RU2507670C2 - Система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока - Google Patents
Система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока Download PDFInfo
- Publication number
- RU2507670C2 RU2507670C2 RU2011147431/07A RU2011147431A RU2507670C2 RU 2507670 C2 RU2507670 C2 RU 2507670C2 RU 2011147431/07 A RU2011147431/07 A RU 2011147431/07A RU 2011147431 A RU2011147431 A RU 2011147431A RU 2507670 C2 RU2507670 C2 RU 2507670C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- output
- electric energy
- converter
- synchronous generator
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
- Ac-Ac Conversion (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использовано при построении систем генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока для летательных аппаратов. Система содержит синхронный генератор без вывода нулевого провода с возбуждением от постоянных магнитов и шестифазной обмоткой на статоре, статический преобразователь электрической энергии на базе трехфазного по выходу непосредственного преобразователя частоты с естественной коммутацией (циклоконвертора), каждая выходная фаза которого собрана по схеме шестифазного реверсивного выпрямителя, в котором последовательно с каждой парой встречно-параллельно соединенных тиристоров включен дроссель, к выходу каждой выходной фазы подключен конденсатор низкочастотного фильтра, в статический преобразователь электрической энергии вводится еще одна фаза непосредственного преобразователя частоты с естественной коммутацией, выход данной фазы соединен с нулевым проводом нагрузок системы генерирования. Технический результат - повышение входного коэффициента мощности статического преобразователя электрической энергии. 4 ил.
Description
Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использовано при построении систем генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока для летательных аппаратов, в которых для достижения качественных показателей выходной энергии применяются статические преобразователи электрической энергии (СПЭЭ). Первичными источниками с нестабильными параметрами входной энергии в таких системах служит синхронный генератор с переменной скоростью вращения вала. Функция обеспечения качественных показателей генерируемой электрической энергии возлагается на статический преобразователь и выходной силовой низкочастотный фильтр.
Для указанного применения систем генерирования важным показателем является масса всех элементов системы, при проектировании которых необходимо стремиться к ее уменьшению. Масса синхронного генератора при работе со статическим преобразователем электрической энергии в значительной степени определяется величиной входного коэффициента мощности статического преобразователя (χсп), поэтому возникает задача повышения величины данного коэффициента.
Известна система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока, состоящая из синхронного генератора и статического преобразователя электрической энергии [Джюджи Л., Пелли Б. Силовые полупроводниковые преобразователи частоты: Теория, характеристики, применение. Пер. с англ. - М., 2: Энергоатомиздат, 1983. - 400 с.], содержащая шестифазный синхронный генератор с выводом нулевого провода и электромагнитным возбуждением, статический преобразователь электрической энергии на базе трехфазного по выходу непосредственного преобразователя частоты с естественной коммутацией (циклоконвертора), каждая выходная фаза которого собрана по схеме шестифазного реверсивного выпрямителя с двумя уравнительными реакторами, и трех низкочастотных LC фильтров.
Данная система обладает рядом недостатков. Наличие электромагнитного возбуждения синхронного генератора требует введения вращающихся контактов или значительного усложнения конструкции генератора за счет увеличения числа ступеней преобразования электрической энергии, что приводит к уменьшению надежности системы, повышению эксплуатационных расходов и массы. К недостаткам следует отнести также и то, что в составе статического преобразователя имеется шесть уравнительных реакторов. Все они работают на относительно низкой частоте выходного напряжения системы генерирования, поэтому имеют достаточно высокую массу. Кроме этого синхронный генератор выполняется с успокоительными обмотками с целью уменьшения его выходных реактансов, это требуется для обеспечения независимой коммутации тиристоров в разных выходных фазах статического преобразователя. В этом случае коммутация тиристоров получается «жесткой» с резким обрывом коммутируемого тока, поэтому возникает необходимость применения защитных RC цепей (снаберов напряжения) для снятия перенапряжений на тиристорах. При широком диапазоне изменения частоты и величины напряжения синхронного генератора масса их получается значительной. К недостаткам также относится относительно низкое значение входного коэффициента мощности данной схемы статического преобразователя, что приводит к увеличению массы синхронного генератора.
