Автономная система электроснабжения стабильной частоты

Автономная система электроснабжения стабильной частоты

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А Н И Е 75846О

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскии

Сомкалистическик

Республик

Г,Ф (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 20,03.78 (21) 2592770/24 07 (51) м. кл .

Н 02 Р 9/424

Н 02 М 5/27 с присоединением заявки ¹

Гесударстеенный кемитет (23) Приоритет

CCCP йо делам изобретений и втнрытий

Опубликовано 23.08.80. Бюллетень ¹ 31 (53) УДК621.313. .32: 621.316. .728(088.8) Дата опубликования описания 25.08.80

j . С. Мыцык, Н. 3. Мастяев, И. И. Сенько, И. С. Смирнов, B. М. Скобченко и Н- Б. Шевякова (72) Авторы изобретения

Московский ордена Ленина энергетический институт и Киевский ордена Ленина политехнический институт им. 50 летия Великой Октябрьской Социалистической еволюции (71) 3аявители

1 (54) АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

СТАБИЛЬНОЙ ЧАСТОТЫ

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано при построении автономных систем электроснабжения (СЭС) подвижных объектов с переменной скоростью вращения вала электрического генератора для получения квазисинусоидального напряжения стабильной частоты.

Известны СЭС, содержащие синхронный генератор и поцключенный к его выкоду преобразователь частоты, выполнен!

О ный в виде комплекта инверторных ячеек на управляемых ключах (lj, f2)n (3).

Недостатками известных автономных

СЭС являются низкое качество выходноl5 го напряжения и отсутствие возможности рекуперации реактивной энергии при активно-индуктивной нагрузке. Кроме того, данные автономные С ЭС предусма тривают использование нулевого вывода син20 хронного генератора, что не всегда является возможным, а также включают в себя два комплекта сглаживающих фильтров, что существенно ухудшает массога2 баритные показатели и понижает КПД автономных СЭС в целом.

На и более бл изка я прецла га ем ой С ЭС содержит трехфазный генератор и подключенный к нему преобразователь частоты в виде шести согласующих трансформаторов и шести инверторных ячеек на полностью управляемых ключах с двухсторонней проводимостью, причем выходные выводы всех инверторных ячеек соединены последовательно $4).

К недостаткам такой СЭС следует отнести наличие согласующих трансформаторов и черезмерно большое число инверторных ячеек, что приводит не только к ухудшению массогабаритных показателей автономной СЭС, но и к ухудшению ее энергетических показателей, т. е. КПД, в связи с резким увеличением последовательности включенного в выходной цепи числа полностью управляемых ключей с двухсторонней проводимостью.

Цель изобретения - упрощение и улучшение качества выходного напряжения.

3 75846

Указанная цель достигается тем, что в автономной системе электроснабжения, содержащей щ -фазный генератор с переменной скоростью вращения вала, инверторные ячейки по числу фаэ генератора, выполненные на полностью управляемых ключах с двухсторонней проводимостью, причем к силовому входу каждой инверторной ячейки подключена якорная обмотка одной из фаз генератора, а выходы ip этих инверторных ячеек соединены последовательно, образуя выходные выводы

СЭС, а также блок управления ключами инверторных ячеек, обеспечивающий заданную выходную частоту СЭС, якорная обмотка каждой фазы генератора выполнена с отпайками, подсоединенными через дополнительно введенные полностью управляемые ключи с двухсторонней проводимостью к выходным выводам соответ- 2р ствующей инверторной ячейки. Кроме того, блок управления автономной СЭС выполнен в вице последовательно соединенных задатчика частоты, умножителя частоты, делителя частоты, первого распре- 25 делителя импульсов на гг каналов, собранного по пересеченной схеме, логического узла и узла гальванической развязки и усиления, выходы которого образуют выходы блока управления, а также 3о второго распределителя импульсов, входом подключенного к вьгходу умножителя, а выходами - ко входам логического узла.

На фиг. 1 представлена функциональная схема СЭС; на фиг. 2 - то же, блока управления; на фиг. 3 - схема логического узла в составе блока управления; на фиг. 4 — диаграммы, поясняющие возможный вариант формирования импульсов управления ключами инверторных ячеек (иначе модуляторов); на фиг. 5диаграммы, поясняющие формирование выходного напряжения СЭС, Автономная СЭС (фир. 1) содержит три идентичных амплитудно-импульсных модулятора 1, 2 и 3, входами подключенных к отпайкам якорных обмоток соответствующих фаз генератора и выполненных

50 на полностью управляемых ключах 4 - 9 с двухсторонней проводимостью. (В качестве примера показано формирование однофазного напряжения при использовании трехфазного генератора и наличии шести ключей в каждом модуляторе) ..

Выходные выводы модуляторов 1„2, 3 соединень1 последовательно и образуют один из выходов автономной СЭС.

0 ф

Блок управления (фиг. 2) содержит последовательно соединенные задатчик частоты 10, сумматор частоты 11, умножитель частоты 1 2, делитель частоты

13, трехканальный распределитель импульсов 14, собранный по пересчетной схеме; логический узел 15, узел гальванической развязки и усиления 1 6 и второй распределитель импульсов 1 7, входом подключенный к выходу умножителя частоты 12, а выходами - ко входам логического узла 15. В состав логического узла 15 (фиг. 3) входят, например три комплекта логических схем 18 и

19, необходимых для формирования алгоритма управления ключами модуляторов

1, 2 и 3.

