RU2440644C1 - Aviation power plant with generator on fuel elements - Google Patents

Aviation power plant with generator on fuel elements Download PDF

Info

Publication number
RU2440644C1
RU2440644C1 RU2010143066/07A RU2010143066A RU2440644C1 RU 2440644 C1 RU2440644 C1 RU 2440644C1 RU 2010143066/07 A RU2010143066/07 A RU 2010143066/07A RU 2010143066 A RU2010143066 A RU 2010143066A RU 2440644 C1 RU2440644 C1 RU 2440644C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
converter
output
generator
outputs
switching elements
Prior art date
Application number
RU2010143066/07A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владислав Дмитриевич Винокуров (RU)
Владислав Дмитриевич Винокуров
Станислав Дмитриевич Винокуров (RU)
Станислав Дмитриевич Винокуров
Евгений Борисович Казаков (RU)
Евгений Борисович Казаков
Игорь Клавдиевич Шуклин (RU)
Игорь Клавдиевич Шуклин
Original Assignee
Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации
Priority to RU2010143066/07A priority Critical patent/RU2440644C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2440644C1 publication Critical patent/RU2440644C1/en

Links

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Abstract

FIELD: power engineering.
SUBSTANCE: in an aviation power plant with a generator of fuel elements, comprising a generator on fuel elements, a stabiliser, the first DC-DC converter, the first inverter, three switching elements and a unit of automatic monitoring and control, additionally the second DC-DC converter is introduced, as well as the second inverter and a protection unit, the first, second and third outputs of which are connected to appropriate inputs of switching elements, and at the same time it is connected to the fourth output of the automatic monitoring and control unit, the first, second and third outputs of which are the outputs of devices, besides, the generator output is the input of the stabiliser, the output of which is the input of the first DC-DC converter, the output of which via switching elements is connected in parallel to the inputs of the second DC-DC converter, the first and second inverters, the outputs of which are the inputs of the automatic monitoring and control unit.
EFFECT: conversion of fuel elements energy into electric energy of higher quality with specified output parameters for reliable supply of aircraft air-borne loads by all types of electric current, excluding supply of voltage in case of emergencies.
1 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике и может использоваться в автономных, резервных, авиационных энергоустановках.The invention relates to energy and can be used in stand-alone, backup, aircraft power plants.

Известно устройство для запуска генератора на топливных элементах транспортного средства (патент США 6815100, MПК Н01М 8/00, 04.06.2001), содержащее генератор на топливных элементах, емкостной аккумулятор, преобразователь и управляющий блок. Недостатком устройства является необходимость разработки нестандартного преобразователя напряжения под выходное напряжение генератора на топливных элементах.A device for starting a generator on a fuel cell of a vehicle is known (US Pat. No. 6,815,100, MPK H01M 8/00, June 4, 2001) comprising a fuel cell generator, a capacitive battery, a converter and a control unit. The disadvantage of this device is the need to develop a non-standard voltage converter for the output voltage of the fuel cell generator.

Наиболее близкой к заявляемому устройству является энергоустановка на топливных элементах (патент RU 2356134 С1 от 20.05.2009), которая позволяет согласовывать диапазон рабочих напряжений стандартного инвертора с выходным напряжением генератора на топливных элементах. Данная установка содержит генератор на топливных элементах, инвертор, стабилизатор, DC-DC преобразователь и блок автоматического управления и контроля. Недостатками устройства являются: невозможность обеспечить бортовые потребители воздушного судна напряжениями согласно ГОСТ 19705-89; отсутствие аппаратуры защиты.Closest to the claimed device is a fuel cell installation (patent RU 2356134 C1 of 05/20/2009), which allows you to coordinate the operating voltage range of a standard inverter with the output voltage of a fuel cell generator. This installation contains a fuel cell generator, an inverter, a stabilizer, a DC-DC converter, and an automatic control and monitoring unit. The disadvantages of the device are: the inability to provide on-board consumers of the aircraft with voltages according to GOST 19705-89; lack of protection equipment.

