RU124454U1

RU124454U1 - AUTONOMOUS POWER SUPPLY SYSTEM

Info

Publication number: RU124454U1
Application number: RU2012141263/07U
Authority: RU
Inventors: Станислав Борисович Резников; Владимир Владимирович Бочаров; Игорь Александрович Харченко; Юрий Владимирович Ермилов; Сергей Федорович Коняхин
Priority date: 2012-09-27
Filing date: 2012-09-27
Publication date: 2013-01-20

Abstract

1. Автономная система электропитания, содержащая электромашинный генератор переменного тока, мостовой выпрямитель с выходным конденсаторным фильтром, инвертор переменного тока стабильной частоты, распределительные устройства переменного тока нестабильной и стабильной частот, распределительные устройства постоянного повышенного и низкого напряжений с общим заземленным выводом, зашунтированные фильтровыми конденсаторами повышенного и низкого напряжений, а также блок управления, основные выходные выводы которого подключены к управляющим выводам инвертора, причем выходные выводы якорных обмоток генератора подключены к распределительному устройству переменного тока нестабильной частоты, а инвертор своими входными выводами питания подключен к распределительному устройству постоянного повышенного напряжения, а выходными выводами - к распределительному устройству переменного тока стабильной частоты, отличающаяся тем, что в нее введен импульсный преобразователь постоянных напряжений, состоящий из трансреактора с первичной и вторичной обмотками, имеющими средние выводы и общий магнитопровод, двух однонаправленных двухключевых электронных стоек, однонаправленного электронного ключа, шунтирующего первичную обмотку трансреактора, и двух пар выходных диодов, каждый из первой пары которых включен между незаземленным выводом соответствующего фильтрового конденсатора повышенного напряжения и соответствующим крайним выводом первичной обмотки трансреактора, зашунтированной параллельно-встречно между собой соединенными электронными стойками, средние выводы которых подключены к соответствующи�1. An autonomous power supply system comprising an electric machine alternator, a bridge rectifier with an output capacitor filter, a stable frequency inverter, an unstable and stable frequency alternating current switchgear, constant high and low voltage switchgears with a common earthed terminal, shunted with high filter capacitors and low voltage, as well as a control unit, the main output terminals of which are connected to the control the output terminals of the inverter, and the output terminals of the generator armature windings are connected to an unstable frequency AC switchgear, and the inverter is connected to a constant-voltage switchgear with its input power leads, and the output terminals to a stable frequency switchgear, characterized in that in she introduced a pulsed DC voltage Converter, consisting of a transreactor with primary and secondary windings having medium e terminals and a common magnetic circuit, two unidirectional two-key electronic racks, a unidirectional electronic key, shunting the primary winding of the transreactor, and two pairs of output diodes, each of the first pair of which is connected between the ungrounded terminal of the corresponding high-voltage filter capacitor and the corresponding extreme terminal of the primary winding of the transreactor, shunted parallel-counter-interconnected electronic racks, the middle conclusions of which are connected to the corresponding

Description

Полезная модель относится к электротехнике и к силовой импульсной электронике и может быть использована при создании автономных систем электроснабжения перспективных летательных аппаратов с повышенным электропотреблением, например, так называемых «полностью электрифицированных самолетов» (без гидро- и пневмоприводов).The utility model relates to electrical engineering and to pulsed power electronics and can be used to create autonomous power supply systems for promising aircraft with increased power consumption, for example, the so-called "fully electrified aircraft" (without hydraulic and pneumatic drives).

Известна автономная система электропитания перспективных летательных аппаратов, называемая «система постоянного повышенного напряжения 270 В» (принимаемая в качестве аналога), содержащая электромашинный генератор переменного тока с приводом от авиадвигателя, выпрямитель повышенного напряжения (270 В), трехфазный инвертор переменного тока стабильной частоты (200 В, 400 Гц), понижающий конвертор с постоянными напряжениями 270 В и 28 В и распределительные устройства (шины) постоянного повышенного и низкого напряжения, а также трехфазного переменного тока стабильной частоты (400 Гц). (Электрооборудование летательных аппаратов: учебник для вузов. В двух томах / под редакцией С.А. Грузкова. - М.: Издательство МЭИ, 2005 - Том 1. Системы электроснабжения летательных аппаратов. - 2005 - 568 с., стр.503, рис.14.18в).There is a well-known autonomous power supply system for promising aircraft, called the “270 V constant voltage increased system” (adopted as an analogue), which contains an aircraft engine alternator driven by an aircraft engine, a high voltage rectifier (270 V), and a three-phase inverter with a stable frequency (200 V, 400 Hz), a step-down converter with constant voltage of 270 V and 28 V and switchgears (buses) of constant high and low voltage, as well as three-phase AC stable current frequency (400 Hz). (Aircraft electrical equipment: a textbook for high schools. In two volumes / edited by SA Gruzkov. - M .: MEI Publishing House, 2005 - Volume 1. Aircraft power supply systems. - 2005 - 568 p., P. 503, fig. .14.18c).

