RU2359399C2 - Generator set with fixed frequency - Google Patents
Generator set with fixed frequency Download PDFInfo
- Publication number
- RU2359399C2 RU2359399C2 RU2006143518/09A RU2006143518A RU2359399C2 RU 2359399 C2 RU2359399 C2 RU 2359399C2 RU 2006143518/09 A RU2006143518/09 A RU 2006143518/09A RU 2006143518 A RU2006143518 A RU 2006143518A RU 2359399 C2 RU2359399 C2 RU 2359399C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- generator
- frequency
- output
- output voltage
- power generator
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к электротехнике, в частности к электромашинным преобразователям энергии, вырабатывающим переменный ток заданной частоты и напряжения.The invention relates to electrical engineering, in particular to electrical machine energy converters generating alternating current of a given frequency and voltage.
Известны генераторы стабильной частоты при переменной скорости вращения приводного двигателя (М.Л.Костырев, А.И.Скороспешкин. «Автономные асинхронные генераторы с вентильным возбуждением». М., Энергоиздат, 1993 г.), в которых стабильность выходной частоты обеспечивается с помощью специальных устройств электроники.Stable frequency generators are known at variable speed of rotation of the drive motor (M. L. Kostyrev, A. I. Skorospeshkin. "Autonomous asynchronous generators with valve excitation." M., Energoizdat, 1993), in which the stability of the output frequency is ensured by special electronics devices.
Известен также «Автономный каскадный генератор стабильной частоты» (патент РФ №2095926, кл. МКИ 6 H02K 47/20), обеспечивающий стабильность выходных параметров частоты тока и амплитуды напряжения. Установка, выполненная по схеме изобретения, содержит задающий статический генератор, вырабатывающий переменный ток стабильной частоты для возбуждения вращающегося магнитного поля в первой электрической машине каскадного генератора. Роторная обмотка первой электрической машины соединена с роторной обмоткой второй электрической машины, причем роторы первой и второй электрических машин механически связаны общим валом, а между выходом генератора и задающим генератором выполнена обратная связь по напряжению. Такое схемное решение обеспечивает стабильность параметров выходного напряжения и частоты генератора при изменении скорости вращения приводного вала, однако, наличие двух электрических машин существенно ухудшает массогабаритные показатели генератора, приводит к его удорожанию.Also known is the "Autonomous cascade generator of stable frequency" (RF patent No. 2095926, class MKI 6 H02K 47/20), which ensures the stability of the output parameters of the current frequency and voltage amplitude. The installation, made according to the scheme of the invention, contains a master static generator that generates alternating current of a stable frequency to excite a rotating magnetic field in the first electric machine of the cascade generator. The rotor winding of the first electric machine is connected to the rotor winding of the second electric machine, and the rotors of the first and second electric machines are mechanically connected by a common shaft, and voltage feedback is made between the output of the generator and the master generator. Such a circuit solution ensures the stability of the parameters of the output voltage and frequency of the generator when the rotation speed of the drive shaft changes, however, the presence of two electric machines significantly worsens the overall dimensions of the generator, leading to its cost increase.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемой генераторной установке является «Машинно-вентильный источник напряжения стабильной частоты» (Авт. свидетельство СССР №1310996 А1, кл. МКИ Н02Р 9/42), содержащий задающий статический генератор и электромашинный силовой генератор, включающий в себя цепи управления возбуждением, электрически связанные контуром обратной связи по напряжению с задающим генератором. Установка, выполненная по схеме изобретения, позволяет уменьшить мощность задающего генератора за счет использования части мощности силового генератора для создания совместно с задающим генератором суммарного тока возбуждения, достаточного для формирования магнитного потока требуемой интенсивности в выходных обмотках силового генератора в условиях изменения скорости вращения приводного вала. Контур обратной связи по напряжению, образованный цепью из последовательно включенных между выходом силового генератора и обмоткой возбуждения силового генератора вентильного преобразователя и стабилизатора переменного напряжения, способствует стабилизации выходного напряжения силового генератора в условиях колебаний нагрузки и скоростного режима приводного вала. Однако следует отметить, что в случае необходимости существенного расширения диапазона частот вращения