RU2724114C1 - Uninterrupted and guaranteed power supply system for electric power consumers - Google Patents

Uninterrupted and guaranteed power supply system for electric power consumers Download PDF

Info

Publication number
RU2724114C1
RU2724114C1 RU2019126485A RU2019126485A RU2724114C1 RU 2724114 C1 RU2724114 C1 RU 2724114C1 RU 2019126485 A RU2019126485 A RU 2019126485A RU 2019126485 A RU2019126485 A RU 2019126485A RU 2724114 C1 RU2724114 C1 RU 2724114C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
beginning
coil group
reel group
coil
combined
Prior art date
Application number
RU2019126485A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Иванович Богатырев
Владимир Николаевич Ванурин
Николай Сергеевич Баракин
Петр Павлович Екименко
Владимир Александрович Богдан
Адам Вячеславович Дауров
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный аграрный университет имени И.Т. Трубилина"
Priority to RU2019126485A priority Critical patent/RU2724114C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2724114C1 publication Critical patent/RU2724114C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J9/00—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting
    • H02J9/04—Circuit arrangements for emergency or stand-by power supply, e.g. for emergency lighting in which the distribution system is disconnected from the normal source and connected to a standby source

Landscapes

  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

FIELD: electrical equipment.SUBSTANCE: field of application: electrical equipment. According to the invention, the asynchronous generator has an autotransformer winding of the stator, which consists of eighteen coil groups connected in series to an external triangle, with first leads: (19), (20), (21) taken from the tops of the outer triangle, from the combined beginning of the first and the end of the fifteenth coil group, from the combined beginning of the seventh and the end of the seventeenth coil group, from the combined beginning of the thirteenth and the end of the fifth coil group, to the second coil outputs: (22), (23), (24) taken from the tops of the inner triangle, from the combined beginning of the tenth and the end of the twelfth coil group, from the combined beginning of the sixteenth and the end of the eighteenth coil group, from the combined beginning of the fourth and end of the sixth coil group, wherein end of first coil group is connected to tenth end, beginning of twelfth coil group is connected to end eighth, beginning of eighth coil group is connected to beginning of third coil, end of third coil group is connected to beginning of seventeenth, end of seventh coil group is connected to end of sixteenth, beginning of the eighteenth coil group is connected to the end of the fourteenth, the beginning of the fourteenth coil group is connected to the beginning of the ninth, the end of the ninth coil group is connected to the beginning of the fifth, the end of the thirteenth coil group is connected to the end of the fourth coil, beginning of the sixth coil group is connected to the second end, beginning of the second coil group is connected to the beginning of the eleventh, end of the eleventh coil group is connected to the beginning of the fifteenth, at that, the autotransformer winding of the stator has a coefficient of differential scattering equal to R = 0.0038, and by its first outputs through high-speed automatic circuit breaker is connected to supply network, with relay of control of active power direction, excitation capacitors and capacitors control reactive power, in zero point of which by their output is connected regulator-voltage stabilizer, and input with second outputs of stator winding, taken from vertices of internal triangle, to which output contacts for connection of load and input of frequency control and control device are also connected, and its output with base and emitter of control transistor, DC motor parallel motor, and its excitation winding through control transistor are connected to positive and negative outputs of storage battery, to which is parallel connected output of three-phase controlled rectifier with functions of charging device, input of which is connected to supply mains.EFFECT: technical result is improvement of operating characteristics of asynchronous generator due to reduction of coefficient of differential dissipation of winding, higher quality of output voltage and providing switching of load in emergency modes without breaking of sinusoid of supply voltage.1 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к электроэнергетике, в частности, к области электроснабжения ответственных потребителей электроэнергии. К ответственным потребителям можно отнести следующие основные группы: оборудование локальной вычислительной сети; системы специальной связи; технические средства спутниковой сети передачи данных; системы охраны и работа оборудования стратегических объектов и аналогичное оборудование, не допускающее разрыва синусоиды в момент включения резервного источника.The invention relates to the electric power industry, in particular, to the field of power supply for responsible consumers of electricity. Responsible consumers include the following main groups: equipment of a local computer network; special communication systems; technical means of satellite data transmission network; security systems and operation of equipment of strategic facilities and similar equipment that does not allow rupture of a sinusoid at the time of switching on the backup source.

Известны системы АВР (автоматического ввода резерва), которые обеспечивают переключение нагрузки с одного независимого источника питания на другой, осуществляя тем самым электропитание потребителей. Недостаток АВР в том, что на время переключения коммутационными аппаратами (выключателями, контакторами и т.п.) рабочего и резервного источника питания электроснабжение потребителей прерывается.Known systems ABP (automatic input reserve), which provide switching the load from one independent power source to another, thereby providing power to consumers. The drawback of the ATS is that for the time when the switching devices (switches, contactors, etc.) switch the working and backup power supply, the power supply to consumers is interrupted.

Известны статические агрегаты бесперебойного питания, основанные на преобразовании постоянного тока от выпрямителя или аккумуляторной батареи в трехфазный переменный ток. Основным узлом такого агрегата является инвертор тока или напряжения. Форма выходного напряжения инвертора содержит дополнительные гармоники тока и напряжения.Known static uninterruptible power supply units based on the conversion of direct current from a rectifier or battery into a three-phase alternating current. The main unit of such a unit is a current or voltage inverter. The inverter output voltage shape contains additional harmonics of current and voltage.

Известна система бесперебойного электропитания потребителей переменного тока и напряжения (патент RU 2208285, МПК H02J 9/04, Н02Н 5/10, Н02Н 7/06. Опубликован 10.07.2003). Эта система бесперебойного электропитания потребителей переменного тока построена с использованием асинхронных машин. Имеется схема управления системой, выполненная на контакторах.A known uninterruptible power supply system for consumers of alternating current and voltage (patent RU 2208285, IPC H02J 9/04, Н02Н 5/10, Н02Н 7/06. Published on July 10, 2003). This uninterruptible power supply system for AC consumers is built using asynchronous machines. There is a system control circuit made on contactors.

