SU817922A1 - Асинхронный вентильный генератор - Google Patents

Description

, , Изобретение относитс  к электротехнике и, в частности, к генераторам с частотой тока, не пропорционал ной частоте вращени  веша. Известны асинхронные генераторы, имеющие выходное напр жение с плавно регулируемой частотой. Один из известных асинхронных вен тильных генераторов содержит инаертор напр жени , подключенный к  корным шинам генератора, и накопитель энергии (аккумул торную батарею), включенную на выходе инвертора 1 . Недостатками этого генератора  вл ют с  плохие коммутационные свойства ий вертора затрудн ющего его работу, а также трудность согласовани  выходны напр жений по посто нному и переменному токам. Все это приводит к услож нению системы управлени  и большим массогабаритным показател м. Другой из известных ассинхронных вентильных генераторов содержит асин хронную машину и два преобразовател  частоты (ПЧ), ПО крайней мере один из которых подключен к статору машины 2. Однако из-за индуктивных токов в обоих ПЧ требуютс  узлы искусственной коммутации, что усложн ет и ухудшает массогабаритные показатели генератора. Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  асинхронный вентильный генератор , содержащий асинхронную машину два преобразовател  частоты, по крайней мере один из которых подключен к статору асинронной машины, и накопитель энергии Сз. В качестве накопителей энергии обычно используютс  аккумул торы. Параллельна  работа с аккумул торами, расшир   функциональные возможности генератора по количеству выходов и стартерному режиму, требует применени  согласующих отводов на обмотке статора асинхронной машины и применени  низковольтного ПЧ. Это приводит к дополнительному усложнению и ухудшению массогабаритных показателей ге- нератора. Цель изобретени  - упрощение и улучшение массогабаритных показателей генератора. Поставленна  цель достигаетс  тем, что генератор снабжен однофазным инвертором повышенной частоты, подключён ным черезтрансформатор к параллельно -соединенным преобразовател м частоты а выход посто нного тока инвертора

замкнут на накопитель энергии, причем инвертор снабжен дополнительными ключами, замкнутыми на высоковольтные отводы трансформатора.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого генератора с короткозамкнутым ротором/ на фиг. 2 то же, с фазным ротором; на фиг. 3 - временна  диаррамма напр жений и токов генератора

Асинхронный вентильный генератор состоит из асинхронной машины 1, преобраз .овател  2 частоты (ПЧ) , подключенного к статору машины Д, и преобразовател  3 частоты с выходом дл  нагрузки переменного тока. Оба ПЧ выполнены на полупроводниковых симметричных ключах 4, например, на встречно-параллельно включенных тиристорах Однофазными выходами ПЧ 2 и 3 подключены к обмотке 5 трансформатора б кдругой обмотке 7 которого подключен рднофазный инвертор 8 с нулевым выводом и дополнительными ключами 9, замкнутыми на высоковольтные отводы обМотки 7. Дл  коммутации инвертора 8 и ключей 9 применима люба  схема , например общий узел коммутации. Дл  упрощени  инвертор 8 и ключи 9 показаны на запираемых тиристорах. Выход посто нного тока инвертора 8 замкнут на конденсатор 10 фильтра и аккумул тор 11.

Генератор работает следующим образом .

Инвертор 8 создает на обмотке 5 пр моугольное напр жение посто нно повышенной частоты, из которого ПЧ 2 и 3 формируют трехфазные напр жени  рабочей частоты. Потребл   реактивную мощность, машина 1 при отрицательном скольжении выдает в ПЧ 2 активную мощность, котора  идет через ПЧ 3 в нагрузку переменного тока . Незначительна  часть активной мoщнocтJ1 идет через обратные диоды инвертора 3 в аккумул торьг 11 и нагрузку посто нного тока.Дл  упрощени  токи НЧ ггоказаны синусоидальными (фиг. 3), а их фазовые сдвига соответствуют типичным сдвигам при работе с асинхронным генератором и активно-индуктивной нагрузкой. Сплошными лин ми показаны токи, замыкающиес  на начало обмотки 5 (когда его позГенцйал совпадает с потенциалом формируемого напр жени ).Из графического слбжени  токов видно,что ток обмотки ,5 меньше тока одного ПЧ,но перед коммутацией инвертора 8 :этот ток значительно возрастает из-за необходимости колачутации обратных токов в ПЧ 2 и 3 предварительным переключением тиристоров. Предварительным.пере ключением на ключи 9 и изменением коэффициента трансформации на короткое врем  ток на стороне инвертора снижаетс  при уменьшении напр жени  на обмотке 5 до величины, достаточной дл  коммутации ПЧ.

