RU2521419C2 - Система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока повышенного напряжения - Google Patents
Система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока повышенного напряжения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2521419C2 RU2521419C2 RU2012125941/07A RU2012125941A RU2521419C2 RU 2521419 C2 RU2521419 C2 RU 2521419C2 RU 2012125941/07 A RU2012125941/07 A RU 2012125941/07A RU 2012125941 A RU2012125941 A RU 2012125941A RU 2521419 C2 RU2521419 C2 RU 2521419C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- output
- synchronous generator
- frequency converter
- windings
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Ac-Ac Conversion (AREA)
- Control Of Eletrric Generators (AREA)
Abstract
Изобретение: в области электротехники. Технический результат - снижение массы синхронного генератора за счет повышения входного коэффициента мощности статического преобразователя электрической энергии. Система содержит синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов и тремя гальванически развязанными системами трехфазных обмоток 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 трехфазного мостового реверсивного выпрямителя (МРВ) с параллельно включенным его выходным зажимам конденсатором низкочастотного фильтра и запитанного от одной из трехфазных систем обмоток синхронного генератора, один из выходных выводов МРВ подключен к соответствующей фазе трехфазной нагрузки. Вводится еще одна фаза непосредственного преобразователя частоты с естественной коммутацией, собранная по схеме трехфазного мостового выпрямителя с параллельно включенным его выходным зажимам конденсатором низкочастотного фильтра, запитанного от трехфазного трансформатора, первичные обмотки которого соединены с любой из трех трехфазных систем обмоток синхронного генератора, к одному из выводов введенной фазы непосредственного преобразователя частоты подключаются вторые выводы трех МРВ, а второй вывод введенной фазы непосредственного преобразователя частоты соединяют с нулевым проводом нагрузок системы генерирования. 4 ил.
Description
Изобретение относится к области электротехники и силовой электроники и может быть использовано при построении систем генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока повышенного напряжения 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 (χcn), 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.: 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. При использовании данной схемы статического преобразователя в системе генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока повышенного напряжения появляется еще один недостаток, обусловленный тем, что повышение величины выходного напряжения приведет к необходимости увеличения класса тиристоров или к необходимости последовательного включения тиристоров. В первом случае, при увеличении класса тиристоров ухудшатся частотные свойства схемы и, как следствие, увеличатся масса и габариты LC-фильтров. Во втором случае, при последовательном включении тиристоров увеличатся масса и габариты статического преобразователя за счет увеличения числа тиристоров и необходимых для деления напряжения на тиристорах снаберов.
Кроме того, известна система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока повышенного напряжения [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 тремя гальванически развязанными системами трехфазных обмоток 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 трехфазного мостового реверсивного выпрямителя с параллельно включенным его выходным зажимам конденсатором низкочастотного фильтра и запитанного от одной из трехфазных систем обмоток синхронного генератора, один из выходных выводов мостового реверсивного выпрямителя подключен к соответствующей фазе трехфазной нагрузки, а вторые выводы - к нулевому проводу нагрузки.
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 повышенного напряжения, содержащей синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов и тремя гальванически развязанными системами трехфазных обмоток 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 трехфазного мостового реверсивного выпрямителя с параллельно включенным его выходным зажимам конденсатором низкочастотного фильтра и запитанного от одной из трехфазных систем обмоток синхронного генератора, один из выходных выводов мостового реверсивного выпрямителя подключен к соответствующей фазе трехфазной нагрузки, вводится еще одна фаза непосредственного преобразователя частоты с естественной коммутацией, собранная по схеме трехфазного мостового выпрямителя с параллельно включенным его выходным зажимам конденсатором низкочастотного фильтра, запитанного от трехфазного трансформатора, первичные обмотки которого соединены с любой из трех трехфазных систем обмоток синхронного генератора, к одному из выводов введенной фазы непосредственного преобразователя частоты подключаются вторые выводы трех мостовых реверсивных выпрямителей, а второй вывод данного непосредственного преобразователя частоты соединяют с нулевым проводом нагрузок системы генерирования.
Схема предлагаемой системы генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока приведена на фиг.1.
Система генерирования включает синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов и тремя гальванически развязанными системами трехфазных обмоток на статоре (1), статический преобразователь электрической энергии (2) и трехфазный трансформатор (3).