По нашему мнению, известная система имеет малую надежность и следующие существенные недостатки:In our opinion, the known system has low reliability and the following significant disadvantages:

1. При аварии, например, на линии 1 (по схеме патента), если асинхронный двигатель 9 быстро автоматически возбуждается от конденсаторов 5, то в этой линии будет постоянно присутствовать напряжение, и контактор 13 не отключится от сети, и нарушится режим работы.1. In the event of an accident, for example, on line 1 (according to the patent scheme), if the induction motor 9 is quickly automatically excited from the capacitors 5, then voltage will be constantly present in this line, and the contactor 13 will not disconnect from the network, and the operation mode will be violated.

2. При аварии в этой же линии в момент возбуждения двигателя 9 в нагрузке 3 будет выполняться пуск асинхронного двигателя, то процесс самовозбуждения не произойдет.2. In the event of an accident in the same line at the time of excitation of the motor 9 in the load 3 will start the induction motor, the process of self-excitation will not occur.

3. При работе двух асинхронных машин, например, 10 - в режиме приводного двигателя, а 9 - в режиме асинхронного генератора, частота тока за счет скольжения резко снизится.3. When two asynchronous machines are operating, for example, 10 in the drive motor mode, and 9 in the asynchronous generator mode, the current frequency due to slip will sharply decrease.

Известна «Система бесперебойного и гарантированного электроснабжения для наиболее ответственных потребителей электроэнергии» (прототип, патент RU 2518907, МПК H02J 9/04. Опубликован 10.06.14. Бюл №16).The well-known "System of uninterrupted and guaranteed power supply for the most critical consumers of electricity" (prototype, patent RU 2518907, IPC H02J 9/04. Published on 06/10/14. Bull No. 16).

Система содержит асинхронный генератор с ротором и специальными статорными обмотками с выводами, конденсаторы возбуждения и дополнительные конденсаторы возбуждения, регулятор-стабилизатор напряжения, устройство контроля и регулирования частоты, двигатель постоянного тока с обмоткой возбуждения, регулирующий элемент (транзистор), аккумуляторную батарею, трехфазный управляемый выпрямитель с функциями зарядного устройства, питающую сеть, быстродействующий автоматический выключатель, реле направления активной мощности.The system contains an asynchronous generator with a rotor and special stator windings with leads, field capacitors and additional field capacitors, a voltage regulator, a frequency control and regulation device, a DC motor with a field winding, a regulating element (transistor), a battery, a three-phase controlled rectifier with charger functions, mains supply, high-speed circuit breaker, active power direction switch.

Недостатком известной системы является:A disadvantage of the known system is:

1. Сложная схема обмотки асинхронного генератора.1. A complex circuit of the winding of an asynchronous generator.

2. Недостаток известной обмотки в том, что она характеризуется повышенным коэффициентом дифференциального рассеяния из-за наличия нечетных и четных высших гармоник магнитодвижущей силы (МДС), что снижает эксплуатационные характеристики генератора.2. The disadvantage of the known winding is that it is characterized by an increased coefficient of differential scattering due to the presence of odd and even higher harmonics of the magnetomotive force (MDS), which reduces the operational characteristics of the generator.

Техническим результатом изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик асинхронного генератора за счет уменьшения коэффициента дифференциального рассеяния обмотки, повышение качества выходного напряжения и обеспечение коммутации нагрузки в аварийных режимах без разрыва синусоиды питающего напряжения.The technical result of the invention is to improve the operational characteristics of an asynchronous generator by reducing the coefficient of differential scattering of the winding, improving the quality of the output voltage and providing switching load in emergency conditions without breaking the sine wave of the supply voltage.

Технический результат изобретения достигается тем, что в системе бесперебойного и гарантированного электроснабжения для потребителей электроэнергии, содержащая двигатель постоянного тока с обмоткой возбуждения, соединенный с валом асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором и обмотками статора с выводами, конденсаторы возбуждения и регулирования, регулятор-стабилизатор напряжения, устройство контроля и регулирования частоты, регулирующий транзистор, аккумуляторную батарею, трехфазный управляемый выпрямитель с функциями зарядного устройства, питающую сеть, быстродействующий автоматический выключатель, реле направления активной мощности согласно изобретению асинхронный генератор выполнен с автотрансформаторной обмоткой статора, которая состоит из восемнадцати катушечных групп, соединенных последовательно во внешний треугольник, с первыми выводами: (19), (20), (21) взятыми от вершин внешнего треугольника из объединенных начала первой и конца пятнадцатой катушечной группы, из объединенных начала седьмой и конца семнадцатой катушечной группы, из объединенных начала тринадцатой и конца пятой катушечной группы, со вторыми выводами: (22), (23), (24) взятыми от вершин внутреннего треугольника из объединенных начала десятой и конца двенадцатой катушечной группы, из объединенных начала шестнадцатой и конца восемнадцатой катушечной группы, из объединенных начала четвертой и конца шестой катушечной группы, при этом конец первой катушечной группы соединен с концом десятой, начало двенадцатой катушечной группы соединено с концом восьмой, начало восьмой катушечной группы соединено с началом третьей, конец третьей катушечной группы соединен с началом с началом семнадцатой, конец седьмой катушечной группы соединен с концом шестнадцатой, начало восемнадцатой катушечной группы соединено с концом четырнадцатой, начало четырнадцатой катушечной группы соединено с началом девятой, конец девятой катушечной группы соединен с началом пятой, конец тринадцатой катушечной группы соединен с концом четвертой, начало шестой катушечной группы соединено с концом второй, The technical result of the invention is achieved in that in an uninterrupted and guaranteed power supply system for electricity consumers, comprising a direct current motor with a field winding, connected to a shaft of an asynchronous generator with a squirrel-cage rotor and stator windings with leads, field and capacitors, voltage regulator-stabilizer, device frequency control and regulation, regulating transistor, battery, three-phase controlled rectifier with charger functions, mains supply, high-speed circuit breaker, active power direction relay according to the invention, the asynchronous generator is made with an autotransformer stator winding, which consists of eighteen coil groups connected in series outer triangle, with the first conclusions: (19), (20), (21) taken from the vertices of the outer triangle from the combined beginning of the first and the end of the fifteenth coil group, from the the beginning of the seventh and end of the seventeenth reel group, from the combined beginnings of the thirteenth and end of the fifth reel group, with the second conclusions: (22), (23), (24) taken from the vertices of the inner triangle from the united beginnings of the tenth and end of the twelfth reel group, from united beginning of the sixteenth and end of the eighteenth reel group, from the combined beginning of the fourth and end of the sixth reel group, with the end of the first reel group connected to the end of the tenth, the beginning of the twelfth reel group connected to the end of the eighth, the beginning of the eighth reel group connected to the beginning of the third, end of the third the reel group is connected to the beginning at the beginning of the seventeenth, the end of the seventh reel group is connected to the end of the sixteenth, the beginning of the eighteenth reel group is connected to the end of the fourteenth, the beginning of the fourteenth reel group is connected to the beginning of the ninth, the end of the ninth reel group is connected to the beginning of the fifth, the end of the thirteenth reel group is connectedwith the end of the fourth, the beginning of the sixth reel group is connected to the end of the second,

