Автономная система электроснабжения

(22) Заявлено 13. 10,75 (21 ) 218016 3/24-07с присоединением заявки Лл(5)М Кл Н 02 М 5/04 Гкударстееннюй кеинтет СССР на делам нзоарвтеннк н еткрютнй(53) УДК 621,314. .241 (088.8) Дата опубликования описания 18.10.79(71) Заявитель Московский ордена Ленина энергетический институт(54) АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ 1Изобретение относится к электротех-нике, а именно к электрическим машинам,и силовой преобразовательной технике иможет быть использовано в качестве системы электроснабжения (СЭС) различных,в частности, подвижных объектов с приводом генератора от силовой тяговой установки,.имеющей переменную скороСтьвращения вала,в зависимости от режимаработы объекта, а также - в ветросиловых установках.Известна автономная СЭС стабильнойчастоты при переменной скорости вращния вала, содержащая асикхройный В -фазный генератор, индуктор которого под-: ключен к преобразователю частоты, обес печивающему соответствующий закон изменения частоты и напряжения йа индукторной обмотке асинхронного генератора1,Недостатком такой СЭС является зависимость КПД асинхронного генератораот скольжения. Это ограничивает ее при, менение 2Известна также СЭС, содержащая синхронный генератор; якорные обмотки ко: торого подключены к преобразователючастоты, выполненному; виде последо 5вательно соединенных выпрямителя и инвертора. Инвертор обеспечивает преобразование постоянного напряжения выпрямителя в напряж енйе переменного тока стабильной частоты 121,Недостатками такой СЭС являютсянизкое качество выходного напряжения,невозможность обмена реактивной энергией между генераторами и нагрузкой,что требует введения дополнительныхсредств для ее компенсации, а также невозможность рекуперации активной мощ. ности нагрузки через генератор на вал.Кроме того, известна СЭС, содержащая сийхронный генератор, индукторнаяобмотка которого подключена к источнику модулирующего напряжения, а фазныеякорные обмотки - , к выпрямителям, выходы которых соединены послеловательнои подключены к полупроводниковому ком-,2032 счет этого повысить функциональную надежность СЭС. 3 69 мутатору, обеспечивающему коммутацию полуволн выпрямленного напряжения 31,Наиболее близкой по технической сущности к предложенной является СЭС, содержащая расположенные на общем валу основной синхронный генератор, к якорным обмоткам которого подключен непосредственный преобразователь частоты с блоком управления, возбудитель, выполненный в виде обращенной электрической 1 О машины с щ -фазной якорной обмоткой, подвозбудит ль, выполненный в виде синхронной машины с постоянными магйитами," число пар полюсов которого равно числу пар полюсов возбудителя, а обмргка нндуктора возбудителя связана с выходной обмоткой йодвозбудителя, регулирующий блок, связанный с якорными обмотками подвоэбудителя и источник напряжения 41.10Такая СЭС характеризуется невысоким качеством выходного напряжения, особенно при увеличенном диапазоне изменения .скорости вращения вала, а также сравнительно сложной системой управления,Белью изобретения является улучшение качества выходного напряжения СЭС и упрощение системы электроснабжения.Это достигается тем, что в продложепной СЭС основной генератор выполненв виде Ф числа многофазных электрических машин, обмотки возбуждения которых подключены к п -фазной якорной обмотке возбудителя, обмотка индукторавозбудителя:выполнена уа-фазной, сис-тема дополнительно снабжена задающимгенератором, выход которого подключен квходам управления регулирующего блока,40а его цепи через блок питания соединеныс вьасодом подвозбудителя.Упрощение системы электроснабжения обеспечивается тем, что каждая фазаякорной обмотки подвоэбудителя выпол 45непа в виде двух последовательно соединенных между собой катушек, а регулирующий блок - в виде двух многофазныхвентильных мостов, каждый из которыхснабжен управляемым ключевьпй элемен 50том, включенным на его выходе, причем,свободные концы катушек якорной обмоткиподвозбуднтеля подключенык=йыводам пе-ременного тока вентнльных мостов, а точки соединения катушек фаэ якорной обмот-кн образуют выход подвоэбуднтеля.Это позволяет также существенно . упростить систему управления непосредственным преобразователем частоты и з На фиг, 1 - приведена принципиальная схема автономной системы СЭС, например, с трехфазным выходом: на фиг. 2 диаграммы выходного напряжения подвозбудителя (для трех фаэ) и алгоритмы переключения ключей регулирующего блока (РВ) для двух углов регулирования (д =О, с(.ФО) на фиг. 3 - представлена форма напряжения СЭС одной фазы.Многофазный источник электроснабжения в трехфаэном варианте (фиг. 1) содержит электрические машины 1,2,3 основного трехфазного генератора с основными непосредственными преобраз- вателями 4,5,6 частоты на выходе, обращенную электрическую машину возбудитель 7 с индукторной трехфаэной обмоч кой на статоре и якорной трехфазной обмоткой на роторе, магнитоэлектрический подвозбудитель 8, регулирующий блок 9, блок питания 10 и задающий генератор 11 управляющих импульсов. Электрические машины 1,2, 3 основного генератора, возбудитель 7 и подвоэбудитель 8 обьединены в одном корпусе, а их роторы расположены на одном валу. Число пар полюсов возбудителя 7 и подвозбудителя 8 равно. Число пар полюсов электрических машин 1,2,3 основного генератора равно и отлично от числа пар полюсов возбудителя 7 и подвоэбудителя 8.