RU71046U1 - SECURITY DEVICE FOR POWER SUPPLY SYSTEMS - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при проектировании источников электроэнергии, выполненных на основе механоэлектрических систем генерирования. Устройство содержит авиадвигатель 1, приводящий во вращение вал магнитоэлектрического генератора 3, выходные выводы фазных цепей которого подключены через цепи фидера 4 к входу статического преобразователя частоты 5. Во внутренние цепи генератора 3, фидера 4 и статического преобразователя частоты 5 включены датчики 8-13 и 17, информация с которых поступает на вход узла защиты 15. Выход узла защиты 15 подключен к входам управления исполнительных ключей 16, нормально-замкнутые цепи которых включены последовательно в фазные цепи генератора 3 между точками их объединения и выводами фазных обмоток. При авариях внутри цепей фидера 4 и внутри фазных цепей генератора 3, а также недопустимых токовых перегрузках при авариях внутри статического преобразователя частоты 5 узел защиты 15 формирует сигнал на размыкание исполнительных 16 ключей, что ведет к отключению генератора. Прекращение подачи электроэнергии потребителю при недопустимых токовых перегрузках путем размыкания цепей фазных обмоток генератора позволяет исключить аварийный режим работы установки, повысить надежность энергообеспечения потребителя и степень пожаробезопасности. 1 н.п. ф-лы, 1 ил.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used in the design of power sources based on mechanoelectric generation systems. The device comprises an aircraft engine 1, which rotates the shaft of the magnetoelectric generator 3, the output terminals of the phase circuits of which are connected through the circuit of the feeder 4 to the input of the static frequency converter 5. Sensors 8-13 and 17 are included in the internal circuits of the generator 3, feeder 4 and the static frequency converter 5 , information from which is fed to the input of the protection node 15. The output of the protection node 15 is connected to the control inputs of the executive keys 16, normally-closed circuits of which are connected in series in the phase chains of the generator 3 between glasses and combining them terminals phase windings. In case of accidents inside the circuits of the feeder 4 and inside the phase circuits of the generator 3, as well as unacceptable current overloads during accidents inside the static frequency converter 5, the protection unit 15 generates a signal to open the executive 16 keys, which leads to the generator turning off. Stopping the supply of electricity to the consumer during unacceptable current overloads by opening the phase winding circuits of the generator eliminates the emergency operation of the installation, improves the reliability of energy supply to the consumer and the degree of fire safety. 1 n.p. f-ly, 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области электротехники и может быть использована при проектировании источников электроэнергии, выполненных на основе механоэлектрических систем генерирования, содержащих магнитоэлектрические электрогенераторы.The utility model relates to the field of electrical engineering and can be used in the design of electric power sources based on mechanoelectric generation systems containing magnetoelectric generators.

Известна система генерирования электрической энергии, содержащая источник механической энергии, приводящий во вращение вал магнитоэлектрического генератора, нагруженного на статический преобразователь частоты, который подключен к нагрузке (1). При любой аварии внутри генератора или необратимой аварии в его нагрузке, например, статическом преобразователе, узел защиты формирует сигнал аварии, размыкающий расцепитель, посредством которого вал генератора соединяется с валом авиадвигателя. Однако отключение генератора с помощью расцепителя не решает проблемы прекращения «перемежающихся» коротких замыканий на корпус, например, в фидере питания между выходными цепями генератора и входом преобразователя. Это объясняется тем, что между отключением расцепителя и полной остановкой ротора генератора имеет место относительно большой промежуток времени (8-10 Сек.), в течение которого может развиться неуправляемая электрическая дуга, которая может вывести из строя всю установку.A known system for generating electrical energy, containing a source of mechanical energy, which drives the shaft of the magnetoelectric generator loaded on a static frequency converter, which is connected to the load (1). In case of any accident inside the generator or an irreversible accident in its load, for example, a static converter, the protection unit generates an alarm signal, opening the trip, through which the generator shaft is connected to the shaft of the aircraft engine. However, turning off the generator using the release does not solve the problem of stopping “intermittent” short circuits on the case, for example, in the power feeder between the generator output circuits and the converter input. This is due to the fact that between the trip of the release and the complete stop of the generator rotor, there is a relatively large period of time (8-10 seconds), during which an uncontrollable electric arc can develop, which can damage the entire installation.