начало второй катушечной группы соединено с началом одиннадцатой, конец одиннадцатой катушечной группы соединен с началом пятнадцатой, при этом автотрансформаторная обмотка статора имеет коэффициент дифференциального рассеяния равный Rд=0,0038 и своими первыми выводами через быстродействующий автоматический выключатель соединена с питающей сетью, с реле контроля направления активной мощности, конденсаторрами возбуждения и конденсаторами регулирования реактивной мощности, в нулевой точке которых своим выходом соединен регулятор-стабилизатор напряжения, а входом со вторыми выводами обмотки статора, взятыми от вершин внутреннего треугольника, к которым также подключены выходные контакты для подключения нагрузки и вход устройства контроля и регулирования частоты, а его выход с базой и эмиттером регулирующего транзистора, якорь двигателя постоянного тока параллельно, а его обмотка возбуждения через регулирующий транзистор соединена с положительным и отрицательным выводами аккумуляторной батареей, к которой параллельно присоединен выход трехфазного управляемого выпрямителя с функциями зарядного устройства, вход которого соединен с питающей сетью.the beginning of the second coil group is connected to the beginning of the eleventh, the end of the eleventh coil group is connected to the beginning of the fifteenth, while the autotransformer stator winding has a differential scattering coefficient of R d = 0.0038 and is connected to the mains via a high-speed circuit breaker with a control relay directions of active power, excitation capacitors and reactive power regulation capacitors, at the zero point of which a voltage regulator-stabilizer is connected by its output, and by an input to the second terminals of the stator winding taken from the vertices of the inner triangle, to which output contacts for connecting the load and the device input are also connected frequency control and regulation, and its output with the base and emitter of the control transistor, the DC motor armature in parallel, and its field winding through the control transistor is connected to the positive and negative terminals of the battery a battery to which the output of a three-phase controlled rectifier is connected in parallel with the functions of a charger, the input of which is connected to the supply network.

