RU2569668C1

RU2569668C1 - Direct current generation system

Info

Publication number: RU2569668C1
Application number: RU2014136882/07A
Authority: RU
Inventors: Андрей Вячеславович Берилов; Геннадий Сергеевич Мыцык; Михаил Юрьевич Румянцев; Алексей Вячеславович Сизякин; Мин У. Хлаинг (МЬЯНЯА)
Priority date: 2014-09-11
Filing date: 2014-09-11
Publication date: 2015-11-27

Abstract

FIELD: electricity.

SUBSTANCE: direct current generation system comprises three three-phase armature coils [1, 2, 3] of the generator shifted in space relative to each other per angle of 2π/9, three three-phase rectifier bridge [4, 5, 6] with output leads [4.1, 4.2, 5.1, 5.2, 6.1, 6.2] and three-winding transmission filter [7] with windings [7.1, 7.2, 7.3] placed at rods (core legs) of three-phase magnet cores [7.4]. By their ends having the same polarity, windings [7.1, 7.2, 7.3] are jointed and connected to one output lead [8] of the system (positive in this case), while their other ends are coupled to outputs [4.1, 5.1, 6.1] of the same polarity (positive leads in Fig. 1) of three-phase rectifier bridges [4, 5, 6]. The other outputs of these bridges [4.2, 5.2, 6.2] (negative) having the same polarity are coupled to the second (negative) output lead [9] of the generation system. Each of three-phase armature coils [1, 2, 3] of the generator is connected to inputs of one of rectifier bridge [4, 5, 6]. Load [10] is coupled to output leads [8, 9].

EFFECT: reduced ripple amplitude of output voltage and improved dimensions and weight.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при построении систем генерирования постоянного тока с улучшенными показателями качества.The invention relates to the field of electrical engineering and can be used to build systems for generating direct current with improved quality indicators.

Известна система генерирования постоянного тока, описанная в патенте РФ на полезную модель №81011, МПК НO2К 21/12, НO2Р 9/00, опубл. 27.02.2009. Система содержит генератор с двумя группами гальванически развязанных якорных обмоток, два трехфазных выпрямителя, выполненных по мостовой схеме, и трехфазный двухобмоточный трансформатор тока. При этом одна из групп якорных обмоток выполнена по схеме «звезда», а другая - по схеме «треугольник». По числу витков трехфазные якорные обмотки групп различаются в $\sqrt{3}$

раз. Каждая из этих трехфазных обмоток через обмотки трансформатора тока подключена к входам одного из двух трехфазных выпрямителей, выходы которых соединены параллельно и образуют выход системы генерирования. Система генерирования обеспечивает пульсность выпрямленного напряжения m_1Э=12. Недостатки этой системы заключаются в ее невысокой технологичности, которая обусловлена: во-первых, отношением чисел витков якорных обмоток разных групп в

\sqrt{3}

раз (иррациональное число, затрудняющее реализацию), а во-вторых, сложностью схемы пофазного подключения обмоток трехфазного трансформатора к выводам якорных обмоток генератора и трехфазных мостовых выпрямителей.A known system for generating direct current, described in the patent of the Russian Federation for utility model No. 81011, IPC NO2K 21/12, NO2P 9/00, publ. 02/27/2009. The system contains a generator with two groups of galvanically isolated anchor windings, two three-phase rectifiers made according to the bridge circuit, and a three-phase two-winding current transformer. In this case, one of the groups of anchor windings is made according to the "star" scheme, and the other according to the "triangle" scheme. According to the number of turns, three-phase anchor windings of groups differ in

\sqrt{3}

time. Each of these three-phase windings through the windings of the current transformer is connected to the inputs of one of the two three-phase rectifiers, the outputs of which are connected in parallel and form the output of the generation system. The generation system provides the pulse frequency of the rectified voltage m _1E = 12. The disadvantages of this system are its low adaptability, which is due to: firstly, the ratio of the number of turns of the anchor windings of different groups in

\sqrt{3}

times (an irrational number that impedes implementation), and secondly, the complexity of the phase-wise connection of the windings of a three-phase transformer to the terminals of the anchor windings of the generator and three-phase bridge rectifiers.

