WO2022173324A1 - Генераторная установка на базе сдвоенной машины двойного питания - Google Patents

Генераторная установка на базе сдвоенной машины двойного питания Download PDF

Info

Publication number
WO2022173324A1
WO2022173324A1 PCT/RU2021/050261 RU2021050261W WO2022173324A1 WO 2022173324 A1 WO2022173324 A1 WO 2022173324A1 RU 2021050261 W RU2021050261 W RU 2021050261W WO 2022173324 A1 WO2022173324 A1 WO 2022173324A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
generator
installation
output
programmable logic
logic controller
Prior art date
Application number
PCT/RU2021/050261
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Дмитрий Юрьевич КОЗЛОВ
Original Assignee
Дмитрий Юрьевич КОЗЛОВ
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 Дмитрий Юрьевич КОЗЛОВ filed Critical Дмитрий Юрьевич КОЗЛОВ
Publication of WO2022173324A1 publication Critical patent/WO2022173324A1/ru

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/42—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output to obtain desired frequency without varying speed of the generator
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P9/00—Arrangements for controlling electric generators for the purpose of obtaining a desired output
    • H02P9/48—Arrangements for obtaining a constant output value at varying speed of the generator, e.g. on vehicle

Definitions

  • the invention relates to the electric power industry and can be used in power generation systems with fully controllable parameters, including stable frequency, from mechanical energy sources with wide ranges of rotation speed and power changes both for autonomous load and for connection to network consumers.
  • a non-contact autonomous power supply system is known (A.S. USSR 1283938, 04/11/1985, IPC H02P9 / 42) [1], which contains a main generator and an auxiliary generator installed on the same shaft and having the same number of poles, made in the form of a dual power machine , despite the fact that the multi-phase rotor winding of the main generator is connected to the multi-phase rotor winding of the auxiliary generator through the direct frequency converter installed on the same shaft on fully controlled switches with two-way conduction, and the control input of the direct frequency converter is connected to the reference frequency generator through the pulse distributor.
  • the multi-phase stator winding of the auxiliary generator is connected to a multi-phase source of stable frequency.
  • the known invention provides for the selection of the voltage frequency of the reference frequency generator.
  • the known solution is characterized by the complexity of the circuitry due to the use of generators of two frequencies and the high installed power of the direct frequency converter, as well as the presence of a large number of harmonics and the need for additional filtering.
  • the known power supply system does not provide for work with network consumers, including external DC consumers, and does not allow connecting external sources of electricity.
  • a device for regulating the frequency of current in an autonomous power supply system is known (AS USSR 985920, 06/22/1981, IPC H02P9 / 42) [2], which includes the main and auxiliary generators sitting on the same shaft and having the same number of poles, made as dual power machines, a static frequency converter connected to the stator of the auxiliary generator, and an output voltage frequency regulator, while the rotor winding of the auxiliary generator is connected to the output of the static frequency converter, and the rotor winding of the main generator is connected to the stator winding of the auxiliary generator.
  • the main disadvantage of the known solution is the presence of a brush contact of the main and auxiliary generators, which significantly reduces the reliability of the installation.
  • the problem of controlling the amplitude of the output voltage remains unsolved.
  • a brushless wind generator based on a dual dual power machine (patent CN205489973, 12/30/2015, IPC H02K7 / 20) [3], including the main generator and the exciting generator, while the main generator is connected to rotating blades, the stator winding of the main generator is connected to a three-phase network, the rotor winding of the main generator is connected to the rotor winding of the excitation generator, while the stator winding of the excitation generator is connected to the voltage regulator, despite the fact that the excitation generator rotates at the frequency of the main generator, and the number of their poles is the same.
  • the operability of this solution is ensured only when working with the distribution network, while the means and algorithms for controlling the load of the main generator are not presented.
  • the objective of the present invention is to create a highly reliable generator set based on a dual dual-feed machine that provides uninterrupted power supply, characterized by a simple and reliable control system that allows you to work both with an autonomous load and with network consumers of electricity, as well as connect additional external sources of electricity, such as wind and hydro generators, solar panels and others - including those with unstabilized parameters.
  • a non-contact uninterrupted generator set based on a dual dual-powered machine is declared, containing a main generator and an auxiliary generator installed on the same shaft and having the same number of pairs of poles, made in the form of dual-powered machines, as well as a static multi-phase voltage inverter (hereinafter referred to as the voltage inverter ) as a power source of a stable frequency of the auxiliary generator, characterized in that the installation contains a control programmable logic controller (hereinafter referred to as the controller) with a reference frequency setting for the output voltage of the installation, while the specified controller is connected by the main control output to the specified voltage inverter, the output of which is connected to stator winding of the auxiliary generator; wherein the installation contains an energy storage device that supplies DC power to its main output, to which a voltage inverter is connected, and the specified energy storage device is connected with its input to the output of the charger controlled by a signal from one of the controller outputs, and the control output of the energy storage device is connected to one
  • the installation may contain the first switch connected to the stator winding of the main generator and controlled by a signal from one of the outputs of the programmable logic controller, as well as a switch for the operating mode of the installation, the auxiliary contact of which is connected to one of the inputs of the controller, while the main group of moving contacts of the switch is connected to the first switch, one of the groups of fixed contacts - to the electrical distribution network, and the other group of fixed contacts - to an autonomous load, while the installation contains a second voltage sensor connected to the controller inputs, the measuring input of which is connected to the distribution network.
  • the installation may contain a DC power supply, additionally powered from the distribution network, while the installation contains a second switch, controlled by a signal from one of the controller outputs, connecting a separate input of the DC power supply to the distribution network.
  • the installation may additionally contain a second current sensor connected to the controller inputs, installed in the circuit between the stator winding of the main generator and the DC power source; as well as a third current sensor installed in the circuit between the output of the energy storage device and the input of the voltage inverter; as well as a fourth current sensor installed in the circuit between the second switch and the DC power supply; as well as a shaft speed sensor mounted on a common shaft with the main and auxiliary generators.
  • a second current sensor connected to the controller inputs, installed in the circuit between the stator winding of the main generator and the DC power source
  • a third current sensor installed in the circuit between the output of the energy storage device and the input of the voltage inverter
  • a fourth current sensor installed in the circuit between the second switch and the DC power supply
  • a shaft speed sensor mounted on a common shaft with the main and auxiliary generators.
  • the installation may include a DC power supply, additionally powered by at least one external AC or DC electrical power source.
  • the installation may contain an energy storage device with an auxiliary output for connecting external DC consumers.
  • the installation may contain a setter for the reference frequency of the output voltage of the installation, built into the controller and functionally made in the form of an internal clock frequency generator with the possibility of subsequent hardware and software processing of the signal inside the controller.
  • the installation may contain the combined rotors of the main and auxiliary generators, made with a single magnetic circuit and winding.