Новизна заявляемого предложения обусловлена тем, что за счет конструктивных особенностей, а именно асинхронный генератор выполнен с автотрансформаторной обмоткой статора которая состоит из восемнадцати катушечных групп соединенных во внешний треугольник, с первыми выводами: девятнадцать, двадцать, двадцать один взятыми от вершин внешнего треугольника из объединенных начала первой и конца пятнадцатой катушечной группы, из объединенных начала седьмой и конца семнадцатой катушечной группы, из объединенных начала тринадцатой и конца пятой катушечной группы, со вторыми выводами: двадцать два, двадцать три, двадцать четыре взятыми от вершин внутреннего треугольника из объединенных начала десятой и конца двенадцатой катушечной группы, из объединенных начала шестнадцатой и конца восемнадцатой катушечной группы, из объединенных начала четвертой и конца шестой катушечной группы, при этом конец первой катушечной группы соединен с концом десятой, начало двенадцатой катушечной группы соединен с концом восьмой, начало восьмой катушечной группы соединен с началом третьей, конец третьей катушечной группы соединен с началом с началом семнадцатой, конец седьмой катушечной группы соединен с концом шестнадцатой, начало восемнадцатой катушечной группы соединен с концом четырнадцатой, начало четырнадцатой катушечной группы соединен с началом девятой, конец девятой катушечной группы соединен с началом пятой, конец тринадцатой катушечной группы соединен с концом четвертой, начало шестой катушечной группы соединен с концом второй, начало второй катушечной группы соединен с началом одиннадцатой, конец одиннадцатой катушечной группы соединен с началом пятнадцатой, при этом коэффициент дифференциального рассеяния обмотки составляет Rд=0,0038, дополнительно обмотка статора своими первыми выводами через быстродействующий автоматический выключатель, соединена с питающей сетью, и к этим выводам присоединено и реле контроля направления активной мощности, конденсаторы возбуждения и конденсаторы регулирования реактивной мощности, в нулевой точке, которых своим выходом соединен регулятор-стабилизатор напряжения, а входом со вторыми выводами, взятыми от вершин внутреннего треугольника, к которым также подключены выходные контакты для подключения нагрузки и вход устройство контроля и регулирования частоты, а его выход с базой регулирующего элемента (транзистора), якорь двигателя постоянного тока непосредственно, а его обмотка возбуждения через регулирующий элемент (транзистор) соединена с выводами аккумуляторной батареей, к которой присоединен и выход трехфазного управляемого выпрямителя с функциями зарядного устройства, вход которого соединен с питающей сетью.The novelty of the proposed proposal is due to the fact that due to design features, namely the asynchronous generator is made with an autotransformer stator winding which consists of eighteen coil groups connected to an external triangle, with the first conclusions: nineteen, twenty, twenty-one taken from the vertices of the outer triangle from the united beginning the first and the end of the fifteenth reel group, from the combined beginning of the seventh and the end of the seventeenth reel group, from the combined beginnings of the thirteenth and end of the fifth reel group, with the second conclusions: twenty two, twenty three, twenty four taken from the vertices of the inner triangle from the combined beginning of the tenth and end the twelfth reel group, from the combined beginning of the sixteenth and the end of the eighteenth reel group, from the combined beginnings of the fourth and the end of the sixth reel group, with the end of the first reel group connected to the end of the tenth, the beginning of the twelfth reel group connected to the end 8th, the beginning of the eighth reel group is connected to the beginning of the third, the end of the third reel group is connected to the beginning at the beginning of the seventeenth, the end of the seventh reel group is connected to the end of the sixteenth, the beginning of the eighteenth reel group is connected to the end of sixteenth, the beginning of the fourteenth reel group is connected to the beginning of the ninth, the end of the ninth coil group is connected to the beginning of the fifth, the end of the thirteenth coil group is connected to the end of the fourth, the beginning of the sixth coil group is connected to the end of the second, the beginning of the second coil group is connected to the beginning of the eleventh, the end of the eleventh coil group is connected to the beginning of the fifteenth, while the differential scattering coefficient the winding is R d = 0.0038, in addition, the stator winding with its first leads through a high-speed circuit breaker is connected to the mains, and to these conclusions are connected and relays for monitoring the direction of active power, field capacitors and capacitors walk of reactive power, at the zero point, of which the voltage regulator-stabilizer is connected by its output, and by the input with the second conclusions taken from the vertices of the inner triangle, to which the output contacts for connecting the load and the input of the frequency control and regulation device are connected, and its output with the base of the regulating element (transistor), the DC motor armature directly, and its field winding through the regulating element (transistor) is connected to the terminals by a battery, to which is connected the output of a three-phase controlled rectifier with the functions of a charger, the input of which is connected to the mains.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фигуре 1 показана схема обмотки статора асинхронного генератора-автотрансформатора для тридцати шести пазов в двухслойном исполнении из восемнадцати катушечных групп. На фигуре 2 - приведена форма магнитодвижущая сила (МДС) и диаграмма Гергеса (стороны катушек фазы А обозначены квадратом, фазы В - треугольником и фазы С - кругом, входящий ток обозначен «плюсом», выходящий ток - «точкой». На фигуре 3 приведена схема соединения катушечных групп и связь асинхронного генератора-автотрансформатора с сетью и нагрузкой. На фигуре «Н» и «К» - начало и конец катушечных групп с первой по восемнадцатую. На фигуре 4 приведена векторная диаграмма напряжений асинхронного генератора-автотрансформатора. На фигуре 5 приведена схема системы бесперебойного и гарантированного электроснабжения для наиболее ответственных потребителей электроэнергии.The invention is illustrated by drawings, where figure 1 shows a diagram of the stator winding of an asynchronous generator-autotransformer for thirty-six grooves in a two-layer design of eighteen coil groups. Figure 2 - shows the shape of the magnetomotive force (MDS) and the Gerges diagram (the sides of the phase A coils are indicated by a square, phase B by a triangle and phase C by a circle, the incoming current is indicated by a "plus", the output current by a "dot". Figure 3 shows connection diagram of the coil groups and the connection of the asynchronous generator-autotransformer with the network and the load. In the figure "H" and "K" - the beginning and end of the coil groups from the first to the eighteenth. Figure 4 shows a vector diagram of the voltages of the asynchronous generator-autotransformer. The scheme of a system of uninterrupted and guaranteed power supply for the most responsible consumers of electricity.

Согласно фигуре 1 и 2 радиус основной гармоники МДС, полярный момент инерции пазовых вершин диаграммы Гергеса и значение коэффициента дифференциального рассеяния при включении обмотки асинхронного генератора-автотрансформатора в сеть 380 В:According to figure 1 and 2, the radius of the main harmonic of the MDS, the polar moment of inertia of the groove vertices of the Gerges diagram and the value of the differential scattering coefficient when the winding of the asynchronous generator-autotransformer in the 380 V network:

Figure 00000001
Figure 00000001

Форма магнитодвижущей силы (МДС) и диаграмма Гергеса обмотки асинхронного генератора-автотрансформатора (стороны катушек фазы А обозначены квадратом, фазы В - треугольником и фазы С - кругом, входящий ток обозначен «плюсом», выходящий ток - «точкой».The shape of the magnetomotive force (MDS) and the Gerges diagram of the winding of an asynchronous autotransformer (the sides of the phase A coils are indicated by a square, phase B by a triangle and phase C by a circle, the incoming current is indicated by a “plus”, the output current is indicated by a “point”.

Небольшой коэффициент дифференциального рассеяния и симметричная диаграммы Гергеса свидетельствует о высоком качестве обмотки и малой величине высших гармоник.The small coefficient of differential scattering and the symmetrical Gerges diagram testifies to the high quality of the winding and the small value of the higher harmonics.

На фигуре 3 приведена схема соединения катушечных групп обмотки статора и связь асинхронного генератора-автотрансформатора (АГ-А) с сетью и нагрузкой.The figure 3 shows the connection diagram of the coil groups of the stator winding and the connection of the asynchronous generator-autotransformer (AG-A) with the network and the load.