К недостаткам указанной автономной системы электропитания (аналога) относятся отсутствие обратимости и взаиморазветвленности (резервирования) направлений потоков электроэнергии, что приводит к низкой энергоэкономичности и низкой надежности, в частности - аварийной живучести системы. Кроме того, в ней отсутствует распределительное устройство переменного тока нестабильной (плавающей) частоты, позволяющее разгрузить инвертор переменного тока стабильной частоты, снизить его массу и габариты и повысить надежность системы.The disadvantages of this autonomous power supply system (analogue) include the lack of reversibility and cross-branching (redundancy) of the directions of electricity flows, which leads to low energy efficiency and low reliability, in particular, emergency system survivability. In addition, it does not have an unstable (floating) frequency AC switchgear, which allows to unload a stable frequency AC inverter, reduce its weight and dimensions, and increase the reliability of the system.

Известна автономная система электропитания перспективных летательных аппаратов, называемая «система переменного тока нестабильной частоты» (принимаемая в качестве прототипа), содержащая электромашинный генератор переменного тока с приводом от авиадвигателя, управляемые выпрямители повышенного (270 В) и низкого (28 В) напряжения, трехфазный инвертор переменного тока стабильной частоты (200 В, 400 Гц), распределительные устройства переменного тока нестабильной и стабильной частоты, распределительные устройства постоянного повышенного и низкого напряжения и блок управления, (см. там же, рис.14.18 г). В отличие от предыдущей системы (аналога) в данной системе (прототипе) добавлено распределительное устройство переменного тока нестабильной частоты, разгружающее инвертор переменного тока стабильной частоты за счет питания нагрузок, некритичных к качеству электроэнергии, снижающее массу и габариты инвертора и повышающее КПД и надежность системы.A well-known autonomous power supply system for promising aircraft, called the "unstable frequency alternating current system" (adopted as a prototype), containing an electric machine alternator driven by an aircraft engine, controlled rectifiers of high (270 V) and low (28 V) voltage, three-phase inverter AC of a stable frequency (200 V, 400 Hz), AC switchgear of an unstable and stable frequency, DC switchgears of high elevation and no one voltage and a control unit (see ibid., ris.14.18 g). Unlike the previous system (analogue) in this system (prototype) an unstable frequency AC switchgear is added, which unloads the stable frequency alternating current inverter by supplying loads that are not critical to the quality of the electric power, reducing the mass and dimensions of the inverter and increasing the efficiency and reliability of the system.

Недостатком данной автономной системы электропитания (прототипа) является отсутствие обратимости и и взаиморазветвленности (резервирования) направлений потоков электроэнергии, что приводит к низкой энергоэкономичности и низкой надежности, в частности - аварийной живучести системы.The disadvantage of this autonomous power supply system (prototype) is the lack of reversibility and cross-branching (redundancy) of the directions of electricity flows, which leads to low energy efficiency and low reliability, in particular, emergency system survivability.

По технической сущности наиболее близкой к предлагаемой является последняя из рассмотренных автономных систем электропитания (прототип).By technical nature, the closest to the proposed one is the last of the considered autonomous power supply systems (prototype).

Техническим результатом предложения является повышение энергоэкономичности и надежности системы, в частности - аварийной живучести за счет многократного резервирования.The technical result of the proposal is to increase the energy efficiency and reliability of the system, in particular - emergency survivability due to multiple redundancy.

Дополнительным техническим результатом предложения является повышение срока службы электроизоляции кабелей и проводов, а также электробезопасности системы за счет снижения вдвое потенциалов устройств распределения постоянного напряжения относительно заземленного корпуса объекта.An additional technical result of the proposal is to increase the service life of electrical insulation of cables and wires, as well as the electrical safety of the system by halving the potentials of DC voltage distribution devices relative to the grounded object enclosure.