  • the technical result achieved by the claimed invention is to ensure an uninterrupted supply of electricity, expanding the range of operation of the installation at a shaft speed from zero to close to synchronous, as well as at a frequency above synchronous; as well as the possibility of using the installation in various combined modes of operation, including the connection of external sources of electricity and the battery station mode, to power both autonomous and networked consumers.
  • FIG. 1 On the a diagram of an uninterruptible generator set is shown in figure 1, where 1 is the main generator, 2 is an auxiliary generator, 3 is a static multi-phase voltage inverter, 4 is a programmable logic controller, 5 is an energy storage device, 6 is a charger, 7 is a DC power supply , 8 - first switch, 9 - first current sensor, 10 - first voltage sensor, 11 - unit operating mode switch, 12 - second current sensor, 13 - third current sensor, 14 - shaft speed sensor, 15 - disconnector, 16 - the second voltage sensor, 17 - the second switch, 18 - the fourth current sensor.
  • 19 - drive shaft from the propulsion system 20 - autonomous load, 21 - distribution network and network load, 22 - connector for connecting an additional external source of electrical energy, 23 - connector for connecting external DC consumers.
  • the main generator 1 (hereinafter referred to as generator 1) and the auxiliary generator 2 (hereinafter referred to as generator 2), as well as the shaft speed sensor 14 are located on a single shaft 19.
  • the drive shaft 19 is connected to a source of mechanical rotation energy, for example, a propulsion system or turbine.
  • the generator 1 is the main dual-power electric machine that generates energy to power consumers connected to it directly (autonomous load 20) or to the distribution network 21 (network load).
  • Generator 2 is an auxiliary electric machine with dual power supply that generates energy to create a rotating magnetic field of the slip frequency of the rotor of generator 1.
  • Both generators 1 and 2 have the same number of pole pairs, in the general case they are multi-phase, the best option is three-phase rotors and stators.
  • the rotor windings of generators 1 and 2 are connected with the same phase sequence.
  • the rotors of generators 1 and 2 can be combined and made with a single magnetic circuit and winding.
  • the installation contains a static multiphase voltage inverter 3, the output of which is connected to the stator winding of the generator 2.
  • the voltage inverter 3 is powered from the main output of the energy storage device 5 and connected to the control output of the control programmable logic controller 4 with the setter of the reference frequency of the output voltage of the installation.
  • the first current sensor 9 is connected to the outputs of the specified controller 4, which is installed in the output circuit of the installation between the first switch 8 and the independent load 20 or the mains load 21, as well as the first voltage sensor 10 connected to the output stator winding of the generator 1.
  • the above energy storage device 5 is connected with its input to the output of the charger 6 connected to one of the outputs of the controller 4, while the control output of the energy storage device 5 is also connected to one of the inputs of the controller 4.
  • the installation contains a DC power supply 7, the input of which is connected to the stator windings of the generator 1 , and the output - to the charger 6.
  • the first switch 8 is installed, controlled by a signal from one of the outputs of the controller 4.
  • the generator set can also contain a disconnector 15 in the autonomous load circuit, controlled by a signal from one of controller outputs 4.
  • the generator set may also contain a switch of the operating mode of the installation 11 for switching between autonomous and mains load, the auxiliary contact of which is connected to one of the inputs of the programmable logic controller 4, while the main group of moving contacts of the switch 11 is connected to the first switch 8, one of groups of fixed contacts - to the electrical distribution network 21 (network mode), and another group of fixed contacts - to an autonomous load 20 (autonomous mode), while the installation contains a second voltage sensor 16 connected to the inputs of the controller 4, the measuring input of which is connected to the distribution network 21.
  • the generator set may also contain a DC power supply 7, additionally powered from the distribution network 21, while the installation contains a second switch 17 controlled by a signal from one of the outputs of the controller 4.
  • this switch 17 connects to the distribution network 21 a separate input of the DC power supply 7.
  • the generator set may additionally contain a second current sensor 12 connected to the inputs of the controller 4, installed in the circuit between the stator winding of the generator 1 and the DC power supply 7; as well as the third current sensor 13 installed in the circuit between the output of the energy storage device 5 and the input of the voltage inverter 3; as well as a fourth current sensor 18 installed in the circuit between the second switch 17 and the DC power supply 7; as well as the shaft speed sensor 14, mounted on a common shaft with the main 1 and auxiliary 2 generators.
  • a second current sensor 12 connected to the inputs of the controller 4, installed in the circuit between the stator winding of the generator 1 and the DC power supply 7; as well as the third current sensor 13 installed in the circuit between the output of the energy storage device 5 and the input of the voltage inverter 3; as well as a fourth current sensor 18 installed in the circuit between the second switch 17 and the DC power supply 7; as well as the shaft speed sensor 14, mounted on a common shaft with the main 1 and auxiliary 2 generators.
  • the installation contains a DC power supply 7, additionally powered from at least one external AC or DC electrical power source through the connector 22.
  • the installation contains an energy storage device 5, which has an auxiliary connector for connecting external DC consumers 23.
  • the installation contains a setting device for the reference frequency of the output voltage of the installation (not shown), built into the programmable logic controller 4 and functionally made in the form of an internal clock frequency generator with the possibility of subsequent hardware and software processing of the signal inside the controller 4.
  • the installation contains the combined rotors of generators 1 and 2, made with a single magnetic circuit and winding.
  • the claimed generator set operates as follows.
  • Generator 1 converting the mechanical energy of rotation of the shaft 19 and the energy of the rotating magnetic field of the rotor, produces electrical energy to power consumers connected to it directly (autonomous load 20) or through a distribution network 21 (network load).
  • Generator 2 produces excitation energy to create a rotating magnetic field of the rotor slip frequency of generator 1.
  • the power of generator 2 is determined by the maximum slip and the magnitude of losses in the magnetic and electrical circuits, where - this is the slip or specific deviation of the shaft rotation speed, which is determined by the formula: , where - synchronous shaft speed (rpm); – current shaft speed (rpm); – number of pairs of poles of generators 1 and 2; – reference frequency (Hz).
  • Static polyphase voltage inverter 3 which serves as a voltage source of a stable frequency and operates, for example, on the principle of pulse-width modulation (PWM), converts the DC voltage from the energy storage device 5 into the AC voltage used to power the stator of the generator 2, controlled by frequency, phase and amplitude.
  • PWM control signals come from a programmable logic controller 4.
  • the controller 4 generates control pulses that modulate with the help of the inverter 3 in the stator winding of the generator 2 the polyphase currents of the reference frequency .
  • the controller 4 and inverter 3 also determine the amplitude of the generator 2 stator currents necessary to achieve the nominal output voltage of the generator 1.
  • the multi-phase currents of the generator 2 stator create a rotating magnetic field directed in the same direction as the shaft rotation.
  • the generator rotor 2 penetrates the main magnetic flux and generates an EMF in its multi-phase windings with a frequency equal to the difference .
  • EMF of generator rotor 2 with slip frequency will lead to the creation of currents in a closed circuit, consisting of multi-phase rotor windings of both generators 1 and 2.
  • the currents flowing in the rotor of the main generator 1 will create the main magnetic flux of generator 1, rotating in the same direction as the installation shaft, and with a speed relative to the shaft equal to , where – frequency of rotation of the rotor of the generator 1 relative to the shaft (rpm).
  • the stator of generator 1 will penetrate the magnetic flux, generate an EMF in it with a reference frequency . Accordingly, not only the frequency, but also the phase of the output voltage of the generator 1 stator at idle will completely repeat the parameters of the reference frequency generator, because there are unambiguous electromechanical connections between the windings of both machines (located on the same shaft, the required phase sequence is observed, both generators 1 and 2 have the same number of poles), and the influence of the instability of the shaft rotation is compensated by slip frequency currents flowing in the rotor windings.