Выводы трехфазных обмоток генератора (TO1, TO2, TO3) соединены с тремя соответствующими трехфазными входами (TB1, TB2, TB3) непосредственных преобразователей частоты (4, 5, 6). Любая из трехфазных обмоток генератора (TO1, ТO2, ТO3) соединена с первичными обмотками трехфазного трансформатора (3), выходная трехфазная обмотка которого соединена с трехфазным входом ТВ4 непосредственного преобразователя (7) Для определенности на фиг.1 к первичной обмотке трансформатора (3) подключены выводы трехфазной обмотки ТO3. Статический преобразователь содержит четыре одинаковых по топологии непосредственных преобразователей частоты (4, 5, 6, 7). Трехфазные входы преобразователей частоты соединены с одноименными трехфазными выводами трехфазных обмоток генератора (TO1, ТO2, ТO3). Каждый непосредственный преобразователь частоты содержит трехфазный мостовой реверсивный выпрямитель (8) и конденсатор низкочастотного фильтра (15).
Трехфазный мостовой реверсивный выпрямитель (8) выполнен по известной схеме [Завалишин Д.А. Ионный преобразователь частоты для регулирования скорости асинхронного двигателя // Электричество. - 1939. - №4], содержащей шесть пар встречно-параллельно включенных тиристоров (9, 10, 11, 12, 13, 14) или шесть симметричных тиристоров (симисторов). Параллельно выходу трехфазного мостового реверсивного выпрямителя (8) соединен конденсатор низкочастотного фильтра (15), вывод которого соединены с выходами 1 и 2 непосредственного преобразователя частоты (4). Вторые выходы непосредственных преобразователей частоты (4, 5, 6) соединены между собой и соединены с выходом 1 непосредственного преобразователя частоты (7), выход 2 которого соединен с нулевым проводом нагрузки (N). Первые выходы непосредственных преобразователей частоты (4, 5, 6) соединены с соответствующими входами трехфазной нагрузки системы генерирования.
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=uнoj+uoo4, j=1, 2, 3,
где uнo1, uнo2, uнo3, uoo4 - выходные напряжения непосредственных преобразователей частоты НПЧ1, НПЧ2, НПЧ3 и НПЧ4.
Математически характер изменения углов управления для трех непосредственных преобразователей частоты НПЧ1, НПЧ2 и НПЧ3 обозначим следующим образом αmidl1,2,3 (ω2t) и определим его в виде соотношения
где:
- закон изменения углов управления непосредственных преобразователей частоты НПЧ1, НПЧ2 и НПЧ3 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 αsinl(ω2t) и αmidl1(ω2t) показан на фиг.3. Такой способ формирования углов управления αmidlj(ω2t) позволяет расширить линейный диапазон изменения углов управления αsinj(ω2t) в
раза [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 непосредственных преобразователей частоты НПЧ1, НПЧ2 и НПЧ3. Учитывая, что эти гармоники образуют в выходных напряжениях нулевую последовательность, они могут быть компенсированы путем добавления непосредственного преобразователя частоты НПЧ4 в нулевой провод нагрузки, как это показано на фиг.1, который генерирует напряжение uoo4, при этом закон управления для этого комплекта выбирается в виде
где ℑ(M) - функция, которая учитывает изменение коэффициента передачи непосредственных преобразователей частоты НПЧ1, НПЧ2 и НПЧ3 по гармонике с частотой (6k-3)ω2 в зависимости от глубины модуляции M. Так например, в случае линейной компенсации влияния глубины модуляции ℑ(M)=1-0.13528·M. 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 αsinj(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 {М}, 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 индуктивностей рассеяния трансформатора TP (3) или специально установленных дросселей в выходные фазы ТР.