приводного вала (в два-три раза и более) мощность, необходимая для поддержания режима стабильного напряжения на выходе силового генератора, будет соизмерима с его выходной мощностью, что обусловлено, например, при снижении оборотов уходом с полосы резонансных частот (45…60) Гц силовой электрической машины. Это, в свою очередь, потребует умощнения стабилизатора переменного напряжения и, в конечном результате, ухудшит массогабаритные и энергетические показатели установки. Кроме того, синхронные генераторы промышленной частоты (50…60) Гц сами по себе имеют значительные массу и габариты.Closest to the technical nature of the claimed generator set is a "Machine-valve voltage source of stable frequency" (USSR Aut. Certificate No. 1310996 A1, class MKI N02P 9/42), containing a master static generator and an electric machine power generator that includes circuits excitation control, electrically connected by a voltage feedback loop with a master oscillator. The installation, made according to the scheme of the invention, allows to reduce the power of the master oscillator by using part of the power of the power generator to create, together with the master generator, a total excitation current sufficient to generate the magnetic flux of the required intensity in the output windings of the power generator under conditions of changing the speed of rotation of the drive shaft. The voltage feedback loop formed by a circuit of series connected between the output of the power generator and the field winding of the power generator of the valve converter and the AC voltage stabilizer helps to stabilize the output voltage of the power generator under load fluctuations and speed conditions of the drive shaft. However, it should be noted that if it is necessary to significantly expand the range of frequencies of rotation of the drive shaft (two to three times or more), the power necessary to maintain a stable voltage at the output of the power generator will be comparable with its output power, which is due, for example, to speed reduction by leaving the resonant frequency band (45 ... 60) Hz of a power electric machine. This, in turn, will require the amplification of the AC voltage stabilizer and, as a result, worsen the overall dimensions and energy of the installation. In addition, synchronous generators of industrial frequency (50 ... 60) Hz by themselves have significant weight and dimensions.
Изобретение решает задачу уменьшения машинной массы, улучшения энергетических показателей, в частности увеличение показателя удельной мощности генератора до 0,25 кВт/кг, уменьшение мощности задающего генератора до (6…7) Вт/кВт выходной мощности, при этом скоростной режим приводного двигателя может изменяться в пределах от 25% до 100% его номинального значения при сохранении стабильности параметров выходного напряжения и частоты генератора. Одновременно устройство генератора по схеме изобретения позволяет изменять в широких пределах параметры частоты и выходного напряжения без ухудшения качества их стабилизации.The invention solves the problem of reducing machine weight, improving energy performance, in particular, increasing the specific power of the generator to 0.25 kW / kg, reducing the power of the master generator to (6 ... 7) W / kW of output power, while the speed of the drive motor can vary in the range from 25% to 100% of its nominal value while maintaining the stability of the parameters of the output voltage and frequency of the generator. At the same time, the device of the generator according to the scheme of the invention allows to vary over a wide range the frequency and output voltage parameters without compromising the quality of their stabilization.
Задача решается тем, что силовой генератор имеет повышенную номинальную частоту преобразования относительно частоты задающего генератора в соотношении: fсил.=(3…12)fзад., а между его выходными клеммами и выходными контактами установки последовательно включен управляемый выпрямитель с функцией переключателя полярности, соединенный по управляющему входу через детектор полярности с выходом задающего генератора, дополнительно, задающий генератор выполнен с возможностью регулирования частоты и изменения амплитуды выходного напряжения.The problem is solved in that the power generator has an increased nominal conversion frequency relative to the frequency of the master oscillator in the ratio: f forces. = (3 ... 12) f ass. and between its output terminals and the output contacts of the installation, a controlled rectifier is connected in series with the function of a polarity switch, connected via a control input through a polarity detector to the output of the master oscillator, in addition, the master oscillator is configured to control the frequency and change the amplitude of the output voltage.