Наиболее близким к полезной модели устройством является система электроснабжения (2), содержащая источник механической энергии, например, авиадвигатель, приводящий во вращение вал магнитоэлектрического генератора. Выход генератора подключен через цепи фидера к входу статического преобразователя частоты, включающего в себя выпрямитель и управляемый инвертор. Для защиты генератора при токовых перегрузках в его фазных цепях и ненормированных перегрузках в цепях статического преобразователя введен узел защиты. Входы узла защиты подсоединены к датчикам тока, включенным во внутренние токовые цепи генератора и статического преобразователя, а выход - к входам управления исполнительных ключей. При срабатывании защиты силовые цепи исполнительных ключей шунтируют фазные обмотки генератора, обеспечивая быстрое снижение выходного напряжения генератора и прекращение подачи энергии в нагрузку.The device closest to the utility model is the power supply system (2) containing a source of mechanical energy, for example, an aircraft engine, which drives the magnetoelectric generator shaft. The output of the generator is connected through the feeder circuit to the input of a static frequency converter, which includes a rectifier and a controlled inverter. To protect the generator during current overloads in its phase circuits and unnormalized overloads in the circuits of a static converter, a protection node is introduced. The inputs of the protection node are connected to current sensors included in the internal current circuits of the generator and the static converter, and the output is connected to the control inputs of the executive keys. When the protection is activated, the power circuits of the executive switches bypass the phase windings of the generator, providing a quick decrease in the output voltage of the generator and stopping the supply of energy to the load.

Однако при шунтировании обмоток генератора возникает ток короткого замыкания, который, превышая в 3-5 раз рабочий ток генератора, However, when the windings of the generator are bypassed, a short circuit current occurs, which, exceeding the operating current of the generator by 3-5 times,

увеличивает тепловые потери в его обмотках в 9-25 раз, что ведет к не допустимому перегреву генератора и, следовательно, снижению надежности энергообеспечения потребителя и снижению степени пожаробезопасности электрогенератора. Повысить надежность возможно за счет переразмеривания генератора, однако это приведет к ухудшению его массагабаритных показателей.increases heat losses in its windings by 9-25 times, which leads to unacceptable overheating of the generator and, consequently, a decrease in the reliability of energy supply to the consumer and a decrease in the degree of fire safety of the generator. It is possible to increase reliability by oversizing the generator, however, this will lead to a deterioration in its overall dimensions.

Техническим результатом, которого можно достичь при использовании полезной модели, является повышение надежности энергообеспечения потребителя и степени пожаробезопасности электрогенератора путем исключения режима работы при недопустимых токовых перегрузках.The technical result that can be achieved by using the utility model is to increase the reliability of energy supply to the consumer and the degree of fire safety of the electric generator by eliminating the operating mode at unacceptable current overloads.

Технический результат достигается за счет того, что в устройстве защиты системы электроснабжения, содержащем источник механической энергии, приводящий во вращение вал магнитоэлектрического генератора, выходные выводы фазных цепей которого, образованные первыми выводами его фазных обмоток, подключены через цепи фидера к входу статического преобразователя частоты, включающего в себя выпрямитель и управляемый инвертор, выходные выводы которого предназначены для подключения нагрузки, первые и вторые датчики, определяющие состояние фазных цепей генератора и внутренних цепей статического преобразователя частоты соответственно, узел защиты, первый вход которого присоединен к выходам вторых датчиков, а выход к - входам управления исполнительных ключей (2), нормально-замкнутые цепи исполнительных ключей включены последовательно в фазные цепи генератора между точками их объединения и вторыми выводами его фазных обмоток, а в местах подключения цепей фидера к входу статического преобразователя частоты установлены дополнительные датчики тока, выходы которых присоединены к первому входу введенного дифференциального узла, к второму входу которого подключены выходы первых датчиков, а выход дифференциального узла присоединен к второму входу узла защиты, который выполнен обеспечивающим размыкание цепей исполнительных ключей при авариях внутри цепей фидера и внутри фазных цепей генератора, а также недопустимых токовых перегрузках при авариях внутри статического преобразователя частоты.The technical result is achieved due to the fact that in the protection device of the power supply system containing a mechanical energy source that drives the magnetoelectric generator shaft, the output terminals of the phase circuits of which are formed by the first outputs of its phase windings are connected through the feeder circuit to the input of a static frequency converter, including a rectifier and a controlled inverter, the output terminals of which are designed to connect the load, the first and second sensors that determine the state of the phases generator circuits and internal circuits of the static frequency converter, respectively, the protection node, the first input of which is connected to the outputs of the second sensors, and the output to the control inputs of the executive keys (2), normally closed executive key circuits are connected in series in the generator phase circuits between their points combining and the second conclusions of its phase windings, and in places where the feeder circuits are connected to the input of the static frequency converter, additional current sensors are installed, the outputs of which are connected to the first input of the introduced differential unit, the outputs of the first sensors are connected to the second input, and the output of the differential unit is connected to the second input of the protection unit, which is designed to open the executive key circuits in case of accidents inside the feeder circuits and inside the generator phase circuits, as well as unacceptable current overloads crashes inside a static frequency converter.

