RU2332772C1

RU2332772C1 - Synchronous generator

Info

Publication number: RU2332772C1
Application number: RU2007120543/09A
Authority: RU
Inventors: Николай Иванович Богатырев (RU); Николай Иванович Богатырев; Олег Владимирович Григораш (RU); Олег Владимирович Григораш; Вадим Николаевич Темников (RU); Вадим Николаевич Темников; Алексей Викторович Вронский (RU); Алексей Викторович Вронский; Николай Сергеевич Баракин (RU); Николай Сергеевич Баракин
Priority date: 2007-06-01
Filing date: 2007-06-01
Publication date: 2008-08-27

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: synchronous generator contains rotor with excitation winding, stator with primary winding which is connected to load by its phase leads and to voltage divisor via first three-phase bridge rectifier. Voltage divisor is connected to input of discrete control circuit. Additional stator winding is connected to molecular power storage unit via second three-phase bridge rectifier. Power storage unit is connected with input of three-phase voltage inverter. Inverter output is connected to load and to primary winding. Rotor excitation winding is connected to dc power supply via regulating element, for instance, transistor. Additional and primary windings of stator have mutual offset of 90 electrical degrees. Phase voltages of these windings are equal. Storage unit for corresponding voltage and power is used as molecular power storage unit. Three-phase voltage inverter can include PDM (pulse-duration modulation) or PDC (pulse-duration control) of frequency and voltage stabilisation.

EFFECT: widening of source functionality due to connection of kinetic load with comparable power.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для проектирования синхронных машин малой и средней мощности, преимущественно генераторов для автономных электростанций.The invention relates to electrical engineering and can be used for the design of synchronous machines of small and medium power, mainly generators for autonomous power plants.

Известен синхронный генератор (А.С. СССР №868937, Н02К 19/34, 1981 г.), который содержит основную и дополнительную трехфазную обмотку статора. На роторе размещены основная и дополнительная обмотки возбуждения. Основная трехфазная обмотка статора через первый трехфазный мостовой выпрямитель одними фазными выводами подключена к дополнительной обмотке возбуждения. Два фазных вывода обмотки со стороны подключения нагрузки через выпрямитель обратной связи и делитель напряжения подключены к входу регулирующего элемента с дискретной схемой управления, а силовой выход последнего подключен между одним выводом конденсатора фильтра и первым выводом основной обмотки возбуждения. Второй вывод данной обмотки соединен с другим выводом конденсатора фильтра, а дополнительная трехфазная обмотка статора соединена с входом второго трехфазного мостового выпрямителя, на выходе которого подключен указанный конденсатор фильтра.Known synchronous generator (AS USSR No. 868937, N02K 19/34, 1981), which contains the main and additional three-phase stator winding. The main and additional field windings are located on the rotor. The main three-phase stator winding through the first three-phase bridge rectifier is connected by one phase leads to an additional field winding. Two phase outputs of the winding on the load connection side through a feedback rectifier and a voltage divider are connected to the input of the control element with a discrete control circuit, and the power output of the latter is connected between one output of the filter capacitor and the first output of the main excitation winding. The second terminal of this winding is connected to another terminal of the filter capacitor, and the additional three-phase stator winding is connected to the input of the second three-phase bridge rectifier, at the output of which the specified filter capacitor is connected.

Недостатком данного синхронного генератора является то, что дополнительная обмотка статора, питающая основную обмотку возбуждения, имеет небольшое число витков, следовательно, небольшую ЭДС, недостаточную для надежного самовозбуждения генератора. С другой стороны, в начальный момент времени регулирующий элемент (транзистор) закрыт, его сопротивление велико, что также затрудняет самовозбуждение.The disadvantage of this synchronous generator is that the additional stator winding supplying the main field winding has a small number of turns, therefore, a small EMF, insufficient for reliable self-excitation of the generator. On the other hand, at the initial moment of time, the regulating element (transistor) is closed, its resistance is high, which also makes self-excitation difficult.