Обмотка статора асинхронного генератора-автотрансформатора состоит из восемнадцати катушечных групп, соединенных во внешний треугольник, с первыми выводами: девятнадцать, двадцать, двадцать один, взятыми от вершин внешнего треугольника из объединенных начала первой и конца пятнадцатой катушечной группы, из объединенных начала седьмой и конца семнадцатой катушечной группы, из объединенных начала тринадцатой и конца пятой катушечной группы, со вторыми выводами: двадцать два, двадцать три, двадцать четыре, взятыми от вершин внутреннего треугольника из объединенных начала десятой и конца двенадцатой катушечной группы, из объединенных начала шестнадцатой и конца восемнадцатой катушечной группы, из объединенных начала четвертой и конца шестой катушечной группы, при этом конец первой катушечной группы соединен с концом десятой, начало двенадцатой с концом восьмой, начало восьмой с началом третьей, конец третьей с началом семнадцатой, конец седьмой катушечной группы соединен с концом шестнадцатой, начало восемнадцатой с концом четырнадцатой, начало четырнадцатой с началом девятой, конец девятой с началом пятой, конец тринадцатой катушечной группы соединен с концом четвертой, начало шестой с концом второй, начало второй с началом одиннадцатой, конец одиннадцатой с началом пятнадцатой, при этом коэффициент дифференциального рассеяния обмотки составляет Rд=0,0038.The stator winding of an asynchronous autotransformer consists of eighteen coil groups connected to an external triangle, with the first conclusions: nineteen, twenty, twenty one, taken from the vertices of the outer triangle from the combined beginning of the first and end of the fifteenth coil group, from the combined beginning of the seventh and end of the seventeenth coil group, from the combined beginning of the thirteenth and end of the fifth coil group, with the second conclusions: twenty two, twenty three, twenty four, taken from the vertices of the inner triangle from the combined beginning of the tenth and end of the twelfth coil group, from the combined beginning of the sixteenth and end of the eighteenth coil group , from the combined beginning of the fourth and end of the sixth reel group, with the end of the first reel group connected to the end of the tenth, the beginning of the twelfth with the end of the eighth, the beginning of the eighth with the beginning of the third, the end of the third with the beginning of the seventeenth, the end of the seventh reel group connected to the end of the sixteenth one, the beginning of the eighteenth with the end of the fourteenth, the beginning of the fourteenth with the beginning of the ninth, the end of the ninth with the beginning of the fifth, the end of the thirteenth reel group connected to the end of the fourth, the beginning of the sixth with the end of the second, the beginning of the second with the beginning of the eleventh, the end of the eleventh with the beginning of the fifteenth, with the coefficient differential scattering of the winding is R d = 0,0038.

На фигуре 4 приведена векторная диаграмма напряжений асинхронного генератора-автотрансформатора. На векторной диаграмме: Iμ - ток намагничивания; Iнагр - ток нагрузки.The figure 4 shows a vector voltage diagram of an asynchronous generator-autotransformer. In the vector diagram: I μ - magnetization current; I LOAD - load current.

Система (фиг. 5) содержит асинхронный генератор-автотрансформатор с обмоткой статора из 1-ой по 18-ю катушечные группы, соединенные во внешний треугольник, с первыми выводами: 19, 20, 21, взятыми от вершин внешнего треугольника и вторыми выводами: 22, 23, 24, взятыми от вершин внутреннего треугольника, с ротором 25, который жестко соединен с валом двигателя постоянного тока 26, имеющий обмотку возбуждения 27, регулирующий элемент (например, транзистор) 28, аккумуляторную батарею 29, трехфазный управляемый выпрямитель с функциями зарядного устройства 30, питающую сеть 31, быстродействующий автоматический выключатель 32, реле контроля направления активной мощности 33, конденсаторы возбуждения 34, конденсаторы регулирования реактивной мощности 35, регулятор-стабилизатор напряжения 36, устройство контроля и регулирования частоты 37, выходные контакты 38 для подключения нагрузки.The system (Fig. 5) contains an asynchronous autotransformer with a stator winding from the 1st to the 18th coil groups connected to an external triangle, with the first conclusions: 19, 20, 21, taken from the vertices of the external triangle and the second conclusions: 22 , 23, 24, taken from the vertices of the inner triangle, with a rotor 25, which is rigidly connected to the shaft of the DC motor 26, having an excitation winding 27, a regulating element (for example, a transistor) 28, a battery 29, a three-phase controlled rectifier with charger functions 30, mains supply 31, high-speed circuit breaker 32, active power direction control relay 33, field capacitors 34, reactive power control capacitors 35, voltage regulator-regulator 36, frequency control and regulation device 37, output contacts 38 for connecting the load.

Обмотка статора АГ-А, соединенная во внешний треугольник своими первыми выводами 19, 20, 21 через быстродействующий автоматический выключатель 32, соединена с питающей сетью 31. К этим выводам присоединено и реле контроля направления активной мощности 33, конденсаторы возбуждения 34, конденсаторы регулирования реактивной мощности 35, в нулевой точке, которых своим выходом соединен регулятор-стабилизатор напряжения 36, а входом со вторыми выводами 22, 23, 24, взятыми от вершин внутреннего треугольника, к которым также подключены выходные контакты 38 для подключения нагрузки и вход устройство контроля и регулирования частоты 37, а его выход с базой регулирующего элемента (транзистора) 28.The stator winding AG-A, connected to the external triangle by its first terminals 19, 20, 21 through a high-speed circuit breaker 32, is connected to the supply network 31. Relays for monitoring the direction of active power 33, excitation capacitors 34, and reactive power control capacitors are connected to these conclusions 35, at the zero point, of which the voltage regulator-stabilizer 36 is connected by its output, and by the input with the second terminals 22, 23, 24 taken from the vertices of the inner triangle, to which the output contacts 38 for connecting the load and the input of the frequency control and regulation device are also connected 37, and its output with the base of the regulatory element (transistor) 28.

Якорь двигателя постоянного тока 26 непосредственно, а его обмотка возбуждения 27 через регулирующий элемент (транзистор) 28 соединена с выводами аккумуляторной батареей 29, к которой присоединен и выход трехфазного управляемого выпрямителя с функциями зарядного устройства 30, вход которого соединен с питающей сетью 31.The armature of the DC motor 26 is directly, and its field winding 27 is connected through the regulating element (transistor) 28 to the terminals of the battery 29, to which is connected the output of a three-phase controlled rectifier with the functions of a charger 30, the input of which is connected to the supply network 31.

Конденсаторы возбуждения 34 выбираются из условия компенсировать реактивную составляющую АГ-А при работе на холостом ходу.Excitation capacitors 34 are selected from the condition of compensating the reactive component of AG-A when idling.

Конденсаторы регулирования реактивной мощности 35 рассчитаны на компенсацию реактивной составляющей нагрузки и генератора при автономном режиме работы.Reactive power control capacitors 35 are designed to compensate for the reactive component of the load and the generator during stand-alone operation.

