RU2622898C1 - Система для генерирования электроэнергии трёхфазного переменного тока - Google Patents

Система для генерирования электроэнергии трёхфазного переменного тока Download PDF

Info

Publication number
RU2622898C1
RU2622898C1 RU2016128311A RU2016128311A RU2622898C1 RU 2622898 C1 RU2622898 C1 RU 2622898C1 RU 2016128311 A RU2016128311 A RU 2016128311A RU 2016128311 A RU2016128311 A RU 2016128311A RU 2622898 C1 RU2622898 C1 RU 2622898C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
phase
windings
stator
phase windings
terminals
Prior art date
Application number
RU2016128311A
Other languages
English (en)
Inventor
Владимир Юльянович Сувалко
Original Assignee
Акционерное общество "Конструкторское бюро специального машиностроения"
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 Акционерное общество "Конструкторское бюро специального машиностроения" filed Critical Акционерное общество "Конструкторское бюро специального машиностроения"
Priority to RU2016128311A priority Critical patent/RU2622898C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2622898C1 publication Critical patent/RU2622898C1/ru

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M5/00Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases
    • H02M5/40Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc
    • H02M5/42Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters
    • H02M5/44Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac
    • H02M5/453Conversion of ac power input into ac power output, e.g. for change of voltage, for change of frequency, for change of number of phases with intermediate conversion into dc by static converters using discharge tubes or semiconductor devices to convert the intermediate dc into ac using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal

Landscapes

  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области преобразовательной техники. Система для генерирования электроэнергии трехфазного переменного тока содержит коммутирующие элементы, трехфазный генератор, включающий ротор, окруженный статором, содержащим трехфазные обмотки, которые выполнены с возможностью обеспечения совместно с соответствующими им коммутирующими элементами модулирования параметров электроэнергии трехфазного переменного тока, суммирующие трехфазные трансформаторы для подключения нагрузки. Одни выводы фазных обмоток трехфазных обмоток статора подключены к соответствующим выводам А, В, С входных трехфазных обмоток суммирующих трехфазных трансформаторов, а другие выводы фазных обмоток трехфазных обмоток статора подключены к соответствующим трехфазным обмоткам статора коммутирующим элементам. Одноименные фазные обмотки выходных трехфазных обмоток суммирующих трехфазных трансформаторов соединены последовательно в три ветви, которые объединены в схему звезда и образуют трехфазный выход. В варианте выполнения статор имеет три одинаково выполненных части, которые расположены последовательно вдоль ротора. Каждая из частей включает две трехфазные обмотки. В каждой из частей статора начальные выводы фазных обмоток одной трехфазной обмотки и концы фазных обмоток другой трехфазной обмотки подключены к соответствующим выводам А, В и С. Фазные обмотки трехфазных обмоток одной из частей статора последовательно подключены соответственно к выводам А, В, С, а фазные обмотки трехфазных обмоток двух других частей статора последовательно подключены соответственно к выводам В, С, А и С, А, В. В другом варианте статор имеет две одинаково выполненных части, которые расположены последовательно вдоль ротора. Каждая из частей включает три трехфазные обмотки. В одной из частей статора начальные выводы фазных обмоток одной трехфазной обмотки подключены последовательно соответственно к выводам А, В и С, а начальные выводы фазных обмоток двух других трехфазных обмоток подключены последовательно соответственно к выводам В, С, А и С, А, В. В другой из частей статора концы фазных обмоток одной трехфазной обмотки подключены последовательно соответственно к выводам А, В и С, а концы фазных обмоток двух других трехфазных обмоток подключены последовательно соответственно к выводам В, С, А и С, А, В. Технический результат - повышение эффективности процесса преобразования механической энергии в электрическую, расширение функциональных возможностей и области использования, а также повышение коэффициента полезного действия и надежности. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