На чертеже представлен один из вариантов реализации изобретения, где 1 - задающий статический генератор; 2 - электромашинный силовой генератор; 3 - цепи управления возбуждением; 4 - контур обратной связи по напряжению; 5, 6, 7 - выходные клеммы силового генератора; 8.1, 8.2 - выпрямитель-переключатель полярности; 9.1, 9.2 - детектор полярности; 10.1, 10.2 - выходные контакты установки; 11, 12 - интегрирующая RC цепь; 13 - элемент сравнения с прямым - с и инверсным - d входами; 14, 15 - транзисторный ключ и регулирующий резистор в цепи управления током возбуждения.The drawing shows one of the embodiments of the invention, where 1 is a master static generator; 2 - electric machine power generator; 3 - excitation control circuit; 4 - voltage feedback loop; 5, 6, 7 - output terminals of the power generator; 8.1, 8.2 - rectifier-switch polarity; 9.1, 9.2 - polarity detector; 10.1, 10.2 - output contacts of the installation; 11, 12 - integrating RC circuit; 13 - element of comparison with direct - with and inverse - d inputs; 14, 15 - transistor switch and a control resistor in the control circuit of the excitation current.
Задающий статический генератор 1 вырабатывает напряжение заданной частоты и амплитуды, например заданный параметр частоты fзад.=50 Гц, содержит на выходе трансформатор с бифилярной вторичной обмоткой и диодный выпрямитель. Выпрямленное пульсирующее напряжение с выхода генератора 1 поступает через отсекающий диод и интегрирующую RC цепь на прямой вход - с элемента сравнения 13 контура 4 обратной связи по напряжению; на другой инверсный вход - d элемента сравнения 13 с выхода генератора 2 поступает выпрямленное и сглаженное напряжение, равное по амплитуде выходному напряжению установки. При снижении выходного напряжения генератора 2 ниже уровня напряжения на прямом входе элемента сравнения 13 на выходе последнего формируется положительный потенциал, в результате чего включается транзисторный ключ 14. Ток в обмотке возбуждения ОВГ генератора 2 возрастает, одновременно растет напряжение на выходе генератора 2 - клеммы 5, 6, 7. Выпрямленное напряжение с выхода блока 8.2 поступает на RC цепь контура обратной связи по напряжению - блок 4. Переключатель полярности выполнен по трехфазной мостовой двунаправленной схеме на оптронных тиристорах. Сигналы управления включением тиристоров формируются поочередным включением светодиодов 1-1 и 2-2 детекторов полярности 9.1 и 9.2 в каждом полупериоде. На выходных контактах 10.1 и 10.2 установки в процессе переключения оптронных тиристоров блока 8.1 формируются положительные и отрицательные импульсы напряжения, приближенные по форме к синусоиде. В каждом полупериоде импульс выходного напряжения складывается из нескольких униполярных импульсов выходного напряжения силового генератора, работающего на повышенной частоте, превышающей частоту задающего генератора более чем в три раза. Данное условие необходимо для сокращения паузы между импульсами выходного напряжения до уровня 3 мс и менее. Чем выше разница частот задающего и силового генераторов, тем короче может быть установлена пауза между положительным и отрицательным импульсами выходного напряжения и тем выше качество выходного напряжения. Верхний предел серийных промышленных генераторов ограничивается частотами 400, 600 Гц, следовательно, диапазон рабочих частот может быть определен в пределах 150…600 Гц. Частота преобразования силового генератора непосредственно связана с частотой вращения его приводного вала. Таким образом, проектные показатели изменения скорости привода, не влияющие на стабильность выходного напряжения на заданной частоте 50 Гц, имеют соотношение fсил.=(3…12)fзад. Генераторная установка, выполненная по схеме изобретения, содержит один силовой электромашинный агрегат повышенной частоты, что означает существенное снижение массы и габаритов установки, например в случае использования синхронного генератора постоянного тока в качестве агрегата повышенной частоты (150…600) Гц, имеющего многовитковую обмотку возбуждения, достигается не только снижение машинной массы генератора до 0,25 кВт/кГ, но и уменьшение мощности задающего генератора до уровня (6…7) Вт на каждый кВт выходной мощности установки. При этом скоростной режим работы силового генератора может быть задан в диапазоне частот (1500…6000) об/мин. Стабилизация амплитуды выходного напряжения обеспечивается системой обратной связи по напряжению, интегрирующие цепи которой задают необходимую степень устойчивости регулирования при перепадах нагрузки.The master static generator 1 generates a voltage of a given frequency and amplitude, for example, a