Наиболее близкая по технической сущности к изобретению является система генерирования постоянного тока, описанная на стр. 29 в книге «Вентильные генераторы автономных систем электроснабжения / Авторы: Н.М. Рожнов, А.М. Русаков, А.М. Сугробов, П.А. Тыричев; Под ред. П.А. Тыричева. - М.: Издательство МЭИ, 1996. - 280 с. В этой книге описаны системы генерирования постоянного тока, которые содержат электрический генератор с числом фаз якорной обмотки m (причем обмотка выполнена по лучевой схеме и число m кратно 3, конкретно: m=3; m=6) и выпрямительный блок, состоящий из N=m/3 трехфазных выпрямителей, выходы которых соединены параллельно и образуют выход системы генерирования. При этом m фазная якорная обмотка генератора подключена к входам трехфазных выпрямителей.Closest to the technical nature of the invention is the DC generation system described on page 29 in the book "Valve Generators of Autonomous Power Supply Systems / Authors: N.M. Rozhnov, A.M. Rusakov, A.M. Sugrobov, P.A. Tyrichev; Ed. P.A. Tyricheva. - M.: Publishing House MPEI, 1996. - 280 p. This book describes direct current generation systems that contain an electric generator with the number of phases of the armature winding m (the winding is made according to the beam pattern and the number m is a multiple of 3, specifically: m = 3; m = 6) and a rectifier unit consisting of N = m / 3 three-phase rectifiers, the outputs of which are connected in parallel and form the output of the generation system. In this case, the m phase anchor winding of the generator is connected to the inputs of three-phase rectifiers.

Общим недостатком рассмотренных вариантов систем, в частности системы генерирования с числом фаз якорной обмотки m=6, является невысокое качество выпрямленного напряжения, характеризуемое эквивалентной пульсностью m_Э=6. Исследование вариантов генерирующих систем с такой структурой показало, что с ростом числа фаз m якорной обмотки параметр m_Э увеличивается, однако вместе с этим растет и габаритная мощность электрического генератора P_Я(ГАБ), достигая, например, при m=9 значения P_Я(ГАБ)9=1,53 P_d0, где Ρ_d0 - мощность нагрузки генерирующей системы постоянного тока. По сравнению с известным лучшим вариантом системы с m=3, при котором Р_Я(ГАБ)3=1,047 P_d0, показатель P_Я(ГАБ)9 увеличивается в 1,46 раза, что соответствующим образом отрицательно отражается на массогабаритных показателях генерирующей системы.A common drawback of the considered options for systems, in particular a generation system with the number of phases of the armature winding m = 6, is the low quality of the rectified voltage, characterized by the equivalent pulse frequency m _E = 6. The study of options for generating systems with such a structure showed that with an increase in the number of phases m of the armature winding, the parameter m _E increases, however, the overall power of the electric generator P _{I (GAB)} also increases, reaching, for example, at m = 9, the value of P _{I ( GAB) 9} = 1.53 P _d0 , where Ρ _d0 is the load power of the generating DC system. Compared with the well-known best version of the system with m = 3, in which P _{I (GAB) 3} = 1,047 P _d0 , the indicator P _{I (GAB) 9} increases by 1.46 times, which accordingly negatively affects the overall dimensions of the generating system.

Технической задачей изобретения является улучшение качества вырабатываемой системой электроэнергии.An object of the invention is to improve the quality of the generated electricity system.

Технический результат изобретения заключается в уменьшении амплитуды пульсаций выходного напряжения и в улучшении массогабаритных показателей системы генерирования постоянного тока.The technical result of the invention is to reduce the amplitude of the ripple of the output voltage and to improve the overall dimensions of the system for generating direct current.

Это достигается тем, что система генерирования постоянного тока, содержащая электрический генератор с якорной обмоткой, выполненной по лучевой схеме с числом фаз m, кратным 3, и выпрямительный блок, состоящий из N=m/3 трехфазных выпрямителей, выходы которых соединены параллельно и образуют выход системы генерирования, а к входам трехфазных выпрямителей подключены выводы якорной обмотки генератора, дополнительно снабжается N фазным трансфильтром, включающим в себя магнитосвязанные между собой обмотки числом N=m/3, m фазная якорная обмотка выполнена в виде N групп трехфазных обмоток, сдвинутых между собой в пространстве на угол 2π/m, одни одноименные по полярности выходные выводы трехфазных выпрямителей через обмотки трансфильтра подключены к одному (например, положительному) выходному выводу системы генерирования, а другие одноименные по полярности выходные выводы трехфазных выпрямителей объединены и образуют второй (например, отрицательный) выходной вывод этой системы.This is achieved by the fact that a direct current generating system containing an electric generator with an armature winding made according to a beam pattern with the number of phases m multiple of 3 and a rectifier unit consisting of N = m / 3 three-phase rectifiers, the outputs of which are connected in parallel and form the output generation systems, and the outputs of the three-phase rectifiers are connected to the terminals of the generator armature winding; it is additionally equipped with an N phase transformer, which includes magnetically connected windings with the number N = m / 3, m It is made in the form of N groups of three-phase windings, shifted in space by an angle of 2π / m, one output terminal of the same name with respect to polarity through three-phase windings of the filter is connected to one (for example, positive) output terminal of the generating system, and other output terminals of the same name with polarity three-phase rectifiers are combined and form a second (for example, negative) output terminal of this system.

