SU720619A1 - Arrangement for power supply of self-contained units - Google Patents

Description

II

Изобретение относитс  к источникам электрической энергии с использованием в качестве генератора асинхронной машины и полупроводниковых элементов и может найти применение на автономных электростанци х, например судовых, где необходимо поддержание посто нной частоты автономной сети при переменной нагрузке и скорости вращени  вала приводного двигател .The invention relates to electric power sources using an induction machine and semiconductor elements as a generator and can be used in stand-alone power plants, for example, in ships, where it is necessary to maintain a constant frequency of the autonomous network at variable load and rotation speed of the drive motor shaft.

Известна установка дл  питани  автономных объектов переменным током посто нного напр жени  и стабильной частоты бортовой сети наземного транспорта, судов, самолетов 1.A known installation for supplying autonomous objects with alternating current of direct voltage and stable frequency of an onboard network of land vehicles, vessels, and airplanes 1.

Устройство содержит генератор переменной скорости вращени . Активна  мощность передаетс  в бортовую сеть посто нной частоты через преобразователь частоты. Дл  поддержани  напр жени  и компенсации расхода реактивной энергии служит работающий параллельно сети синхронный генератор реактивной мощности. Дл  защиты инвертора при коротком замыкании сети т.рехфазного тока предложено устройство в цепи посто нного тока, автоматически исключающее протекание токов через инвертор, превыщающих допустимый.The device comprises a variable speed generator. Active power is transmitted to the constant-frequency network via the frequency converter. To maintain voltage and compensate for the consumption of reactive energy, a synchronous generator of reactive power operating in parallel to the network is used. To protect the inverter during a short circuit of the three-phase network, a device has been proposed in the DC circuit, which automatically prevents the currents from flowing through the inverter to exceed the permissible value.

f2f2

Недостатком указанной установки  вл етс  применение специального синхронного генератора в качестве источника управл емой реактивной мощности и значительные потери энергии из-за двухкратного преобразовани  всей активной мощности в цепи выпр мител  и инвертора, а также дополнительные потери в специальном синхронном гене-, раторе.The disadvantage of this installation is the use of a special synchronous generator as a source of controlled reactive power and significant energy losses due to double conversion of all active power in the rectifier and inverter circuits, as well as additional losses in a special synchronous generator.

Наиболее близким техническим рещением R данному изобретению  вл етс  установка дл  питани  автономньтх объектов, содержаща  асинхронную мащину с приводным двигателем на ее валу, выпр мительный мост в ее роторной цепи, инвертор с блоком управлени , включенным в сеть переменного тока, к которой подключ ены датчики напр жени  и частоты, конденсаторы самовозбуждени , сглаживающий дроссель, включенный последовательно в цепь выпр мленного тока ротора ас.инхронной машины , токоограничивающие peaKtopbi, подключенные к инвертору к сети переменного тока 2.The closest technical solution R of the present invention is an installation for supplying autonomous objects, containing an asynchronous maschina with a drive motor on its shaft, a rectifying bridge in its rotor circuit, an inverter with a control unit connected to the AC mains to which the sensors are connected frequency and frequency, self-excited capacitors, smoothing choke, connected in series to the rectified current circuit of the rotor of the asynchronous machine, current-limiting peaKtopbi, connected to the inverter to the mains The leg 2 current.

В качестве регул тора напр жени  и источника активной энергии использована синхронна  мащина. .,,,-.......A synchronous mask was used as a voltage regulator and a source of active energy. . ,,, -.......

Основным недостатком известной уста ТГ8В1Ш й1о1 ё1ч;  ёе сложйосТГвШду наличи  синхронного генератора, работающего i:.oi.-B режиме реактивной мощности, и наличие ;ч.-потерь в ней, что приводит к снижению ее энергетических показателей.The main disadvantage of the famous mouth TG8V1Sh y1o1 ё1ч; It has a CTG in the presence of a synchronous generator operating i: .oi.-B in the reactive power mode, and the presence of a part-loss in it, which leads to a decrease in its energy performance.

Целью изобретени   вл етс  устранение указённб1х нёдостаткой, а именно: упрощение устройства и улучщение его энергетических показателей.The aim of the invention is to eliminate the disadvantages indicated, namely, to simplify the device and improve its energy performance.