Техническим результатом, достигаемым предлагаемым устройством, является преобразование энергии топливных элементов в электрическую энергию согласно ГОСТ 19705-89, наличие блока защиты, исключающее подачу напряжения при аварийных режимах.The technical result achieved by the proposed device is the conversion of energy of fuel cells into electrical energy according to GOST 19705-89, the presence of a protection unit that excludes the supply of voltage during emergency conditions.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемое устройство, содержащее генератор на топливных элементах, стабилизатор, первый DC-DC преобразователь, первый инвертор, три коммутационных элемента и блок автоматического управления и контроля, дополнительно введены второй DC-DC преобразователь, второй инвертор и блок защиты, первый, второй и третий выходы которого соединены с соответствующими входами коммутационных элементов, и при этом подключен к четвертому выходу блока автоматического управления и контроля, первый, второй и третий выходы которого являются выходами устройства, причем выход генератора является входом стабилизатора, выход которого является входом первого DC-DC преобразователя, выход которого через коммутационные элементы параллельно соединяется со входами второго DC-DC преобразователя, первого и второго инверторов, выходы которых являются входами блока автоматического управления и контроля.The specified technical result is achieved by the fact that in the proposed device containing a generator on fuel cells, a stabilizer, a first DC-DC converter, a first inverter, three switching elements and an automatic control and monitoring unit, a second DC-DC converter, a second inverter and a unit are additionally introduced protection, the first, second and third outputs of which are connected to the corresponding inputs of the switching elements, and while connected to the fourth output of the automatic control and monitoring unit, the first, second the second and third outputs of which are the outputs of the device, the output of the generator being the input of the stabilizer, the output of which is the input of the first DC-DC converter, the output of which through the switching elements is connected in parallel with the inputs of the second DC-DC converter, the first and second inverters, the outputs of which are inputs automatic control and monitoring unit.

Сущность заявляемого устройства заключается в том, что авиационная энергоустановка на топливных элементах содержит генератор на топливных элементах, с выхода которого снимается напряжение, которое через коммутатор, стабилизатор, первый DC-DC преобразователь, инверторы либо второй DC-DC преобразователь в зависимости от того, какой коммутационный элемент включен, подается к авиационным потребителям электрической энергии. Поддержание электрических параметров в требуемых значениях осуществляется стабилизатором. Блок автоматического управления и контроля осуществляет контроль выходных электрических параметров и формирует управляющий сигнал, поступающий на блок защиты. Блок защиты в случае аварийных режимов формирует сигнал, поступающий на коммутационные элементы.The essence of the claimed device lies in the fact that the aviation power plant on fuel cells contains a generator on fuel cells, the output of which is removed from the voltage, which through the switch, stabilizer, the first DC-DC converter, inverters or the second DC-DC converter, depending on which The switching element is turned on, it is supplied to aviation consumers of electric energy. Maintaining electrical parameters in the required values is carried out by the stabilizer. The automatic control and monitoring unit monitors the output electrical parameters and generates a control signal supplied to the protection unit. In the event of emergency conditions, the protection unit generates a signal arriving at the switching elements.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемого устройства, где обозначено: 1 - генератор на топливных элементах; 2 - стабилизатор; 3, 5 - DC-DC преобразователь; 4 - коммутационные элементы; 6, 7 - инвертор; 8 - блок автоматического управления и контроля; 9 - блок защиты.The drawing shows a functional diagram of the proposed device, where it is indicated: 1 - generator on fuel cells; 2 - stabilizer; 3, 5 - DC-DC converter; 4 - switching elements; 6, 7 - inverter; 8 - block automatic control and monitoring; 9 - protection unit.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

При подключении нагрузки к любому выходу устройства напряжение с генератора на топливных элементах 1 поступает через стабилизатор 2, первый DC-DC преобразователь 3 и далее либо в систему постоянного тока, где преобразуется вторым DC-DC преобразователем 5, либо в систему переменного тока на инверторы 6, 7, где преобразуется в однофазное или трехфазное напряжение частотой 400 Гц. Выходные сигналы фиксируются и контролируются блоком автоматического управления и контроля 8 и поступают в блок защиты 9. При подключении и отключении нагрузки напряжение генератора меняется, при этом стабилизатор совместно с первым DC-DC преобразователем поддерживают постоянное напряжение, необходимое для рабочего диапазона входных напряжений инверторов 6, 7, либо для DC-DC преобразователя 5. В случае аварийных режимов сигнал фиксируется блоком автоматического управления и контроля, поступает в блок защиты, который дает управляющий сигнал на отключение соответствующей ветви системы при помощи коммутационных элементов 4.When the load is connected to any output of the device, the voltage from the generator on the fuel cells 1 is supplied through the stabilizer 2, the first DC-DC converter 3 and then either to the DC system, where it is converted by the second DC-DC converter 5, or to the AC system to inverters 6 , 7, where it is converted to a single-phase or three-phase voltage with a frequency of 400 Hz. The output signals are recorded and controlled by the automatic control and monitoring unit 8 and fed to the protection unit 9. When the load is connected and disconnected, the voltage of the generator changes, while the stabilizer together with the first DC-DC converter maintain the constant voltage necessary for the operating range of the input voltage of the inverters 6, 7, or for a DC-DC converter 5. In case of emergency conditions, the signal is fixed by the automatic control and monitoring unit, enters the protection unit, which gives the control signal to disable the corresponding branch of the system using switching elements 4.

Коммутационные элементы могут быть реализованы на силовых транзисторах из карбида кремния, что позволит пропускать большие токи без необходимости их охлаждения. Инверторы могут быть собраны на карбид-кремниевых тиристорах, что позволяет увеличить КПД преобразования.Switching elements can be implemented on power transistors made of silicon carbide, which will allow high currents to pass without the need for cooling. Inverters can be assembled on silicon carbide-thyristors, which allows to increase the conversion efficiency.