Кроме того, известна система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока [Грабовецкий Г.В., Куклин О.Г., Харитонов С.А. Непосредственные преобразователи частоты с естественной коммутацией для электромеханических систем. Учеб. Пособие. Новосибирск.: НГТУ, 2009. - 320 с.], которая является прототипом предлагаемого изобретения, содержащая синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов и шестифазной обмоткой на статоре с выводом нулевого провода, статический преобразователь электрической энергии на базе трехфазного по выходу непосредственного преобразователя частоты с естественной коммутацией (циклоконвертора), каждая выходная фаза которого собрана по схеме шестифазного реверсивного выпрямителя, в котором последовательно с каждой парой встречно-параллельно соединенных тиристоров включен дроссель, к выходу каждой выходной фазы подключен конденсатор низкочастотного фильтра.
Недостатком данной системы является низкое значение входного коэффициента мощности статического преобразователя электрической энергии и, как следствие, увеличенная масса синхронного генератора.
Задача изобретения - снижение массы синхронного генератора за счет повышения входного коэффициента мощности статического преобразователя электрической энергии.
Поставленная задача достигается тем. что в известной системе генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока обмотки статора синхронного генератора без вывода пулевого провода, в статический преобразователь электрической энергии вводится еще одна фаза непосредственного преобразователя частоты с естественной коммутацией, собранная по схеме шестифазного реверсивного выпрямителя, в котором последовательно с каждой парой встречно-параллельно соединенных тиристоров включен дроссель, второй вывод которого соединен с одной из фаз синхронного генератора, выход данной фазы непосредственною преобразователя частоты соединен с нулевым проводом нагрузок системы генерирования.
Схема предлагаемой системы генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока приведена на фиг.1.
Система генерирования включает шестифазный синхронный генератор без вывода нулевого провода (1), статический преобразователь электрической энергии (2) и низкочастотный фильтр (3).
Шесть выводов синхронного генератора соединены с шестью одноименными входами статического преобразователя. Статический преобразователь содержит четыре одинаковых по топологии вентильных комплекта (4, 5, 6, 7), шесть входов каждого из вентильных комплектов соединены с шестью одноименными выходами синхронного генератора соответственно. Выходы вентильных комплектов (4, 5, 6, 7) соединены с входами низкочастотного фильтра (3). Каждый из вентильных комплектов включает шесть встречно-параллельно включенных тиристоров (8, 9, 10, 11, 12, 13), или шесть симметричных тиристоров (симисторов), один из выводов каждого из них соединен с одним выводом дросселя фильтра (14, 15, 16, 17, 18, 19), вторые выводы шести встречно-параллельно включенных тиристоров одного вентильного комплекта соединены между собой и подключены к соответствующему входу фильтра низкой частоты (3). Второй вывод каждого из дросселей фильтра (14, 15, 16, 17, 18, 19) соединен с одним из входов вентильного комплекта. Одноименные входы вентильных комплектов (4, 5, 6, 7) соединены между собой и соединены с одноименными входами статического преобразователя (2). Низкочастотный фильтр (3) включает три конденсатора (20, 21, 22), один из выводов каждого из них соединен с нагрузкой и выходом вентильных комплектов (4, 5, 6), вторые выводы конденсаторов объединены между собой и соединены с выходом вентильного комплекта (7) и нулевым проводом нагрузки (N).
Предлагаемая система функционирует следующим образом.
В соответствии с ГОСТ 19880-74 коэффициент мощности определяется как отношение активной мощности к полной мощности, пренебрегая активными потерями в статическом преобразователе электрической энергии и полагая, что нагрузка симметрична, выражение для входного коэффициента мощности СПЭЭ примет вид
где Eн(1), Iн(1) - действующее значение основных гармоник фазного напряжения и тока в нагрузке;
ϕн(1) - фазовый сдвиг между током и напряжением нагрузки;
E1i, I1i - действующие значения фазных напряжений и токов синхронного генератора.
Напряжения на нагрузке в соответствии с фиг.1 будут определяться с помощью следующих соотношений:
uнj=uноj+uoo4, j=1, 2, 3
где uно1, uно2, uно3, uоо4 - выходные напряжения комплектов ВК1, ВК2 и ВК3 и ВК4 относительно точки «0», которая представляет собой точку объединения фазных обмоток синхронного генератора.