Description

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании систем генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока в ветроэнергетике, авиации, в автономных источниках электропитания на базе двигателей внутреннего сгорания (ДВС), гидроэнергетике, устройствах гарантированного электропитания.
При выработке электроэнергии в указанных областях техники основными предъявляемыми требованиями являются: надежность, экономичность, качественные показатели вырабатываемой электроэнергии, возможно меньшие массогабаритные показатели и стоимость.
В качестве генерирующих устройств используются и разрабатываются различные типы генераторов: синхронные, синхронные с постоянными магнитами, коллекторные генераторы с возбуждением от трехфазного переменного тока, асинхронизированные синхронные генераторы с электропитанием ротора переменным током с частотой скольжения, асинхронные генераторы с короткозамкнутым ротором. Стабилизацию параметров электроэнергии на выходе системы приводной двигатель (ветроколесо, ДВС, авиационная турбина, гидротурбина) - генератор переменного тока, работающей при изменяющейся частоте вращения приводного двигателя, обеспечивают статические преобразователи частоты.
Известна система для генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока по патенту RU 2507670 С2 (Н02М 5/27, 2014). Известная система включает 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 (управляемых электронных ключей) включен дроссель, при этом к выходу каждой выходной фазы подключен конденсатор низкочастотного фильтра, в статический преобразователь электрической энергии введена дополнительная фаза непосредственного преобразователя частоты с естественной коммутацией, выход данной фазы соединен с нулевым проводом нагрузок системы регулирования.
Однако известная система содержит большое количество управляемых ключей, что делает систему управления преобразователем частоты достаточно сложной и снижает надежность. Кроме того, существенно снижается коэффициент полезного действия системы вследствие включения последовательно с каждой парой управляемых ключей дросселей. Вместе с этим, использование в системе непосредственного преобразователя частоты с естественной коммутацией исключает возможность получения на выходе системы трехфазного переменного тока с частотой большей, чем частота трехфазного переменного тока, вырабатываемого генератором.
Известна система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока повышенного напряжения по патенту 2521419 С2 (H02J 3/02, Н02Р 9/00, 2014). Известная 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 с его выходным зажимам конденсатором низкочастотного фильтра и запитанного от одной из трехфазных систем обмоток синхронного генератора. Трехфазный МРВ выполнен по схеме, содержащей шесть пар встречно-параллельно включенных тиристоров или шесть симметричных тиристоров (симисторов). Один из выходных выводов МРВ подключен к соответствующей фазе трехфазной нагрузки. Система содержит еще одну фазу непосредственного преобразователя частоты с естественной коммутацией, собранную по схеме трехфазного мостового выпрямителя с параллельно включенным его 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 подключаются вторые выводы трех МРВ. Второй вывод введенной фазы непосредственного преобразователя частоты соединяют с нулевым проводом нагрузок системы генерирования.
К недостаткам известной системы можно отнести достаточно большое количество силовых управляемых ключей, сложность системы управления и регулирования, что снижает надежность. Также к недостаткам можно отнести невозможность получения на выходе системы трехфазного переменного тока с частотой, равной или больше частоты переменного тока, вырабатываемого генератором.
Известна система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока с инвентором напряжения по патенту RU 2513113 С2 (H02J 3/26, 2014). Известная система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока содержит трехфазный синхронный генератор, статический преобразователь электрической энергии на базе трехфазного мостового выпрямителя, входы которого подключены к выходам синхронного генератора, двух конденсаторов фильтра в звене постоянного тока, соединенных последовательно и включенных параллельно выходным зажимам выпрямителя, и трехфазного мостового инвертора напряжения, входы которого подключены к выходам выпрямителя, а выходы - к входам трех низкочастотных LC фильтров, нулевой провод нагрузки системы генерирования соединен со средней точкой конденсаторов фильтра в звене постоянного тока, катушку индуктивности, которая одним выводом подключена к нулевому проводу нагрузки системы генерирования, а другим - к нулевому выводу статорной трехфазной обмотки синхронного генератора.