На чертеже представлена электрическая схема установки.The drawing shows an electrical diagram of the installation.

Устройство содержит источник механической энергии, например, авиадвигатель 1, вал которого через расцепитель 2 связан с валом магнитоэлектрического генератора 3. Выходные выводы фазных цепей генератора, образующие его выход, через цепи фидера 4 соединены с входом статического преобразователя частоты 5, содержащего выпрямитель 6 и выходной инвертор 7, выходные выводы которого предназначены для подключения нагрузки переменного тока. В фазные цепи генератора 3 и цепи фидера 4 включены первые и дополнительные The device contains a source of mechanical energy, for example, an aircraft engine 1, the shaft of which is connected via a release 2 to the shaft of the magnetoelectric generator 3. The output terminals of the generator phase circuits forming its output are connected through the feeder circuit 4 to the input of the static frequency converter 5 containing rectifier 6 and the output inverter 7, the output terminals of which are designed to connect an AC load. The phase circuits of the generator 3 and the circuit of the feeder 4 include the first and additional

датчики тока 8-10 и 11-13, выходы которых подсоединены к соответственно к входам дифференциального узла 14, выходом связанного с узлом защиты 15. Первый вход узла защиты 15 соединен с вторыми датчиками 16, определяющими, равно, как и датчики 8-13, состояния внутренних цепей статического преобразователя частоты 5, фазных цепей генератора 3 и фидера 4. Второй ход узла защиты 15 соединен с выходом дифференциального узла 14. Выход узла защиты 15 подключен к входам управления исполнительных ключей 17 нормально-замкнутые силовые цепи которых включены последовательно в фазные цепи генератора между точками их объединения и вторыми выводами его фазных обмоток. Узел защиты 15 выполнен обеспечивающим размыкание исполнительных ключей 17 при авариях внутри цепей фидера и внутри фазных цепей генератора, а также недопустимых токовых перегрузках при авариях внутри статического преобразователя частоты.current sensors 8-10 and 11-13, the outputs of which are connected to the inputs of the differential node 14, respectively, with an output connected to the protection node 15. The first input of the protection node 15 is connected to the second sensors 16, which determine, as well as the sensors 8-13, the state of the internal circuits of the static frequency converter 5, phase circuits of the generator 3 and feeder 4. The second stroke of the protection node 15 is connected to the output of the differential node 14. The output of the protection node 15 is connected to the control inputs of the executive keys 17 normally closed power circuits of which are connected in series tionary phase in the oscillator circuit between the points of their union and second terminals of its phase windings. The protection node 15 is designed to open the actuator keys 17 in case of accidents inside the feeder circuits and inside the generator phase circuits, as well as unacceptable current overloads in case of accidents inside the static frequency converter.

Исполнительные ключи 17 могут быть выполнены в виде контактов контактора с обмоткой управления, подсоединенной к выходу узла защиты 15.Executive keys 17 can be made in the form of contacts of a contactor with a control winding connected to the output of the protection node 15.

В штатном режиме работы системы авиадвигатель 1 приводит во вращение вал нерегулируемого магнитоэлектрического генератора 3, выход которого через цепи фидера 4 подключен к преобразователю частоты 5, преобразующему энергию нестабильной высокой частоты и напряжения в энергию стабильной частоты и стабильного напряжения на нагрузке.In the normal mode of operation of the system, the aircraft engine 1 drives the shaft of the unregulated magnetoelectric generator 3, the output of which through the feeder 4 circuit is connected to the frequency converter 5, which converts the energy of the unstable high frequency and voltage to the energy of a stable frequency and stable voltage at the load.

При аварийных ситуациях в фазных цепях генератора (фазных либо линейных коротких замыканиях) или цепях фидера 4 информация с датчиков 8-13 поступает на входы дифференциального узла 14, который при превышении разности поступающих сигналов выше заданного порога срабатывания формирует выходной сигнал управления на размыкание силовых цепей исполнительных ключей,. Дифференциальный узел может быть выполнен по любой известной схеме, например, И.П.Степаненко «Основы теории транзисторов и транзисторных схем» М. «ЭНЕРГИЯ», 1967 г., с.339.In emergency situations in the generator phase circuits (phase or linear short circuits) or feeder circuits 4, information from sensors 8-13 enters the inputs of the differential node 14, which, when the difference between the incoming signals exceeds a predetermined response threshold, generates an output control signal to open the executive power circuits keys. The differential node can be made according to any well-known scheme, for example, IP Stepanenko "Fundamentals of the theory of transistors and transistor circuits" M. "ENERGY", 1967, p.339.