Математически характер изменения углов управления для трех вентильных комплектов ВК1, ВК2 и ВК3 обозначим следующим образом αmidl1,2,3 (ω2t и определим его в виде соотношения
где
- закон изменения углов управления вентильных комплектов ВК1, ВК2 и ВК3 при синусоидальном законе управления;
Δαmidl(ϑ2)=Midl{α1(ϑ2), α2(ϑ2), α3(ϑ2)} - комбинированная добавка, характер изменения во времени иллюстрируется фиг.2;
M - глубина модуляции углов управления.
Характер изменения во времени углов управления αsin1(ω2t) и αmidl1(ω2t) показан на фиг.3. Такой способ формирования углов управления αmidl j(ω2t) позволяет расширить линейный диапазон изменения углов управления αsin j(ω2t) в
[Берестов В.М., Харитонов С.А. Анализ синусоидальной ШИМ с натуральной выборкой (методический аспект). Технiчна електродинамiка. Тематический выпуск. Силова електронiка та енергоефективнiсть. Частина 2. Киiв, 2002. - с.31-37]. Однако, как следует из фиг.2, в комбинированной добавке
присутствуют гармоники с частотами (6k-3)ω2, где k=1, 2, 3…, которые приведут к появлению аналогичных составляющих в выходных напряжениях вентильных комплектов ВК1, ВК2 и ВК3. Учитывая, что эти гармоники образуют в выходных напряжениях нулевую последовательность, они могут быть компенсированы путем добавления вентильного комплекта (ВК4) в нулевой провод нагрузки, как это показано на фиг.1, который генерирует напряжение uоо4, при этом закон управления для этого комплекта выбирается в виде
где
- функция, которая учитывает изменение коэффициента передачи вентильных комплектов BК1, ВК2 и ВК3 по гармонике с частотой (6k-3)ω2 в зависимости от глубины модуляции М. Так например, в случае линейной компенсации влияния глубины модуляции
. При таком управлении гармоники порядка (6k-3)ω2 в нагрузке отсутствуют, но происходит увеличение основной гармоники напряжений на нагрузке по отношению к аналогичным напряжениям в системе прототипа, где изменение углов управления осуществляется в соответствии с соотношением αsin j(ω2t).
Проведенный анализ показывает, что действующие значения основных гармоник напряжения на нагрузке можно оценить с помощью соотношений:
На фиг.4 показано как изменяется отношение
в функции глубины модуляции (M), откуда следует, что в предложенной системе действующее значение основной гармоники напряжения на нагрузке увеличивается на 8.5÷14.5%. В соответствии с соотношением (1) настолько же процентов происходит увеличение входного коэффициента мощности статического преобразователя электрической энергии (χсг), и на 7.8÷12.7% уменьшается установленная мощность (Sсг) и масса синхронного генератора.
Снижение массы синхронного генератора является весьма важным фактором, т.к. СГ консольно подключен к маршевому авиационному двигателю. Введение дополнительного вентильного комплекта ВК4 незначительно увеличит массу системы генерирования, т.к. при симметричной нагрузке ток основной гармоники будет равен нулю, а высокочастотные токи будут значительно подавлены с помощью дросселей Lф.
Таким образом, предложенная система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока, имеет меньшую массу синхронного генератора за счет повышения входного коэффициента мощности статического преобразователя электрической энергии.