Эта ЦёЛЪ ДсгсТИгаеТСЯ в установке дл  питани  автономных объектов, содержащей асйнхрбнную мащйну с приводным двига Тёлём на ее валу, выпр мительный мост в ее роторной цепи, инвертор с блоком управлени , включенным в сеть переменного тока, к которой подключены датчики напр жени  и частоты, и конденсаторы самовозбуждени , сглаживающий дроссель, включенный последовательно в цепь выпр мленного тока ротора асинхронной мащины, токоограни чгтаИбщйе реакторы, цодключенные к инвертору , и сети переменного тока.This Tsel is in an installation for supplying autonomous objects containing an asynchronous machine with a driving body on its shaft, a rectifying bridge in its rotor circuit, an inverter with a control unit connected to the AC network to which voltage and frequency sensors are connected, and self-excited capacitors, smoothing choke, connected in series to the rectified circuit of the rotor of the asynchronous maschina, current limit, common reactors connected to the inverter, and AC networks.

Новым в установке  вл етс  то, что она снабжена полупроводниковым ключевым элементом, который включен параллельно в цепьвыпр мленного тока ротора асинхронной мащины, блоком управлени  ключевым э ЛёМентом, вход которого соединен с выхо Дом датчикачастотьт, причем ;выпр мительный мост в роторной цепи вБГпоЛнен управл емым с искусственной коммутацией; выход датчика папр жёни  подключен ко входу блока управлени  выпр мителем, а конденсаторы самовозбуждени  подключены к сети через дополнительно введенные дроссели. Установка содержит первичный двигатель 1 асинхронной машины 2, выпр мительный мост с искусственной коммутацией 3 в цепи ротора мащины 2, инвертор с естественной коммутацией 4, в цепь посто нного тока ротора включен сглаживающий дроссель 5. Парраллельно в цепб выпр мленного тока ротора включен полупроводниковый ключевой элемент 6. Конденсаторы : самовозбуждени  7 подключены к сети переменного тока через дроссели 8. Датчик напр жени  9 и датчик частоты 10 подключены к сети переменного тока, а блок управлени  11 инвертором также включен в сеть переменного тока. Вход блока 12 управлени  выпр мителем подключен к выходу датчика напр жени  9. Вход блока 13 управлени  ключевым элементом подключен к выхо.ду датчика частоты 10. В цепи инвертора 4 предусмотрены токоограничивающие реакторы 14.New in the installation is that it is equipped with a semiconductor key element, which is connected in parallel to the asynchronous mash rotor direct current circuit, a key control unit of the Lement, whose input is connected to the output of the Sensor Frequency House, moreover, the straightening bridge in the rotor circuit is bGG controlled by with artificial switching; The sensor output is connected to the input of the rectifier control unit, and the self-excitation capacitors are connected to the network through the additionally introduced chokes. The installation contains a primary motor 1 of an asynchronous machine 2, a rectifying bridge with artificial switching 3 in the circuit of the rotor of Maschina 2, an inverter with natural switching 4, a smoothing throttle 5 is connected to the DC circuit of the rotor. Semiconductor key element is parallel to the straightened rotor current circuit 6. Capacitors: self-excitation 7 is connected to the AC network through chokes 8. Voltage sensor 9 and frequency sensor 10 are connected to the AC network, and the inverter control unit 11 is also connected to the network alternating current. The input of the rectifier control unit 12 is connected to the output of the voltage sensor 9. The input of the key element control unit 13 is connected to the output of the frequency sensor 10. Inverter 4 has current limiting reactors 14.

Установка работает следующим образом.The installation works as follows.

Первичный двигатель 1 вращает асинхронную мащину 2 со скоростью превыщающей синхронную. При этом в питающую сеть генерируетс  активна  мощность статора и через выпр митель 3 и инвертор 4 мощность скольжени . Сглаживающий дроссель 5Primary motor 1 rotates asynchronous machine 2 at a speed exceeding synchronous. In this case, the active power of the stator and through the rectifier 3 and the inverter 4 the power of the slip is generated in the supply network. Smoothing choke 5

обеспечивает уменьщение пульсаций выпр м тока ротора асинхронной мащины. Качество формы кривой выходного напр жени  генератора обеспечиваетс  конденсаторами 7 и дроссел ми 8, которые образуют фильтро-компенсирующее устройство. Источником реактивной энергии автономной системы  вл ютс  асинхронна  мащина, выпр митель , работающий в ее роторной цепи с опережающими углами управлени , и конденсаторы фильтро-компенсирующего устройства. При работе выпр мител  с опережающими углами управлени  реактивна  составл юща  тока ротора асинхронной мащины имеет емкостный характер и обеспечивает возбуждение генератора, а такжеprovides a reduction in pulsations of the rotor current rectifier of the asynchronous machine. The quality of the shape of the generator output voltage curve is provided by capacitors 7 and throttles 8, which form a filter-compensating device. The source of reactive energy of an autonomous system is an asynchronous mask, a rectifier operating in its rotor circuit with leading control angles, and capacitors of a filter-compensating device. When a rectifier with advanced control angles is operated, the reactive component of the rotor current of the asynchronous maschine has a capacitive character and provides excitation of the generator, as well as

