RU152315U1

RU152315U1 - DEVICE FOR AC GENERATION

Info

Publication number: RU152315U1
Application number: RU2014141268/07U
Authority: RU
Inventors: Борис Владленович Миславский
Original assignee: Борис Владленович Миславский
Priority date: 2014-10-14
Filing date: 2014-10-14
Publication date: 2015-05-20

Abstract

Устройство для генерации переменного тока, содержащее генератор переменного тока, включающий полый статор, и установленный в нём ротор с электропроводящими обмотками на каждом из них, двигатель, кинематически соединённый с ротором с возможностью его вращения, средства управления параметрами генерируемого переменного тока, включающие программируемый блок управления и электрически соединённый с ним управляемый источник постоянного тока, отличающееся тем, что двигатель оснащен электрорегулируемым вентилем подачи топлива, в качестве генератора переменного тока используют синхронную машину с независимым возбуждением, обмотки статора которой соединены со статическим преобразователем частоты, а обмотки ротора - с управляемым источником постоянного тока, в число средств управления параметрами переменного тока дополнительно включены расходомер топлива и блок измерения выходных значений напряжения и мощности, с возможностью подачи сигналов о значении измеряемых ими величин в программируемый блок управления, который соединён с электрорегулируемым вентилем подачи топлива.A device for generating alternating current, containing an alternating current generator, including a hollow stator, and a rotor installed in it with electrically conductive windings on each of them, an engine kinematically connected to the rotor with the possibility of its rotation, means for controlling the parameters of the generated alternating current, including a programmable control unit and a controlled DC power supply electrically connected to it, characterized in that the engine is equipped with an electrically controlled fuel supply valve, a synchronous machine with independent excitation is used as an AC generator, the stator windings of which are connected to a static frequency converter, and the rotor windings are connected to a controlled DC source current, the number of means for controlling AC parameters additionally includes a fuel flow meter and a unit for measuring output voltage and power values, with the ability to send signals about the value of the values measured by them to the programmable unit control, which is connected to an electrically controlled fuel supply valve.

Description

Предложенное техническое решение относится к области электротехники, а именно к устройствам для генерации переменного тока, и может быть использовано при создании стационарных и передвижных электростанций, а также компаниями, владеющими автономными электростанциями и сдающими их в аренду для эксплуатации в буровой промышленности, на удаленных объектах без постоянного сетевого электроснабжения, и другими потребителями, эксплуатирующими автономные электростанции в постоянном режиме электрогенерации.The proposed technical solution relates to the field of electrical engineering, namely to devices for generating alternating current, and can be used to create stationary and mobile power plants, as well as companies owning autonomous power plants and leasing them for operation in the drilling industry, at remote sites without continuous network power supply, and other consumers operating autonomous power plants in a constant mode of power generation.

Известно устройство для генерации переменного тока, содержащее кинематически соединенный с приводом вращения, электрогенератор, в котором стабильность значений частоты обеспечивается приводом вращения, а постоянство выходного напряжения генерируемого переменного тока, поддерживается регулировкой величины магнитного поля, возбуждаемого между обмотками статора и ротора электрогенератора.A device for generating alternating current, comprising a kinematically connected to a rotation drive, an electric generator in which the stability of the frequency values is provided by the rotation drive, and a constant output voltage of the generated alternating current, is supported by adjusting the magnitude of the magnetic field excited between the stator and rotor windings of the generator.

(см. Патент США №7068015, H02P 9/04, 2006 г.)(see US Patent No. 7068015, H02P 9/04, 2006)

Недостаток этого устройства заключается в неэкономном расходе энергии приводом вращения ротора, из-за отсутствия средств, связывающих частоту вращения ротора с выходными параметрами генерируемого тока.The disadvantage of this device is the uneconomical energy consumption of the rotor rotation drive, due to the lack of means connecting the rotor speed with the output parameters of the generated current.