given frequency parameter f ass. = 50 Hz, contains a transformer with a bifilar secondary winding and a diode rectifier at the output. The rectified ripple voltage from the output of the generator 1 is supplied through a cut-off diode and an integrating RC circuit to the direct input - from the comparison element 13 of the voltage feedback loop 4; on the other inverse input - d comparison element 13 from the output of the generator 2 receives a rectified and smoothed voltage equal in amplitude to the output voltage of the installation. When the output voltage of the generator 2 decreases below the voltage level at the direct input of the comparison element 13, a positive potential is formed at the output of the latter, as a result of which the transistor switch 14 is turned on. The current in the excitation winding of the OVG of the generator 2 increases, while the voltage at the output of the generator 2 - terminal 5 increases, 6, 7. The rectified voltage from the output of block 8.2 is fed to the RC circuit of the voltage feedback loop - block 4. The polarity switch is made according to a three-phase bidirectional bridge circuit on optocouplers history. The thyristor turn-on control signals are generated by turning on the LEDs 1-1 and 2-2 of the polarity detectors 9.1 and 9.2 alternately in each half-cycle. At the output contacts 10.1 and 10.2 of the installation, during the switching of the optocoupler thyristors of block 8.1, positive and negative voltage pulses are formed, which are close in shape to a sinusoid. In each half-cycle, the output voltage pulse consists of several unipolar output voltage pulses of a power generator operating at an increased frequency exceeding the frequency of the master oscillator by more than three times. This condition is necessary to reduce the pause between pulses of the output voltage to a level of 3 ms or less. The higher the frequency difference between the master and power generators, the shorter the pause between the positive and negative pulses of the output voltage can be set and the higher the quality of the output voltage. The upper limit of serial industrial generators is limited to frequencies of 400, 600 Hz, therefore, the range of operating frequencies can be determined in the range of 150 ... 600 Hz. The frequency of conversion of the power generator is directly related to the frequency of rotation of its drive shaft. Thus, the design indicators of changes in the drive speed, which do not affect the stability of the output voltage at a given frequency of 50 Hz, have a ratio of f forces. = (3 ... 12) f ass . The generator set, made according to the scheme of the invention, contains one electric power machine unit of increased frequency, which means a significant reduction in the mass and dimensions of the installation, for example, in the case of using a synchronous DC generator as a unit of increased frequency (150 ... 600) Hz, having a multi-turn field winding, not only is the reduction of the machine mass of the generator to 0.25 kW / kg, but also the reduction of the power of the master oscillator to the level of (6 ... 7) W per each kW of the output power of the installation. In this case, the high-speed operation mode of the power generator can be set in the frequency range (1500 ... 6000) rpm. The stabilization of the amplitude of the output voltage is provided by a voltage feedback system, the integrating circuits of which specify the necessary degree of regulation stability during load drops.
В случае снижения частоты задающего генератора, например, от 50 Гц до 1,0 Гц выходная частота установки также будет изменяться в том же диапазоне, изменение амплитуды выходного напряжения задающего генератора позволяет изменять эквивалентно выходное напряжение установки, - все это существенно расширяет функциональные возможности установки, позволяет использовать ее, дополнительно, для регулируемого электропривода, плавного пуска электродвигателей, стабилизации скорости вращения выходных нагрузок и другого.In the case of a decrease in the frequency of the master oscillator, for example, from 50 Hz to 1.0 Hz, the output frequency of the installation will also change in the same range, a change in the amplitude of the output voltage of the master oscillator allows you to change the output voltage of the installation equivalently, all this significantly expands the functionality of the installation, allows you to use it, in addition, for an adjustable electric drive, soft start of electric motors, stabilization of the speed of rotation of the output loads, and more.