  • the output voltage of the stator of generator 1 will have a phase and frequency absolutely identical to the frequency generator.
  • the magnitude (amplitude) of the voltage of the stator of the generator 1 is measured by the first voltage sensor 10. Its readings coming to the input of the controller 4 are analyzed by it for discrepancies with the nominal value stored in the memory of the controller 4.
  • the voltage at the output of the generator 1 is controlled by the controller 4, for example, by changing the total duty cycle of the PWM control signals supplied to control the voltage inverter 3 to the corresponding output of the controller 4.
  • the voltage inverter 3 and the controller 4 are powered from the uninterruptible power supply to consumers and the installation of the energy storage device 5.
  • the capacity of the energy storage device 5 must be sufficient to power the load 20 or 21 during periods of partial deficiency or complete absence of primary mechanical energy of rotation of the shaft 19. Required level
  • the drive charge is provided by a DC power supply 7 and a charger 6 based on built-in hardware algorithms.
  • Other power sources, such as solar panels, can also be connected to power supply 7 via connector 22.
  • the controller 4, acting on the charger can reduce or stop recharging the energy storage 5.
  • stopping the charge of the energy storage 5 can be carried out in case of a shortage of mechanical energy to generate the required energy to power the load 20 or 21 - in this case, a temporary stop the charge of the energy storage device 5 makes it possible to make up for such an energy deficit.
  • Analysis of the charge level of the energy storage 5 is carried out by measuring the voltage at the control output of the energy storage 5, but can also be performed using specialized controllers (not shown).
  • external DC consumers for example, telecommunications, navigation, lighting equipment, control devices, surveillance devices, for recharging electric vehicles can optionally be connected to the energy storage device 5 through connector 23.
  • the controller 4 can stop the supply of energy to consumers when there is a shortage of mechanical energy, no external energy sources, approaching the minimum allowable charge levels of the energy storage device 5 by opening the switch 8 with a control signal at the output.
  • the controller can stop the operation of the voltage inverter 3 in the absence of mechanical energy, the absence of external energy sources 22, approaching the minimum allowable charge levels of the energy storage 5, blocking the control signals of the voltage inverter 3, thereby preventing the complete exhaustion of the energy of the energy storage 5 and reserving resources to resume further work in more favorable conditions.
  • the controller 4 can turn off the low-priority load using the disconnector 15, giving an appropriate signal to the output of the controller 4, thereby prolonging the operation of the installation to supply critical consumers in a situation with a shortage of mechanical energy and reducing the consumption of backup energy of the energy storage device 5.
  • the controller 4 analyzes the signals from the first current sensor 9, which measures the amplitude and vector (phase) of the current consumed by the load 20. In a particular case, the controller also analyzes the signals from the second voltage sensor 16, which measures the amplitude, frequency, and vector (phase) of the voltage in the distribution network 21.
  • the controller 4 also analyzes the signals coming from the second current sensor 12, which measures the amplitude and vector (phase) of the current consumed by the DC power supply 7; as well as from the third current sensor 13, which measures the amplitude of the current consumed by the voltage inverter 3; as well as from the fourth current sensor, which measures the amplitude of the current consumed from the distribution network 21 to recharge the energy storage device 5; as well as from the shaft speed sensor 14, which measures the speed of rotation of the shaft 19.
  • the data from the sensor 14 is used to determine the share of useful power generated by the primary source of mechanical rotational energy. So, based on the input data from these sensors, the current state of the switching equipment (switches, switch, disconnector), the programmable logic controller 4 controls the operation of the entire installation and its individual elements, generating the appropriate signals at its outputs.
  • the first switch 8 is necessary to disconnect the installation from the external load if it is impossible to generate further electrical energy - the absence of mechanical rotational energy and the energy storage device 5 is close to complete exhaustion, as well as to protect the installation from overload and critical currents.
  • the second switch 17 provides a connection at night (or other low-load distribution network and corresponding economical tariffs of the power source 7 to the general distribution network 21 for recharging the energy storage 5 and subsequent booster power to consumers from the energy storage 5 during peak electricity consumption.
  • the operating mode switch of the installation 11 determines the operating mode of the installation.
  • autonomous mode is provided with isolated (without connection to the distribution network 21) connection of autonomous load 20 to the installation. If it is possible to single out a subgroup of non-responsible consumers in the independent load 20, then such a low-priority load should be connected through a disconnector 15 controlled from the controller 4. In this case, the level of power consumed by the load is determined by the controller 4 based on data from the first current sensor 9 and the first voltage sensor 10 These sensors measure not only the amplitude and average value, but also the phase (vector) of the signal. Therefore, the controller 4 can determine the consumed apparent, active and reactive power.
  • the network mode of operation of the unit is ensured when the unit is connected to a distribution network of high/infinite capacity and to network consumers, respectively.
  • the installation loading in the network mode is controlled according to a different algorithm, the disconnector 15 is not used in this mode.
  • the second voltage sensor 16 acts as a frequency generator, from which the controller 4 receives data on the network frequency, the vector (phase) of the network voltage.
  • the controller 4 generates control pulses that modulate with the help of the voltage inverter 3 in the stator winding of the generator 2 multi-phase currents of the distribution network voltage frequency (Hz).
  • Switch 8 until connected to the distribution network 21 is in the open state.
  • the controller 4 compares the current value of the mains voltage, taken from the second voltage sensor 16, with the voltage on the stator of the generator 2, received from the first voltage sensor 10. The controller 4 generates a signal to change the total duty cycle of the output PWM control signals supplied to control the voltage inverter 3. When all conditions are reached, the controller 4 closes the circuit using the release 15. Further loading of the installation is provided by angular or time advance of the start of the cycle of control PWM signals with a frequency at the output of the controller 4 relative to the phase of the signal of the voltage sensor 16.
  • the mode of operation of the inventive installation as a battery station is possible in the presence of external power both in network and offline modes.
  • the installation can generate electricity according to a set time schedule from the pre-accumulated energy of the storage 5.
  • Programmable logic controller 4 at night or another with low network load and corresponding economical tariffs, controlling the switch 17, will fully charge the energy storage 5, if by the end of the night tariff the charge level was not sufficient.
  • the time of peak consumption the time of which is predetermined and programmed in the controller 4, the installation will be able to convert part of the energy of the storage 5 for booster power to consumers.
  • the claimed installation contains a second switch 17, controlled by a signal from one of the outputs of the controller 4, connecting a separate input of the DC power supply 7 to the distribution network 21, which is necessary for separate control of the consumed energy and determining the economic effect when returning the accumulated energy to the network.
  • the claimed invention provides an uninterrupted supply of electricity, while expanding the range of operation of the installation at a frequency from zero to close to the synchronous shaft speed and at a frequency above synchronous, and also provides the ability to use the installation in various combined operating modes, including the connection of external power sources and battery station mode, for powering both autonomous and networked consumers.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Eletrric Generators (AREA)