Это недостаток преодолен в другом известном устройстве для генерации переменного тока, содержащем, генератор переменного тока, включающий полый статор и, установленный в нем ротор с электропроводящими обмотками на каждом из них, двигатель, кинематически соединенный с ротором с возможностью его вращения, средства управления параметрами генерируемого переменного тока, включающие программируемый блок управления и электрически соединенный с ним управляемый источник постоянного тока.This disadvantage is overcome in another known device for generating alternating current, comprising an alternating current generator including a hollow stator and a rotor installed therein with electrically conductive windings on each of them, a motor kinematically connected to the rotor with the possibility of rotation, means for controlling the parameters generated alternating current, including a programmable control unit and a controlled direct current source electrically connected to it.

(см. Патент США №8368236 кл. H02P 9/04, 2009 г.)(see US Patent No. 8368236 CL. H02P 9/04, 2009)

Данное устройство наиболее близко к предложенному по технической сущности и достигаемому результату и, поэтому, принято в качестве его ближайшего аналога.This device is closest to the proposed technical essence and the achieved result and, therefore, taken as its closest analogue.

В этом устройстве средство для подачи тока возбуждения на обмотку ротора генератора выполнено, в виде обращенного вспомогательного генератора с вращающимся выпрямителем. При этом значения скорости вращения вала ротора, измеряемой тахометром, в виде соответствующих сигналов, подаются на блок управления, который, по установленной в нем программе, изменяет силу генерируемого тока при постоянном уровне значений частоты и выходного напряжения.In this device, the means for supplying the excitation current to the winding of the generator rotor is made in the form of a reversed auxiliary generator with a rotating rectifier. In this case, the values of the rotational speed of the rotor shaft, measured by the tachometer, in the form of corresponding signals are supplied to the control unit, which, according to the program installed in it, changes the strength of the generated current at a constant level of frequency and output voltage.

Недостаток этого устройства заключается в отсутствии возможности регулирования расхода топлива, в условиях меняющихся значений потребляемой мощности электрического тока и качественных параметров топлива.The disadvantage of this device is the lack of the ability to control fuel consumption, in conditions of changing values of the consumed power of the electric current and qualitative parameters of the fuel.

Задача разработки состоит в оптимизации расхода топлива, необходимого для работы устройства для генерации переменного тока.The development task is to optimize the fuel consumption necessary for the operation of the device for generating alternating current.

Эта задача решается за счет того, что в устройстве для генерации переменного тока, содержащем, генератор переменного тока, включающий полый статор и, установленный в нем ротор с электропроводящими обмотками на каждом из них, двигатель, кинематически соединенный с ротором с возможностью его вращения, средства управления параметрами генерируемого переменного тока, включающие программируемый блок управления и электрически соединенный с ним управляемый источник постоянного тока, двигатель оснащен электрорегулируемым вентилем подачи топлива, в качестве генератора переменного тока используют синхронную машину с независимым возбуждением, обмотки статора которой соединены со статическим преобразователем частоты, а обмотки ротора - с управляемым источником постоянного тока, в число средств управления параметрами переменного тока дополнительно включены расходомер топлива и блок измерения выходных значений напряжения и мощности, с возможностью подачи сигналов о значении измеряемых ими величин в программируемый блок управления, который соединен с электрорегулируемым вентилем подачи топлива.This problem is solved due to the fact that in the device for generating alternating current, comprising an alternating current generator including a hollow stator and a rotor installed therein with electrically conductive windings on each of them, a motor kinematically connected to the rotor with the possibility of rotation, means control parameters of the generated alternating current, including a programmable control unit and a controlled direct current source electrically connected to it, the engine is equipped with an electrically adjustable top feed valve willow, a synchronous machine with independent excitation is used as an alternating current generator, the stator windings of which are connected to a static frequency converter, and the rotor windings are connected to a controlled constant current source, a fuel flow meter and a unit for measuring output voltage values are included in the number of means for controlling the alternating current parameters and power, with the ability to send signals about the value of the measured values to a programmable control unit, which is connected to an electrically adjustable Fuel supply Thiel.