К недостаткам известной системы генерирования электрической энергии можно отнести низкий коэффициент полезного действия, что связано с необходимостью двойного преобразования электроэнергии и с использованием значительного количества фильтрующих элементов. Кроме того, в известной системе генерирования электрической энергии синхронный генератор обеспечивает преобразование механической энергии в электрическую с параметрами электроэнергии, соответствующими только скорости вращения приводного двигателя.
Наиболее близким по технической сущности с заявляемым изобретением является система для генерирования электроэнергии трехфазного переменного тока, приведенная в книге Джюджи Л., Пелли Б. Силовые полупроводниковые преобразователи частоты: Теория, характеристика, применение. Пер. с англ. - М.: Энергоатомиздат, 1983, с. 340-342. Известная система представляет собой авиационную систему «переменная скорость - постоянная частота» с использованием трехфазного непосредственного преобразователя частоты с естественной коммутацией и включает генератор с шестью обмотками и коммутирующие элементы, которые выполнены в виде трех шестипульсных тиристорных цепей, каждая из которых состоит из четырех трехпульсных групп с двумя уравнительными реакторами. Обмотки статора генератора подключены к соответствующим обмоткам коммутирующим элементам. Средние точки уравнительных реакторов в трехпульсных группах соединены между собой и образуют трехфазный выход.
К недостаткам известной системы можно отнести сложность управления и невозможность получения на выходе системы более высокой частоты, чем частота вращения ротора генератора.
Задачей настоящего изобретения является создание системы для генерирования электроэнергии трехфазного переменного тока, в которой обмотки статора трехфазного генератора используются как в процессе производства трехфазного переменного тока, так и в процессе преобразования (модулирования) частоты и напряжения вырабатываемого трехфазного переменного тока, что обеспечивает повышение эффективности процесса преобразования механической энергии в электрическую, расширение функциональных возможностей и области использования.
Указанная задача решается благодаря тому, что предложена система (техническое устройство) для генерирования электроэнергии трехфазного переменного тока, содержащая коммутирующие элементы, трехфазный генератор, включающий ротор, окруженный статором, содержащим трехфазные обмотки, которые выполнены с возможностью обеспечения совместно с соответствующими им коммутирующими элементами модулирования параметров электроэнергии трехфазного переменного тока, и суммирующие трехфазные трансформаторы для подключения нагрузки. При этом одни выводы фазных обмоток трехфазных обмоток статора подключены к соответствующим выводам А, В, С входных трехфазных обмоток суммирующих трехфазных трансформаторов, а другие выводы фазных обмоток трехфазных обмоток статора подключены к соответствующим трехфазным обмоткам статора коммутирующим элементам. Одноименные фазные обмотки выходных трехфазных обмоток суммирующих трехфазных трансформаторов соединены последовательно в три ветви, которые объединены в схему звезда и образуют трехфазный выход.
В варианте выполнения статор имеет три одинаково выполненных части, которые расположены последовательно вдоль ротора. Каждая из упомянутых частей статора включает две трехфазные обмотки. При этом в каждой из частей статора начальные выводы фазных обмоток одной трехфазной обмотки и концы фазных обмоток другой трехфазной обмотки подключены к соответствующим выводам А, В и С. Фазные обмотки трехфазных обмоток одной из частей статора последовательно подключены соответственно к выводам А, В, С, а фазные обмотки трехфазных обмоток двух других частей статора последовательно подключены соответственно к выводам В, С, А и С, А, В.
В другом варианте выполнения статор имеет две одинаково выполненных части, которые расположены последовательно вдоль ротора, при этом каждая из частей включает три трехфазные обмотки, причем в одной из частей статора начальные выводы фазных обмоток одной трехфазной обмотки подключены последовательно соответственно к выводам А, В и С, а начальные выводы фазных обмоток двух других трехфазных обмоток подключены последовательно соответственно к выводам В, С, А и С, А, В, причем в другой из частей статора концы фазных обмоток одной трехфазной обмотки подключены последовательно соответственно к выводам А, В и С, а концы фазных обмоток двух других трехфазных обмоток подключены последовательно соответственно к выводам В, С, А и С, А, В.
