RU172810U1

RU172810U1 - Автономная генераторная установка

Info

Publication number: RU172810U1
Application number: RU2017111152U
Authority: RU
Inventors: Андрей Владимирович Лучин; Андрей Григорьевич Непейпиев; Борис Александрович Усик
Priority date: 2017-04-03
Filing date: 2017-04-03
Publication date: 2017-07-25

Abstract

Задача полезной модели - поддержание выходного напряжения синхронного генератора на постоянных магнитах автономной генераторной установки с регулируемой скоростью вращения в требуемых границах, при изменении скорости вращения и нагрузки в широком диапазоне. Достигается решение задачи путем введения дополнительной обмотки возбуждения в генератор на постоянных магнитах 3, соединенной с выходом выпрямителя 4, при этом напряжением на обмотке дополнительного возбуждения синхронного генератора на постоянных магнитах 3 будет управлять регулятор тока возбуждения 11 по командам от блока управления автономной генераторной установки 12. При этом накопитель энергии 5 между выпрямителем 4 и инвертором 6 служит для накопления энергии, компенсации скачков нагрузки и сглаживания пульсаций.

Description

Полезная модель относится к области электротехники, в частности к генераторным установкам на базе двигателей внутреннего сгорания и синхронных генераторов на постоянных магнитах, используемым для выработки электроэнергии на автономных объектах электроснабжения.

Из современного уровня техники известна автономная электростанция переменного тока [RU 2412513 С1, МПК H02J 3/34 (2006.01), опубликованная 20.02.2011], содержащая последовательно соединенные двигатель внутреннего сгорания (ДВС) с переменной скоростью вращения, синхронный генератор, преобразователь частоты, включающий управляемый выпрямитель, конденсаторную батарею, датчик тока, инвертор напряжения, к которому подключен повышающий трансформатор с выходными выводами. К ДВС подключен блок формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС, содержащий регулятор частоты вращения вала ДВС, датчик частоты вращения вала ДВС, к которому подключен сумматор сигналов, связанный с блоком задания экономичной частоты вращения вала ДВС и с регулятором частоты вращения вала ДВС, подключенным к ДВС. Блок возбуждения синхронного генератора подключен к блоку питания и соединен с обмоткой возбуждения синхронного генератора, с выходами блока задания экономичной частоты вращения вала ДВС. Блок стабилизации напряжения, состоящий из задатчика напряжения, сумматора сигналов и регулятора напряжения, подключен к управляемому выпрямителю и соединен с выходом датчика напряжения, с которым соединен блок возбуждения синхронного генератора. Вход блока задания экономичной частоты вращения вала ДВС соединен с блоком вычисления мощности нагрузки, который подключен к выходам датчика напряжения и датчика тока. Выход задатчика частоты выходного напряжения соединен с инвертором напряжения.

Данное устройство имеет низкий коэффициент полезного действия, за счет больших потерь на возбуждение, ввиду использования синхронного генератора с электромагнитным возбуждением.

Известна дизель-генераторная установка [RU 2015119508/07, опубликованная 10.09.2016 г.], выбранная в качестве прототипа, содержащая дизельный двигатель с переменной скоростью вращения, к которому подключен синхронный генератор, связанный с выпрямителем, а также автономный инвертор, в качестве синхронного генератора использован синхронный генератор на постоянных магнитах, к дизельному двигателю подключен датчик скорости вращения вала дизельного двигателя, соединенный с блоком задания экономичной скорости вращения, параллельно выпрямителю подключены фильтр, конвертор и датчик мощности, причем информационные выводы датчика мощности связаны с блоком задания экономичной скорости вращения и с блоком управления зарядом и разрядом аккумуляторной батареи, который подключен к конвертору, соединенному с аккумуляторной батареей, а блок задания экономичной скорости вращения подключен к сервоприводу, связанному с дизельным двигателем, при этом электрические выводы датчика мощности соединены с автономным инвертором, к которому подключена электрическая нагрузка переменного тока, к которой подсоединен датчик напряжения, связанный с блоком управления инвертором, подключенным к автономному инвертору.

Недостатком данного устройства является невозможность поддержания выходного напряжения в заданном диапазоне при изменении скорости вращения вала двигателя и ротора синхронного генератора в широком диапазоне для поддержания минимального удельного расхода топлива.

Задача полезной модели, поддержание выходного напряжения синхронного генератора на постоянных магнитах автономной генераторной установки с регулируемой скоростью вращения в требуемых границах, при изменении скорости вращения и нагрузки в широком диапазоне.

Поставленная задача решается тем, что автономная генераторная установка, включающая двигатель внутреннего сгорания с переменной скоростью вращения, к которому последовательно подключены датчик скорости вращения и синхронный генератор на постоянных магнитах, связанный с входом выпрямителя, выход которого связан с инвертором, синхронный генератор на постоянных магнитах с обмотками дополнительного возбуждения, соединенными через регулятор тока возбуждения с выходом выпрямителя, к которому также подключен накопитель энергии, а выход инвертора, через датчики тока и напряжения, соединен с нагрузкой, при этом информационные выходы датчиков тока, напряжения и скорости вращения подключены к входам блока управления автономной генераторной установкой, один выход которого последовательно соединен с регулятором подачи топлива и двигателем внутреннего сгорания, а второй выход - с регулятором тока возбуждения.

Введение дополнительных обмоток возбуждения в ротор синхронного генератора на постоянных магнитах и регулятора тока возбуждения позволяет регулировать магнитный поток в синхронном генераторе, что выгодно отличает предлагаемую полезную модель от прототипа.