При необратимых токовых перегрузках внутри статического преобразователя частоты (коротких замыканиях, которые не устраняются снятием импульсов управления с его силовых ключей) соответствующая информация с датчиков 16 состояния внутренних цепей преобразователя поступает на первый вход блока защиты 15. Блок защиты формирует на выходе управляющий сигнал на размыкание цепей исполнительных ключей 16 и отключение генератора, ликвидируя тем самым аварийную ситуацию.In case of irreversible current overloads inside the static frequency converter (short circuits that cannot be eliminated by removing control pulses from its power switches), the corresponding information from the sensors 16 of the state of the internal circuits of the converter is supplied to the first input of the protection unit 15. The protection unit generates a control signal to open the output circuit executive keys 16 and turning off the generator, thereby eliminating the emergency.

При авариях генератора 3, связанных с его механическими разрушениями, например, выходом из строя подшипников, может быть сформирован сигнал одноразовой защиты, предусматривающий разрыв расцепителя 2.In case of accidents of the generator 3 associated with its mechanical damage, for example, failure of the bearings, a one-time protection signal can be generated, providing for the rupture of the release 2.

Реализация защиты системы энергоснабжения с помощью отключения генератора при аварийных ситуациях внутри токовых цепей основных узлов путем размыкания цепей фазных обмоток генератора, позволяет, исключив аварийный режим работы установки и перегрев генератора, повысить The implementation of the protection of the power supply system by turning off the generator in emergency situations inside the current circuits of the main nodes by opening the phase winding circuits of the generator, eliminating the emergency operation of the installation and overheating of the generator, increases

надежность энергообеспечения потребителя и степень пожаробезопасности электрогенератора.reliability of energy supply to the consumer and the degree of fire safety of the generator.

Составитель описания: М.М.ЮхнинCompiled by description: M.M. Yukhnin

Источники информации, принятые во внимание при составлении описания:Sources of information taken into account when compiling the description:

Л.И.Поспелов «Конструкции авиационных электрических машин», Москва, «ЭНЕРГОИЗДАТ», 1982, с.262-264.LI Pospelov “Designs of aircraft electrical machines”, Moscow, “ENERGOIZDAT”, 1982, p.262-264.

RU 64832 U1, H02P 9/00, 2006 г.RU 64832 U1, H02P 9/00, 2006

Claims (1)

Устройство защиты системы электроснабжения, содержащее источник механической энергии, приводящий во вращение вал магнитоэлектрического генератора, выходные выводы фазных цепей которого, образованные первыми выводами его фазных обмоток, подключены через цепи фидера к входу статического преобразователя частоты, включающего в себя выпрямитель и управляемый инвертор, выходные выводы которого предназначены для подключения нагрузки, первые и вторые датчики, определяющие состояние фазных цепей генератора и внутренних цепей статического преобразователя частоты соответственно, узел защиты, первый вход которого присоединен к выходам вторых датчиков, а выход к - входам управления исполнительных ключей, отличающееся тем, что нормально замкнутые цепи исполнительных ключей включены последовательно в фазные цепи генератора между точками их объединения и вторыми выводами его фазных обмоток, а в местах подключения цепей фидера к входу статического преобразователя частоты установлены дополнительные датчики тока, выходы которых присоединены к первому входу введенного дифференциального узла, к второму входу которого подключены выходы первых датчиков, а выход дифференциального узла присоединен к второму входу узла защиты, который выполнен обеспечивающим размыкание цепей исполнительных ключей при авариях внутри цепей фидера и внутри фазных цепей генератора, а также недопустимых токовых перегрузках при авариях внутри статического преобразователя частоты.

A power supply system protection device containing a mechanical energy source that drives the magnetoelectric generator shaft, the output terminals of the phase circuits of which are formed by the first outputs of its phase windings, connected via a feeder circuit to the input of a static frequency converter, which includes a rectifier and a controlled inverter, output terminals which are designed to connect the load, the first and second sensors that determine the state of the generator phase circuits and internal static circuits frequency converter, respectively, a protection unit, the first input of which is connected to the outputs of the second sensors, and the output to the inputs of the control of the executive keys, characterized in that the normally closed circuit of the executive keys are connected in series in the phase circuit of the generator between the points of their combination and the second terminals of its phase windings , and in places where the feeder circuits are connected to the input of the static frequency converter, additional current sensors are installed, the outputs of which are connected to the first input of the introduced differential a social node, the second input of which is connected to the outputs of the first sensors, and the output of the differential node is connected to the second input of the protection node, which is designed to open the actuator key circuits during failures inside the feeder circuits and inside the generator phase circuits, as well as unacceptable current overloads during accidents inside the static frequency converter.