линейных напряжений, равные 04 = О ьп 80 , формируются путем суммировайия напряжений выпрямителей 3 и 4, т,е. О = О 2 + О .Действительно, О 2+О = О (п 40 +,Рассмотрим работу схемы на активно-индуктивную нагрузку. Полупериодвыходного напряжения можно разбитьна девять равных интервалов. На первом интервале подаются импульсы навключение тиристоров 9, 10, 18, 23и 31. При этом с помощью тиристоров9 и 18 и диода 24 источники О 4 и О 2соединяются последовательно и к ихобщей точке подключается зажим фазы А, Тиристоры 23 и 31 и диоды 29и 30 подключают зажим фазы В к шине(-О 2), а тиристор 10 подключает зажим фазы С к шине +О, Эквивалентнаясхема для первого интервала представлена на фиг. 4 а. В результате фор.мируются вторая положительная, четвертая отрицательная и первая поло 1 кительная ступени линейных напряжеций ОАн, Озс и Осили пеРваЯ положи- тельная, четвертая отрицательнаяи третья положительная ступени фазныхнапряжений ОА, ОВ и Ос.На втором интервале подаются импульсы на включение тиристоров 18, 22, 23 и 32. С помощью тиристоров 18 и 22 и диода 24 зажимы фаз А и С соединяются между собой и подключаютсяк шине,а с помощью тиристоров 23 и 32 и диодов 29 и 33 зажим фазы В подключается к шине (-О 3), Эквивалентнаясхема для второго интервала представлена на фиг. 46. В результате формируются третья положительная, третья отрицательная и нулевая ступени линейных напряжений ОАв Онси ОСАили нторая положительная, пятая отрицательная и вторая положительная ступе "ни фаэных напряжений ОА, Он и Ос.На третьем интервале подаются импульсы на включение тиристоров б, 7, 12, 13, 22 и 23. С помощью тиристоров 7, 13 и 22 источники О и О соединяются последовательно и к ихобщей точке подключают зажим фазы С.Тиристоры б и 12 подключают зажим. Фазы А к шине +О, а тиристор 23 и диод 30 - зажим фазы В к шине - О. Эквивалентная схема для третьего интервала представлена на фиг. 4 в. В результате формируются четвертая положительная, вторая и первая отрицательные ступени линейных напряжений или третья положительная, четвертая отрицательная и первая полажительная ступени фазных напряжений ОА, ОВ и Ос. При любом коэффициенте мощности ток Фазы С на первом и втором интервалах имеет положительное значение, а ток фазы В на третьем интервале всегда имеет отрицательное значение, поэтому на этих интервалах указанные Фазы имеют одностороннюю проводимость (фиг. 4). На следующих интервалах процессы в системе происходят аналогично описанному в соответствии с диаграммой импульсов управления тиристорами (Фиг. 2). В результате работы системы электроснабжения на нагрузке формируется пяти- ступенчатое напряжение, форма которого представлена на Фиг3. Стабилизация или регулирование выходного напряжения устройства может осущЕствляться изменением тока возбуждения генератора.Подключение любой ветви схемы с помощью встречно включенных вентилей обеспечивает возможность прохождения тока н двух направлениях и постоянство потенциалов фаз в течение каждого интервала. Это обуславливает работоспособность схемы приконом количестве выпрямительных мостов. В выходном напряжении, кромепервой, содержатся гармоники с порядковыми номерами и = 17, 1935,37,53,55, т.е. более высокогопорядка, чем в напряжении известнойсистемы при одинаковых амплитудахгармоник, а коэффициент гармоник К =10,1 Кроме того, она имеет меньший вес и габариты за счет меньшеговеса сглаживающих фильтров и числаполупроводниковых приборов преобразователя. В предлагаемой системе имеется три сглаживающих ЬС-фильтра(вместо шести в известной системе),содержащих два дросселя и три батареи конденсаторов, причем вес каждого фильтра меньше веса двух фильтровизвестной системы, подключенных к од"ному выпрямительному мосту. Это обусловлено тем, что в предлагаемом устройстве на сглаживающие фильтры подается напряжение с меньшими пульсациями, так как выпрямители собраны помостовой схеме, а не по нулевой, какн известной системе. Пульсации токов,потребляемых от сглажинающих фильтров, в предлагаемом устройстве меньше из-за более равномерной их загрузки в течение периода, что также приводит к уменьшению веса и габаританфильтров, Часть реактинной мощностинагрузки может передаваться иэ фазы в фазу, минуя конденсаторы сглаживающих фильтров, что благоприятно сказывается на их весе и габаритах. Визвестной схеме вся реактивная мощность нагрузки возвращается в конденсаторы сглаживающих фильтров, таккак каждая ступень напряжения формируется от отдельной шины преобразователя. Для этой цели емкость указанных конденсаторов должна быть увеличена. Расчеты показывают, что при одинаковой установленной мощности конденсаторов установленная мощность дросселей в предлагаемой схеме н 9,2 раза мейьше, чем н известной схеме. Кроме того, предлагаемая система имеет меньшие габариты эа счет меньшегочисла вентилей коммутатора (28 вместо Зб). Она проще, так как содержит 20 управляемых вентилей вместо 30 и имеет более широкие функциональные возможности, так как позволяет подключить трехфазную нагрузку, соедиНенную треугольником или звездой беэ нулевого провода. 10 15 20 25 30 35 40 50 60 б 3 любом коэффициенте мощности нагрузки с неизменной формой кривой выходного напряжения. Для предотвращения эакоротки между одноименными шинами иов +О и +О ; -О и -О при работе схемы в качестве вентилей обратного тока первого моста использованы тиристоры 7-12. Предлагаемая автономная системаэлектроснабжения имеет лучшую форму кривой выходного напряжения при одина 797017Формула изобретения Автономная система электроснабжеййя, содержащая электромашиннЫЙ генератор переменного тока и статический преобразователь частоты в виде выпрямительных мостов,. входами подключенных к обмоткам электромашинного генератора, и мостовых вентильных коммутаторов, шинами питания связанных с выходами выпрямительных мостов через сглаживающие фильтры, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью 1 О улучшения массо-габаритных показателей и качества выходного напряжения, одна шина питания одного из двух мостовых коммутаторов соедина с одноименными по полярности выходными выводами двухвыпрямительных мостов через введенные пары встречно-параллельно включенных вентилей, причем один из нихв каждой паре выполнен неуправляемым,а другая шина питания этого же мостового коммутатора через фильтр подключена к точке объединения других одноименныхпо полярности выводов тех жедвух выпрямительных мостов,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССРМ 575746, кл. Н 02 М 5/27, 16.06,72,2. Авторское свидетельство СССРР 414693, кл. Н 02 М 5/48, 18,02,71.797017 Редакто Т. Ве р екто Н. Стец дписное уда митета СССРам открытийа, наб. д. 4 5илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 аказ 9794/75 ВНИИПИ Гос по дел 113035 МосквСоставитель Г, Мыцыква Тех ед М.Коштра Тираж 741 нного ко етений иРаушская рстве изобр Ж,