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 повышенного напряжения, содержащая синхронный генератор с возбуждением от постоянных магнитов и тремя гальванически развязанными системами трехфазных обмоток 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 трехфазного мостового реверсивного выпрямителя с параллельно включенным его выходным зажимам конденсатором низкочастотного фильтра и запитанного от одной из трехфазных систем обмоток синхронного генератора, один из выходных выводов мостового реверсивного выпрямителя подключен к соответствующей фазе трехфазной нагрузки, отличающаяся тем, что вводят еще одну фазу непосредственного преобразователя частоты с естественной коммутацией, собранную по схеме трехфазного мостового выпрямителя с параллельно включенным его выходным зажимам конденсатором низкочастотного фильтра, запитанного от трехфазного трансформатора, первичные обмотки которого соединяют с любой из трех трехфазных систем обмоток синхронного генератора, к одному из выводов введенной фазы непосредственного преобразователя частоты подключают вторые выводы трех мостовых реверсивных выпрямителей, а второй вывод введенной фазы непосредственного преобразователя частоты соединяют с нулевым проводом нагрузок системы генерирования.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012125941/07A RU2521419C2 (ru) | 2012-06-21 | 2012-06-21 | Система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока повышенного напряжения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012125941/07A RU2521419C2 (ru) | 2012-06-21 | 2012-06-21 | Система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока повышенного напряжения |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012125941A RU2012125941A (ru) | 2013-12-27 |
RU2521419C2 true RU2521419C2 (ru) | 2014-06-27 |
Family
ID=49785943
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012125941/07A RU2521419C2 (ru) | 2012-06-21 | 2012-06-21 | Система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока повышенного напряжения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2521419C2 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2701169C1 (ru) * | 2018-08-21 | 2019-09-25 | Акционерное общество "Электромашиностроительный завод "ЛЕПСЕ" | Малогабаритная система генерирования постоянного |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU714610A1 (ru) * | 1978-04-17 | 1980-02-05 | Petrenko Vladimir F | Система дл автоматического регулировани скорости вращени частотноуправл емого асинхронного двигател |
EP0033847A2 (de) * | 1980-02-11 | 1981-08-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Turbinensatz mit einem ein Netz konstanter Frequenz speisenden Generator |
RU2195763C2 (ru) * | 1994-04-13 | 2002-12-27 | Эропеен Газ Тюрбин С.А. | Турбогенераторная установка |
RU2419957C1 (ru) * | 2010-06-09 | 2011-05-27 | Открытое Акционерное Общество "Агрегатное Конструкторское Бюро "Якорь" | Электроэнергетическая установка |
-
2012
- 2012-06-21 RU RU2012125941/07A patent/RU2521419C2/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU714610A1 (ru) * | 1978-04-17 | 1980-02-05 | Petrenko Vladimir F | Система дл автоматического регулировани скорости вращени частотноуправл емого асинхронного двигател |
EP0033847A2 (de) * | 1980-02-11 | 1981-08-19 | Siemens Aktiengesellschaft | Turbinensatz mit einem ein Netz konstanter Frequenz speisenden Generator |
RU2195763C2 (ru) * | 1994-04-13 | 2002-12-27 | Эропеен Газ Тюрбин С.А. | Турбогенераторная установка |
RU2419957C1 (ru) * | 2010-06-09 | 2011-05-27 | Открытое Акционерное Общество "Агрегатное Конструкторское Бюро "Якорь" | Электроэнергетическая установка |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2701169C1 (ru) * | 2018-08-21 | 2019-09-25 | Акционерное общество "Электромашиностроительный завод "ЛЕПСЕ" | Малогабаритная система генерирования постоянного |
RU2701169C9 (ru) * | 2018-08-21 | 2019-12-18 | Акционерное общество "Электромашиностроительный завод "ЛЕПСЕ" | Малогабаритная система генерирования постоянного тока |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012125941A (ru) | 2013-12-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100713709B1 (ko) | 전력변환장치 및 전원장치 | |
CN106787918B (zh) | 一种五相逆变器随机svpwm调制方法 | |
Pramanick et al. | Low-order harmonic suppression for open-end winding IM with dodecagonal space vector using a single DC-link supply | |
US20130181688A1 (en) | System and method for variable speed generation of controlled high-voltage dc power | |
Yuldashev et al. | Types of Electrical Machine Current Converters | |
RU2717338C1 (ru) | Каскадный преобразователь частоты | |
RU2521419C2 (ru) | Система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока повышенного напряжения | |
RU2400917C1 (ru) | Компенсированная система электроснабжения разночастотных потребителей электрической энергии | |
Usmanov et al. | Device for reducing asymmetry | |
RU2357352C1 (ru) | Трехфазный высоковольтный преобразователь переменного напряжения | |
RU2507670C2 (ru) | Система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока | |
KR20240117651A (ko) | 역변환 장치 및 그 응용 | |
RU2691635C2 (ru) | Способ двухканального преобразования частоты | |
Chandan et al. | An optimized dual inverter configuration for open end winding induction motor drive with Common Mode Voltage elimination | |
RU122211U1 (ru) | Система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока | |
RU2680715C1 (ru) | Источник питания для индуктора | |
RU2582654C1 (ru) | Трёхфазно-трёхфазный преобразователь частоты | |
RU2762829C1 (ru) | Преобразователь постоянного напряжения в квазисинусоидальное трёхфазное напряжение повышенной мощности | |
RU2505918C2 (ru) | Высоковольтный частотно-регулируемый электропривод | |
RU2622898C1 (ru) | Система для генерирования электроэнергии трёхфазного переменного тока | |
RU2513113C2 (ru) | Система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока с инвертором напряжения | |
RU2532252C2 (ru) | Способ управления непосредственным преобразователем частоты с естественной коммутацией | |
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 | |
Kapłon et al. | The method for reducing harmonics in input currents of rectifier using a modulation in interphase transformer | |
Davey et al. | Power Grid for a Naval Electric Ship-AC versus DC |