Вместе с этим, в варианте выполнения трехфазный генератор выполнен синхронным.
В последнем приведенном варианте трехфазный генератор может быть выполнен с постоянными магнитами.
В другом варианте выполнения трехфазный генератор выполнен асинхронным с короткозамкнутым ротором.
Кроме того, коммутирующий элемент выполнен в виде трехфазного диодного моста с электронным ключом в цепи постоянного тока.
В варианте выполнения система в качестве электронного ключа содержит транзистор.
В другом варианте выполнения система в качестве электронного ключа содержит тиристор.
Технический результат использования изобретения состоит в том, что оно обеспечивает возможность создания системы для генерирования электроэнергии трехфазного переменного тока, позволяющей повысить эффективность процесса преобразования механической энергии в электрическую, расширить функциональные возможности и область использования системы. Вместе с этим, благодаря реализации в процессе преобразования механической энергии в электрическую одновременно и модуляции частоты и напряжения генерируемого трехфазного переменного тока непосредственно в трехфазных обмотках самого генератора, обеспечивается возможность повышения коэффициента полезного действия системы генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока и повышение надежности.
На фиг. 1 представлена общая схема заявляемой системы для генерирования электроэнергии трехфазного переменного тока (на схеме номера позиций для частей статора генератора условно показаны дважды); на фиг. 2 - силовая часть системы; на фиг. 3 - диаграммы формирования напряжения на статорных обмотках трехфазного генератора и на выходе системы при номинальной частоте (скорости) вращения ротора генератора; на фиг. 4 - диаграммы формирования напряжения на статорных обмотках трехфазного генератора и на выходе системы при частоте вращения ротора генератора, равной половине его номинальной частоты вращения; на фиг. 5 - диаграммы формирования напряжения на статорных обмотках трехфазного генератора и на выходе системы при частоте вращения ротора генератора, равной его удвоенной частоте вращения; на фиг. 6 - диаграммы формирования напряжения на обмотках трехфазного генератора и на выходе системы при регулировании напряжения на ее выходе. На диаграммах UA1 - напряжение, формируемое на фазных обмотках трехфазных обмоток 10, 11 части 23 статора трехфазного генератора; UB1 - напряжение, формируемое на фазных обмотках трехфазных обмоток 12, 13 части 24 статора трехфазного генератора; UC1 - напряжение, формируемое на фазных обмотках трехфазных обмоток 14, 15 части 25 статора трехфазного генератора; UA - суммарное фазное напряжение, формируемое в фазе А на выходе 22 выходных обмоток 19-21 суммирующих трансформаторов 16-18; ω - круговая частота; t - время; 29-34 - интервалы включения соответствующих электронных ключей.
В варианте осуществления изобретения система для генерирования трехфазного переменного тока содержит коммутирующие элементы 1-6, трехфазный генератор 7, включающий ротор 8, окруженный статором 9, содержащим трехфазные обмотки 10-15, которые выполнены с возможностью обеспечения совместно с коммутирующими элементами 1-6 модулирования параметров электроэнергии трехфазного переменного тока, суммирующие трехфазные трансформаторы 16-18. Одноименные фазные обмотки выходных трехфазных обмоток 19-21 суммирующих трехфазных трансформаторов 16-18 соединены последовательно в три ветви, которые объединены в схему звезда и образуют трехфазный выход 22 для подключения нагрузки.
В варианте выполнения статор 9 имеет три одинаково выполненные части 23-25, которые расположены последовательно вдоль ротора 8. Каждая из частей статора включает две трехфазные обмотки. При этом одни выводы фазных обмоток трехфазных обмоток 10-15 статора 9 подключены к соответствующим выводам А, В, С входных трехфазных обмоток 26-28 суммирующих трехфазных трансформаторов 16-18, а другие выводы фазных обмоток трехфазных обмоток 10-15 статора 9 подключены к соответствующим трехфазным обмоткам 10-15 коммутирующим элементам 1-6. На части 23 статора расположены трехфазные обмотки 10 и 11. На части 24 статора расположены трехфазные обмотки 12 и 13. На части 25 статора расположены трехфазные обмотки 14 и 15. Трехфазные обмотки 10-15 включают фазные обмотки. Начальные выводы фазных обмоток трехфазных обмоток 10, 12, 14, а также концы фазных обмоток трехфазных обмоток 11, 13, 15 подключены к соответствующим выводам А, В и С. Другие выводы фазных обмоток трехфазных обмоток 10-15 подключены к переменным входам соответствующих коммутирующих элементов 1-6, каждый из которых выполнен в виде трехфазного диодного моста с электронным ключом (29-34) в цепи постоянного тока. Коммутирующие элементы подключены к блоку 35 управления.