Claims (1)
- Система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока, содержащая синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов и шестифазной обмоткой на статоре, статический преобразователь электрической энергии на базе трехфазного по выходу непосредственного преобразователя частоты с естественной коммутацией (циклоконвертора), каждая выходная фаза которого собрана по схеме шестифазного реверсивного выпрямителя, в котором последовательно с каждой парой встречно-параллельно соединенных тиристоров включен дроссель, к выходу каждой выходной фазы подключен конденсатор низкочастотного фильтра, отличающаяся тем, что обмотки статора синхронного генератора выполнены без вывода нулевого провода, в статический преобразователь электрической энергии вводят еще одну фазу непосредственного преобразователя частоты с естественной коммутацией, выход данной фазы соединяют с нулевым проводом нагрузок системы генерирования.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011147431/07A RU2507670C2 (ru) | 2011-11-22 | 2011-11-22 | Система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011147431/07A RU2507670C2 (ru) | 2011-11-22 | 2011-11-22 | Система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011147431A RU2011147431A (ru) | 2013-05-27 |
RU2507670C2 true RU2507670C2 (ru) | 2014-02-20 |
Family
ID=48789130
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011147431/07A RU2507670C2 (ru) | 2011-11-22 | 2011-11-22 | Система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2507670C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2622898C1 (ru) * | 2016-07-12 | 2017-06-21 | Акционерное общество "Конструкторское бюро специального машиностроения" | Система для генерирования электроэнергии трёхфазного переменного тока |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2175155A (en) * | 1985-04-30 | 1986-11-19 | Mitsubishi Electric Corp | Paralleling ac converters |
RU2337451C1 (ru) * | 2007-07-31 | 2008-10-27 | ЗАО "Научно-промышленное объединение "ПРОМЭНЕРГО" | Способ передачи электрической энергии трехфазного напряжения на переменном токе и система для его реализации |
-
2011
- 2011-11-22 RU RU2011147431/07A patent/RU2507670C2/ru active
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2175155A (en) * | 1985-04-30 | 1986-11-19 | Mitsubishi Electric Corp | Paralleling ac converters |
RU2337451C1 (ru) * | 2007-07-31 | 2008-10-27 | ЗАО "Научно-промышленное объединение "ПРОМЭНЕРГО" | Способ передачи электрической энергии трехфазного напряжения на переменном токе и система для его реализации |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2622898C1 (ru) * | 2016-07-12 | 2017-06-21 | Акционерное общество "Конструкторское бюро специального машиностроения" | Система для генерирования электроэнергии трёхфазного переменного тока |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011147431A (ru) | 2013-05-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20130181688A1 (en) | System and method for variable speed generation of controlled high-voltage dc power | |
US4106089A (en) | Alternating current power dividing or combining system | |
Bayram et al. | A static exciter with interleaved buck converter for synchronous generators | |
RU2507670C2 (ru) | Система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока | |
RU2521419C2 (ru) | Система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока повышенного напряжения | |
Usmanov et al. | Device for reducing asymmetry | |
Singh et al. | Digital control of voltage and frequency of induction generator in isolated small hydro system | |
Ioannides | Determination of frequencies in autonomous double output asynchronous generator | |
RU2691635C2 (ru) | Способ двухканального преобразования частоты | |
Di Gerlando et al. | Simulation and test results of grid connected WECSs with diode rectifiers and modular PMSGs | |
Chandan et al. | An optimized dual inverter configuration for open end winding induction motor drive with Common Mode Voltage elimination | |
Tarıq et al. | Simulink based modeling, analysis and simulation of self excited induction generator for use in remote areas | |
RU2582654C1 (ru) | Трёхфазно-трёхфазный преобразователь частоты | |
RU122211U1 (ru) | Система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока | |
RU2622898C1 (ru) | Система для генерирования электроэнергии трёхфазного переменного тока | |
RU2513113C2 (ru) | Система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока с инвертором напряжения | |
RU2762829C1 (ru) | Преобразователь постоянного напряжения в квазисинусоидальное трёхфазное напряжение повышенной мощности | |
El Jihad et al. | Impact of the carrier phase shift on the low frequency harmonics of medium voltage drives | |
RU2505918C2 (ru) | Высоковольтный частотно-регулируемый электропривод | |
CN113285651B (zh) | 一种多相电源变换为单相电源的装置及方法 | |
Tiwari et al. | Analysis Of closed loop control of matrix converter for capacitorless single phase induction motor for variable speed operation | |
RU2532252C2 (ru) | Способ управления непосредственным преобразователем частоты с естественной коммутацией | |
Ziaeinejad et al. | Reduction of voltage and torque fluctuations in DFIGs fed by multilevel inverters | |
Mohammed et al. | Matlab Simulink of three phase six-pulse thyristorrectifier converter | |
Chanda | Use of Arno converter and motor-generator set to convert a single-phase AC supply to a three-phase AC for controlling the speed of a three-phase induction motor by using a three-phase to three-phase cycloconverter |