Регулятор-стабилизатор напряжения 36 в функции величины выходного напряжения на нагрузке (вторые выводы 22, 23, 24) изменяет величину емкостного тока дополнительных конденсаторов 35, тем самым стабилизирует напряжение на нагрузке.The voltage regulator-stabilizer 36 as a function of the magnitude of the output voltage at the load (second terminals 22, 23, 24) changes the capacitive current of the additional capacitors 35, thereby stabilizing the voltage at the load.

Устройство контроля и регулирования частоты 37 изменяет ток возбуждения в обмотке 27 двигателя постоянного тока 26 в функции частоты тока нагрузки на вторых выводах 22, 23, 24 обмотки АГ-А. При снижении частоты тока на нагрузке уменьшается ток возбуждения в обмотке 27, при постоянном напряжении на якоре двигателя 26, увеличивается его скорость (частота) вращения. Происходит регулирование скорости вращения двигателя постоянного тока изменением магнитного потока.The frequency monitoring and control device 37 changes the excitation current in the winding 27 of the DC motor 26 as a function of the frequency of the load current at the second terminals 22, 23, 24 of the AG-A winding. With a decrease in the frequency of the current at the load, the excitation current in the winding 27 decreases, with a constant voltage at the armature of the motor 26, its rotation speed (frequency) increases. There is a regulation of the rotation speed of the DC motor by changing the magnetic flux.

Реле направления активной мощности может быть типа РМ-11, РМ-12 с повышенным быстродействием (время срабатывания не более 0,03 секунды).The active power direction relay can be of the type РМ-11, РМ-12 with increased speed (response time no more than 0.03 seconds).

Трехфазный управляемый выпрямитель 30 с функциями зарядного устройства имеет ограничение (по току заряда) и устройство стабилизации выходного напряжения, равного напряжению холостого хода аккумуляторной батареи 29. Это напряжение поддерживается и на зажимах якоря двигателя 26.A three-phase controlled rectifier 30 with the functions of a charger has a limitation (in charge current) and a device for stabilizing the output voltage equal to the open circuit voltage of the battery 29. This voltage is also maintained at the terminals of the motor armature 26.

Система бесперебойного и гарантированного электроснабжения для потребителей электроэнергии работает следующим образом.The system of uninterrupted and guaranteed power supply for electricity consumers works as follows.

Штатный режим. При подаче напряжения на зажимы питающей сети 31 на выходе трехфазного управляемого выпрямителя 30 с функциями зарядного устройства появляется заданное напряжение, согласованное с номинальным напряжением аккумуляторной батареей 29 и номинальным напряжением якоря двигателя постоянного тока 26. Транзистор 28 открыт, и по обмотке возбуждения 27 проходит номинальный ток. Двигатель постоянного тока 26 разгоняется до скорости (частоты) вращения, например, 3000 мин-1 (314 с-1). С такой же скоростью вращается и ротор асинхронного генератора-автотрансформатора 25.Regular mode. When voltage is applied to the terminals of the supply network 31, a predetermined voltage appears at the output of the three-phase controlled rectifier 30 with the functions of a charger, which is consistent with the rated voltage of the battery 29 and the rated voltage of the armature of the DC motor 26. The transistor 28 is open, and the rated current passes through the field winding 27 . The DC motor 26 accelerates to a speed (frequency) of rotation, for example, 3000 min -1 (314 s -1 ). At the same speed, the rotor of the asynchronous autotransformer 25 rotates.

Одновременно напряжение питающей сети 31 через контакты быстродействующего автоматического выключателя 32, реле направления активной мощности 33 поступает на первые выводы 19, 20, 21 вершины внешнего треугольника специальных обмоток статора АГ-А, на конденсаторы возбуждения 34 и конденсаторы регулирования реактивной мощности 35. Поскольку ротор 25 АГ-А вращается с синхронной скоростью вращения магнитного поля, по обмоткам статора проходит реактивный ток (мощность) намагничивания и активная составляющая тока, пропорциональная потерям в стали на перемагничивание. Реактивный (емкостный ток) также поступает от конденсаторов возбуждения 34 и конденсаторов регулирования реактивной мощности 35.At the same time, the voltage of the supply network 31 through the contacts of the high-speed circuit breaker 32, the active power direction switch 33 is supplied to the first conclusions 19, 20, 21 of the top of the outer triangle of the special stator windings AG-A, to the field capacitors 34 and reactive power control capacitors 35. Since the rotor 25 AG-A rotates with a synchronous rotation speed of the magnetic field, the magnetizing reactive current (power) and the active component of the current, proportional to the magnetization reversal losses in the steel, pass through the stator windings. Reactive (capacitive current) also comes from field capacitors 34 and reactive power control capacitors 35.

При подключении нагрузки ко вторым выводам 22, 23, 24 АГ-А работает как понижающий автотрансформатор, передавая мощность от питающей сети 31 к нагрузке с минимальными потерями.When the load is connected to the second terminals 22, 23, 24, the AG-A works as a step-down autotransformer, transmitting power from the supply network 31 to the load with minimal losses.

Аварийный режим. Исчезает напряжение в питающей сети 31. Ротор 25 продолжает вращаться от двигателя постоянного тока 26 и АГ-А переходит в автономный режим с возбуждением от конденсаторов возбуждения 34 и конденсаторов регулирования реактивной мощности 35.Emergency mode. The voltage in the supply network 31 disappears. The rotor 25 continues to rotate from the DC motor 26 and the AG-A goes into autonomous mode with excitation from the excitation capacitors 34 and the reactive power control capacitors 35.

На выводах 38 и нагрузке напряжение не исчезает и не изменяется. Реле направления активной мощности 33 реагирует на изменение потока мощности (подключен трехфазный управляемый выпрямитель 30 с функциями зарядного устройства или другая нагрузка) и подает сигнал на контакты быстродействующего автоматического выключателя 32, который быстро отключает питающую сеть 31 со всеми токоприемниками. Двигатель постоянного тока 26 переходит на питание от аккумуляторной батареи 29. Частота его вращения и частота тока асинхронного генератора-автотрансформатора снижаются, устройство контроля и регулирования частоты 37 реагирует на это и изменяет ток возбуждения в обмотке 27 двигателя постоянного тока 26 в функции частоты тока нагрузки. Частота вращения двигателя и частота тока АГ-А и нагрузки стабилизируются.At terminals 38 and the load, the voltage does not disappear and does not change. The active power direction switch 33 responds to a change in the power flow (a three-phase controlled rectifier 30 with charger functions or another load is connected) and sends a signal to the contacts of the high-speed circuit breaker 32, which quickly disconnects the power supply 31 with all current collectors. The DC motor 26 is powered by a battery 29. Its rotation speed and the current frequency of the asynchronous autotransformer are reduced, the frequency monitoring and control device 37 responds to this and changes the excitation current in the winding 27 of the DC motor 26 as a function of the frequency of the load current. The engine speed and the AG-A current frequency and load are stabilized.