Abstract

Изобретение относится к электроэнергетике. Бесконтактная бесперебойная генераторная установка на базе двух каскадно соединенных машин двойного питания содержащая также инвертор напряжения для питания статора вспомогательной машины; накопитель энергии для обеспечения бесперебойности электроснабжения; блок питания постоянного тока и зарядное устройство для подзарядки накопителя; программируемый контроллер, управляющий работой всей установки; датчики тока, напряжения, частоты вращения для обеспечения функциональности установки в различных режимах работы. Обеспечивается бесперебойное снабжение электроэнергией; использование для питания как автономных, так и сетевых потребителей или в режиме аккумуляторной станции; полное управление выходными параметрами – амплитудой, частотой и фазой выходного напряжения, включая стабилизацию частоты или ее регулирование для синхронизации с сетью; возможность совместной работы с другими источниками электроэнергии, например, солнечными панелями.

Description

[Установлен ISA в соответствии с правилом 37.2]ГЕНЕРАТОРНАЯ УСТАНОВКА НА БАЗЕ СДВОЕННОЙ МАШИНЫ ДВОЙНОГО ПИТАНИЯ
Изобретение относится к электроэнергетике и может быть использовано в системах генерирования электроэнергии с полностью управляемыми параметрами, в том числе стабильной частоты, от источников механической энергии с широкими диапазонами изменения скорости вращения и мощности как для автономной нагрузки, так и для подключения к сетевым потребителям.
Известна бесконтактная автономная система электропитания (А.с. СССР 1283938, 11.04.1985г., МПК H02P9/42)[1], которая содержит установленные на одном валу и имеющие одинаковые числа полюсов основной генератор и вспомогательный генератор, выполненные в виде машины двойного питания, при том, что многофазная роторная обмотка основного генератора через установленный на том же валу непосредственный преобразователь частоты на полностью управляемых ключах с двусторонней проводимостью подключена к многофазной роторной обмотке вспомогательного генератора, а управляющий вход непосредственного преобразователя частоты через распределитель импульсов подключен к генератору эталонной частоты. При этом многофазная статорная обмотка вспомогательного генератора подключена к многофазному источнику стабильной частоты. Кроме того, в известном изобретении предусмотрен выбор частоты напряжения генератора эталонной частоты. Известное решение характеризуется сложностью схемотехники из-за использования генераторов двух частот и высокой установленной мощности непосредственного преобразователя частоты, а также наличием большого числа гармоник и необходимость дополнительной фильтрации. Отметим также, что известная система электропитания не предусматривает работу с сетевыми потребителями, в том числе внешними потребителями постоянного тока и не позволяет подключать внешние источники электроэнергии.
Известно устройство для регулирования частоты тока в автономной системе электроснабжения (А.с. СССР 985920, 22.06.1981г., МПК H02P9/42)[2], которое включает сидящие на одном валу и имеющие одинаковые числа полюсов основной и вспомогательный генераторы, выполненные как машины двойного питания, статический преобразователь частоты, подключенный к статору вспомогательного генератора, и регулятор частоты выходного напряжения, при том, что обмотка ротора вспомогательного генератора подключена к выходу статического преобразователя частоты, а обмотка ротора основного генератора соединена с обмоткой статора вспомогательного генератора. Главный недостаток известного решения заключается в наличии щеточного узла контакта основного и вспомогательного генераторов, что существенно снижает надежность установки. Кроме того, в известной установке [2] остается нерешенной проблема управления амплитудой выходного напряжения.
Также известен бесщеточный ветрогенератор на основе сдвоенной машины двойного питания (патент CN205489973, 30.12.2015г, МПК H02K7/20)[3], включающий главный генератор и возбуждающий генератор, при этом основной генератор соединен с вращающимися лопастями, обмотка статора главного генератора соединена с трехфазной сетью, обмотка ротора главного генератора соединена с обмоткой ротора возбуждающего генератора, при этом обмотка статора возбуждающего генератора соединена с регулятором напряжения, при том, что генератор возбуждения вращается с частотой основного генератора, а количество их полюсов одинаково. Работоспособность данного решения обеспечивается только при работе с распределительной сетью, при этом не представлены средства и алгоритмы для управления загрузкой основного генератора.
В приведенных решениях [1, 2] отсутствует возможность работы с сетевыми потребителями, подключенными к распределительной сети, решение [3], наоборот, функционирует только при работе с распределительной сетью. Во всех решениях не предусматривается подключение внешних дополнительных источников энергии. Кроме того, данные решения не обеспечивают бесперебойное электроснабжение потребителей в периоды дефицита или отсутствия механической энергии вращения вала.
Техническая задача
Задача настоящего изобретения заключается в создании высоконадежной генераторной установки на базе сдвоенной машины двойного питания, обеспечивающей бесперебойное снабжение электроэнергией, характеризующейся простой и надежной системой управления, позволяющей работать как с автономной нагрузкой, так и с сетевыми потребителями электроэнергии, а также подключать дополнительные внешние источники электроэнергии, такие как ветро- и гидрогенераторы, солнечные батареи и другие - в том числе с нестабилизированными параметрами.
Решение задачи
Для решения задачи заявлена бесконтактная бесперебойная генераторная установка на базе сдвоенной машины двойного питания, содержащая установленные на одном валу и имеющие одинаковые числа пар полюсов основной генератор и вспомогательный генератор, выполненные в виде машин двойного питания, а также статический многофазный инвертор напряжения (далее – инвертор напряжения) в качестве источника питания стабильной частоты вспомогательного генератора, отличающаяся тем, что установка содержит управляющий программируемый логический контроллер (далее - контроллер) с задатчиком эталонной частоты выходного напряжения установки, при этом указанный контроллер подключен основным управляющим выходом к указанному инвертору напряжения, выход которого подключен к статорной обмотке вспомогательного генератора; при этом установка содержит накопитель энергии, подающий питание постоянного тока на свой основной выход, к которому подключен инвертор напряжения, причем указанный накопитель энергии своим входом присоединен к выходу зарядного устройства, управляемого сигналом с одного из выходов контроллера, причем контрольный выход накопителя энергии присоединен к одному из входов контроллера; при этом установка содержит источник питания постоянного тока, вход которого подсоединен к статорным обмоткам основного генератора, а выход - к зарядному устройству; при этом ко входам контроллера подключены установленный в выходной цепи установки первый датчик тока, а также первый датчик напряжения, подключенный к выходной статорной обмотке основного генератора.