За счет широтного фазового регулировани  моментов Открывани  ключей 4 относительно фронтов импульсов напр жени  обмотки 5 выходные напр жени  ПЧ 3 и 3 формируютс  по любому закону, например пр моугольному с посто нным соотношением с. напр жением выхода ПЧ 2. Частота выхода ПЧ 3 посто нна  и кратна частоте -инвертора 8, а частота выхода ПЧ 2 плавно регулируетс . Изменением величины отрицательного скольжени  путем регулировани  частоты ПЧ 2 регулируют активную мощность, развиваемую асинхронной машиной 1, что в автономной системе равносильно регулированию выходного напр жени . Таким образом, при переменной частоте вращени  вала стабилизируютс  напр жени  выходов посто нного и переменного токов посто нной частоты.

За счет широтного регулировани  соотношени  напр жений напр жение выхода ПЧ 2 регулируетс  пропорционально регулированию частоты. Это обеспечивает посто нство магнитного потока в асинхронной машине 1 при стабилизированных напр жени х на выходе генератора и возможность увеличени  ее мощности с увеличением скорости и сохранением кратности перегрузочной способности.

Возможна также работа предлагаемого генератора с посто нной частотой вращени  вала и регулированием частоты и напр жени  на выходе, а также в режиме самовозбуждени  с циркул цией реактивных токов через конденсатор 10 при отключенных аккумул торах 11. Возможен также двигательный режим, например, дл  запуска . первичного двигател  автономного объекта . В этом режиме асинхронна  машина 1 получает переменный ток регулируемой частоты и напр жение от аккумул торов 11 через инвертор 8 и ПЧ 2 при отключенном управлении ПЧ 3.

Если используетс  машина с фазным ротором (фиг. 2), то ПЧ 3 подключают к фазному ротору, а нагрузки - к статору машины 1. Введение инвертора повышенной частоты позвол ет перевести оба ПЧ на естественную коммутацию напр жением инвертора.Это сокращает число коммутирующих цепей и упрощает преобразователи генератора.

Параллельное подключение обоих ПЧ к.трансформатору позвол ет направит ь преобладающую часть активной мощности из одного ПЧ в другой непосредственнр . Через трансфоматор проходит незначительна  часть активной мощности на выход посто нного тока и незначительные реактивные токи, нескомпенсированные между фазами и ПЧ. Позтому расчетные мощности трансформатора и инвертора не превышают половины номинальной мощности генератора, а с учетом еще и повышени  частоты масса трансформатора составл ет около 0,1 от массы асинхронной машины. Введение дополнительного трансформато ра позвол ет устранить отводы в обмотке статора асинхронной машины и этим упростить ее и уменьшить ее расчетныую мощность на 25-40%. Введение дополнительных ключей ивысоковольтны отводов позвол ет за счет изменени  коэффициента трансформации уменьшить ток коммутирующей цепи инвертора, необходимый дл  естественной коммутации обоих ПЧ. Это дает возможность уменьшить массу и объем общего узла .коммутации по отношению к массе и объему коммутирующих узлов/ необходимых дл  каждого ПЧ. Таким образом, за счет упрощени  машины и преобразователей упрощаетс  генератор, а за счет уменьшени  расчетных- мощностей машины и коммутирующих цепей масса и объем генератора уменьшаютс . Асинхронный вентильный генератор наиболее целесообразно использовать на автономных объектах как вспомогательный генератор посто н ной частоты при переменной частоте вращени  вала и как т говый генератор дл  асинхронных т говых двигателей.

О о

г-

Claims (3)

1. - --. f ,. 9 Формула изобретени  1 .Асинхронный вентильный генератор, содержащий асинхронную машину, два преобразовател  частоты, по крайней мере один из которых подключен к статору асинхронной машины, и накопитель знергии посто нного тока, о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью упрощени  и улучшени  массогабаритных показателей он снабжен однофазным инвертором повышенной частоты, подключенным через трансформатор к параллельно соединенным преобразовател м частоты, а выход посто нного тока указанного инвертора замкнут на накопитель энергии посто нного тока. 2. Генератор по п. 1, о т л и чающийс  тем, что, инвертор снабжен дополнительными ключами, замкнутыми на высоковольтные отводы обмотки трансформатора. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3958174, кл. 322-47, 1975.
2. 2.Авторское свидетельство СССР №493893,. кл. Н 02 Н 7/0, 1974.
3. 3.Авторское свидетельство СССР № 943121, кл. Н 02 Р 9/44, 1976.

   и.1.г