В другом варианте выполнения системы статор имеет две одинаково выполненных части, которые расположены последовательно вдоль ротора (не показано). При этом каждая из частей включает три трехфазных обмотки. В одной из частей статора начальные выводы фазных обмоток одной трехфазной обмотки подключены последовательно соответственно к выводам А, В и С входных трехфазных обмоток соответствующего суммирующего трехфазного трансформатора, а начальные выводы фазных обмоток двух других трехфазных обмоток подключены последовательно соответственно к выводам В, С, А и С, А, В. Причем в другой из частей статора концы фазных обмоток одной трехфазной обмотки подключены последовательно соответственно к выводам А, В и С входных трехфазных обмоток соответствующего суммирующего трехфазного трансформатора, а концы фазных обмоток двух других трехфазных обмоток подключены последовательно соответственно к выводам В, С, А и С, А, В. По сравнению с первым вариантом выполнения системы этот вариант конструктивно более простой.
В варианте выполнения система для генерирования трехфазного переменного тока в качестве электронных ключей содержит, например, транзисторы 29-34. В другом варианте выполнения система для генерирования трехфазного переменного тока в качестве электронных ключей может содержать тиристоры.
В варианте выполнения изобретения трехфазный генератор 7 выполнен, например, синхронным с постоянными магнитами. В другом варианте трехфазный генератор может быть выполнен асинхронным с короткозамкнутым ротором. Выбор конкретного типа генератора зависит от области использования системы и определяется требованиями, которые к ней предъявляются, например, по габаритам, массе, надежности, ресурсу, стоимости. Например, в авиационных системах преимущество имеют асинхронные генераторы с короткозамкнутым ротором как более надежные. Для автономных источников с использованием ДВС предпочтение отдается синхронным генераторам с постоянными магнитами
Система для генерирования электроэнергии трехфазного переменного тока работает следующим образом.
При вращении ротора 8 трехфазного генератора 7 создается вращающееся магнитное поле, частота вращения которого пропорциональна частоте вращения ротора. При этом в генераторе 7 создается электродвижущая сила и в фазных обмотках статора 9 формируется напряжение с частотой, пропорциональной частоте вращения ротора генератора. Это напряжение далее модулируется по принципу трехполосной модуляции (в варианте выполнения, когда статор трехфазного генератора имеет три части и две трехфазные обмотки на каждой из частей) или по принципу двухполосной модуляции (в варианте выполнения, когда статор трехфазного генератора имеет две части и три трехфазных обмотки на каждой из частей).
При трехполосной модуляции модулирование параметров (частоты и напряжения) трехфазного переменного тока в трехфазном генераторе 7 основано на принципе трехполосной пофазной модуляции. При этом модулирующая функция формирования выходной частоты и выходного напряжения в каждой фазе статора 9 реализуется путем циклических подключений трехфазных обмоток 10-15 трехфазного генератора 7 к суммирующим трехфазным трансформаторам 16-18 через равные интервалы времени одновременно по трем фазам по круговой диаграмме, а их (т.е. трехфазных обмоток 10-15) отключение осуществляется в пределах прямой и обратной полуволн фаз трехфазного напряжения, соответствующего фактической частоте вращения ротора 8 трехфазного генератора 7. Промодулированное в каждой части статора напряжение подается на входные трехфазные обмотки 26-28 суммирующих трехфазных трансформаторов 16-18 и далее суммируется в выходных обмотках 19-21 трех суммирующих трехфазных трансформаторов 16-18.
При двухполосной модуляции (в варианте выполнения, когда статор трехфазного генератора имеет две части и три трехфазных обмотки на каждой из частей) формирование частоты и напряжения на выходе трехфазного генератора осуществляется аналогичным образом с той лишь разницей, что размыкание нулевых точек трехфазных обмоток осуществляется в пределах следования отдельно только прямых фаз и в пределах следования только обратных фаз напряжения (по круговой диаграмме), соответствующего частоте вращения ротора. Промодулированное напряжение далее подается на входные обмотки двух суммирующих трансформаторов и суммируется в выходных обмотках этих трансформаторов.