Установка может содержать первый выключатель, подключенный к статорной обмотке основного генератора и управляемый сигналом с одного из выходов программируемого логического контроллера, а также переключатель режима работы установки, вспомогательный контакт которого соединен с одним из входов контроллера, при этом основная группа подвижных контактов переключателя присоединена к первому выключателю, одна из групп неподвижных контактов – к электрической распределительной сети, а другая группа неподвижных контактов – к автономной нагрузке, при этом установка содержит подключенный ко входам контроллера второй датчик напряжения, измерительный вход которого подключен к распределительной сети.
Установка может содержать источник питания постоянного тока, дополнительно запитанный от распределительной сети, при этом установка содержит второй выключатель, управляемый сигналом одного из выходов контроллера, подключающий к распределительной сети отдельный вход источника питания постоянного тока.
Установка может дополнительно содержать подключенные ко входам контроллера второй датчик тока, установленный в цепь между статорной обмоткой основного генератора и источником питания постоянного тока; а также третий датчик тока, установленный в цепь между выходом накопителя энергии и входом инвертора напряжения; а также четвертый датчик тока, установленный в цепь между вторым выключателем и источником питания постоянного тока; а также датчик частоты вращения вала, установленный на общем валу с основным и вспомогательным генераторами.
Установка может содержать источник питания постоянного тока, дополнительно запитанный от по меньшей мере одного внешнего источника электрической энергии переменного или постоянного тока.
Установка может содержать накопитель энергии со вспомогательным выходом для подключения внешних потребителей постоянного тока.
Установка может содержать задатчик эталонной частоты выходного напряжения установки, встроенный в контроллер и функционально выполненный в виде внутреннего генератора тактовой частоты с возможностью последующей программно-аппаратной обработки сигнала внутри контроллера.
Установка может содержать объединенные роторы основного и вспомогательных генераторов, выполненные с единым магнитопроводом и обмоткой.
Положительные эффекты от изобретения
Технический результат, достигаемый заявляемым изобретением, заключается в обеспечении бесперебойного снабжения электроэнергией, расширении диапазона работы установки при частоте вращения вала от нуля до близкой к синхронной, а также при частоте свыше синхронной; а также в возможности использования установки в различных комбинированных режимах работы, включая подключение внешних источников электроэнергии и режим аккумуляторной станции, для питания как автономных, так и сетевых потребителей.
 Фигура.1
На изображена схема бесперебойной генераторной установки приведена на фигуре 1, где 1 - основной генератор, 2 - вспомогательный генератор, 3 - статический многофазный инвертор напряжения, 4 - программируемый логический контроллер, 5 - накопитель энергии, 6 - зарядное устройство, 7 - источник питания постоянного тока, 8 - первый выключатель, 9 - первый датчик тока, 10 - первый датчик напряжения, 11 - переключатель режима работы установки, 12 - второй датчик тока, 13 - третий датчик тока, 14 - датчик частоты вращения вала, 15 – разъединитель, 16 - второй датчик напряжения, 17 - второй выключатель, 18 - четвертый датчик тока.
Также на изображены: 19 - приводной вал от двигательной установки, 20 - автономная нагрузка, 21 - распределительная сеть и сетевая нагрузка, 22 - разъем для подключения дополнительного внешнего источника электрической энергии, 23 - разъем для подключения внешних потребителей постоянного тока.
Согласно заявленному изобретению, на едином валу 19 расположены основной генератор 1 (далее – генератор 1) и вспомогательный генератор 2 (далее – генератор 2), также датчик частоты вращения вала 14. Приводной вал 19 соединен с источником механической энергии вращения, например, двигательной установкой или турбиной. При этом генератор 1 - основная электрическая машина двойного питания, генерирующая энергию для питания потребителей, подключенных к ней напрямую (автономная нагрузка 20) или к распределительной сети 21 (сетевая нагрузка). Генератор 2 - вспомогательная электрическая машина двойного питания, генерирующая энергию для создания вращающегося магнитного поля частоты скольжения ротора генератора 1. Оба генератора 1 и 2 имеют одинаковое значение числа пар полюсов, в общем случае – многофазные, оптимальный вариант - трехфазные роторы и статоры. Обмотки роторов генераторов 1 и 2 соединены с соблюдением одинакового чередования фаз. В частном случае, роторы генераторов 1 и 2 могут быть объединены и выполнены с едиными магнитопроводом и обмоткой. Установка содержит статический многофазный инвертор напряжения 3, выход которого подключен к статорной обмотке генератора 2. При этом инвертор напряжения 3 запитан от основного выхода накопителя энергии 5 и подключен к управляющему выходу управляющего программируемого логического контроллера 4 с задатчиком эталонной частоты выходного напряжения установки. К выходам указанного контроллера 4 подключены первый датчик тока 9, установленный в выходной цепи установки между первым выключателем 8 и автономной нагрузкой 20 или сетевой нагрузкой 21, а также первый датчик напряжения 10, подключенный к выходной статорной обмотке генератора 1. При этом указанный выше накопитель энергии 5 своим входом присоединен к выходу зарядного устройства 6, соединенного с одним из выходов контроллера 4, при этом контрольный выход накопителя энергии 5 также присоединен к одному из входов контроллера 4. Установка содержит источник питания постоянного тока 7, вход которого подсоединен к статорным обмоткам генератора 1, а выход - к зарядному устройству 6. В выходную цепь между статором генератора 1 и автономной нагрузкой 20, установлен первый выключатель 8, управляемый сигналом одного из выходов контроллера 4. Генераторная установка также может содержать разъединитель 15 в цепи автономной нагрузки, управляемый сигналом одного из выходов контроллера 4.
В частном случае генераторная установка может также содержать переключатель режима работы установки 11 для переключения между автономной и сетевой нагрузкой, вспомогательный контакт которого соединен с одним из входов программируемого логического контроллера 4, при этом основная группа подвижных контактов переключателя 11 присоединена к первому выключателю 8, одна из групп неподвижных контактов – к электрической распределительной сети 21 (сетевой режим), а другая группа неподвижных контактов – к автономной нагрузке 20 (автономный режим), при этом установка содержит подключенный ко входам контроллера 4 второй датчик напряжения 16, измерительный вход которого подключен к распределительной сети 21.
В частном случае – при работе в режиме аккумуляторной станции (бустерное питание) - генераторная установка может также содержать источник питания постоянного тока 7, дополнительно запитанный от распределительной сети 21, при этом установка содержит второй выключатель 17, управляемый сигналом одного из выходов контроллера 4. При этом данный выключатель 17 подключает к распределительной сети 21 отдельный вход источника питания постоянного тока 7.