Кроме того, в системе генерирования постоянного тока при m=9 обмотки трансфильтра числом N=3 расположены на стержнях (кернах) трехфазного магнитопровода.In addition, in the DC generation system with m = 9, the transformer windings of number N = 3 are located on the rods (cores) of a three-phase magnetic circuit.

Сущность изобретения поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.

На фиг. 1 представлена принципиальная электрическая схема системы генерирования постоянного тока с числом фаз якорной обмотки электрической машины (генератора) m=9 (число N=3), где m и N целые числа.In FIG. 1 is a circuit diagram of a direct current generating system with the number of phases of the armature winding of an electric machine (generator) m = 9 (number N = 3), where m and N are integers.

На фиг. 2 представлены осциллограммы процессов в системе генерирования постоянного тока: а) фазные напряжение и ток генератора; б) напряжение на обмотке трансфильтра и напряжение генератора; в) выпрямленное напряжение на выходе моста и системы генерирования; г), д) ток диода моста и обратное напряжение на нем.In FIG. Figure 2 shows the oscillograms of the processes in the DC generation system: a) phase voltage and current of the generator; b) the voltage on the transfilter winding and the voltage of the generator; c) rectified voltage at the output of the bridge and the generation system; g), e) bridge diode current and reverse voltage across it.

Система генерирования постоянного тока содержит три трехфазные якорные обмотки 1, 2, 3 генератора, смещенные в пространстве относительно друг друга на угол 2π/9, три трехфазных выпрямительных моста 4, 5, 6 с выходными выводами 4.1, 4.2, 5.1, 5.2, 6.1, 6.2 и трехобмоточный трансфильтр 7 с обмотками 7.1, 7.2, 7.3, расположенными на стержнях (кернах) трехфазного магнитопровода 7.4. Обмотки 7.1, 7.2, 7.3 одними своими одноименными по полярности концами объединены и подключены к одному выходному выводу 8 системы (к положительному в данном случае), а другие их концы подключены к одним одноименным по полярности (к положительным на фиг. 1) выводам 4.1, 5.1, 6.1 трехфазных выпрямительных мостов 4, 5, 6. Другие одноименные по полярности выводы этих мостов 4.2, 5.2, 6.2 (отрицательные) объединены и подключены ко второму (отрицательному) выходному выводу 9 системы генерирования. Каждая из трех трехфазных якорных обмоток 1, 2, 3 генератора подключена к входам одного из выпрямительных мостов 4, 5, 6. Нагрузку 10 подключают к выходным выводам 8, 9.The DC generation system contains three three-phase armature windings 1, 2, 3 of the generator, offset in space relative to each other by an angle of 2π / 9, three three-phase rectifier bridges 4, 5, 6 with output terminals 4.1, 4.2, 5.1, 5.2, 6.1, 6.2 and three-winding transfilter 7 with windings 7.1, 7.2, 7.3 located on the rods (cores) of a three-phase magnetic circuit 7.4. The windings 7.1, 7.2, 7.3 are connected by their own ends of the same polarity and connected to one output terminal 8 of the system (in this case, positive), and their other ends are connected to the same terminals 4.1 of the same polarity (to positive in Fig. 1), 5.1, 6.1 of three-phase rectifier bridges 4, 5, 6. Other outputs of the same name in polarity of these bridges 4.2, 5.2, 6.2 (negative) are combined and connected to the second (negative) output terminal 9 of the generation system. Each of the three three-phase anchor windings 1, 2, 3 of the generator is connected to the inputs of one of the rectifier bridges 4, 5, 6. Load 10 is connected to the output terminals 8, 9.