Указанный технический результат достигается БЛАГОДАРЯ тому, что в автономную систему электропитания, содержащую электромашинный генератор переменного тока, мостовой выпрямитель с выходным конденсаторным фильтром, инвертор переменного тока стабильной частоты, распределительные устройства переменного тока нестабильной и стабильной частоты, распределительные устройства постоянного повышенного и низкого напряжения с общим заземленным выводом, зашунтированные фильтровыми конденсаторами повышенного и низкого напряжения, а также блок управления, основные выходные выводы которого подключены к управляющим выводам инвертора, причем выходные выводы якорных обмоток генератора подключены к распределительному устройству переменного тока нестабильной частоты, а инвертор своими входными выводами питания подключен к распределительному устройству постоянного повышенного напряжения, а выходными выводами - к распределительному устройству переменного тока стабильной частоты, ВВЕДЕН импульсный преобразователь постоянных напряжений, состоящий из трансреактора с первичной и вторичной обмотками, имеющими средние выводы и общий магнитопровод, двух однонаправленных двухключевых электронных стоек, однонаправленного электронного ключа, шунтирующего первичную обмотку трансреактора, и двух пар выходных диодов, каждый из первой пары которых включен между незаземленным выводом соответствующего фильтрового конденсатора повышенного напряжения и соответствующим крайним выводом первичной обмотки трансреактора, зашунтированной параллельно - встречно между собой соединенными электронными стойками, средние выводы которых подключены к соответствующим выводам постоянного тока выпрямителя и к крайним выводам его выходного конденсаторного фильтра, выполненного в виде двухконденсаторной стойки, средний вывод которой заземлен вместе со средними выводами обмоток трансреактора, из которых вторичная своими крайними выводами через соответствующие диоды второй их пары подключены к незаземленным выводам соответствующих фильтровых конденсаторов низкого напряжения, а управляющие выводы указанных электронных стоек и электронного ключа подключены к дополнительным выходным выводам, ВВЕДЕННЫМ в блок управления, выполненный с возможностью импульсного регулирования сигналов на указанных выводах в зависимости от сигналов в его цепях обратных связей по выходным токам и напряжениям, а также БЛАГОДАРЯ тому, что в нее ВВЕДЕН обратимый импульсный конвертор, включенный между распределительными устройствами постоянного повышенного и низкого напряжения и подключенный своими управляющими выводами к вспомогательным выходным выводам, ВВЕДЕННЫМ в блок управления, и кроме того БЛАГОДАРЯ тому, что в нее ВВЕДЕН обратимый преобразователь частоты, включенный между распределительными устройствами переменного тока нестабильной и стабильной частоты и подключенный своими управляющими выводами к добавочным выходным выводам, ВВЕДЕННЫМ в блок управления и наконец БЛАГОДАРЯ тому, что в нее ВВЕДЕН импульсный корректор коэффициента мощности, состоящий из Г-образного емкостно-индуктивного фильтра с заземленными конденсаторами, включенного в цепь выводов переменного тока выпрямителя и зашунтированного по выходу электронными ключами переменного тока, управляющие выводы которых подключены к корректирующим выводам, ВВЕДЕННЫМ в блок управления, ВЫПОЛНЕННЫЙ с цепями обратных связей, содержащими датчики напряжения и тока, установленные во входных цепях емкостно-индуктивного фильтра.The specified technical result is achieved THANKS to the fact that in an autonomous power supply system containing an electric machine alternator, a bridge rectifier with an output capacitor filter, an inverter of a stable frequency, an AC switchgear of an unstable and stable frequency, a switchgear of constant high and low voltage with a common grounded terminal, shunted by filter capacitors of high and low voltage, as well as control, the main output terminals of which are connected to the control terminals of the inverter, and the output terminals of the generator armature windings are connected to an unstable frequency AC switchgear, and the inverter is connected to a DC overvoltage distributor by its input power leads, and to an alternating current distributor with output terminals stable frequency, a pulsed DC-DC converter, consisting of a transreactor with a primary and secondary windings having middle leads and a common magnetic circuit, two unidirectional two-key electronic racks, a unidirectional electronic key, shunting the primary winding of the transreactor, and two pairs of output diodes, each of the first pair of which is connected between the ungrounded terminal of the corresponding high-voltage filter capacitor and the corresponding extreme terminal the primary winding of the transreactor, shunted in parallel - counter-connected by electronic racks, medium output which are connected to the corresponding DC terminals of the rectifier and to the extreme terminals of its output capacitor filter, made in the form of a two-capacitor rack, the middle terminal of which is grounded together with the middle terminals of the transreactor windings, of which the secondary ones are connected to non-grounded via their extreme terminals through the corresponding diodes of the second pair the conclusions of the corresponding filter capacitors of low voltage, and the control terminals of these electronic racks and the electronic key are connected to optional output pins, INPUT to the control unit, configured to pulse control the signals at these pins depending on the signals in its feedback circuits for output currents and voltages, and also THROUGH the fact that a reversible pulse converter connected between switchgears is inserted into it DC overvoltage and low voltage and connected with its control pins to the auxiliary output pins, INPUT to the control unit, and in addition THANKS, about, a reversible frequency converter is inserted into it, connected between the AC distributors of unstable and stable frequencies and connected with its control pins to the additional output terminals that are INPUT into the control unit and finally, THANKS that a pulse power factor corrector, consisting of a capacitive-inductive filter with grounded capacitors included in the circuit of the AC rectifier terminals and shunted by the output with electronic keys TERM current control terminals are connected to terminals correcting inputted in a control unit configured to feedback circuits containing voltage and current sensors, installed in the input circuits of the inductive-capacitive filter.

