RU2773744C1 - Autonomous ac power plant - Google Patents
Autonomous ac power plant Download PDFInfo
- Publication number
- RU2773744C1 RU2773744C1 RU2021138720A RU2021138720A RU2773744C1 RU 2773744 C1 RU2773744 C1 RU 2773744C1 RU 2021138720 A RU2021138720 A RU 2021138720A RU 2021138720 A RU2021138720 A RU 2021138720A RU 2773744 C1 RU2773744 C1 RU 2773744C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- speed
- shaft
- internal combustion
- combustion engine
- autonomous
- Prior art date
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 40
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims abstract description 26
- 230000001360 synchronised Effects 0.000 claims abstract description 21
- 241001442055 Vipera berus Species 0.000 claims abstract description 8
- 239000000446 fuel Substances 0.000 abstract description 6
- 230000005611 electricity Effects 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 4
- WKVZMKDXJFCMMD-UVWUDEKDSA-L (5aR,8aR,9R)-5-[[(2R,4aR,6R,7R,8R,8aS)-7,8-dihydroxy-2-methyl-4,4a,6,7,8,8a-hexahydropyrano[3,2-d][1,3]dioxin-6-yl]oxy]-9-(4-hydroxy-3,5-dimethoxyphenyl)-5a,6,8a,9-tetrahydro-5H-[2]benzofuro[6,5-f][1,3]benzodioxol-8-one;azanide;N,3-bis(2-chloroethyl)-2-ox Chemical compound [NH2-].[NH2-].Cl[Pt+2]Cl.ClCCNP1(=O)OCCCN1CCCl.COC1=C(O)C(OC)=CC([C@@H]2C3=CC=4OCOC=4C=C3C(O[C@H]3[C@@H]([C@@H](O)[C@@H]4O[C@H](C)OC[C@H]4O3)O)[C@@H]3[C@@H]2C(OC3)=O)=C1 WKVZMKDXJFCMMD-UVWUDEKDSA-L 0.000 description 2
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 2
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 101700007238 CASP1 Proteins 0.000 description 1
- 101700057458 Drice Proteins 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005755 formation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к электроэнергетике, а именно к автономным электростанциям переменного тока на базе двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и синхронного генератора, и предназначено для генерирования электроэнергии стабильной частоты и стабильного напряжения при переменной частоте вращения вала ДВС.The invention relates to the electric power industry, namely to autonomous AC power plants based on an internal combustion engine (ICE) and a synchronous generator, and is intended for generating electricity of a stable frequency and a stable voltage at a variable speed of the ICE shaft.
Известно устройство для генерирования электрической энергии переменного напряжения (Пат. на изобретение 2412513, Российская Федерация, МПК H 02 J 3/34. Автономная электростанция переменного тока / А.Б. Дарьенков, О.С. Хватов. - № 2010101194/07; заявл. 15.01.2010; опубл. 20.02.2011, Бюл. №5.), содержащее последовательно соединенные ДВС переменной частоты вращения с подключенным к нему блоком формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС, выполненным в виде блоков: задания экономичной частоты вращения вала ДВС, сумматора сигналов, датчика частоты вращения вала ДВС и регулятора частоты вращения вала ДВС, синхронный генератор, управляемый выпрямитель с подключенным к нему блоком стабилизации напряжения, конденсаторную батарею, датчик тока, к которому подключен блок вычисления мощности нагрузки, выход которого соединен с блоком задания экономичной частоты вращения вала ДВС, инвертор напряжения с подключенным к нему задатчиком частоты выходного напряжения, повышающий трансформатор. Недостатком устройства является наличие повышающего трансформатора, что приводит к снижению КПД и ухудшению массо-габаритных показателей автономной электростанции. A device for generating AC electrical energy is known (Pat. for the invention 2412513, Russian Federation, IPC H 02 J 3/34. Autonomous AC power plant / A.B. Darenkov, O.S. Khvatov. - No. 2010101194/07; Appl. 01/15/2010; publ. 02/20/2011, Bull. No. 5.), containing series-connected internal combustion engines of variable speed with a unit connected to it for generating the optimal speed of the internal combustion engine shaft, made in the form of blocks: setting the economical speed of the internal combustion engine shaft, adder signals, an ICE shaft speed sensor and an ICE shaft speed controller, a synchronous generator, a controlled rectifier with a voltage stabilization unit connected to it, a capacitor bank, a current sensor to which a load power calculation unit is connected, the output of which is connected to an economical speed setting unit shaft of the internal combustion engine, a voltage inverter with an output voltage frequency generator connected to it, a step-up transformer. The disadvantage of the device is the presence of a step-up transformer, which leads to a decrease in efficiency and a deterioration in the weight and size indicators of an autonomous power plant.