На фиг. 1 представлена функциональная схема автономной генераторной установки, где:

1 - двигатель внутреннего сгорания (ДВС);

2 - датчик скорости вращения (ДСВ);

3 - синхронный генератор на постоянных магнитах комбинированного возбуждения (СГПМКВ);

4 - выпрямитель (В);

5 - накопитель энергии (НЭ);

6 - инвертор (И);

7 - датчик тока (ДТ);

8 - датчик напряжения (ДН);

9 - нагрузка (Н);

10 - регулятор подачи топлива (РПТ);

11 - регулятор тока возбуждения (РТВ);

12 - блок управления автономной генераторной установки (БУАГУ).

В автономной генераторной установке двигатель внутреннего сгорания 1 с переменной скоростью вращения, к которому последовательно подключены датчик скорости вращения 2 и синхронный генератор на постоянных магнитах комбинированного возбуждения 3, связанный с входом выпрямителя 4, выход которого связан с инвертором 6, накопителем энергии 5 и регулятором тока возбуждения 11 выход которого связан с обмотками дополнительного возбуждения синхронного генератора на постоянных магнитах 3, а выход инвертора 6, через датчики тока 7 и напряжения 8, соединен с нагрузкой 9, при этом информационные выходы датчиков тока 7, напряжения 8 и скорости вращения 2 подключены к входам блока управления автономной генераторной установкой 12, один выход которого последовательно соединен с регулятором подачи топлива 10 и двигателем внутреннего сгорания 1, а второй выход - с регулятором тока возбуждения 11.

В качестве двигателя внутреннего сгорания 1 может быть использован любой двигатель, который работает за счет сгорания топлива. Синхронный генератор на постоянных магнитах комбинированного возбуждения 3 представляет собой, генератор, статор которого не отличается от обычного, и ротор с постоянными магнитами и уложенными в пазы обмотками дополнительного возбуждения, которые соединены с регулятором тока возбуждения 11. В качестве выпрямителя 4 может быть использован неуправляемый трехфазный мостовой выпрямитель по схеме Ларионова или управляемый выпрямитель. Накопитель энергии с блоком управления накопителем 5 представляет собой суперконденсатор, аккумуляторную батарею или их комбинацию, емкость которого подбирается в зависимости от нагрузки и необходимого времени регулирования при изменении нагрузки. В качестве инвертора 6 может быть выбран любой автономный трехфазный инвертор, подходящий по мощности и форме выходного напряжения. Датчиками скорости вращения 2, тока 7 и напряжения 8 могут быть любые датчики соответственно, которые конструктивно и параметрически подойдут для синтеза в структуру автономного источника питания. Конструкция регулятора подачи топлива 10 зависит от вида топливной системы двигателя внутреннего сгорания. Регулятор тока возбуждения 11 может представлять собой преобразователь из постоянного напряжения в постоянное с изменяемым коэффициентом трансформации либо другим устройством, реализующим функцию зависимости выходного постоянного напряжения от входного постоянного напряжения в зависимости от коэффициента трансформации. В качестве основы блока управления автономной генераторной установки 12 может быть использован микроконтроллер.

Устройство работает следующим образом. При изменении нагрузки потребления 9 происходит изменение скорости вращения двигателя внутреннего сгорания 1 и изменение напряжения на выходе СГПМКВ 3. Как следствие происходит изменение напряжения и тока на выходе инвертора 6 и выпрямителя 4. Датчики тока 7, напряжения 8 и скорости вращения 2 измеряют и передают данные о параметрах тока, напряжения и скорости вращения в блок управления автономной генераторной установкой 12, который принимает информацию с датчиков 2, 7, 8, обрабатывает ее, вычисляет значения потребляемой мощности, оптимальную скорость вращения для этой мощности, а также необходимость увеличения или уменьшения напряжения в обмотках возбуждения СГПМКВ 3, с целью стабилизации значения выходного напряжения в пределах требуемых значений, путем подачи управляющих воздействий в регулятор подачи топлива 10 и регулятор тока возбуждения 11, при этом становится возможно регулирование скорости вращения вала ДВС 1 в широком диапазоне. Регулятор подачи топлива 10 в зависимости от управляющего сигнала с блока управления автономной генераторной установки 12 увеличивает или уменьшает количество подаваемой топливной смеси. Регулятор тока возбуждения 11 по управляющим сигналам с блока управления автономной генераторной установки 12 изменяет величину и полярность напряжения обмотке возбуждения СГПМКВ 3. При резком изменении нагрузки накопитель энергии 5 компенсирует скачки напряжения на время регулирования тока возбуждения СГПМКВ 3 и скорости вращения двигателя внутреннего сгорания 1, а в установившемся режиме накапливает электроэнергию и сглаживает пульсации напряжения.

Технический результат - стабилизация выходного напряжения синхронного генератора на постоянных магнитах по амплитуде, при широком диапазоне регулирования скорости вращения двигателя внутреннего сгорания и синхронного генератора на постоянных магнитах комбинированного возбуждения, по критерию минимума расхода топлива в зависимости от нагрузки, регулированием тока возбуждения обмотки довозбуждения.

Claims

Автономная генераторная установка, содержащая двигатель внутреннего сгорания с переменной скоростью вращения, к которому последовательно подключены датчик скорости вращения и синхронный генератор на постоянных магнитах, связанный с входом выпрямителя, выход которого связан с инвертором, отличающаяся тем, что в синхронный генератор на постоянных магнитах введены обмотки дополнительного возбуждения, соединенные через регулятор тока возбуждения с выходом выпрямителя, к которому также подключен накопитель энергии, а выход инвертора через датчики тока и напряжения соединен с нагрузкой, при этом информационные выходы датчиков тока, напряжения и скорости вращения подключены к входам блока управления автономной генераторной установкой, один выход которого последовательно соединен с регулятором подачи топлива и двигателем внутреннего сгорания, а второй выход - с регулятором тока возбуждения.