j частичное питание нагрузки реактивным током . Регулирование уровн  напр жени  автономной системы и, следовательно, генерируемой реактивной мощности осуществл етс  в функции выходного сигнала датчика напр жени  9, который через блок управлени  выйр мителем 12 измен ет фазу его угла управлени . Инвертор преобразовател  работает с посто нным минимальным углом управлени , когда его противоэдс максималь на . Регулирование среднего значени  протиJ воэдс и, следовательно, изменение генерируемой активной мощнрсти в автономную сеть осуществл етс  с помощью ключевого элемента в цепи выпр мленного тока изменением относительной продолжительности его включени . При этом частотанапр жени  автономной сети будет определ тьс  согласно зависимостиj partial load supply with reactive current. The regulation of the voltage level of the autonomous system and, therefore, of the generated reactive power is carried out as a function of the output signal of the voltage sensor 9, which through the control unit of the transducer 12 changes the phase of its control angle. The inverter inverter operates with a constant minimum control angle when its counter-emf is maximum. The regulation of the average value of the opposite of the air power and, consequently, the change of the generated active power to the autonomous network is carried out with the help of a key element in the rectified current circuit by changing the relative duration of its switching on. In this case, the frequency of the autonomous network voltage will be determined according to

П-РETC

f f

gQb.tK(l-byotSn; ККэ,1gQb.tK (l-byotSn; Kke, 1

I со&лр1И7РнС аЛрС1-(1-,)С04Ап,тЗI with & lr1I7RnS aLrS1- (1 -,) S04Ap, TZ

где п, р - соответственно скорость вра щени  и число пар полюсов; к - коэффициент схемы вентильного преобразовател ; Зт;г7 углы управлени  мостов 3,4; X - относительна  продолжительоность включени  ключевогоwhere n, r are the rotational speed and the number of pairs of poles, respectively; k is the coefficient of the circuit of the converter; Zm; g7 bridge control angles 3.4; X is the relative duration of the inclusion of the key

элемента;.,element;

R 9 - эквивалентное сопротивлениеR 9 - equivalent resistance

роторной цепи; RH-сопротивление нагрузки. Управление инвертором с посто нным углом осуществл етс  с помощью устройства 11. Изменение продолжительности включени  ключевого элемента осуществл етс  в функции датчика частоты 10 через блок управлени  13. Дл  защиты вентильного преобразовател  при коротких замыкани х сети трехфазного тока применены токоограничивающие реакторы 14.,rotor chain; RH-load resistance. The inverter with a fixed angle is controlled by the device 11. The switching time of the key element is changed as a frequency sensor 10 through the control unit 13. Current-limiting reactors 14 are used to protect the gate converter during short-circuits of the three-phase current network.

Claims (2)