Лабораторные испытания макета системы и исследования на компьютерной модели подтверждают возможность широкого ее промышленного использования.Laboratory tests of the system layout and studies on a computer model confirm the possibility of its widespread industrial use.

На Фиг. Представлена структурно-принципиальная схема предлагаемой автономной системы электропитания.In FIG. The structural-schematic diagram of the proposed autonomous power supply system is presented.

Автономная система электропитания содержит электромашинный генератор 1 переменного тока, мостовой выпрямитель 2 с выходным конденсаторным фильтром 3, 4, инвертор 5 переменного тока стабильной частоты, распределительные устройства 6, 7 переменного тока нестабильной и стабильной частоты, распределительные устройства 8, 9 постоянного повышенного и низкого напряжения с общим заземленным выводом 10, зашунтированные фильтровыми конденсаторами 11, 12, 13, 14 повышенного и низкого напряжения, а также блок управления 15 с основными выходными выводами 16, импульсный преобразователь 17 постоянных напряжений, состоящий из трансреактора 18 с первичной 19 и вторичной 20 обмотками, имеющими средние выводы и общий магнитопровод, двух однонаправленных двухключевых электронных стоек 21-22 и 23-24, однонаправленного электронного ключа 25 и двух пар выходных диодов 26, 27 и 28, 29.The self-contained power supply system contains an electric machine generator 1 of an alternating current, a bridge rectifier 2 with an output capacitor filter 3, 4, an inverter 5 of an alternating current of a stable frequency, switchgears 6, 7 of an alternating current of an unstable and stable frequency, and distributors of 8, 9 constant high and low voltage with a common grounded terminal 10, shunted by filter capacitors 11, 12, 13, 14 of high and low voltage, as well as a control unit 15 with the main output terminals 16, pulsed DC voltage converter 17, consisting of a transreactor 18 with a primary 19 and a secondary 20 windings having middle leads and a common magnetic circuit, two unidirectional two-key electronic racks 21-22 and 23-24, a unidirectional electronic key 25 and two pairs of output diodes 26, 27 and 28, 29.

Блок управления имеет также дополнительные выходные выводы 30. Система содержит также обратимый импульсный конвертор 31, подключенный управляющими выводами к вспомогательным выходным выводам 32 блока управления, обратимый преобразователь частоты 33, подключенный управляющими выводами к добавочным выходным выводам 34 блока управления, и импульсный корректор коэффициента мощности 35, состоящий из Г-образного емкостно-индуктивного фильтра 36 с заземленными конденсаторами и выходными электронными ключами 37 переменного тока, управляющие выводы которых подключены к корректирующим выходным выводам 38 блока управления, выполненного с цепями 39 обратных связей, содержащими датчики 40 и 41 напряжения и тока, установленные во входных цепях емкостно-индуктивного фильтра.The control unit also has additional output terminals 30. The system also includes a reversible pulse converter 31 connected by control terminals to the auxiliary output terminals 32 of the control unit, a reversible frequency converter 33 connected by control terminals to the additional output terminals 34 of the control unit, and a pulse power factor corrector 35 consisting of a L-shaped capacitive inductive filter 36 with grounded capacitors and output electronic keys 37 of alternating current s are connected to output terminals of the correction control unit 38 adapted chains 39 feedbacks comprising sensors 40 and 41 are current and voltage set in the input circuits of the inductive-capacitive filter.