При изменении величины нагрузки напряжение на контактах 38 и выводах 22, 23, 24 уменьшается. На это реагирует регулятор-стабилизатор напряжения 36, который автоматически при снижении напряжения увеличивает емкостный ток конденсаторов регулирования реактивной мощности 35. Так происходит стабилизация напряжения на нагрузке.With a change in the magnitude of the load, the voltage at pins 38 and pins 22, 23, 24 decreases. The voltage regulator-stabilizer 36 reacts to this, which automatically, when the voltage decreases, increases the capacitive current of the reactive power control capacitors 35. This is how the voltage stabilizes at the load.

При появлении напряжения на питающей линии 31 от датчика контроля сети (на схеме не показан) включается быстродействующий автоматический выключатель 32 и система бесперебойного и гарантированного электроснабжения переходит в штатный режим работы.When voltage appears on the supply line 31 from the network monitoring sensor (not shown in the diagram), a high-speed circuit breaker 32 is turned on and the uninterrupted and guaranteed power supply system switches to the normal operation mode.

Достоинства предлагаемого технического решения.Advantages of the proposed technical solution.

При работе в штатном режиме асинхронный генератор-автотрансформатор потребляет реактивный (емкостной ток) от конденсаторов возбуждения 34 и 35, тем самым разгружая питающую сеть 31. За счет этого емкостного тока, регулятор-стабилизатор напряжения 36 поддерживает неизменным напряжение на нагрузке 38 даже в штатном режиме при питании от сети 31.When operating in the normal mode, the asynchronous generator-autotransformer consumes reactive (capacitive current) from the excitation capacitors 34 and 35, thereby unloading the supply network 31. Due to this capacitive current, the voltage regulator-regulator 36 maintains the voltage at the load 38 unchanged even in the normal mode when powered by mains 31.

Поскольку по обмоткам статора постоянно циркулирует емкостный ток, то в аварийных режимах (и при переходе в штатный режим) синусоида напряжения на нагрузке не прерывается, что очень важно для ответственных потребителей электрической энергии.Since capacitive current is constantly circulating through the stator windings, in emergency modes (and when switching to normal mode) the sinusoid of the voltage at the load does not interrupt, which is very important for responsible consumers of electric energy.

За счет симметричного ротора асинхронного генератора-автотрансформатора на нагрузке поддерживается стабильное напряжение даже при двухфазной или не симметричной нагрузке.Due to the symmetrical rotor of the asynchronous generator-autotransformer, a stable voltage is maintained at the load even with a two-phase or non-symmetrical load.

Claims (1)

Система бесперебойного и гарантированного электроснабжения для потребителей электроэнергии, содержащая двигатель постоянного тока с обмоткой возбуждения, соединенный с валом асинхронного генератора с короткозамкнутым ротором и обмотками статора с выводами, конденсаторы возбуждения и регулирования, регулятор-стабилизатор напряжения, устройство контроля и регулирования частоты, регулирующий транзистор, аккумуляторную батарею, трехфазный управляемый выпрямитель с функциями зарядного устройства, питающую сеть, быстродействующий автоматический выключатель, реле направления активной мощности, отличающаяся тем, что асинхронный генератор выполнен с автотрансформаторной обмоткой статора, которая состоит из восемнадцати катушечных групп, соединенных последовательно во внешний треугольник, с первыми выводами: (19), (20), (21), взятыми от вершин внешнего треугольника, из объединенных начала первой и конца пятнадцатой катушечной группы, из объединенных начала седьмой и конца семнадцатой катушечной группы, из объединенных начала тринадцатой и конца пятой катушечной группы, со вторыми выводами: (22), (23), (24), взятыми от вершин внутреннего треугольника, из объединенных начала десятой и конца двенадцатой катушечной группы, из объединенных начала шестнадцатой и конца восемнадцатой катушечной группы, из объединенных начала четвертой и конца шестой катушечной группы, при этом конец первой катушечной группы соединен с концом десятой, начало двенадцатой катушечной группы соединено с концом восьмой, начало восьмой катушечной группы соединено с началом третьей, конец третьей катушечной группы соединен с началом семнадцатой, конец седьмой катушечной группы соединен с концом шестнадцатой, начало восемнадцатой катушечной группы соединено с концом четырнадцатой, начало четырнадцатой катушечной группы соединено с началом девятой, конец девятой катушечной группы соединен с началом пятой, конец тринадцатой катушечной группы соединен с концом четвертой, начало шестой катушечной группы соединено с концом второй, начало второй катушечной группы соединено с началом одиннадцатой, конец одиннадцатой катушечной группы соединен с началом пятнадцатой, при этом автотрансформаторная обмотка статора имеет коэффициент дифференциального рассеяния, равный Rд=0,0038, и своими первыми выводами через быстродействующий автоматический выключатель соединена с питающей сетью, с реле контроля направления активной мощности, конденсаторами возбуждения и конденсаторами регулирования реактивной мощности, в нулевой точке которых своим выходом соединен регулятор-стабилизатор напряжения, а входом со вторыми выводами обмотки статора, взятыми от вершин внутреннего треугольника, к которым также подключены выходные контакты для подключения нагрузки и вход устройства контроля и регулирования частоты, а его выход с базой и эмиттером регулирующего транзистора, якорь двигателя постоянного тока параллельно, а его обмотка возбуждения через регулирующий транзистор соединены с положительным и отрицательным выводами аккумуляторной батареи, к которой параллельно присоединен выход трехфазного управляемого выпрямителя с функциями зарядного устройства, вход которого соединен с питающей сетью.An uninterrupted and guaranteed power supply system for consumers of electricity, comprising a DC motor with an excitation winding, connected to the shaft of an asynchronous generator with a squirrel-cage rotor and stator windings with leads, excitation and regulation capacitors, a voltage regulator, a frequency control and regulation device, a transistor, a battery, a three-phase controlled rectifier with charger functions, a mains supply, a high-speed circuit breaker, an active power direction switch, characterized in that the asynchronous generator is made with an autotransformer stator winding, which consists of eighteen coil groups connected in series into an external triangle, with the first conclusions: (19), (20), (21), taken from the vertices of the outer triangle, from the combined beginning of the first and the end of the fifteenth reel group, from the combined beginning of the seventh and the end of the seventeenth reel groups, from the combined beginning of the thirteenth and end of the fifth reel group, with the second conclusions: (22), (23), (24), taken from the vertices of the inner triangle, from the combined beginning of the tenth and end of the twelfth coil group, from the combined beginning of the sixteenth and end the eighteenth reel group, from the combined beginning of the fourth and end of the sixth reel group, with the end of the first reel group connected to the end of the tenth, the beginning of the twelfth reel group connected to the end of the eighth, the beginning of the eighth reel group connected to the beginning of the third, the end of the third reel group connected to the beginning seventeenth, the end of the seventh reel group is connected to the end of the sixteenth, the beginning of the eighteenth reel group is connected to the end of the fourteenth, the beginning of the fourteenth reel group is connected to the beginning of the ninth, the end of the ninth reel group is connected to the beginning of the fifth, the end of the thirteenth reel group is connected to the end of the fourth, the beginning of the sixth reel groups connected with the end of the second, the beginning of the second coil group is connected with the beginning of the eleventh, the end of the eleventh coil group is connected with the beginning of the fifteenth, while the autotransformer stator winding has a differential scattering coefficient equal to R d = 0.0038, and with its first conclusions through a high-speed circuit breaker is connected to mains supply, with a relay for controlling the direction of active power, field capacitors and reactive power regulation capacitors, at the zero point of which a voltage regulator-stabilizer is connected by its output, and by an input with second stator winding leads taken from the vertices of the internal triangle, to which output contacts are also connected for connecting the load and the input of the frequency control and regulation device, and its output with the base and emitter of the control transistor, the DC motor armature in parallel, and its field winding through the control transistor connected to the positive and negative output the battery, to which the output of a three-phase controlled rectifier is connected in parallel with the functions of a charger, the input of which is connected to the supply network.
RU2019126485A 2019-08-20 2019-08-20 Uninterrupted and guaranteed power supply system for electric power consumers RU2724114C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019126485A RU2724114C1 (en) 2019-08-20 2019-08-20 Uninterrupted and guaranteed power supply system for electric power consumers