Наиболее близким по техническому решению является устройство для генерирования электрической энергии переменного напряжения (Пат. на полезную модель 168615, Российская Федерация, МПК H02P 9/48. Автономная электростанция переменного тока / А.Б. Дарьенков, С.А. Гузев. - № 2016118233; заявл. 11.05.2016, опубл. 13.02.2017, Бюл. № 5.), содержащее последовательно соединенные ДВС переменной частоты вращения с подключенным к нему блоком формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС, выполненным в виде блоков: задания экономичной частоты вращения вала ДВС, сумматора сигналов, датчика частоты вращения вала ДВС и регулятора частоты вращения вала ДВС, многообмоточный синхронный генератор, коммутатор, управляемый выпрямитель, инвертор напряжения с подключенным к нему задатчиком частоты выходного напряжения, датчик тока, к которому подключен блок вычисления мощности нагрузки, выход которого соединен с блоком задания экономичной частоты вращения вала ДВС. Недостатком устройства является наличие коммутатора, что приводит к снижению КПД электростанции.The closest in technical solution is a device for generating electrical energy of alternating voltage (Utility Model Pat. 168615, Russian Federation, IPC H02P 9/48. Autonomous AC power plant / A.B. Darenkov, S.A. Guzev. - No. 2016118233 ; application 05/11/2016, published 02/13/2017, Bull. No. 5.), containing series-connected ICEs of variable speed with a unit connected to it for generating the optimal ICE shaft speed, made in the form of blocks: setting the economical speed of the ICE shaft , a signal adder, an ICE shaft speed sensor and an ICE shaft speed controller, a multi-winding synchronous generator, a switch, a controlled rectifier, a voltage inverter with an output voltage frequency generator connected to it, a current sensor to which a load power calculation unit is connected, the output of which is connected with a block for setting the economical speed of the internal combustion engine shaft. The disadvantage of the device is the presence of a switch, which leads to a decrease in the efficiency of the power plant.
Решаемая задача – создание высокоэффективной автономной электростанции переменного тока.The problem to be solved is the creation of a highly efficient autonomous AC power plant.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение КПД автономной электростанции переменной частоты вращения при условии стабилизации выходного напряжения автономной электростанции и минимизации потребления топлива ДВС, входящего в состав генераторного агрегата, выбором оптимальной частоты вращения его вала при изменении мощности нагрузки от нуля до номинального значения.The technical result of the invention is to increase the efficiency of an autonomous power plant with a variable speed, provided that the output voltage of the autonomous power plant is stabilized and the fuel consumption of the internal combustion engine, which is part of the generator set, is minimized by choosing the optimal speed of its shaft when the load power changes from zero to the nominal value.
Этот технический результат достигается тем, что в автономной электростанции переменного тока, содержащей последовательно соединенные ДВС переменной частоты вращения с подключенным к нему блоком формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС, выполненным в виде блоков: задания экономичной частоты вращения вала ДВС, сумматора сигналов, датчика частоты вращения вала ДВС и регулятора частоты вращения вала ДВС, многообмоточный синхронный генератор, коммутатор, управляемый выпрямитель, инвертор напряжения с подключенным к нему задатчиком частоты выходного напряжения, датчик тока, к которому подключен блок вычисления мощности нагрузки, выход которого соединен с блоком задания экономичной частоты вращения вала ДВС, коммутатор и последовательно соединенный с ним управляемый выпрямитель исключены, а между выходами групп обмоток многообмоточного синхронного генератора и инвертором напряжения включены управляемые выпрямители, которые соединены с блоком управления выпрямителями, подключенным к выходу датчика частоты вращения вала ДВС.This technical result is achieved by the fact that in an autonomous AC power plant containing series-connected internal combustion engines of variable speed with a unit connected to it for generating the optimal speed of the internal combustion engine shaft, made in the form of blocks: setting the economical speed of the internal combustion engine shaft, signal adder, speed sensor ICE shaft and ICE shaft speed controller, multi-winding synchronous generator, switch, controlled rectifier, voltage inverter with an output voltage frequency generator connected to it, a current sensor to which a load power calculation unit is connected, the output of which is connected to an economical shaft speed setting unit The internal combustion engine, the switch and the controlled rectifier connected in series with it are excluded, and between the outputs of the winding groups of the multi-winding synchronous generator and the voltage inverter, controlled rectifiers are connected, which are connected to the rectifier control unit connected to output of the ICE shaft speed sensor.