Г1ри частоте выходного напряжения трехфазного генератора, равной f è частоте управления ключами 4-9 модуляторов 1, 2 и 3, равной,„, на выходе автономной СЭС формируется квазисинусоидальное напряжение, частота основной гармоники которого равна

При поступлении импульсов, представленных на диаграмме 4-1 (фиг. 4), с выхода умножителя частоты 12 на вход распределителя импульсов 17 на его выходе формируются импульсы, представленные на диаграммах 4-2 - 4-7. Одновременно импульсы с выхода умножителя 12 после делителя частоты 13 (диаграмма 4-8) поступают на вход трехканального распрецелителя 14, на выходе которого формируются напряжения 4-9 — 4-11. Выходные импульсы распределителей 14 и 17 являются исходными при формировании необходимого алгоритма управления ключами 4-9 (фиг. 1) модуляторов 1, 2 и 3.

На фиг. 3 представлен конкретный пример выполнения логического узла 15, который содержит три комплекта логических схем 18 и 19, причем на выходах схем 18 формируются импульсы управления ключами 4 и 5 модуляторов 1, 2, 3 (фиг. 1), а на выходах логических схем

19 - импульсы управления ключами 6-9.

Так например, на диаграммах 4-12 и

4-13 (фиг. 4) представлены импульсы управления ключами 4 и 5 модулятора 1, а на диаграммах 4-14 - 4-17 - импуль« сы управления, соотве тстве ни о, ключа ми

6 - 9 модулятора 1. Аналогично на диаграммах 4-18 - 4-29 показаны импульсы управления ключами 4-9 модуляторов

2 и 3. На фиг. 5 показаны диаграммы

5-1 - 5-6, иллюстрирующие формирование напряжений на выходах модуляторов

1, 2, 3 и результирующее напряжение

S 7584

5-7 после их суммирования. Коэффициент гармонии этого напряжения g (UÄ "-0,169.

Выполнение якорных обмоток каждой фазы генератора с отпайками, подсоединенными через дополнительно введенные полностью управляемые ключи с двухсторонней проводимостью к выходным выво дам инверторных ячеек, выгодно отличает предлагаемую СЭС от известных. При равных условиях по числу фаз генератора и по числу ключей предлагаемая СЭС по сравнению с известной позволяет заметно уменьшить искажения выходного напряжения (примерно вдвое), исключить согласующие трансформаторы и за счет этого существенно улучшить массогабаритные показатели.

Кроме того, такая СЭС обладает повышенным КПД, так как в любой момент

20 времени в преобразовательном тракте включено последовательно соединенных ключейвдвое меньше, чем в прототипе, т. е. потери уменьшены в 2 раза. Например, при ьы„115 B и при использовании кремниевых силовых транзисторов в преобразовательном тракте КГИ автономной СЭС повышается на 5%.

Приведенный в качестве иллюстрацкяалгоритм переключения ключей модуляторов, с точки зрения минимизации искажений, не является наилучшим. Такое же значение -(Q<) =0,169 может быть получено и с помощью четырехключевых

35 модуляторов (в этом случае обмотки генератора выполняют беэ отпаек). При одной отпайке в фазных обмотках генератора и при шестиключевых модуляторах можно получить g„(Q<) «0,091, а при двух отпайках и восьмиключевых модуляторах - .(U ) 0,07. Повышенное качество выходного напряжения СЭС позволяет существенно уменьшить установленную мОщность выходных фильтров или вообще от них отказаться.

60 6 формула изобретения

1. Автономная система электроснабжения стабильной частоты, содержашая

-разный генератор с переменной скоростью вращения вала, инверторные ячейки по числу фаз генератора, выполненные на полностью управляемых ключах с двухсторонней проводимостью, а также блок управления ключами инверторных ячеек, причем к силовому входу каждой инверторной ячейки подключена якорная обмотка одной из фаз генератора, а выходы этих инверторных ячеек соединены последовательно, образуя выходные выводы

СЭС, отличающаяся тем, что, с целью упрощения и улучшения качества выходного напряжения, якорная обмотка каждой фазы генератора выполнена с отпайками, подсоединенными через дополнительно введенные полностью управляемые ключи с двухсторонней прово.димостью к выходцы выводам соответст» вующей инверторной ячейки.

2.Система поп. 1, отличающ а я с я тем, что блок управления выполнен в виде последовательно соединенEibIK задатчика частоты, умножителя час.готы, делителя частоты, первого распределителя импульсов на Al каналов, собранного по пересчетной схеме, логического узла и узла гальванической развязки и усиления, выходы которого образуют выходы блока управления, причем выход умножителя связан с соответствующими входами логического узла через второй распределитель импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 ° Авторское свидетельство СССР № 414693, кл. Н 02 т 5/48, 1974.

2. Патент ГйР М 61311 по кл. 21 Д 1/01, 1968.

3. Патент США ¹ 3378756, кл. 322-32, 1968, 4.. Авторское свидетельство СССР по заявке № 2495993/24-07.

5 - 7

Составитель И. Никитин

Редактор А. Маковская, Текред М. Рейвес Корректор М. Вигула

Заказ 5765/19 Тираж 783 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4