Если в качестве электронных ключей двухключевых стоек, соединенных с выводами первичной обмотки трансреактора, использованы не полевые, а биполярные транзисторы (например, IGBT), не имеющие внутренних обратных диодов, то они могут быть зашунтированы обратными диодами 42 и 43, показанными на чертеже.If bipolar transistors (for example, IGBTs) that do not have internal reverse diodes are used as electronic keys of two-key racks connected to the terminals of the primary winding of the transreactor, they can be shunted by the reverse diodes 42 and 43 shown in the drawing.

Основные выходные выводы 16 блока управления 15 подключены к управляющим выводам инвертора 5. Выходные выводы якорных обмоток генератора 1 подключены к распределительному устройству 6 переменного тока нестабильной частоты. Инвертор 5 своими входными выводами питания подключен к распределительному устройству 8 повышенного напряжения, а выходными выводами - к распределительному устройству 7 переменного тока стабильной частоты.The main output terminals 16 of the control unit 15 are connected to the control terminals of the inverter 5. The output terminals of the armature windings of the generator 1 are connected to an unstable frequency AC switchgear 6. The inverter 5 with its input power leads is connected to a switchgear 8 high voltage, and the output leads to a switchgear 7 AC stable frequency.

Однонаправленный электронный ключ 25 шунтирует первичную обмотку 19 трансреактора 18. Каждый из первой пары диодов 26, 27 включен между незаземленным выводом соответствующего фильтрового конденсатора 11, 12 повышенного напряжения и соответствующим крайним выводом первичной обмотки 19 трансреактора 18, зашунтированной параллельно - встречно между собой соединенными электронными стойками 21-22 и 23-24. Средние выводы указанных стоек подключены к соответствующим выводам постоянного тока выпрямителя 2 и к крайним выводам его выходного конденсаторного фильтра 3-4, выполненного в виде двухконденсаторной стойки, средний вывод которой вместе со средними выводами обмоток 19, 20 заземлен на общий заземленный вывод 10 распределительных устройств 8 и 9. Вторичная обмотка 20 трансреактора 18 своими крайними выводами через соответствующие диоды 27, 28 второй их пары подключены к незаземленным выводам соответствующих фильтровых конденсаторов 13,14 низкого напряжения.A unidirectional electronic key 25 shunts the primary winding 19 of the transreactor 18. Each of the first pair of diodes 26, 27 is connected between the ungrounded terminal of the corresponding filter capacitor 11, 12 of the increased voltage and the corresponding extreme terminal of the primary winding 19 of the transreactor 18, shunted in parallel - counter-connected to each other by electronic racks 21-22 and 23-24. The average terminals of these racks are connected to the corresponding DC terminals of the rectifier 2 and to the extreme terminals of its output capacitor filter 3-4, made in the form of a two-capacitor rack, the middle terminal of which, together with the average terminals of the windings 19, 20, is grounded to a common ground terminal 10 of the switchgear 8 and 9. The secondary winding 20 of the transreactor 18 with its extreme leads through the corresponding diodes 27, 28 of their second pair are connected to the non-grounded leads of the corresponding filter capacitors 13.14 low voltage.

Обратимый импульсный конвертор 31 включен между распределительными устройствами 8 и 9 постоянного повышенного и низкого напряжения. Обратимый преобразователь частоты 33 включен между распределительными устройствами 6 и 7 переменного тока нестабильной и стабильной частоты.A reversible pulse converter 31 is connected between switchgears 8 and 9 of constant high and low voltage. A reversible frequency converter 33 is connected between the switchgear 6 and 7 of the AC unstable and stable frequency.

В качестве двунаправленных электронных ключей 37 корректора коэффициента мощности 35 могут использоваться встречно-последовательно включенные полевые транзисторы МОСФЕТ с внутренними обратными диодами или однофазные диодно-выпрямительные мосты, зашунтированные по выходу транзисторами.As bi-directional electronic keys 37 of the power factor corrector 35, MOSFET counter-in-series field-effect transistors with internal reverse diodes or single-phase diode-rectifier bridges shunted at the output by transistors can be used.

В качестве преобразователя частоты 33 могут быть использованы непосредственный преобразователь - циклоконвертор или преобразователь с промежуточным звеном постоянного тока с двумя обратимыми выпрямительно-инверторными блоками.As a frequency converter 33, a direct converter — a cycloconverter or a converter with an intermediate DC link with two reversible rectifier-inverter units — can be used.