Введение трехфазного трансфильтра 7 в (одноканальную) структуру системы генерирования позволило преобразовать ее в трехканальную структуру. Каждый канал выпрямления напряжения при этом содержит одну трехфазную якорную обмотку 1, 2, 3 генератора и один выпрямительный мост 4, 5, 6 соответственно. Если в одноканальной структуре одновременно в проводящем состоянии находились только два диода, и весь ток нагрузки проходил через них, то в трехканальной структуре (по фиг. 1) ток нагрузки равномерно распределяется по трем каналам так, что в проводящем состоянии всегда находятся не два, а шесть диодов. Таким образом, каждый канал здесь работает независимо друг от друга в традиционном режиме работы якорной обмотки на трехфазный выпрямитель по мостовой схеме (см. ток i_Ф(t) на фиг. 2а). Действующее значение токов, протекающих через якорные обмотки генератора и диоды выпрямительных мостов, уменьшается при этом в $\sqrt{3}$

раз. За счет этого и достигается снижение габаритной мощности якорных обмоток в 1,46 раз и снижение потерь в диодах мостов в раз. На выходах трех мостов 4, 5, 6 формируются выпрямленные 6 пульсные напряжения (см. u_d(6)(t) на фиг. 2в), сдвинутые между собой по фазе на угол 2π/9. После трансфильтра 7 на выходных выводах 8, 9 системы генерирования формируется 18 пульсное выпрямленное напряжение (u_d(18)(t) на фиг. 2в).The introduction of a three-phase transfilter 7 into the (single-channel) structure of the generation system made it possible to convert it into a three-channel structure. Each channel for voltage rectification in this case contains one three-phase armature winding 1, 2, 3 of the generator and one rectifier bridge 4, 5, 6, respectively. If in a single-channel structure only two diodes were in a conducting state at a time, and the entire load current passed through them, then in a three-channel structure (in Fig. 1), the load current is evenly distributed across three channels so that not two, but six diodes. Thus, each channel here operates independently of each other in the traditional mode of operation of the armature winding to a three-phase rectifier according to the bridge circuit (see current i _Φ (t) in Fig. 2a). The effective value of the currents flowing through the armature windings of the generator and the diodes of the rectifier bridges decreases in this case

\sqrt{3}

time. Due to this, a 1.46-fold decrease in the overall power of the armature windings and a one-time reduction in bridge diode losses are achieved. At the outputs of three bridges 4, 5, 6, rectified 6 pulse voltages are formed (see u _{d (6)} (t) in Fig. 2c), which are phase shifted by an angle of 2π / 9. After the transfilter 7, the output pulse 8, 9 of the generation system generates 18 pulse rectified voltage (u _{d (18)} (t) in Fig. 2B).

Постоянная составляющая выпрямленного напряжения, выраженная через амплитудное значение линейного напряжения генератора U_Лm (до трансфильтра) здесь равна:The constant component of the rectified voltage expressed in terms of the amplitude value of the linear voltage of the generator U _Lm (before the transfilter) is equal to:

а после трансфильтра (на нагрузке):and after the transfilter (on load):

где U_dm - максимальное значение напряжения на нагрузке.where U _dm is the maximum value of the voltage at the load.

1. С учетом (1), (2) уровень пульсаций напряжения на нагрузке в относительных единицах здесь равен:1. Taking into account (1), (2), the level of voltage ripple on the load in relative units here is equal to:

что в 9,2 раза меньше, чем в известном решении (прототипе):which is 9.2 times less than in the known solution (prototype):

2. Благодаря введению трансфильтра габаритная мощность якорных обмоток генератора уменьшается в 1,44 раза (со значения P_Я(ГАБ)9=1,53 P_d0 до P_Я(ГАБ)9=1,064 P_d0)·2. Due to the introduction of the transfilter, the overall power of the generator armature windings decreases 1.44 times (from the value of P _{I (GAB) 9} = 1.53 P _d0 to P _{I (GAB) 9} = 1.064 P _d0 ) ·

Использование изобретения позволяет уменьшить амплитуду пульсаций выходного напряжения и улучшить массогабаритные показатели системы генерирования постоянного тока.Using the invention allows to reduce the amplitude of the ripple of the output voltage and to improve the overall dimensions of the system for generating direct current.

Claims

1. A direct current generating system comprising an electric generator with an armature winding made according to a beam pattern with a number of phases m multiple of 3 and a rectifier unit consisting of N = m / 3 three-phase rectifiers, the outputs of which are connected in parallel and form the output of the generation system, and the inputs of a three-phase rectifier connected to the conclusions of the generator armature winding, characterized in that it is equipped with a filter, including magnetically connected windings with a number equal to the number of three-phase rectifiers, phase anchor the winding of the electric generator is made in the form of groups of three-phase windings, with a number equal to the number of three-phase rectifiers, shifted between each other in space by an angle of 2π / m, the same output poles of the same name in polarity through the transformer windings are connected to one, for example, a positive output terminal of the generating system and other polarity output terminals of the same name in three-phase rectifiers are combined and form a second, for example, negative output terminal of this system.

2. The DC generation system according to claim 1, characterized in that for m = 9 the transformer windings of number N = 3 are located on the rods (cores) of a three-phase magnetic circuit.