Для стабилизации частоты СЭС нео 6- ходимо в обмотки возбуждения электрических машин 1,2, 3 основного генератора подавать синусоидальное напряжение выходной частоты. В качестве источника возбуждения машин 1,2,3 основного генератора используют подвозбудитель 8, возбудитель 7 и регулирующий блок 9. Регулирующий блок 9 в виде вентильных мостов, нагруженных на транзисторы, подключен к концам катушек якорной обмотки подвозбудителя 8, Частота генератора управляющих импульсов К д в данном случае постоянна и равна выходной частоте СЭС. Задающий генератор 11 подключен на выход блока питания 10, который питается от подвозбудителя 8.Стабилизация частоты на якорных обмотках возбудителя осуществляется изменением частоты и чередования фаз питания его индукторной обмотки, причем час-тота вращения поля якоря, создаваемого полем обмоток индуктора относительно7 6920дудьногб синхронного генератора, специального регулирующего блока (РБ), И- фазйых возбудителя и подвозбудителяобеспечивает существенное улучшениекачества выходного напряжения (по коэффициенту гармоник примерно в два раза),в частности, принципиальное отсутствиесубгармоник при одновременном уменьшении числа тиристоров силовой части не-,посредственно - преобразователя в двараза (например с 36-18). Кроме того,а описанной СЭС система управления полупроводниковой ее часть 1 о существеннопроше в сравнении с известными СЭС набазе непосредственных преобразователейчастоты с естественной коммутацией и сфазовым управлением. Это повышаетфункциональную надежность СЭС.При использовании в данной СЗС не"посредственных преобразователей частоты,о" вынолненййх на мостовой схеме (т, е.при .рехфаэном выходе СЭС - преобра"зователь содержйт 36 тиристоров), искажения выходного напряжения уже настоль-Ъ 5ко малы (например, при трехфаэных якорных обмотках основного генератора коэффициент гармоник напряжения в йдеалиэиро ванной СЭС составляет менее 5%), чтомокно или значительно уменьшить мощ 30ность (в стало быть и массу фильтров)иди вообще-отказаться от дополнительной фильтрации. В последнем случае СЭСприобретает такие достоийства",как не- зщисимость формы, т. е. искажений, выходногонапряжения при изменении вели 35чины нагрузки, а также повышенный КПД,4(Формула изобретения 41. Автономная система электроснабжения многофазного напряжения стабидизироЬанной частоты п.и переменной скорости вращения вала, содержащая располо-женные на общем валу основной синхрон-ный генератор, к якорным обмоткам кото-,рого подключен непосредственный преобразователь частоты с блоком управлениявозбудитель, выполненный в виде обращенной электрической машины с Ф-фазной якорной обмоткой, подвозбудитель,32 8выполненный в виде синхронной машины с постоянными магнитами, число пвр полюсов которого равно числу пар полюсов возбудителя, а обмотка индуктора возбудителя связана с выходом подвоэбудителя, регудирующйй блок, связанный с якорными обмотками подвозбудителя, и блок йитанйя, от личающаяс я тем, что, с целью улучшения качества выходного напряжения, основной генератор выполнен в виде в числа многофвзных электрических машин, обмоткйвозбуждения которых подключены к Ф -фаэной якорной обмотке возбудителя, обмотка индуктора возбудителя выполнена И 1 -фазной, система дополнительно снабжена задающим генератором, выход которого подключен к входам управления регулирующего блока, а его цепи питания через упомянутый источник напряжения соединены с выходом подвоэбудителя.2. Автономная система по п. 1, о тл и ч а ю щ в я с я тем, что, с целью упрощения, каждая фаза якорной обмотки подвозбудителя выполнена в виде двухпоследоввтЬльно соединенных между собой катушек, а регулирующий блок - в виде двух многофазных вентильных мостов, каждый из которых снабжен управляющим ключевым элементом, включеннымнавыходе моста, причем свобоаые концы катушек якорной обмотки подвозбудителя подключены к выводам переменного тока вентильных мостов, а точки соединения катушек фаз якорной обмотки образуют выход подвоэбудителя. Источники информации, .принятые во внимание при экспертизе1. Ткаченко А. М. Вопросы стабилизации частоты ввтоаомного: синхронногогенератора. Автореферат диссертации насоискание ученой степени к.т.н. Киев,1968.2, Патент ГДР Ж 6 1311,кд, 21 д 5 МО 1, 1968,3. Патент США 1 Ф 3727 122,кл, 321-4 э, 1973.4, Электроснабжение летательныхаппаратов, под ред, Н. Т. Коробан МфМашиностроениеф, 1975, с. 133, 155,, Г 6237/49 Тираж ЦНИИПИ Государственпо делам изобрете 113035, Москва, Ж857 Подл ого комитета ССС ний и открытий Б, Раушская наб а пиал ППП Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4