Исключение коммутатора, а также включение между выходами групп обмоток многообмоточного синхронного генератора и инвертором напряжения управляемых выпрямителей выгодно отличает предлагаемое устройство от известного, так как повышает КПД автономной электростанции переменной частоты вращения при условии стабилизации ее выходного напряжения и минимизации потребления топлива ДВС, входящего в состав генераторного агрегата, выбором оптимальной частоты вращения его вала при изменении мощности нагрузки от нуля до номинального значения.The exclusion of the switch, as well as the inclusion of controlled rectifiers between the outputs of the winding groups of the multi-winding synchronous generator and the voltage inverter, distinguishes the proposed device from the known one, as it increases the efficiency of the variable speed autonomous power plant, provided that its output voltage is stabilized and the fuel consumption of the internal combustion engine, which is part of the generator set, is minimized. unit, choosing the optimal speed of its shaft when changing the load power from zero to the nominal value.
Сущность изобретения поясняется чертежом (фиг. 1), где показана функциональная схема устройства.The essence of the invention is illustrated by the drawing (Fig. 1), which shows a functional diagram of the device.
Автономная электростанция переменного тока содержит последовательно соединенные ДВС 1, многообмоточный синхронный генератор 2, на выходах групп обмоток которого включены управляемые выпрямители 31 – 3N, соединенные с входом инвертора напряжения 4, к выходу которого подключен датчик 5 тока с выходными выводами 6. К ДВС 1 подключены регулятор 7 частоты вращения вала ДВС 1, датчик 8 частоты вращения вала ДВС 1 и сумматор сигналов 9, входящие в блок 10 формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС 1, сюда же входит блок 11 задания экономичной частоты вращения вала ДВС 1. Блок 12 возбуждения многообмоточного синхронного генератора 2 с выводами 13 подключения питания соединен с обмоткой возбуждения многообмоточного синхронного генератора 2, а также с выходом блока 11 задания экономичной частоты вращения вала ДВС 1 и выходом датчика 5 тока. Входы управляемых выпрямителей 31 – 3N соединены с блоком 14 управления выпрямителями, который подключен к выходу датчика 8 частоты вращения вала ДВС 1. Выход задатчика 15 частоты выходного напряжения соединен с инвертором напряжения 4.Autonomous AC power plant contains series-connected
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
Блок 10 формирования оптимальной частоты вращения вала ДВС 1 получает сигнал с датчика 5 тока, измеряющего ток на выходе инвертора напряжения 4. В зависимости от значения тока на выходе инвертора напряжения 4, пропорционального мощности нагрузки, блок 11 задания экономичной частоты вращения вала ДВС 1, в программу работы которого заложены оптимальные зависимости частоты вращения вала ДВС 1 от мощности нагрузки, соответствующие минимальному расходу топлива, задает оптимальную частоту вращения вала ДВС 1. С помощью сумматора сигналов 9 вычисляется разность сигнала задания оптимальной частоты вращения вала ДВС 1 от блока 11 и сигнала датчика 8 частоты вращения вала ДВС 1. Сигнал от сумматора сигналов 9 поступает на вход регулятора 7 частоты вращения вала ДВС 1, который поддерживает частоту вращения вала ДВС 1 на уровне, заданном блоком 11. Таким образом, при изменении мощности нагрузки на выходных выводах 6, а значит и на валу ДВС 1, частота вращения вала ДВС 1 будет поддерживаться оптимальной с точки зрения минимального потребления топлива.The
Поскольку частота вращения вала ДВС 1 будет изменяться в зависимости от мощности нагрузки, то амплитуда и частота переменного напряжения многообмоточного синхронного генератора 2 будут также изменяться в зависимости от мощности нагрузки.Since the rotational speed of the internal
Подключение выводов групп обмоток статора многообмоточного синхронного генератора 2 к инвертору напряжения 4 осуществляется управляемыми выпрямителями 31, 32 или 3N путем подачи управляющих импульсов на полупроводниковые ключи от блока 14 управления выпрямителями в зависимости от выходного сигнала датчика 8 частоты вращения вала ДВС 1. The connection of the terminals of the stator winding groups of the multi-winding
Управляемые выпрямители 31 – 3N преобразуют переменное напряжение групп обмоток статора многообмоточного синхронного генератора 2 в постоянное напряжение. Выходное напряжение управляемых выпрямителей 31 – 3N преобразуется с помощью инвертора напряжения 4 в переменное напряжение синусоидальной формы.Controlled rectifiers 3 1 - 3 N convert the alternating voltage of the stator winding groups of the multi-winding
При изменении мощности нагрузки от нуля до номинального значения частота вращения вала ДВС 1, а, следовательно, и амплитуда напряжения соединенного с ним многообмоточного синхронного генератора 2 будут меняться в широком диапазоне. Изменение частоты вращения вала ДВС 1 в зависимости от мощности нагрузки с помощью блока 11 происходит ступенчато.When the load power changes from zero to the nominal value, the rotational speed of the internal