Наличие в устройстве обратной связи между средствами управления параметрами генерируемой электроэнергии и средствами регулируемой подачи топлива в двигатель, позволяет регулировать частоту оборотов двигателя и экономить топливо, независимо от его качества, в условиях, когда реальная нагрузка понижается ниже номинальной мощности электрогенератора, поддерживая, в то же время, постоянное напряжение (220 В, 380 В или другое) и частоту (50/60 Гц).The presence in the device of feedback between the means of controlling the parameters of the generated electricity and the means of controlled supply of fuel to the engine allows you to adjust the engine speed and save fuel, regardless of its quality, in conditions where the real load drops below the rated power of the generator, while maintaining time, constant voltage (220 V, 380 V or another) and frequency (50/60 Hz).

На рис. 1 представлен пример выполнения устройства.In fig. 1 shows an example implementation of the device.

Устройство для генерации переменного тока, содержит, генератор переменного тока 1, в виде синхронной машины с независимым возбуждением, включающей, полый статор 2 и установленный в нем ротор 3 с электропроводящими обмотками на каждом из них, двигатель 4, кинематически соединенный с ротором с возможностью его вращения, средства управления параметрами генерируемого переменного тока, включающие программируемый блок управления 5 и электрически соединенный с ним управляемый источник постоянного тока 6, двигатель оснащен электрорегулируемым вентилем 7 подачи топлива, обмотки статора генератора соединены со статическим преобразователем частоты 8, а обмотки ротора - с управляемым источником постоянного тока, в число средств управления параметрами переменного тока включены расходомер 9 топлива и блок измерения 10 выходных значений напряжения и мощности, с возможностью подачи сигналов о значении измеряемых ими величин в программируемый блок управления, который соединен с электрорегулируемым вентилем подачи топлива.A device for generating alternating current, comprises an alternating current generator 1, in the form of a synchronous machine with independent excitation, including a hollow stator 2 and a rotor 3 installed in it with electrically conductive windings on each of them, an engine 4 kinematically connected to the rotor with the possibility of rotation, means of controlling the parameters of the generated alternating current, including a programmable control unit 5 and a controlled direct current source 6 electrically connected to it, the engine is equipped with electrically adjustable With the fuel supply 7, the generator stator windings are connected to a static frequency converter 8, and the rotor windings are connected to a controlled constant current source, the means for controlling the alternating current parameters include a fuel flow meter 9 and a measuring unit for 10 output voltage and power values, with the possibility of signaling on the value of the values measured by them in a programmable control unit, which is connected to an electrically adjustable fuel supply valve.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Топливо подается в двигатель 4 с использованием электрорегулируемого вентиля 7. Вращающий момент от двигателя передается на ротор 3 генератора 1 переменного тока, вследствие чего ротор вращается. Одновременно, с помощью управляемого источника постоянного тока 6, ток подается на обмотку ротора генератора. В результате на обмотках статора 2 генерируется трехфазный переменный ток. Далее этот ток при помощи статического преобразователя частоты 8 преобразуется в ток с постоянной стабилизированной частотой необходимой для потребителя электроэнергии. Сигнал о потребляемой внешним электрооборудованием мощности от блока измерения 10 выходных значений напряжения и мощности подается на программируемый блок управления 5. Блок управления по заложенному в его программу алгоритму вычисляет оптимальную скорость вращения ротора двигателя для текущего потребления мощности и посылает сигнал на электрорегулируемый вентиль подачи топлива в двигатель. В случае уменьшения потребляемой мощности количество подаваемого топлива также уменьшается, в результате чего снижается и скорость вращения ротора генератора, кинематически соединенного с двигателем. Для обеспечения поддержания постоянного значения выходного напряжения генератора, несмотря на снижение скорости вращения ротора, блок управления вычисляет необходимый ток возбуждения генератора и подает соответствующий сигнал на источник постоянного тока. Далее статический преобразователь частоты 8 преобразует напряжение генератора с изменяющейся частотой в необходимое потребителю напряжение с постоянной фиксированной частотой. Количество топлива, подаваемого в двигатель, регистрируется расходомером 9, сигнал от которого постоянно передается на блок управления. Этот сигнал является тестовым, то есть его назначение состоит в том, чтобы установить, насколько отклонение качества топлива от стандартных параметров влияет на выходные показатели работы генератора, поскольку в случае изменения качественных характеристик топлива, например, при наличии в нем избыточного содержания примесей, запрограммированное соответствие между нормированными показателями расхода данного топлива двигателем и значениями тока возбуждения нарушается. Программа блока управления сопоставляет значение этого сигнала с соответствующей расходу данного вида топлива величиной тока, подаваемого блоком управления на управляемый источник постоянного тока, и, путем передачи сигнала от блока управления на электроуправляемый вентиль, корректирует расход топлива так, чтобы восстановить соответствие между заданными программой показателями расхода топлива, частоты и напряжения, генерируемого переменного тока. Таким образом, блок управления в непрерывном режиме регулирует стабильность показателей вырабатываемой электроэнергии при минимальном расходе топлива.The fuel is supplied to the engine 4 using an electrically adjustable valve 7. The torque from the engine is transmitted to the rotor 3 of the alternator 1, as a result of which the rotor rotates. At the same time, using a controlled DC source 6, current is supplied to the generator rotor winding. As a result, a three-phase alternating current is generated on the stator windings 2. Further, this current with the help of a static frequency converter 8 is converted into a current with a constant stabilized frequency necessary for the consumer of electricity. The signal about the power consumed by the external electrical equipment from the measuring unit 10 of the output voltage and power values is supplied to the programmable control unit 5. The control unit, according to the algorithm laid down in its program, calculates the optimal rotation speed of the engine rotor for the current power consumption and sends a signal to the electrically adjustable fuel supply valve to the engine . In the case of a decrease in power consumption, the amount of fuel supplied also decreases, as a result of which the rotation speed of the rotor of the generator kinematically connected to the engine decreases. To maintain a constant value of the output voltage of the generator, despite the decrease in rotor speed, the control unit calculates the required excitation current of the generator and supplies the corresponding signal to the DC source. Next, the static frequency converter 8 converts the voltage of the generator with a changing frequency into the voltage necessary for the consumer with a constant fixed frequency. The amount of fuel supplied to the engine is recorded by the flow meter 9, the signal from which is constantly transmitted to the control unit. This signal is a test signal, that is, its purpose is to establish how much the deviation of the fuel quality from the standard parameters affects the output performance of the generator, since in the case of a change in the quality characteristics of the fuel, for example, if there is an excessive content of impurities in it, the programmed correspondence between the normalized indicators of the consumption of a given fuel by the engine and the values of the excitation current is violated. The control unit program compares the value of this signal with the current value supplied by the control unit to the controlled direct current source, and, by transmitting the signal from the control unit to the electrically controlled valve, adjusts the fuel consumption so as to restore the correspondence between the flow rates set by the program fuel, frequency and voltage generated by alternating current. Thus, the control unit in a continuous mode regulates the stability of indicators of generated electricity with minimum fuel consumption.