В частном случае – при детализированном контроле за мощностными параметрами установки - генераторная установка может дополнительно содержать подключенные ко входам контроллера 4 второй датчик тока 12, установленный в цепь между статорной обмоткой генератора 1 и источником питания постоянного тока 7; а также третий датчик тока 13, установленный в цепь между выходом накопителя энергии 5 и входом инвертора напряжения 3; а также четвертый датчик тока 18, установленный в цепь между вторым выключателем 17 и источником питания постоянного тока 7; а также датчик частоты вращения вала 14, установленный на общем валу с основным 1 и вспомогательным 2 генераторами.
В частном случае установка содержит источник питания постоянного тока 7, дополнительно запитанный от по меньшей мере одного внешнего источника электрической энергии переменного или постоянного тока через разъем 22.
В частном случае установка содержит накопитель энергии 5, имеющий вспомогательный разъем для подключения внешних потребителей постоянного тока 23.
В частном случае установка содержит задатчик эталонной частоты выходного напряжения установки (не показан), встроенный в программируемый логический контроллер 4 и функционально выполненный в виде внутреннего генератора тактовой частоты с возможностью последующей программно-аппаратной обработки сигнала внутри контроллера 4.
В частном случае установка содержит объединенные роторы генераторов 1 и 2, выполненные с единым магнитопроводом и обмоткой.
Заявленная генераторная установка работает следующим образом.
Генератор 1, преобразуя механическую энергию вращения вала 19 и энергию вращающегося магнитного поля ротора, производит электрическую энергию для питания потребителей, подключенных к нему напрямую (автономная нагрузка 20) или посредством распределительной сети 21 (сетевая нагрузка). Генератор 2 производит энергию возбуждения для создания вращающегося магнитного поля частоты скольжения ротора о генератора 1. При этом мощность генератора 2 определяется максимальным скольжением
Figure pctxmlib-appb-M000001
 и величиной потерь в магнитной и электрических цепях, где
Figure pctxmlib-appb-M000002
 – это скольжение или удельное отклонение скорости вращения вала, которое определяется по формуле:
Figure pctxmlib-appb-M000003
, где
Figure pctxmlib-appb-M000004
 – синхронная частота вращения вала (об/мин);
Figure pctxmlib-appb-M000005
 – текущая частота вращения вала (об/мин);
Figure pctxmlib-appb-M000006
 – число пар полюсов генераторов 1 и 2;
Figure pctxmlib-appb-M000007
 – эталонная частота (Гц).
В случае работы при
Figure pctxmlib-appb-M000008
 (вал не вращается) мощность генератора 2 превышает мощность генератора 1 на величину суммарных потерь, а установка фактически работает в режиме статического трансформатора.
Статический многофазный инвертор напряжения 3, служащий источником напряжения стабильной частоты и работающий, например, на принципе широтно-импульсной модуляции (ШИМ), преобразует напряжение постоянного тока от накопителя энергии 5 в используемое для питания статора генератора 2 напряжение переменного тока, управляемого по частоте, фазе и амплитуде. При этом управляющие ШИМ сигналы поступают от программируемого логического контроллера 4.
Таким образом, контроллер 4 генерирует управляющие импульсы, модулирующие с помощью инвертора 3 в статорной обмотке генератора 2 многофазные токи эталонной частоты
Figure pctxmlib-appb-M000009
. Помимо частоты и фазы, контроллер 4 и инвертор 3 определяют также необходимую для достижения номинального выходного напряжения генератора 1 амплитуду токов статора генератора 2. Многофазные токи статора генератора 2 создают вращающееся магнитное поле, направленное в ту же сторону, что и вращение вала. Ротор генератора 2 пронизывает основной магнитный поток и генерирует в его многофазных обмотках ЭДС с частотой, равной разнице
Figure pctxmlib-appb-M000010
.
ЭДС ротора генератора 2 с частотой скольжения
Figure pctxmlib-appb-M000011
 приведет к созданию токов в замкнутой цепи, состоящих из многофазных роторных обмоток обоих генераторов 1 и 2. Протекающие в роторе основного генератора 1 токи создадут основной магнитный поток генератора 1, вращающийся в том же направлении, что и вал установки, и с частотой вращения относительно вала, равной
Figure pctxmlib-appb-M000012
, где
Figure pctxmlib-appb-M000013
 – частота вращения ротора генератора 1 относительно вала (об/мин).
В результате статор генератора 1 будет пронизывать магнитный поток, генерировать в нем ЭДС с эталонной частотой
Figure pctxmlib-appb-M000014
. Соответственно, не только частота, но и фаза выходного напряжения статора генератора 1 на холостом ходу будут полностью повторять параметры задатчика эталонной частоты, т.к. существуют однозначные электромеханические связи между обмотками обеих машин (расположены на одном валу, соблюдено требуемое чередование фаз, у обоих генераторов 1 и 2 одинаковое количество полюсов), а влияние нестабильности вращения вала скомпенсировано протекающими в роторных обмотках токами частоты скольжения.
Итак, выходное напряжение статора генератора 1 будет иметь абсолютно идентичные задатчику частоты фазу и частоту. При этом величина (амплитуда) напряжения статора генератора 1 измеряется первым датчиком напряжения 10. Его показания, приходящие на вход контроллера 4 анализируются им на предмет расхождения с номинальным значением, сохраненным в памяти контроллера 4. Управление величиной напряжения на выходе генератора 1 осуществляет контроллер 4, например, через изменение общей скважности ШИМ сигналов управления, подаваемых для управления инвертором напряжения 3 на соответствующий выход контроллера 4.
При этом питание инвертора напряжения 3 и контроллера 4 осуществляется от обеспечивающего бесперебойное питание потребителей и установки накопителя энергии 5. Емкость накопителя энергии 5 должна быть достаточной для питания нагрузки 20 или 21 в периоды частичного дефицита или полного отсутствия первичной механической энергии вращения вала 19. Необходимый уровень заряда накопителя обеспечивают источник питания постоянного тока 7 и зарядное устройство 6 на основе встроенных аппаратных алгоритмов. К источнику питания 7 через разъем 22 могут быть также подключены другие источники электроэнергии, например, солнечные батареи. При этом контроллер 4, воздействуя на зарядное устройство, может уменьшить или остановить подзаряд накопителя энергии 5. Например, остановка заряда накопителя энергии 5 может быть осуществлена в случае дефицита механической энергии для генерации требуемой энергии для питания нагрузки 20 или 21 – в этом случае временная остановка заряда накопителя энергии 5 позволяет восполнить такой дефицит энергии. Анализ уровня заряда накопителя энергии 5 осуществляется через измерение напряжения на контрольном выходе накопителя энергии 5, но может также производиться с помощью специализированных контроллеров (не показаны). Кроме того, к накопителю энергии 5 через разъем 23 могут быть опционально подключены внешние потребители постоянного тока, например, телекоммуникационное, навигационное, осветительное оборудование, устройства управления, наблюдения, для подзарядки электрических транспортных средств.