При уменьшении частоты вращения ДВС 1 блок 14 путем подачи управляющих импульсов на полупроводниковые ключи управляемых выпрямителей 31, 32 или 3N подключает вход инвертора напряжения 4 к группе обмоток статора многообмоточного синхронного генератора 2 с бóльшим числом витков, что обеспечивает поддержание амплитуды напряжения на входе инвертора 4 на одном уровне. Количество возможных ступеней частоты вращения вала ДВС 1 задается на этапе разработки автономной электростанции, исходя из условий оптимизации потребления топлива. With a decrease in the speed of
Блок 12 возбуждения многообмоточного синхронного генератора 2, получающий питание через выводы 13 подключения питания, формирует ток в обмотке возбуждения многообмоточного синхронного генератора 2 с учетом сигнала от блока 11 задания экономичной частоты вращения вала ДВС 1 и от датчика 5 тока.The
Частота выходного трехфазного напряжения на выходных выводах 6 при изменении частоты вращения вала ДВС 1 поддерживается неизменной с помощью инвертора напряжения 4 на уровне, задаваемом задатчиком 15 частоты выходного напряжения.The frequency of the output three-phase voltage at the
По данным научно-технической и патентной литературы авторам неизвестна заявляемая совокупность признаков, направленная на достижение поставленной задачи, и это решение не вытекает с очевидностью из известного уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии решения уровню изобретения.According to the scientific, technical and patent literature, the authors do not know the claimed set of features aimed at achieving the set task, and this solution does not clearly follow from the prior art, which allows us to conclude that the solution corresponds to the level of the invention.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2773744C1 true RU2773744C1 (en) | 2022-06-08 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4132914A (en) * | 1975-04-22 | 1979-01-02 | Khutoretsky Garri M | Six-phase winding of electric machine stator |
US5694026A (en) * | 1994-04-13 | 1997-12-02 | European Gas Turbines Sa | Turbine generator set without a step-down gear box |
RU34817U1 (en) * | 2003-08-19 | 2003-12-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт электроэнергетики" | Autonomous power supply of a stable frequency (options) |
RU2412513C1 (en) * | 2010-01-15 | 2011-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ) | Isolated alternating current electric power station |
RU168615U1 (en) * | 2016-05-11 | 2017-02-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Autonomous AC Power Station |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4132914A (en) * | 1975-04-22 | 1979-01-02 | Khutoretsky Garri M | Six-phase winding of electric machine stator |
US5694026A (en) * | 1994-04-13 | 1997-12-02 | European Gas Turbines Sa | Turbine generator set without a step-down gear box |
RU34817U1 (en) * | 2003-08-19 | 2003-12-10 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт электроэнергетики" | Autonomous power supply of a stable frequency (options) |
RU2412513C1 (en) * | 2010-01-15 | 2011-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева (НГТУ) | Isolated alternating current electric power station |
RU168615U1 (en) * | 2016-05-11 | 2017-02-13 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Нижегородский государственный технический университет им. Р.Е. Алексеева" (НГТУ) | Autonomous AC Power Station |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2413353C1 (en) | Inverter generator and method to control this generator | |
US20130181688A1 (en) | System and method for variable speed generation of controlled high-voltage dc power | |
RU2412513C1 (en) | Isolated alternating current electric power station | |
RU2666903C1 (en) | Autonomous ac power plant | |
CN108695900A (en) | Generator system | |
RU168615U1 (en) | Autonomous AC Power Station | |
RU178096U1 (en) | OFFLINE GENERATOR INSTALLATION | |
RU2597248C1 (en) | Diesel generator plant | |
RU2773744C1 (en) | Autonomous ac power plant | |
Liyanage et al. | Speed Control of Induction Motors Using V/f Control Method | |
JP5130143B2 (en) | Inverter generator | |
RU172810U1 (en) | OFFLINE GENERATOR INSTALLATION | |
RU2402865C1 (en) | Method for optimal frequency control of asynchronous motor | |
RU2008131357A (en) | AC ELECTRIC DRIVE | |
RU194333U1 (en) | AUTONOMOUS GENERATOR POWER PLANT | |
RU2477562C1 (en) | Device for control of double-fed motors | |
Wang et al. | Control system of switched reluctance generator | |
RU2436691C1 (en) | System of electric drive for self-sustained object | |
RU47595U1 (en) | SHIP VALOGENERATORY INSTALLATION | |
RU2632817C1 (en) | Method to produce high output voltage | |
RU223288U1 (en) | AUTONOMOUS AC POWER PLANT | |
RU2666074C1 (en) | Autonomous object electromotive system | |
RU2792178C1 (en) | Dc power system | |
SU794702A1 (en) | Asynchronized synchronous electric machine | |
RU205182U1 (en) | GENERATOR FOR WIND UNITS |