Блок управления 15 выполнен с возможностью импульсного (например, широтно-импульсного) регулирования сигналов на своих основных, дополнительных, вспомогательных и добавочных выходных выводах в зависимости от сигналов в его цепях обратной связи по выходным токам и напряжениям системы, а также с возможностью импульсного регулирования сигналов на своих корректирующих выводах в зависимости от формы и фазового сдвига сигналов датчиков 40 и 41 напряжения и тока во входных цепях емкостно-индуктивного фильтра 36. Для выполнения последней функции может быть использованы широко выпускаемые микросхемы «Корректор коэффициента мощности», объединенные с управляющими драйверами.The control unit 15 is made with the possibility of pulse (for example, pulse-width) regulation of signals at its main, additional, auxiliary and additional output terminals depending on the signals in its feedback circuits for output currents and system voltages, as well as with the possibility of pulse regulation of signals on their correcting conclusions, depending on the shape and phase shift of the signals of the sensors 40 and 41 of the voltage and current in the input circuits of the capacitive inductive filter 36. To perform the last function Widely used power factor corrector microcircuits, combined with control drivers, can be used.

Предлагаемая автономная система электропитания работает следующим образом.The proposed autonomous power supply system operates as follows.

Ротор электромашинного генератора 1 переменного тока вводится в зацепление с валом приводного двигателя и после его разгона вращается, в общем случае - с нестабильной угловой скоростью ω - var, в результате чего к шинам распределительного устройства 6 переменного тока нестабильной частоты подводится трехфазное переменное напряжение нестабильной частоты (U_3ф, f - var), питающее мощные нагревательные и другие нагрузки, некритичные к качеству электроэнергии. Это же напряжение питает мостовой выпрямитель 2 через емкостно-индуктивный фильтр 35. На выходных выводах постоянного тока выпрямителя 2 появляется знакопостоянное пульсирующее выпрямленное напряжение, частично сглаженное выходным емкостным фильтром 3, 4, подключенным, в частности, по схеме «удвоения фазного напряжения» со средним заземленным выводом. При наличии импульсного корректора мощности 35 указанная схема выпрямления с входным и выходным фильтрами в литературе называется схемой «Виенна-выпрямителя». Благодаря широтно-импульсному регулированию модулирующих ключей переменного тока 37 с отрицательной обратной связью по форме и фазовому сдвигу потребляемого тока блок управления обеспечивает синусоидальность фазных токов и их синфазность с фазными напряжениями, т.е. приближает значение коэффициента потребляемой мощности к единице, снижая тепловые потери и потери напряжения в подводящих проводах и обмотках генератора и сохраняя синусоидальную форму напряжений на распределительном устройстве 6. При этом также стабилизируется среднее значение пульсирующего выпрямленного напряжения на фильтре 3, 4.The rotor of the AC machine generator 1 is meshed with the shaft of the drive motor and, after its acceleration, rotates, in the general case, with an unstable angular velocity ω - var, as a result of which a three-phase AC voltage of an unstable frequency is supplied to the tires of an unstable frequency AC switchgear 6 ( U _3f , f - var), which supplies powerful heating and other loads that are not critical to the quality of electricity. The same voltage feeds the bridge rectifier 2 through a capacitive inductive filter 35. At the DC output terminals of rectifier 2, an alternating pulsed rectified voltage appears, partially smoothed by the output capacitive filter 3, 4, connected, in particular, according to the “phase voltage doubling” circuit with an average grounded terminal. In the presence of a pulse power corrector 35, the indicated rectification circuit with input and output filters is called the “Vienn rectifier” circuit in the literature. Thanks to the pulse-width regulation of modulating keys of alternating current 37 with negative feedback on the shape and phase shift of the consumed current, the control unit provides sinusoidal phase currents and their common mode with phase voltages, i.e. approximates the value of the coefficient of power consumption to unity, reducing heat and voltage losses in the supply wires and windings of the generator and preserving the sinusoidal shape of the voltages on the switchgear 6. This also stabilizes the average value of the ripple rectified voltage on the filter 3, 4.

Импульсный преобразователь 17 постоянных напряжений (расщепленный инвертирующий и обратноходовой конвертор) функционирует в высокочастотном широтно-импульсном модуляторном режиме.The pulse converter 17 constant voltage (split inverting and flyback converter) operates in a high-frequency pulse-width modulator mode.