Помимо приведенного выше, контроллер 4 может останавливать подачу энергии потребителям при дефиците механической энергии, отсутствии внешних источников энергии, приближении к минимально допустимым уровням заряда накопителя энергии 5, размыкая выключатель 8 управляющим сигналом на выходе. Кроме того, контроллер может останавливать работу инвертора напряжения 3 при отсутствии механической энергии, отсутствии внешних источников энергии 22, приближении к минимально допустимым уровням заряда накопителя энергии 5, блокируя сигналы управления инвертором напряжения 3, предотвращая тем самым полное исчерпание энергии накопителя энергии 5 и резервируя ресурсы для возобновления дальнейшей работы в более благоприятных условиях. Кроме того, контроллер 4 может отключать низкоприоритетную нагрузку с помощью разъединителя 15, подавая соответствующий сигнал на выход контроллера 4, продлевая тем самым работу установки для питания ответственных потребителей в ситуации с дефицитом механической энергии и уменьшая потребление резервной энергии накопителя энергии 5.
При этом контроллер 4 анализирует сигналы, поступающие от первого датчик тока 9, измеряющего амплитуду и вектор (фазу) тока, потребляемого нагрузкой 20. В частном случае контроллер также анализирует сигналы от второго датчика напряжения 16, измеряющего амплитуду, частоту и вектор (фазу) напряжения в распределительной сети 21. В частном случае контроллер 4 также анализирует сигналы, поступающие от второго датчика тока 12, измеряющего амплитуду и вектор (фазу) тока, потребляемого источником питания постоянного тока 7; а также от третьего датчика тока 13, измеряющего амплитуду тока, потребляемого инвертором напряжения 3; а также от четвертого датчика тока, измеряющего амплитуду тока, потребляемого из распределительной сети 21 для подзарядки накопителя энергии 5; а также от датчика частоты вращения вала 14, измеряющего скорость вращения вала 19. При этом данные от датчика 14 используются для определения доли полезной мощности, вырабатываемой первичным источником механической энергии вращения. Итак, на основании входных данных от указанных датчиков, текущего состояния коммутационного оборудования (выключателей, переключателя, разъединителя) программируемый логический контроллер 4 осуществляет управление работой всей установки и ее отдельных элементов, формирую на своих выходах соответствующие сигналы.
Первый выключатель 8 необходим для отключения установки от внешней нагрузки при невозможности дальнейшей генерации электрической энергии – отсутствия механической энергии вращения и близком к полному исчерпании энергии накопителя энергии 5, а также для защиты установки от перегрузки и критических токов.
Второй выключатель 17 обеспечивает подключение в ночное время (или другое с низкой загрузкой распределительной сети и соответствующими экономичными тарифами источника питания 7 к общей распределительной сети 21 для подзарядки накопителя энергии 5 и последующего бустерного питания потребителей от накопителя энергии 5 во время пикового потребления электроэнергии.
Переключатель режима работы установки 11 определяет режим работы установки.
Так, автономный режим обеспечивается при изолированном (без соединения с распределительной сетью 21) подключении автономной нагрузки 20 к установке. В случае, если в автономной нагрузке 20 можно выделить подгруппу неответственных потребителей, то такую низкоприоритетную нагрузку следует подключить через управляемый с контроллера 4 разъединитель 15. При этом уровень потребляемой нагрузкой мощности контроллер 4 определяет на основе данных от первого датчика тока 9 и первого датчика напряжения 10. Указанные датчики измеряют не только амплитуду и среднее значение, но и фазу (вектор) сигнала. Следовательно, контроллер 4 может определять потребляемые полную, активную и реактивную мощности. Отметим, что без второго, третьего и четвертого датчиков тока 12, 13, 18, а также без датчика частоты вращения вала 14 заявленные технические результаты - достигаются, однако применение указанных датчиков расширяет возможность контроля работы установки, достижения максимально продолжительного периода бесперебойной работы, расчета и индикации мощностных параметров сгенерированной электроэнергии от различных источников.
Сетевой режим работы установки обеспечивается при подключении установки к распределительной сети большой/бесконечной мощности и сетевым потребителям соответственно. Управление загрузкой установки в сетевом режиме происходит по иному алгоритму, разъединитель 15 в этом режиме не задействован. В сетевом режиме в роли задатчика частоты выступает второй датчик напряжения 16, от которого на контроллер 4 поступают данные о частоте сети, векторе (фазе) напряжении сети. Аналогично изложенному выше алгоритму контроллер 4 генерирует управляющие импульсы, модулирующие с помощью инвертора напряжения 3 в статорной обмотке генератора 2 многофазные токи частоты напряжения распределительной сети
Figure pctxmlib-appb-M000015
 (Гц). Выключатель 8 до момента подключения к распределительной сети 21 находится в разомкнутом состоянии. Переключатель режима работы установки 11 – в сетевом режиме. Необходимые для синхронизации условия синфазности и равенства частот будут выполняться автоматически. Для достижения равенства напряжений установки и сети контроллер 4 сравнивает текущее значение напряжение сети, снимаемое со второго датчика напряжения 16, с напряжением на статоре генератора 2, получаемое от первого датчика напряжения 10. Контроллер 4 формирует сигнал на изменение общей скважности выходных ШИМ сигналов управления, подаваемых для управления инвертором напряжения 3. При достижении всех условий контроллер 4 замыкает цепь с помощью расцепителя 15. Дальнейшая загрузка установки обеспечивается путем углового или временного опережения начала цикла управляющих ШИМ-сигналов с частотой
Figure pctxmlib-appb-M000016
 на выходе контроллера 4 относительно фазы сигнала датчика напряжения 16.
Режим работы заявляемой установки в качестве аккумуляторной станции (бустерного питания) возможен при наличии внешнего питания как в сетевом, так и автономном режимах. С целью оптимизации потребления установка может генерировать электроэнергию по установленному временному графику от заранее накопленной энергии накопителя 5. Программируемый логический контроллер 4 в ночное время (или другое с низкой загрузкой сети и соответствующими экономичными тарифами), управляя выключателем 17, произведет полную зарядку накопителя энергии 5, если к моменту окончания ночного тарифа уровень заряда не был достаточным. К наступлению периода пикового потребления, время которого заранее определено и запрограммировано в контроллере 4, установка будет иметь возможность преобразовать часть энергии накопителя 5 для бустерного питания потребителей. В данном режиме работы заявленная установка содержит второй выключатель 17, управляемый сигналом одного из выходов контроллера 4, подключающий к распределительной сети 21 отдельный вход источника питания постоянного тока 7, необходимый для раздельного контроля за потребленной энергией и определения экономического эффекта при отдаче накопленной энергии в сеть.
Таким образом, заявленное изобретение обеспечивает бесперебойное снабжение электроэнергией, при этом расширяется диапазон работы установки при частоте от нуля до близкой к синхронной частоте вращения вала и при частоте свыше синхронной, а также обеспечивается возможность использования установки в различных комбинированных режимах работы, включая подключение внешних источников электроэнергии и режим аккумуляторной станции, для питания как автономных, так и сетевых потребителей.