При трехполосной модуляции коэффициент увеличения напряжения на выходе системы равен 2. Гармонический состав выходного напряжения при его регулировании сохраняется в пределах 2/3 полупериода. При этом наибольшая неполезная гармоническая составляющая одиннадцатая составляет не более 24%. Обеспечивается требуемое качество выходного напряжения при его глубоком регулировании. При двухполосной модуляции коэффициент увеличения напряжения на выходе генератора равен 1,5. Гармонический состав выходного напряжения при его регулировании сохраняется в пределах 1/3 полупериода. В сравнении с трехполосной модуляцией этот вариант конструктивно более простой, но уступает по качеству выходного напряжения при его регулировании. Форма напряжения та же, что и при трехполосной модуляции. Поэтому выбор схемно-конструктивного решения зависит от диапазона изменения нагрузки на генератор, т.е. - диапазона регулирования выходного напряжения.
Таким образом, в трехфазных обмотках статора каждой из частей статора генерируют трехфазное напряжение переменного тока с частотой, пропорциональной частоте вращения ротора, далее это напряжение модулируют по полосам соответственно по круговой диаграмме трехфазной системы в порядке следования прямых и обратных фаз путем циклических замыканий и размыканий нулевых точек трехфазных обмоток статора с частотой, равной сумме частоты вращения ротора трехфазного генератора и требуемой частоты трехфазного переменного напряжения на выходе системы, одновременно промодулированное напряжение суммируют пофазно.
Независимо от типа модуляции частота следования управляющих импульсов, поступающих от блока управления 35 на электронные ключи 29-34, определяется выражением:
fу=fвр+fт,,
где fу - частота следования управляющих импульсов, поступающих на электронные ключи 29-34, fвр - частота вращения ротора трехфазного генератора 7, fт - требуемая частота трехфазного переменного напряжения на выходе системы.
Таким образом, например, для генератора с синхронной скоростью 1500 об/мин и номинальной частотой 50 Гц, вращающегося со скоростью 750 об/мин (частота вращения ротора равна 25 Гц), частота fу (для получения на выходе устройства напряжения с частотой 50 Гц) должна быть равна 75 Гц, а при скорости вращения 3000 об/мин частота fу должна быть равна 150 Гц. Для генератора с выходной частотой 400 Гц и частотой вращения ротора генератора 1200 Гц, fу составит 1600 Гц, а при частоте вращения ротора, равной 200 Гц, fу - 600 Гц.
Количество импульсов «n» в формируемом фазном напряжении статора генератора в течение периода для каждой частоты вращения определяется выражением: n=m(fвр+fт)/fт, где m - количество трехфазных обмоток статора генератора.
Плавное регулирование напряжения на выходе генератора осуществляется за счет изменения продолжительности включенного состояния электронных ключей 29-34 (транзисторов или тиристоров).
На фиг. 3 показана диаграмма формирования напряжения в фазе А (UA) генератора при включенном состоянии ключей 29-34 в течение 90° (по круговой диаграмме). На фиг. 6 - то же при включенном состоянии ключей в течение 30° (по круговой диаграмме). Из диаграмм фиг. 3, 6 видно, что форма напряжения при его регулировании остается неизменной. Это утверждение справедливо для любой частоты вращения ротора генератора.
Простота управления, возможность стабилизации частоты трехфазного переменного тока, вырабатываемого системой, при любой частоте вращения ротора генератора (приводного двигателя генератора), возможность стабилизации напряжения на нагрузке (при ее изменении), возможность обмена энергией между нагрузкой и генератором обеспечивают заявляемой системе приспособляемость, придающую ей возможность использования в различных областях: в авиации, ветроэнергетике, автономных источниках электропитания на базе двигателей внутреннего сгорания, гидроэнергетике, устройствах гарантированного (бесперебойного) электропитания.
Таким образом благодаря особенности исполнения системы для генерирования электроэнергии трехфазного переменного тока изобретение обеспечивает возможность создания системы, позволяющей повысить эффективность процесса преобразования механической энергии в электрическую и обеспечивающей расширение ее функциональных возможностей и области использования, а также повышение коэффициента полезного действия и надежности.

