Автономная система электроснабжения

Автономная система электроснабжения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических т"еслублик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ о1771844 (6г ) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 260678 (21) 2634679/24-07 с присоединением заявки й9 (23) Приоритет

Опубликовано 151080. Бюллетень гго 38

Дата опубликования описания 151078 1 М К„з

Н 02 P 9/42

Н 02 М 5/27

Государственный комитет

° СССР но делам изооретений и открытий (53) УДК 621. 314. .27(088.8) (72) Авторы изобретения

В.И. Сенько, Г.С. Мыцык, В.С. Смирнов, В.И. Скобченко, Н.П. Макаренко, A.Â. Буденный и Ю.П. Иванов

Московский ордена Ленина энергетический институт и Киевский ордена Ленина политехнический институт (7! ) Заявители (54) АВТОНОМНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ

Изобретение относится к преобра- зовательной технике и может быть использовано при построении автономных систем электроснабжения (СЭС) подвиж- 5 иых объектов с переменной частотой вращения вала электрического генера-. тора для получения квазисинусоидального напряжения стабильной частоты. го

Известны СЭС, содержащие синхронный генератор н подключенный к его выходу преобразователь частоты, выполненный в виде комплекта амплитудно-импульсных модуляторов на управляемых ключах (13 — (41.Недостатками г5 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 (4j. 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 lIoJIHoc:Túï управляемых ключей с двусторонней проводимостью. Кроме того, низкая часто771844 та силовых трансформаторов модуляторов также ухудшает массогабаритные показатели автономной СЭС.

Цель изобретения — уменьшение массы и повышение качества выходного напряжения за счет уменьшения его коэффициента нелинейных искажений.

Поставленная цель достигается тем, что в автономной системе электроснабжения, содержащей И -фазный генератор с переменной частотой вращения вала, амплитудно-импульсные модуляторы, числом кратные числу и, 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, обеспечивающий заданную выходную частоту СЭС; входные силовые выводы амплитудно-импульсных модуляторов подключены непосредственно к выходным выводам и-Aaзнoro генератора, выходные выводы этих модуляторов подключены к первичным обмоткам трансформаторов, вторичная ббмотка каждого из которых выполнена с нулевой точкой и с отпайками, симметрично расположенными по обе стороны от нулевой точки. При этом концы каждой обмотки и ее отпайки соединены через дополнительно введенные полностью управляемые ключи с двусторонней проводимостью в общую точку, образующую совместно с нулевыми точками соответствующих вторичных обмоток трансформаторные выходы амплитудно-импульс ных модуляторов, которые соединены между собой последовательно, образуя выходные выводы СЭС.

Кроме того, блок управления автономной СЭС выполнен в виде последовательно соединенных задатчика частоты, сумматора,умножителя частоты, распределителя импульсов, логического узла и усилительно-развязывающего узла, выходы которого образуют выходы блока управления, а также делителя частоты, входом подключенного к выходу умножителя, а выходом — ко входу усилительно-развязывающего узла.

На фиг. 1 представлена функциональная схема, поясняющая принцип работы предложенной СЭС; на фиг.2 функциональная схема блока управления; на фиг. 3 — схема. логического узла.в состав блока управления; на

Оиг. 4 - диаграммы, поясняющие формирование импульсов управления клю- . чами с двусторонней проводимостью на выходах логического узла, на фиг. 5 — диаграммы, поясняющие форми рование напряжения на выходе амплитудно-Импульсного модулятора; на фиг. 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-импульсных модулятора 1-3 с трансформаторным выходом, входами подключенных к выходам генератора через полностью управляемые ключи 4-7 с двусторонней проводимостью, образующие инверторные ячейки. Выходные выводы последних подключены к первичным обмоткам трансформаторов 8, вторичные обмотки которых выполнены с нулевой точкой и с .отпайками, симметрично расположенными по обе стороны от нулевой точки. Концы и отпайки вторичных обмоток трансформаторов 8 соединены через дополнительно введенные полностью управляемые ключи 9-14 с двусторонней прово20 димостью в общую точку, которая совместно с нулевыми точками соответствующих вторичных обмоток образует трансформаторные выходы амплитудноимпульсных модуляторов 1-3. Выходы

25 модуляторов соединены последовательно, образуя выходные выводы СЭС. (В качестве примера показано формирование однофазного напряжения при использовании трехфазного генератора и

З наличии шести дополнительно введенных ключей в каждом модуляторе).

Блок управления (фиг. 2) содержит последовательно соединенные задатчик частоты 15, сумматор 16, умножитель частоты 17, распределитель импульсов

18, логический узел 19, усилительноразвязывающий .узел 20, выходы которого образуют выходы блока управления, а также делитель частоты 21, входом подключенный к выходу умножителя час40 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 алгоритма управления ключами амплитудно-импульсных.модуляторов 1-3, причем число логических схем в каждом комплекте адекватно числу дополнительно введенных ключей в каждом модуляторе.

При частоте выходного напряжения трехфазного генератора f и частоте управления ключами амплитудно-импульсных модуляторов 1-3,кратной f, на выходе автономной СЭС формируется квазисинусоидальное напряжение, частота основной гармоники которого равна 1 - 4 . При поступлении импульсов, представленных на диаграмме 4-1 (фиг. 4), с выхода умножителя частоg) ты 17 на вход распределителя импульсов 18 на его выходах фориируются импульсы, представленные на диаграммах

4-2-4-13. Одновременно импульсы с выхода умножителя частоты 17 поступают на вход делителя частоты 21, на вы771844

Формула изобретения 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 ключами

9-14 модуляторов 1-3 (см. диаграммы

4-16-4-33 на фиг. 4) импульсов управ- gg 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 (диаграмма 6-4) напряжения на выходе автономной СЭС после суммирования напряжений на выходах амплитудно-импульсных модуляторов 1-3.

Выполнение вторичных обмоток трансформаторов амплитудно-импульс- Ç5 ных модуляторов с отнайками, соединенными через дополнительно введенные ключи с двусторонней проводимостью в общие точки, образующие совместно с нулевыми точками соответ- 40 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):

А1= 2,5;А 2= 7; А ъ = 10; fg-- еlь|л 2=Ц ь коэффициент гармоник выходного напряфиг 6) Кг(и,) = 14,8Ъ.

При иных параметрах r(u 1

При введении во вторичную обмотку 60 трансформатора еще одной пары отпаек и одной пары ключей можно получить

К .((32)= 3,6%.

Как видно, введение дополнительных ключей с двусторонней проводи- 65

MocTbM позволяет существенно уменьшить габаритную мощность выходных фильтров или отказаться от них.

Повышенная рабочая частота транс- форматоров амплитудно-импульсных модуляторов также позволяет существен« но улучшить массогабаритные показатели автономной СЭС в целом. Кроме 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 Звь = 115 В и при использовании кремниевых силовых транзисторов в преобразовательном тракте КПД автономной СЭС повысился на 2Ъ.

1. Автономная система электроснабжения (СЭС) стабильной частоты, содержащая а-Фазный генератор с переменной частотой вращения вала, амплитудно-импульсные модуляторы, числом кратные в, 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 à 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-развязывакщего узла, выходы которого образуют выходы блока управ771844 фиг.7. ления, а также делителя частоты,входом подключенного к выходу умножителя, а выходом — ко входу усилительно-развязывающего узла.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 414693, кл. Н 02 М 5/48, 1974.

2. Патент ГДР 9 61311, кл. 21 4 1/01, 1968.

3. Патент СПИ 9 3378756, кл. 322-32, 1968.

4 . Заявка 9 249599 3/24-07, Н 02 Р 8/42, 1977 (прототип).