Claims (8)

  1. Бесконтактная бесперебойная генераторная установка на базе сдвоенной машины двойного питания, содержащая установленные на одном валу и имеющие одинаковые числа пар полюсов основной генератор и вспомогательный генератор, выполненные в виде машин двойного питания, а также статический многофазный инвертор напряжения в качестве источника питания стабильной частоты вспомогательного генератора, отличающаяся тем, что установка содержит управляющий программируемый логический контроллер с задатчиком эталонной частоты выходного напряжения установки, при этом указанный программируемый логический контроллер подключен основным управляющим выходом к статическому многофазному инвертору напряжения, выход которого подключен к статорной обмотке вспомогательного генератора; при этом установка содержит накопитель энергии, подающий питание постоянного тока на свой основной выход, к которому подключен статический многофазный инвертор напряжения, причем указанный накопитель энергии своим входом присоединен к выходу зарядного устройства, управляемого сигналом с одного из выходов программируемого логического контроллера, причем контрольный выход накопителя энергии присоединен к одному из входов программируемого логического контроллера; при этом установка содержит источник питания постоянного тока, вход которого подсоединен к статорным обмоткам основного генератора, а выход - к зарядному устройству; при этом ко входам программируемого логического контроллера подключены установленный в выходной цепи первый датчик тока, а также первый датчик напряжения, подключенный к выходной статорной обмотке основного генератора.
  2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что содержит первый выключатель, подключенный к статорной обмотке основного генератора и управляемый сигналом одного из выходов программируемого логического контроллера, а также переключатель режима работы установки, вспомогательный контакт которого соединен с одним из входов программируемого логического контроллера, при этом основная группа подвижных контактов переключателя присоединена к первому выключателю, одна из групп неподвижных контактов – к электрической распределительной сети, а другая группа неподвижных контактов – к автономной нагрузке, при этом установка содержит подключенный ко входам программируемого логического контроллера второй датчик напряжения, измерительный вход которого подключен к распределительной сети.
  3. Установка по п. 2, отличающаяся тем, что источник питания постоянного тока дополнительно запитан от распределительной сети, при этом установка содержит второй выключатель, управляемый сигналом одного из выходов программируемого логического контроллера, подключающий к распределительной сети отдельный вход источника питания постоянного тока.
  4. Установка по п.1 или п.2 или п.3, отличающаяся тем, что дополнительно содержит подключенные ко входам программируемого логического контроллера второй датчик тока, установленный в цепь между статорной обмоткой основного генератора и источником питания постоянного тока; а также третий датчик тока, установленный в цепь между выходом накопителя энергии и входом статического многофазного инвертора напряжения; а также четвертый датчик тока, установленный в цепь между вторым выключателем и источником питания постоянного тока; а также датчик частоты вращения вала, установленный на общем валу с основным и вспомогательным генераторами.
  5. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что источник питания постоянного тока дополнительно запитан от по меньшей мере одного внешнего источника электрической энергии переменного или постоянного тока.
  6. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что накопитель энергии имеет вспомогательный выход для подключения внешних потребителей постоянного тока.
  7. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что задатчик эталонной частоты выходного напряжения установки встроен в программируемый логический контроллер и функционально выполнен в виде внутреннего генератора тактовой частоты с возможностью последующей программно-аппаратной обработки сигнала внутри контроллера.
  8. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что роторы основного и вспомогательных генераторов объединены и выполнены с единым магнитопроводом и обмоткой.
PCT/RU2021/050261 2021-02-12 2021-08-16 Генераторная установка на базе сдвоенной машины двойного питания WO2022173324A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021103507 2021-02-12
RU2021103507A RU2752229C1 (ru) 2021-02-12 2021-02-12 Бесконтактная бесперебойная генераторная установка на базе сдвоенной машины двойного питания

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022173324A1 true WO2022173324A1 (ru) 2022-08-18

Family

ID=76989577

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2021/050261 WO2022173324A1 (ru) 2021-02-12 2021-08-16 Генераторная установка на базе сдвоенной машины двойного питания

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2752229C1 (ru)
WO (1) WO2022173324A1 (ru)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105356504A (zh) * 2015-11-19 2016-02-24 上海电机学院 一种变流器和其控制方法及风力发电系统
RU2726735C1 (ru) * 2019-08-23 2020-07-15 Общество С Ограниченной Ответственностью "Вдм-Техника" Система автономного электроснабжения с комбинированным накопителем энергии
RU2735280C1 (ru) * 2019-12-23 2020-10-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ) Автономная электростанция переменной частоты вращения

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2493711B (en) * 2011-08-12 2018-04-25 Openhydro Ip Ltd Method and system for controlling hydroelectric turbines

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105356504A (zh) * 2015-11-19 2016-02-24 上海电机学院 一种变流器和其控制方法及风力发电系统
RU2726735C1 (ru) * 2019-08-23 2020-07-15 Общество С Ограниченной Ответственностью "Вдм-Техника" Система автономного электроснабжения с комбинированным накопителем энергии
RU2735280C1 (ru) * 2019-12-23 2020-10-29 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ) Автономная электростанция переменной частоты вращения

Also Published As

Publication number Publication date
RU2752229C1 (ru) 2021-07-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10784808B2 (en) Variable speed generator-motor apparatus and variable speed generator-motor system
US8097967B2 (en) Energy systems, energy devices, energy utilization methods, and energy transfer methods
KR100668118B1 (ko) 권선형 유도 발전기 제어용 전력변환장치 및 전력변환방법
US20130119769A1 (en) Energy Systems And Energy Storage System Charging Methods
US20150048623A1 (en) Method for operating an electric unit for a pumped-storage power plant
EP3607627B1 (en) High efficiency electric power generation and charging system
US20090021020A1 (en) Variable speed drive system
WO2021205700A1 (ja) 電力変換装置
RU2518907C1 (ru) Система бесперебойного и гарантированного электроснабжения для наиболее ответственных потребителей электроэнергии
WO2022173324A1 (ru) Генераторная установка на базе сдвоенной машины двойного питания
WO2015150740A1 (en) Power generation system
JP3712895B2 (ja) 太陽電池による機械動力発生システム
Frack et al. Control-strategy design for frequency control in autonomous smart microgrids
US20230115683A1 (en) Power conversion device
RU2680642C1 (ru) Ветросолнечная установка автономного электроснабжения
Koczara et al. Smart and decoupled power electronic generation system
CN108448999B (zh) 一种用于伺服电机的驱动控制系统
Rezkallah et al. Control systems for hybrid energy systems
WO2010002051A1 (en) Engine-generator provided with super capacitor
Das et al. An islanded hybrid AC/DC microgrid with seamless transition capabilities
JPH0847175A (ja) コージェネレーションシステムの運転方法および発電システム
JP4285895B2 (ja) 補助発電装置
US20240093670A1 (en) Operating a wind turbine in an off-grid stand-alone mode
RU219734U1 (ru) Ветроэнергетическое двухгенераторное устройство для выработки электроэнергии в расширенном диапазоне ветровых скоростей
RU56085U1 (ru) Устройство бесперебойного электроснабжения потребителей электроэнергетической системы, работающей на нестабильных источниках энергии

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21925950

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 17.01.2024)