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019126485A RU2724114C1 (en) 2019-08-20 2019-08-20 Uninterrupted and guaranteed power supply system for electric power consumers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2724114C1 true RU2724114C1 (en) 2020-06-22

Family

ID=71135708

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019126485A RU2724114C1 (en) 2019-08-20 2019-08-20 Uninterrupted and guaranteed power supply system for electric power consumers

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2724114C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6300689B1 (en) * 1998-05-04 2001-10-09 Ocean Power Technologies, Inc Electric power generating system
RU2208285C1 (en) * 2001-10-17 2003-07-10 Фейгин Лев Залманович N0-break power supply system for ac current and voltage users
RU2225668C1 (en) * 2002-07-08 2004-03-10 Кириллов Николай Петрович No-break power supply unit
RU2518907C1 (en) * 2012-11-26 2014-06-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" Uninterrupted and secured power supply system for crucial power consumers

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6300689B1 (en) * 1998-05-04 2001-10-09 Ocean Power Technologies, Inc Electric power generating system
RU2208285C1 (en) * 2001-10-17 2003-07-10 Фейгин Лев Залманович N0-break power supply system for ac current and voltage users
RU2225668C1 (en) * 2002-07-08 2004-03-10 Кириллов Николай Петрович No-break power supply unit
RU2518907C1 (en) * 2012-11-26 2014-06-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Кубанский государственный аграрный университет" Uninterrupted and secured power supply system for crucial power consumers

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Nøland et al. Excitation system technologies for wound-field synchronous machines: Survey of solutions and evolving trends
US10536104B2 (en) Variable speed generator-motor apparatus and variable speed generator-motor system
GB2071433A (en) Converter System
RU2509002C2 (en) Electric transmission of ac traction vehicle power
US20180331643A1 (en) Power generation system and a method for operating the same
RU2518907C1 (en) Uninterrupted and secured power supply system for crucial power consumers
CN113162354A (en) Brushless electric excitation synchronous generator with wide rotating speed range
RU2724114C1 (en) Uninterrupted and guaranteed power supply system for electric power consumers
JP3712895B2 (en) Mechanical power generation system using solar cells
CN210578329U (en) Device for optimizing transient performance of digital excitation generator
KR100847654B1 (en) Engine-generator provided with super capacitor
Chakraborty et al. A new series of brushless and permanent magnetless synchronous machines
WO2010002051A1 (en) Engine-generator provided with super capacitor
US20220085647A1 (en) Uninterruptible-power-supply machine
RU2208285C1 (en) N0-break power supply system for ac current and voltage users
CN106992723B (en) Brushless double-fed motor starting control device and method capable of realizing multi-mode operation
RU2673566C1 (en) Asynchronous welding generator
JP7001772B1 (en) Marine power supply system
CN221428601U (en) Frequency compensation device for camera
CN214177010U (en) Brushless excitation generator adopting three-phase alternating current armature winding exciter stator
Soheli et al. Phase motor by using 3 phase star delta starter voltage reducing method with iinverter
RU2688923C1 (en) Axial multiphase two-input electric machine-generator
JPH06284657A (en) Induction generator
CN117458740A (en) Variable speed constant frequency alternating current generator
US20220006412A1 (en) Extended braking with variable frequency drive without input power