Таким образом, предлагаемое устройство позволяет полностью использовать энергетические возможности генератора на топливных элементах при обеспечении бортовой системы воздушного судна с большим КПД.Thus, the proposed device allows you to fully use the energy capabilities of the generator on fuel cells while ensuring the on-board system of the aircraft with high efficiency.

Claims (1)

Авиационная энергоустановка с генератором на топливных элементах, содержащая генератор на топливных элементах, стабилизатор, первый DC-DC преобразователь, первый инвертор, три коммутационных элемента и блок автоматического управления и контроля, отличающаяся тем, что дополнительно введены второй DC-DC преобразователь, второй инвертор и блок защиты, первый, второй и третий выходы которого соединены с соответствующими входами коммутационных элементов, и при этом подключен к четвертому выходу блока автоматического управления и контроля, первый, второй и третий выходы которого являются выходами устройства, причем выход генератора является входом стабилизатора, выход которого является входом первого DC-DC преобразователя, выход которого через коммутационные элементы параллельно соединяется со входами второго DC-DC преобразователя, первого и второго инверторов, выходы которых являются входами блока автоматического управления и контроля. An aircraft power plant with a fuel cell generator comprising a fuel cell generator, a stabilizer, a first DC-DC converter, a first inverter, three switching elements and an automatic control and monitoring unit, characterized in that a second DC-DC converter, a second inverter and a protection unit, the first, second and third outputs of which are connected to the corresponding inputs of the switching elements, and at the same time is connected to the fourth output of the automatic control and monitoring unit, trans the second, the second and third outputs of which are the outputs of the device, the generator output being the input of the stabilizer, the output of which is the input of the first DC-DC converter, the output of which is connected in parallel with the inputs of the second DC-DC converter, the first and second inverters, whose outputs are the inputs of the automatic control and monitoring unit.
RU2010143066/07A 2010-10-20 2010-10-20 Aviation power plant with generator on fuel elements RU2440644C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010143066/07A RU2440644C1 (en) 2010-10-20 2010-10-20 Aviation power plant with generator on fuel elements

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010143066/07A RU2440644C1 (en) 2010-10-20 2010-10-20 Aviation power plant with generator on fuel elements

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2440644C1 true RU2440644C1 (en) 2012-01-20

Family

ID=45785796

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010143066/07A RU2440644C1 (en) 2010-10-20 2010-10-20 Aviation power plant with generator on fuel elements

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2440644C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2483396C1 (en) * 2012-02-02 2013-05-27 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Aerodrome power module operating on fuel elements
RU2483397C1 (en) * 2012-02-28 2013-05-27 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Aircraft engine starting system
RU2548833C1 (en) * 2013-12-09 2015-04-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Aircraft power supply system

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2483396C1 (en) * 2012-02-02 2013-05-27 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Aerodrome power module operating on fuel elements
RU2483397C1 (en) * 2012-02-28 2013-05-27 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Aircraft engine starting system
RU2548833C1 (en) * 2013-12-09 2015-04-20 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Aircraft power supply system

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8941259B2 (en) Electrical power supply system for an aircraft
US8897040B2 (en) Power converter systems and methods of operating a power converter system
US9509231B2 (en) Power converter system, damping system, and method of operating a power converter system
JP2011015501A (en) Power distribution system
US20170373510A1 (en) Power control device, power control method, and power control system
US10014687B2 (en) Grid-tied photovoltaic power generation system
US20140268943A1 (en) Arc prevention in dc power systems
US10284115B2 (en) Inverter system
JP2017184362A (en) Power conditioner, power supply system, and current control method
CA2758567A1 (en) Combined dc power source and battery power converter
RU2440644C1 (en) Aviation power plant with generator on fuel elements
WO2016084400A1 (en) Storage battery system and electricity storage method
Deng et al. A converter-based general interface for AC microgrid integrating to the grid
RU2540966C1 (en) Static converter
Eid et al. Modeling and characterization of an aircraft electric power system with a fuel cell-equipped APU paralleled at main AC bus
JP2013013174A (en) Power supply system
JP2012222972A (en) Uninterruptible power supply system
JP5656794B2 (en) Grid-connected power conditioner and photovoltaic power generation system using the same
KR20140141162A (en) Fuel cell power supply system
JP2016100934A (en) Power storage system
RU2483396C1 (en) Aerodrome power module operating on fuel elements
RU2594355C2 (en) Method of electric energy conversion installation configuring and device that implements said method
RU2481691C1 (en) Static converter
Liu et al. Unified control based seamless transfer of microgrids
JP2014055902A (en) Dc power supply facility for nuclear power plant

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20121021