Наиболее близким по техническому решению является синхронный генератор (Патент RU 2107378 Н02К 19/30, Н02Р 9/30. Опубл. 20.03.98, Бюл. №8), содержащий основную и дополнительную обмотки статора, смещенные одна относительно другой на 90 эл. градусов, обмотку возбуждения, первый и второй трехфазные мостовые выпрямители, дискретную схему управления с регулирующим элементом, делитель напряжения.The closest in technical solution is a synchronous generator (Patent RU 2107378 Н02К 19/30, НОР 9/30. Publ. 20.03.98, Bull. No. 8), containing the main and additional stator windings, offset from each other by 90 el. degrees, field winding, first and second three-phase bridge rectifiers, discrete control circuit with a regulating element, voltage divider.

Недостатком данного синхронного генератора является сложность изготовления ротора и дополнительные устройства для надежного возбуждения.The disadvantage of this synchronous generator is the complexity of the manufacture of the rotor and additional devices for reliable excitation.

Техническим решением поставленной задачи является расширение функциональных возможностей за счет подключения двигательной нагрузки, соизмеримой с мощностью генератора.The technical solution of the task is to expand the functionality by connecting a motor load, commensurate with the power of the generator.

Задача достигается тем, что синхронный генератор, содержащий основную и дополнительную обмотки статора, смещенные одна относительно другой на 90 эл. градусов, обмотку возбуждения, первый и второй трехфазные мостовые выпрямители, дискретную схему управления с регулирующим элементом, делитель напряжения, содержит молекулярный накопитель энергии и трехфазный инвертор напряжения, причем основная обмотка статора фазными выводами подключена к нагрузке и через первый трехфазный мостовой выпрямитель к делителю напряжения, который присоединен ко входу дискретной схемы управления с регулирующим элементом, дополнительная обмотка статора своими фазными выводами через второй трехфазный мостовой выпрямитель соединена с молекулярным накопителем энергии, а последний со входом трехфазного инвертора напряжения, выход которого соединен с нагрузкой и фазными выводами основной обмотки, обмотка возбуждения ротора через регулирующий элемент дискретной схемы управления соединена с источником постоянного тока, а инвертор напряжения содержит свою внутреннюю структуру, например ШИМ, или ШИР стабилизации частоты и напряжения.The task is achieved in that the synchronous generator containing the main and additional stator windings, offset from one another by 90 el. degrees, the field winding, the first and second three-phase bridge rectifiers, a discrete control circuit with a regulating element, a voltage divider, contains a molecular energy storage device and a three-phase voltage inverter, the main stator winding being connected to the load with phase leads and to the voltage divider through the first three-phase bridge rectifier, which is connected to the input of a discrete control circuit with a regulating element, an additional stator winding with its phase outputs through the second three-phase The rectifier is connected to a molecular energy storage device, and the latter is connected to the input of a three-phase voltage inverter, the output of which is connected to the load and the phase outputs of the main winding, the rotor field winding is connected to a direct current source through a control element of a discrete control circuit, and the voltage inverter contains its own internal structure, for example PWM, or WID stabilization of frequency and voltage.

Новизна заявляемого технического решения за счет конструктивных особенностей обусловлена тем, что синхронный генератор содержит молекулярный накопитель энергии и трехфазный инвертор напряжения, причем основная обмотка статора фазными выводами подключена к нагрузке и через первый трехфазный мостовой выпрямитель к делителю напряжения, который присоединен ко входу дискретной схемы управления с регулирующим элементом, дополнительная обмотка статора своими фазными выводами через второй трехфазный мостовой выпрямитель соединена с молекулярным накопителем энергии, а последний со входом трехфазного инвертора напряжения, выход которого соединен с нагрузкой и фазными выводами основной обмотки, обмотка возбуждения ротора через регулирующий элемент дискретной схемы управления соединена с источником постоянного тока, а инвертор напряжения содержит свою внутреннюю структуру, например ШИМ или ШИР стабилизации частоты и напряжения.The novelty of the claimed technical solution due to the design features is due to the fact that the synchronous generator contains a molecular energy storage device and a three-phase voltage inverter, the main stator winding being connected by phase outputs to the load and through the first three-phase bridge rectifier to a voltage divider that is connected to the input of a discrete control circuit with a regulating element, an additional stator winding with its phase leads through a second three-phase bridge rectifier is connected to a pier an energy storage device, and the latter with an input of a three-phase voltage inverter, the output of which is connected to the load and the phase terminals of the main winding, the rotor field winding through the control element of the discrete control circuit is connected to a direct current source, and the voltage inverter contains its own internal structure, for example PWM or WID stabilization of frequency and voltage.