Использование предложенного устройства позволяет понижать расход топлива двигателя (дизельное топливо, керосин, бензин, природный газ и др.) до 40% в зависимости от профиля реальной нагрузки, а также упростить эксплуатацию изделия за счет снижения частоты технических обслуживаний и ремонтов оборудования и, соответственно, увеличивать общий срок службы устройства.Using the proposed device allows to reduce the fuel consumption of the engine (diesel fuel, kerosene, gasoline, natural gas, etc.) up to 40% depending on the actual load profile, as well as to simplify the operation of the product by reducing the frequency of maintenance and repair of equipment and, accordingly, increase the overall life of the device.

Claims

A device for generating alternating current, comprising an alternating current generator including a hollow stator, and a rotor installed in it with electrically conductive windings on each of them, a motor kinematically connected to the rotor with the possibility of rotation, means for controlling the parameters of the generated alternating current, including a programmable control unit and a controllable direct current source electrically connected to it, characterized in that the engine is equipped with an electrically adjustable fuel supply valve, as an alternator current source uses a synchronous machine with independent excitation, the stator windings of which are connected to a static frequency converter, and the rotor windings are connected to a controlled constant current source, fuel flow meter and a unit for measuring output voltage and power values are additionally included in the means of controlling the alternating current parameters, with the ability to send signals about the value of the measured values to a programmable control unit, which is connected to an electrically adjustable top feed valve willow.