После очередного включения электронных ключей 21 и 23 двухключевых стоек происходит нарастание тока и потокосцепления в секциях первичной обмотки 19 трансреактора 18 по цепям 3-21-19-3 и 4-19-23-4 и одновременная подзарядка конденсатора с меньшим напряжением с помощью ЭДС индукции, трансформируемой в соответствующей секции, с токами по цепям обратных диодов 42 и 43 (самовыравнивание напряжений на конденсаторах 3 и 4). Эти процессы занимают заданный интервал времени импульса Δt_и и сопровождаются частичной разрядкой конденсаторов 3, 4 и запасанием электромагнитной энергии трансреактором.After the next switching on of the electronic keys 21 and 23 of the two-key racks, the current and flux linkage increase in the sections of the primary winding 19 of the transreactor 18 along the circuits 3-21-19-3 and 4-19-23-4 and the capacitor is recharged with a lower voltage using induction EMF , transformed in the corresponding section, with currents along the circuits of reverse diodes 42 and 43 (self-equalization of voltages on capacitors 3 and 4). These processes occupy a given pulse time interval Δt _{and are} accompanied by a partial discharge of capacitors 3, 4 and storage of electromagnetic energy by a transreactor.

После выключения ключей 21, 23 и одновременного включения ключей 25, 24 и 22 происходит закорачивание первичной обмотки 19 с сохраняющимся током в цепи 19-25 в течение интервала времени паузы Δt_п, необходимого для обеспечения статической устойчивости процесса регулирования.After turning off the keys 21, 23 and simultaneously turning on the keys 25, 24 and 22, the primary winding 19 is shorted with the current in the circuit 19-25 during the pause time interval Δt _p necessary to ensure the static stability of the control process.

После дальнейшего выключения ключа 25 происходит передача дозы электромагнитной энергии, накопленной в трансреакторе 18, в нагрузки, подключенные к распределительным устройствам 8 и 9, с токами в цепях 19-27-8-нагрузки-8-26-19 и 20-28-9-нагрузки-9-29-20, а также рекуперация дозы энергии индуктивностей рассеяния секций обмотки 19 обратно в емкостной фильтр 3-4 с токами в цепях 19-4-24-19 и 19-22-3-19. Этот заключительный этап периода Т модуляционного цикла имеет остаточную длительность (Т-Δt_и-Δt_п).After further switching off of key 25, the dose of electromagnetic energy accumulated in transreactor 18 is transferred to loads connected to switchgears 8 and 9, with currents in load circuits 19-27-8-load-8-26-19 and 20-28-9 -loads-9-29-20, as well as the recovery of the dose of energy of the inductance of the dissipation of the winding sections 19 back to the capacitive filter 3-4 with currents in the circuits 19-4-24-19 and 19-22-3-19. This final stage of the period T of the modulation cycle has a residual duration (T-Δt _and -Δt _p ).

Далее перечисленные этапы циклически повторяются, осуществляя питание нагрузок постоянного повышенного и низкого напряжения. При этом обеспечивается непрерывность суммарного потокосцепления обмоток 19 и 20 трансреактора 18, выполняющего функции расщепления потоков электроэнергии в нагрузки постоянного повышенного и низкого напряжения, а также промежуточного фильтрового накопителя энергии, компенсирующего провалы пульсирующего выпрямленного напряжения выпрямителя 2 и позволяющего вместо энергоемких нетермостойких и ненадежных электролитических конденсаторов в качестве емкостного фильтра 3-4 применить более термостойкие и надежные пленочные конденсаторы с относительно небольшой энергоемкостью.The following steps are repeated cyclically, supplying loads of constant high and low voltage. This ensures the continuity of the total flux linkage of the windings 19 and 20 of the transreactor 18, which performs the functions of splitting the flow of electricity into loads of constant high and low voltage, as well as an intermediate filter energy storage, compensating for the dips of the pulsating rectified voltage of the rectifier 2 and allowing instead of energy-intensive non-heat-resistant and unreliable electrolytic capacitors in as a capacitive filter 3-4 apply more heat-resistant and reliable film capacitors relatively low power consumption.