В качестве входного приводного механизма установки могут быть использованы ветряные и водяные колеса, валы отбора мощности автомобилей и тракторов, что во многих случаях позволяет автономно использовать изобретение без агрегатирования установки с ДВС.As the input drive mechanism of the installation, wind and water wheels, power take-off shafts of cars and tractors can be used, which in many cases allows the invention to be used autonomously without aggregating the installation with ICE.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006143518/09A RU2359399C2 (en) | 2006-12-08 | 2006-12-08 | Generator set with fixed frequency |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006143518/09A RU2359399C2 (en) | 2006-12-08 | 2006-12-08 | Generator set with fixed frequency |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006143518A RU2006143518A (en) | 2008-06-20 |
| RU2359399C2 true RU2359399C2 (en) | 2009-06-20 |
Family
ID=41026143
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006143518/09A RU2359399C2 (en) | 2006-12-08 | 2006-12-08 | Generator set with fixed frequency |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2359399C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2453031C2 (en) * | 2010-07-20 | 2012-06-10 | Борис Петрович Курников | Generator plant of specified stable voltage and frequency |
-
2006
- 2006-12-08 RU RU2006143518/09A patent/RU2359399C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2453031C2 (en) * | 2010-07-20 | 2012-06-10 | Борис Петрович Курников | Generator plant of specified stable voltage and frequency |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006143518A (en) | 2008-06-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7615904B2 (en) | Brushless high-frequency alternator and excitation method for three-phase AC power-frequency generation | |
| US8076814B2 (en) | Brushless high-frequency alternator and excitation method for DC, single-phase and multi-phase AC power-frequency generation | |
| KR100757060B1 (en) | A switched reluctance generator with enhanced generating efficiency at low speed | |
| KR101787135B1 (en) | Electrical machines | |
| EP2779428B1 (en) | Variable speed constant frequency system with generator and rotating power converter | |
| Bharti et al. | V/f control of three phase induction motor | |
| US5777459A (en) | Induction electrical power generating system with variable numbers of poles and excitation frequency | |
| JP2001522218A (en) | Variable frequency pulse inverter and wind power generation equipment equipped with the pulse inverter | |
| WO2014115498A1 (en) | Power conversion device, power conversion method, motor system | |
| RU2359399C2 (en) | Generator set with fixed frequency | |
| CA2109068C (en) | Process for operating permanently excited single-phase alternating current machines | |
| RU2213409C2 (en) | Method for controlling off-line induction generator | |
| EA010412B1 (en) | The three-phase ac speed adjustable motor | |
| RU2453031C2 (en) | Generator plant of specified stable voltage and frequency | |
| El Missiry | Excitation control of a brushless synchronous motor | |
| CN110336419B (en) | Multifunctional speed-regulating motor system for regulating and controlling power supply or converting power generation according to instruction speed | |
| Devabhaktuni et al. | Different Self Excitation Techniques for Slip Ring Self Excited Induction Generator | |
| RU2505918C2 (en) | High-voltage frequency-controlled electric drive | |
| EP3920406A1 (en) | Wind turbine electrical power generating system and method | |
| Kathar et al. | PWM based multilevel feed induction drive using single phase to three phase converter | |
| SU974531A1 (en) | Device for breaking three-phase induction electric motor | |
| Kumawat et al. | Analytical Method for Optimal Control of Switched Reluctance Generator | |
| Alexa et al. | Static frequency converter with PWM self-Control inverter for an induction motor | |
| SU811482A1 (en) | Modulation induction power-diode generator | |
| SU1709489A1 (en) | Controller of three-phase asynchronous motor |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121209 |