По данным научно-технической и патентной литературы авторам неизвестна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.According to the scientific, technical and patent literature, the authors do not know the claimed combination of features aimed at achieving the task, and this solution does not follow clearly from the prior art, which allows us to conclude that the solution corresponds to the level of the invention.

Предлагаемое техническое решение промышленно применимо, поскольку оно работоспособно, и предлагается его использование в промышленности.The proposed technical solution is industrially applicable, since it is workable, and its use in industry is proposed.

Сущность изобретения поясняется на чертеже, где приведена принципиальная схема синхронного генератора.The invention is illustrated in the drawing, which shows a schematic diagram of a synchronous generator.

Синхронный генератор содержит ротор с обмоткой возбуждения 1, статор 2 с основной обмоткой 3, которая фазными выводами подключена к нагрузке 4 (А, В, С) и через первый трехфазный мостовой выпрямитель 5 к делителю напряжения 6, который подключен ко входу дискретной схемы управления 7, дополнительная обмотка 8 статора 2 своими фазными выводами через второй трехфазный мостовой выпрямитель 9 соединена с молекулярным накопителем энергии 10, а последний со входом трехфазного инвертора напряжения 11, выход которого соединен с нагрузкой 4 и фазными выводами основной обмотки 3, обмотка возбуждения ротора 1 через регулирующий элемент (например транзистор) соединена с источником постоянного тока «плюс» - «минус».The synchronous generator contains a rotor with a field winding 1, a stator 2 with a main winding 3, which is connected by phase leads to a load 4 (A, B, C) and through a first three-phase bridge rectifier 5 to a voltage divider 6, which is connected to the input of a discrete control circuit 7 , an additional winding 8 of the stator 2 with its phase outputs through the second three-phase bridge rectifier 9 is connected to a molecular energy storage 10, and the latter with the input of a three-phase voltage inverter 11, the output of which is connected to the load 4 and the phase output ami of the main winding 3, the excitation winding of the rotor 1 through a regulating element (for example, a transistor) is connected to a DC source "plus" - "minus".

Дополнительная обмотка 8 и основная обмотка 3 статора 2 смещены одна относительно другой на 90 эл. градусов. Фазные напряжения этих обмоток равны. В качестве молекулярного накопителя энергии 10 применяются накопители на соответствующие напряжения и энергию.The additional winding 8 and the main winding 3 of the stator 2 are offset from each other by 90 el. degrees. The phase voltages of these windings are equal. As a molecular energy storage device 10, storage devices are used for the corresponding voltages and energy.

Трехфазный инвертор напряжения 11 содержит свою внутреннюю структуру, например ШИМ или ШИР стабилизации частоты и напряжения.Three-phase voltage inverter 11 contains its own internal structure, for example PWM or WID stabilization of frequency and voltage.

Синхронный генератор работает следующим образом. При определенной частоте вращения ротора 1 за счет остаточного магнитного потока и потока от обмотки возбуждения ротора 1 ЭДС наводится в трехфазных обмотках 3, 8 статора 2.The synchronous generator operates as follows. At a certain frequency of rotation of the rotor 1 due to the residual magnetic flux and the flux from the field winding of the rotor 1, the EMF is induced in the three-phase windings 3, 8 of the stator 2.

Выходное напряжение А, В, С через первый трехфазный мостовой выпрямитель 5, делитель напряжения 6 поступает на вход дискретной схемы управления 7.The output voltage A, B, C through the first three-phase bridge rectifier 5, the voltage divider 6 is fed to the input of a discrete control circuit 7.

Регулирующий элемент (например, транзистор) 12 пропорционально сигналу обратной связи с делителя напряжения 6 изменяет ток управления в обмотке ротора 1, и тем самым стабилизируя выходное напряжение обмоток 3, 8 статора 2.A control element (for example, a transistor) 12 in proportion to the feedback signal from the voltage divider 6 changes the control current in the winding of the rotor 1, and thereby stabilizing the output voltage of the windings 3, 8 of the stator 2.