Claims (9)

1. Система для генерирования электроэнергии трехфазного переменного тока, содержащая коммутирующие элементы, трехфазный генератор, включающий ротор, окруженный статором, содержащим трехфазные обмотки, которые выполнены с возможностью обеспечения совместно с соответствующими им коммутирующими элементами модулирования параметров электроэнергии трехфазного переменного тока, суммирующие трехфазные трансформаторы для подключения нагрузки, при этом одни выводы фазных обмоток трехфазных обмоток статора подключены к соответствующим выводам А, В, С входных трехфазных обмоток суммирующих трехфазных трансформаторов, а другие выводы фазных обмоток трехфазных обмоток статора подключены к соответствующим трехфазным обмоткам статора коммутирующим элементам, причем одноименные фазные обмотки выходных трехфазных обмоток суммирующих трехфазных трансформаторов соединены последовательно в три ветви, которые объединены в схему звезда и образуют трехфазный выход.
2. Система по п. 1, отличающаяся тем, что статор имеет три одинаково выполненных части, которые расположены последовательно вдоль ротора, причем каждая из частей включает две трехфазные обмотки, при этом в каждой из частей статора начальные выводы фазных обмоток одной трехфазной обмотки и концы фазных обмоток другой трехфазной обмотки подключены к соответствующим выводам А, В и С, причем фазные обмотки трехфазных обмоток одной из частей статора последовательно подключены соответственно к выводам А, В, С, а фазные обмотки трехфазных обмоток двух других частей статора последовательно подключены соответственно к выводам В, С, А и С, А, В.
3. Система по п. 1, отличающаяся тем, что статор имеет две одинаково выполненные части, которые расположены последовательно вдоль ротора, при этом каждая из частей включает три трехфазных обмотки, причем в одной из частей статора начальные выводы фазных обмоток одной трехфазной обмотки подключены последовательно соответственно к выводам А, В и С, а начальные выводы фазных обмоток двух других трехфазных обмоток подключены последовательно соответственно к выводам В, С, А и С, А, В, причем в другой из частей статора концы фазных обмоток одной трехфазной обмотки подключены последовательно соответственно к выводам А, В и С, а концы фазных обмоток двух других трехфазных обмоток подключены последовательно соответственно к выводам В, С, А и С, А, В.
4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что трехфазный генератор выполнен синхронным.
5. Система по п. 4, отличающаяся тем, что трехфазный генератор выполнен с постоянными магнитами.
6. Система по п. 1, отличающаяся тем, что трехфазный генератор выполнен асинхронным с короткозамкнутым ротором.
7. Система по п. 1, отличающаяся тем, что коммутирующий элемент выполнен в виде трехфазного диодного моста с электронным ключом в цепи постоянного тока.
8. Система по п. 7, отличающаяся тем, что в качестве электронного ключа содержит транзистор.
9. Система по п. 7, отличающаяся тем, что в качестве электронного ключа содержит тиристор.
RU2016128311A 2016-07-12 2016-07-12 Система для генерирования электроэнергии трёхфазного переменного тока RU2622898C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016128311A RU2622898C1 (ru) 2016-07-12 2016-07-12 Система для генерирования электроэнергии трёхфазного переменного тока

