Установка для питания автономных объектов
Патент 720619
Авторы
Установка для питания автономных объектов
Иллюстрации
Реферат
Й i t
О П И С- А Н.И Е
ИЗОБРЕТЕН Ия 720619
Союз С "еетскии
Социалистических
Республик
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 24.10.77 (21) 2535869/24-07 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—
Опубликовано 05.03.80. Бюллетень № 9
Дата опубликования описания 15.03.80 (51) М.Кл .
Н 023 3/00
Н 02 Р 9/42
Гесударстаеииый комитет
СССР
II0 делам изееретеиий и открытий (53) УДК 621,313. .332.072.6 (088.8) f, В, И. Плесков, Б. Я. Гумановский, В. Г. Титов и 1О. П. Степахин (72) Авторы изобретения
Й)рьковский политехнический институт им. А. А. Жданова (71) Заявитель (54) УСТАНОВКА ДЛЯ ПИТАНИЯ
АВТОНОМНЫХ ОБЪЕКТОВ
Изобретение 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 сети при переменной нагрузке и скорости вращения вала приводного двигателя.
Известна установка для питания автономных объектов переменным током постоянного напряжения и стабильной частоты ®О бортовой сети наземного транспорта, судов, самолетов (1).
Устройство содержит генератор переменной скорости вращения. Активная мощность передается в бортовую сеть постоянной частоты через преобразователь частоты. Для поддержания напряжения и компенсаций расхода реактивной энергии служит работающий параллельно сети синхронный генератор реактивной мощности. Для защиты инвертора при коротком замыкании сети трех- 2о фазного тока предложено устройство в цепи постоянного тока, автоматически исключающее протекание токов через инвертор, превышающих допустимый.
Недостатком указанной установки является применение специального синхронного генератора в качестве источника управляемой реактивной мощности и значительные потери 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 с блоком управления, включенным в сеть переменного тока, к которой подключены датчики напряжения и частоты, конденсаторы самовозбуждения, сглаживающий дроссель, в ключенный последовательно в цепь выпрямленного тока ротора асинхронной машины, токоограничивающие реакторы, подключенные к инвертору к сети переменного тока (2) .
В качестве регулятора напряжения и источника активной энергии использована синхронная машина..
720619
1S
2З зо зз
4З
Основным недостатком известной уста=йовкй является ее сложносгь ввйду наличия синхронного генератора, работающего ..-.-:. -в режиме реактивной мощности, и наличие
"-потерь в ней, что приводит к снижению ее эйергетических показателей.
Целью изобретения является устранение
"==" указанных недостатков, а именно: упрощение устройства и улучшение его энергетических показателей.
Эта цель достигается в установке для питания автономных объектов, содержащей "асинхронную машину с приводным двигателем на ее валу, выпрямительный мост в ее роторной цепи, инвертор с блоком управления, включенным в сеть переменного тока, к которой подключены датчики напряжения и частоты, и конденсаторы самовозбуждения, сглаживающий дроссель, включенный последовательно в цепь выпрямленного тока ротора асинхронной машины, токоограничйвающие реакторы, подключенные к инвертору, и сети переменного тока.
Новым в установке является то, что она снабжена полупроводниковым ключевым элементом, который включен параллельно в цепь выпрямленного тока ротора асинхронной машины, блоком управления ключевым элементом, вход которого соединен с выхо дом датчика частоты, причем выпрямительный мост в роторной цепи выполнен управляемым с искусственной коммутацией, выход датчика напряжения подклюЧен ко входу блока управления выпрямителем, а конденсаторы самовозбуждения подключены к се - ти через дополнительно введенные дроссели.
Установка содержит первичный двигатель 1 асинхронной машины 2, выпрямительный мост с искусстВенной коммутацией 3 в цепи ротора машины 2, инвертор с естественной коммутацией 4, в цепь постоянного тока ротора включен сглаживающий дроссель 5. Парраллельно в цепь выпрямленного тока ротора включен полупроводниковый ключевой 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 вып рямителем 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.
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 напряг ения автономной сети будет определяться согласно зависимости
f—
1з17 и н Э Р 1-(1-ЦСО13т д где и, р — соответственно скорость вращения и число пар полюсов; к — коэффициент схемы вентиль ного преобразователя; ар, 8„„„— углы управления мостов 3,4;
Х вЂ” относительная продолжительность включения ключевого элемента;
Кз — эквивалентное сопротивление роторной цепи;
R — 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, 720619
5 шиной 2 реактивная мощность, что приводит к соответствующему увеличению напряжен ия до прежнего уровня (в пределах коэффициента статизма регулятора). Резкое изменение нагрузки при опережающем yгле управления преобразователем 3 вызывает увеличение емкостной составляющей тока ротора, следовательно, обеспечивает форсирование возбуждения и необходимую устойчивость системы.
Формула изобретения i
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.
4. 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 с приводным двигателем на ее валу, выпрямительный мост в ее роторной цепи, инвертор с блоком управления, включенным в сеть переменного тока, к которой подключены датчики напряжения и частоты, конденсаторы самовозбуждения, сглаживающий дроссель, включенный последовательно в цепь выпрямленного тока ротора асинхронной машины, токоограничивающие реакторы, подключенные к инвертору и сети переменного тока, отличающаяся тем, что, с целью
ze упрощения устройства и улучшения его энергетических показателей, установка снабжена полупроводниковым ключевым элементом, который включен параллельно в цепь 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 подключен зо ко входу блока управления выпрямителем, а конденсаторы самовозбуждения подключены к сети через дополнительно введенные дроссели.
Источники информации, 35 принятые во внимание при экспертизе
1. Акцентованная заявка ФРГ № 1563728, кл. Н 02 P 9/42, 1974.
2. Авторское свидетельство СССР № 233050, кл. Н 02 P 9/30, 1968.
720á19
- ре иктор Т, Орловская Составитель К. Фотнна
Техред К. Шу Фрич Корректор М. Демчнк
Заказ 0239/44 Тираж 783 Подписное
ЦНИИПИ Государственного комитета СССР 1то делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал П П П «Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4