Одновременно напряжение дополнительной обмотки 8 выпрямляется вторым трехфазным мостовым выпрямителем 9 и заряжает молекулярный накопитель энергии 10. Это напряжение постоянного тока поступает на трехфазный инвертор напряжения и преобразуется в основную частоту синхронного генератора. Внутренняя структура инвертора стабилизирует выходное напряжение и частоту.At the same time, the voltage of the additional winding 8 is rectified by the second three-phase bridge rectifier 9 and charges the molecular energy storage 10. This DC voltage is supplied to the three-phase voltage inverter and converted to the main frequency of the synchronous generator. The internal structure of the inverter stabilizes the output voltage and frequency.

Таким образом, трехфазный инвертор частоты 11 и основная обмотка 3 статора работают параллельно на нагрузку 4.Thus, the three-phase frequency inverter 11 and the main winding 3 of the stator work in parallel to the load 4.

При подключении нагрузки 4 к зажимам А, В, С работают два канала стабилизации напряжения и частоты.When connecting load 4 to terminals A, B, C, two channels for stabilizing voltage and frequency work.

Первый канал. При подключении нагрузки на зажимах А, В, С напряжение уменьшается. Уменьшается обратная связь и на делителе напряжения 6.First channel. When the load is connected to terminals A, B, C, the voltage decreases. Feedback is also reduced on the voltage divider 6.

Регулирующий элемент (например, транзистор) 12 увеличивает ток управления в обмотке возбуждения ротора 1, увеличивается магнитный поток и напряжение на выходе основной обмотки 3 возрастает.A control element (for example, a transistor) 12 increases the control current in the field winding of the rotor 1, the magnetic flux increases, and the voltage at the output of the main winding 3 increases.

Второй канал стабилизации. При снижении напряжения на зажимах А, В, С (особенно при запуске асинхронных двигателей или нагрузки, соизмеримой с мощностью генератора) внутренняя структура инвертора 11, например ШИМ или ШИР, автоматически стабилизирует напряжение, а за счет молекулярного накопителя энергии 10 снижается провал частоты вращения приводного двигателя, тем самым стабилизуется и частота синхронного генератора.The second channel is stabilization. When the voltage at terminals A, B, C decreases (especially when starting induction motors or a load commensurate with the power of the generator), the internal structure of the inverter 11, for example PWM or WID, automatically stabilizes the voltage, and due to the molecular energy storage 10, the dip in the drive speed decreases engine, thereby stabilizing and the frequency of the synchronous generator.

Достоинство предлагаемого технического решения заключается в том, что за счет молекулярного накопителя энергии и трехфазного инвертора частоты происходит стабилизация напряжения и частоты генераторной установки, которая может питать нагрузку, соизмеримую с мощностью генератора.The advantage of the proposed technical solution lies in the fact that due to the molecular energy storage device and a three-phase frequency inverter, the voltage and frequency of the generator set are stabilized, which can supply a load commensurate with the generator power.

Смещение обмоток статора на 90 эл. градусов снижает их влияние друг на друга в переходных режимахDisplacement of stator windings by 90 el. degrees reduces their effect on each other in transients

Claims

1. A synchronous generator containing the primary and secondary stator windings, offset relative to one another by 90 el. degrees, the field winding, the first and second three-phase bridge rectifiers, a discrete control circuit with a regulating element, a voltage divider, characterized in that it contains a molecular energy storage device and a three-phase voltage inverter, the main stator winding being connected to the load with phase leads and through the first three-phase bridge rectifier to the voltage divider, which is connected to the input of a discrete control circuit with a regulating element, an additional stator winding with its phase leads through second three-phase bridge rectifier is connected with a molecular energy accumulator and the latter to the input three-phase voltage inverter, whose output is connected to the load and the main phase terminals of the stator windings, the rotor excitation winding through the control element discrete control circuit is connected to a constant current source.

2. The synchronous generator according to claim 1, characterized in that the three-phase voltage inverter contains its own internal structure, for example, PWM or WID stabilization of frequency and voltage.