Питание распределительного устройства 7 переменного тока стабильной частоты, как и в прототипе, обеспечивается инвертором 5 переменного тока, а также, в отличие от прототипа, обратимым преобразователем частоты 33, который способен также выполнять функцию рекуперации энергии индуктивных и электродвигательных нагрузок переменного тока стабильной частоты в электромагнитную и механическую энергию генератора 1 и механизма его привода. Помимо этого преобразователь частоты 33 способен вместе с генератором 1 осуществлять режим стартерного запуска силовой приводной установки.The power supply of the stable frequency alternating current switchgear 7, as in the prototype, is provided by the alternating current inverter 5, and also, unlike the prototype, a reversible frequency converter 33, which is also able to perform the function of recovering the energy of inductive and electromotive loads of stable frequency alternating current into electromagnetic and mechanical energy of the generator 1 and its drive mechanism. In addition, the frequency converter 33 is capable, together with the generator 1, to carry out the starter start mode of the power drive unit.

Обратимый импульсный конвертор 31 способен осуществлять взаимное резервное питание распределительных устройств 8 и 9 постоянного повышенного и низкого напряжения, а также обеспечить питание наиболее важных нагрузок от аккумуляторной батареи, подключенной для этого к распределительному устройству 9 низкого напряжения.The reversible pulse converter 31 is able to provide mutual backup power to the switchgear 8 and 9 of constant high and low voltage, as well as provide power to the most important loads from the battery connected to this low voltage switchgear 9.

Таким образом, предлагаемая автономная система электропитания, в отличие от прототипа, позволяет реализовать заявленный основной технический результат: повышение энергоэкономичности и надежности системы, в частности - аварийной живучести за счет многократного резервирования, и, кроме этого, - дополнительный технический результат: повышение срока службы электроизоляции кабелей и проводов, а также электробезопасности системы за счет снижения вдвое потенциалов устройств распределения постоянного напряжения относительно заземленного корпуса объекта.Thus, the proposed autonomous power supply system, in contrast to the prototype, allows you to implement the claimed main technical result: increased energy efficiency and reliability of the system, in particular - emergency survivability due to multiple redundancy, and, in addition, an additional technical result: increased electrical insulation life cables and wires, as well as the electrical safety of the system by halving the potentials of DC voltage distribution devices relative to the ground orpusa object.

Claims

1. An autonomous power supply system comprising an electric machine alternator, a bridge rectifier with an output capacitor filter, a stable frequency inverter, an unstable and stable frequency alternating current switchgear, constant high and low voltage switchgears with a common earthed terminal, shunted with high filter capacitors and low voltage, as well as a control unit, the main output terminals of which are connected to the control the output terminals of the inverter, and the output terminals of the generator armature windings are connected to an unstable frequency AC switchgear, and the inverter is connected to a constant-voltage switchgear with its input power leads, and the output terminals to a stable frequency switchgear, characterized in that in she introduced a pulsed DC voltage Converter, consisting of a transreactor with primary and secondary windings having medium e conclusions and a common magnetic circuit, two unidirectional two-key electronic racks, a unidirectional electronic key, shunting the primary winding of the transreactor, and two pairs of output diodes, each of the first pair of which is connected between the ungrounded terminal of the corresponding high-voltage filter capacitor and the corresponding extreme terminal of the primary winding of the transreactor, shunted parallel-counter-interconnected electronic racks, the middle conclusions of which are connected to the corresponding the rectifier’s direct current terminals and to the extreme terminals of its output capacitor filter, made in the form of a two-capacitor rack, the middle terminal of which is grounded together with the middle terminals of the transreactor windings, of which the secondary one is connected via its extreme terminals to the non-grounded terminals of the corresponding low-pass filter capacitors voltage, and the control terminals of these electronic racks and an electronic key are connected to additional output terminals, introduced th to the control unit, which is adapted to regulate the pulse signals at the specified terminals depending on the signals in its feedback circuits of the output currents and voltages.

2. The autonomous power supply system according to claim 1, characterized in that a reversible pulse converter is inserted into it, connected between switchboards of constant high and low voltage and connected by its control terminals to auxiliary output terminals introduced into the control unit.

3. The autonomous power supply system according to claim 1, characterized in that a reversible frequency converter is included in it, included between the AC switchgears of unstable and stable frequencies and connected by its control terminals to additional output terminals introduced into the control unit.

4. The autonomous power supply system according to claim 1, characterized in that a pulse power factor corrector is introduced into it, consisting of a L-shaped capacitive inductive filter with grounded capacitors, included in the rectifier AC output circuit and shunted by the output with alternating current electronic switches the control terminals of which are connected to corrective conclusions entered in the control unit, which is made with feedback circuits containing voltage and current sensors installed in the input circuits capacitive inductive filter.