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016128311A RU2622898C1 (ru) 2016-07-12 2016-07-12 Система для генерирования электроэнергии трёхфазного переменного тока

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2622898C1 true RU2622898C1 (ru) 2017-06-21

Family

ID=59241236

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016128311A RU2622898C1 (ru) 2016-07-12 2016-07-12 Система для генерирования электроэнергии трёхфазного переменного тока

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2622898C1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2507670C2 (ru) * 2011-11-22 2014-02-20 Федеральное государственное унитарное предприятие Производственное объединение "Север" Система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока
RU2513113C2 (ru) * 2012-06-21 2014-04-20 Федеральное государственное унитарное предприятие Производственное объединение "Север" Система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока с инвертором напряжения
GB2511358A (en) * 2013-03-01 2014-09-03 Control Tech Ltd Drive circuit for electrical load

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2507670C2 (ru) * 2011-11-22 2014-02-20 Федеральное государственное унитарное предприятие Производственное объединение "Север" Система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока
RU2513113C2 (ru) * 2012-06-21 2014-04-20 Федеральное государственное унитарное предприятие Производственное объединение "Север" Система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока с инвертором напряжения
GB2511358A (en) * 2013-03-01 2014-09-03 Control Tech Ltd Drive circuit for electrical load

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Taib et al. Performance and efficiency control enhancement of wind power generation system based on DFIG using three-level sparse matrix converter
US9793827B2 (en) Power conversion system and method
US8045354B2 (en) Active generator control sequence
CN106537748B (zh) 具有高机器侧共模电压的电气转换器
Dabour et al. A new dual series-connected Nine-Switch Converter topology for a twelve-phase induction machine wind energy system
Kumar et al. Modified PWM technique for a multi-pulse converter fed multilevel inverter based IM drive
Von Hofen et al. Hybrid offshore HVDC converter with diode rectifier and Modular Multilevel Converter
Yaramasu et al. Modulated predictive current control of NPC converter-based PMSG wind energy system
RU2622898C1 (ru) Система для генерирования электроэнергии трёхфазного переменного тока
US11101755B2 (en) Arrangement for injecting electric power into an AC network by means of an asynchronous machine, and method for operating the asynchronous machine
Khaledian et al. Harmonic mitigation and a practical study of torque harmonics in induction motor startup
RU2582654C1 (ru) Трёхфазно-трёхфазный преобразователь частоты
Bhardwaj et al. Performance analysis of SPRS-based induction motor drive using multi-level inverter and buck-boost chopper
Turri et al. De-synchronized generator using a synchronous turbo-generator and a matrix converter
Koczara et al. Smart and decoupled power electronic generation system
Tarıq et al. Simulink based modeling, analysis and simulation of self excited induction generator for use in remote areas
RU2581629C1 (ru) Частотный электропривод
RU2507670C2 (ru) Система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока
RU2256284C1 (ru) Преобразователь частоты дьякова (варианты)
Di Gerlando et al. Analysis and comparison of different diode rectifiers solutions in grid connected WECS employing modular PMSGs
RU2521419C2 (ru) Система генерирования электрической энергии трехфазного переменного тока повышенного напряжения
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
Khan et al. Harmonics Analysis of Six-Phase Induction Motor Drive
Krishnan et al. Performance and design of a variable speed constant frequency power conversion scheme with a permanent magnet synchronous generator
Islam et al. Design and Implementation of a Matrix Converter Using Direct IGBT Switching Method