Увеличение тока нагрузки, особенно индуктивной , приводит к уменьщению напр жени  автономной сети. Датчик напр жени  9 через блок 12 измен ет угол управлени  роторного блока 3 в сторону увеличени  емкостной составл ющей тока ротора. При этом возрастает генерируема  асинхронной машиной 2 реактивна  мощность, что приводит к соответствующему увеличению напр жени  до прежнего уровн  (в пределах коэффициента статизма регул тора). Резкое изменение нагрузки при опережающем угле управлени  преобразователем S вызывает увеличение емкостной составл ющей тока ротора, следовательно, обеспечивает форсирование возбуждени  и необходимую устойчивость системы. Увеличение скорости вращени  мащины приводит к увеличению генерируемой активной мощности и, следовательно, к возрастанию частоты. Датчик частоты 10 через систему управлени  13 уменьшает относительную продолжительность включени  ключевого элемента. При этом среднее значение противоэдс увеличиваетс , уменьщаетс  ток ротора и, следовательно, генерируема  активна  мощность, что приводит к восстановлению частоты до прежнего уровн . Использование предлагаемого устройства обеспечивает по сравнению с известными следующие преимущества: 1.Исключаетс  из автономной системы дополнительный источник реактивной мощности в виде синхронного генератора, так как питание потребителей реактивной мощностью осуществл ет асинхронна  мащина, возбуждаема  со стороны ротора емкостной составл юш.ей его тока за счет опережающего угла управлени  роторного выпр мител . 2.Уменьщаютс  потери энергии в автрномной электростанции вследствие отсутстви  дополнительной синхронной мащины. 3.Увеличиваетс  коэффициент мощности инвертора вследствие применени  ключевого элемента в цепи выпр мленного тока ротора, так как инвертор в этом случае раработет с посто нным минимальным углом управлени . 4. Улучщаетс  форма сетевого напр жени  за счет совместного использовани  конденсаторов , служащих дл  самовозбуждени  мащины, и дросселей, примен емых в качестве фильтра высщих гармоник тока. Формула изобретени  Усгановка дл  питани  автономных объектов , содержаща  асинхронную мащину с приводным двигателем на ее валу, выпр мительный мост в ее роторной цепи, инвертор с блоком управлени , включенным в сеть переменного тока, к которой подключены датчики напр жени  и частоты, конденсаторы самовозбуждени , сглаживающий дроссель , включенный последовательно в цепь выпр мленного тока ротора асинхронной мащины, токоограничивающие реакторы, подключенные к инвертору и сети переменного тока, отличающа с  тем, что, с целью упрощени  устройства и улучщени  его энергетических показателей, установка снабжена полупроводниковым ключевым элементом , который включен параллельно в цепь выпр мленного тока ротора асинхронной мащины, блоком управлени  ключевым элементом, вход которого соединен с выходом датчика частоты, причем выпр мительный мост в роторной цепи выполнен управл емым с искусственной коммутацией , выход датчика напр жени  подключен ко входу блока управлени  выпр мителем, а конденсаторы самовозбуждени  подключены к сети через дополнительно введенные дроссели. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Акцептованна  за вка ФРГ 1563728, кл. Н 02 Р 9/42, 1974. An increase in the load current, especially inductive, leads to a decrease in the voltage of the autonomous network. A voltage sensor 9 through unit 12 changes the control angle of the rotor unit 3 in the direction of increasing the capacitive component of the rotor current. At the same time, the reactive power generated by the asynchronous machine 2 increases, which leads to a corresponding increase in the voltage to the same level (within the coefficient of the controller statism). An abrupt change in load at the leading angle of control of the converter S causes an increase in the capacitive component of the rotor current, therefore, provides forcing the excitation and the necessary stability of the system. An increase in the speed of rotation of the mask leads to an increase in the generated active power and, therefore, to an increase in frequency. The frequency sensor 10 through the control system 13 reduces the relative duration of the switching on of the key element. In this case, the average value of the back emf increases, the rotor current decreases and, consequently, the active power generated, which leads to the restoration of the frequency to the previous level. The use of the proposed device provides, in comparison with the known ones, the following advantages: 1. An additional source of reactive power in the form of a synchronous generator is excluded from an autonomous system, since the power supply to consumers with reactive power is provided by an asynchronous maschine, excited from the side of the rotor by the capacitive component of its current advanced steering angle rotary rectifier. 2. The energy loss in an autonomous power plant is reduced due to the absence of additional synchronous maschine. 3. The power factor of the inverter is increased due to the use of a key element in the rectified rotor current circuit, since the inverter in this case operates with a constant minimum control angle. 4. Improves the shape of the mains voltage by sharing the capacitors used for self-excitation of the maschine and chokes, used as a filter for high current harmonics. Claims for powering autonomous objects, containing an asynchronous mask with a drive motor on its shaft, a rectifying bridge in its rotor circuit, an inverter with a control unit connected to the AC mains, to which voltage and frequency sensors are connected, self-excited capacitors, smoothing choke, connected in series to the rectified circuit of the rotor of the asynchronous maschine, the current-limiting reactors connected to the inverter and the AC mains, in order to simplify device and improving its energy performance, the installation is equipped with a semiconductor key element, which is connected in parallel to the rectified rotor circuit of the asynchronous maschine, a key element control unit, the input of which is connected to the output of the frequency sensor, and the rectifying bridge in the rotor circuit is controlled by an artificial switching, the output of the voltage sensor is connected to the input of the rectifier control unit, and the self-excitation capacitors are connected to the network through the throttles. Sources of information taken into account in the examination 1. Accepted for Germany 1563728, cl. H 02 R 9/42, 1974. 2.Авторское свидетельство СССР 233050, кл. Н 02 Р 9/30, 1968. 7206192. Authors certificate of the USSR 233050, cl. H 02 R 9/30, 1968. 720619 n iteJt St C 1 n iteJt St C 1