Способ стабилизации выходного напряжения вентильного магнитоэлектрического генератора

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системе электропитания автономных объектов. Техническим результатом является улучшение массогабаритных и энергетических показателей при упрощении технической реализации способа, что обеспечивает повышение энергоэффективности процесса стабилизации его напряжения, повышение технологичности его реализации. Способ заключается в том, что переменное напряжение МЭГ выпрямляют с изменяемой частотой вращения его вала и при изменении частоты вращения вала от ƒmin до ƒmax регулируют его в направлении стабилизации на заданном уровне, формируют нерегулируемое основное выпрямленное напряжение Ud0 и дополнительное выпрямленное напряжение ΔUd0, эти два напряжения суммируют в соответствии с выражением Ud0Σ=Ud0±ΔUd0, а стабилизацию этого результирующего выпрямленного напряжения Ud0Σ осуществляют путем регулирования дополнительного выпрямленного напряжения ΔUd0 по уровню и по знаку в диапазоне ±ΔUd0=(+)ΔUd0max÷0÷(-)ΔUd0max, причем в диапазоне изменения частоты от ƒmin до напряжение ΔUd0 суммируют с основным напряжением Ud0, а в диапазоне от до ƒmax вычитают из него. Сущность способа поясняется структурно-функциональной схемой (ВМЭГ). 2 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, а именно - к области электрических генераторов с переменной частотой вращения вала и может быть использовано при построении вентильных генераторов (ВГ) для систем электропитания автономных объектов, например, для летательных аппаратов, где требуются бесконтактность и минимально возможная масса и габариты.

Известны регулируемые по напряжению бесконтактные генераторы комбинированного возбуждения, включающие в себя два индуктора - нерегулируемый индуктор на постоянных магнитах и регулируемый индуктор с электромагнитным возбуждением, который реализуется на основе конструкции типа сексин - см. стр. 180, рис. 6.16 в Электрооборудование летательных аппаратов: учебник для вузов. В двух томах / под ред. С.А. Грузкова. - М.: Изд.-о МЭИ. - Том 1. Системы электроснабжения летательных аппаратов. - 2005. - 508 с. При подключении к выходу такого генератора выпрямительного блока он превращается в «бесконтактный вентильный генератор (БВГ)». Регулирование возбуждения для стабилизации выходного напряжения БВГ осуществляется с помощью электронного блока регулирования тока возбуждения регулируемого индуктора. Такие БВГ обеспечивают стабилизацию выходного напряжения при изменении частоты вращения вала генератора и нагрузки в заданных диапазонах.

Недостатком данного решения являются технологические сложности реализации конструкции второго индуктора типа сексин, которые возрастают с ростом мощности и частоты вращения вала.

Наиболее близким по технической сущности к предложенному изобретению является БВГ с возбуждением только от постоянных магнитов. Они выполняются в виде последовательно соединенных бесконтактной фазной электрической машины (ЭМ) и управляемого вентильного блока (УВБ), который может выполняться, например, на тиристорах (см. стр. 279 в [2]: Комлев И.В. Регулируемый магнитоэлектрический вентильный генератор Труды н/т-й конф. «Электрификация летательных аппаратов», посвященная 125-летию академика В.С. Кулебакина. Москва, 1 ноября 2016 г. ИД Академии Жуковского, 2016. - 322 с.) Способ стабилизации напряжения вентильного магнитоэлектрического генератора (МЭГ) заключается в том, что переменное напряжение МЭГ с изменяемой частотой вращения его вала выпрямляют, при изменении частоты вращения вала от ƒmin до ƒmax, регулируют его в направлении стабилизации на заданном уровне. Стабилизация напряжения осуществляется путем фазового управления 18 тиристорами, на которых выполняется выполнения выпрямительный мост. Управление (УВБ) для стабилизации напряжения осуществляется фазовым способом с помощью блока управления (БУ).

Недостатком этого решения является повышенная сложность УВБ и недостаточно высокая его помехоустойчивость. Кроме того, входной коэффициент мощности УВБ сильно уменьшается с ростом угла регулирования тиристоров, что при стабилизации выходного напряжения БВГ в режиме максимальной частоты вращения вала приводит к увеличению проектно необходимой габаритной мощности ЭМ, то есть к ухудшению ее массогабаритных и энергетических показателей.

Технической задачей изобретения является улучшение массогабаритных и энергетических показателей при упрощении технической реализации способа.

Технический результат способа заключается в повышении энергоэффективности процесса стабилизации его напряжения (при переменной частоте вращения вала) и технологичности практической его реализации.

Это достигается тем, что при известном способе стабилизации выходного напряжения вентильного магнитоэлектрического генератора (МЭГ), состоящем в том, что переменное напряжение МЭГ с изменяемой частотой вращения его вала выпрямляют, при изменении частоты вращения вала от ƒmin до ƒmax регулируют его в направлении стабилизации на заданном уровне, формируют нерегулируемое основное выпрямленное напряжение Ud0 и дополнительное выпрямленное напряжение ΔUd0, эти два напряжения суммируют в соответствии с выражением: Ud0Σ=Ud0±ΔUd0, а стабилизацию этого результирующего выпрямленного напряжения Ud0Σ осуществляют путем регулирования дополнительного выпрямленного напряжения ΔUd0 по уровню и по знаку в диапазоне: ±Ud0=(+)ΔUd0max÷0÷(-)ΔUd0max, причем в диапазоне изменения частоты от ƒmin до напряжение ΔUd0 суммируют с основным напряжением Ud0, а в диапазоне от до ƒmax вычитают из него.

Изобретение поясняется чертежами где на фиг. 1 показана структурно-функциональная схема вентильного магнитоэлектрического генератора (ВМЭГ), реализующая способ стабилизации, на фиг. 2 приведена скоростная характеристика ВМЭГ, поясняющая зависимость его выходного напряжения от частоты вращения вала для двух диапазонов ее изменения: от 6000 об/мин до 9000 об/мин и от 6000 об/мин до 12000 об/мин.

Стабилизированный по выходному напряжению вентильный магнитоэлектрический генератор (ВМЭГ) содержит: синхронный генератор 1 с возбуждением от постоянных магнитов, своим выходом подключенный ко входам выпрямительного блока 2, а также последовательно включенное в цепь постоянного тока этого блока 2 выход реверсивного вольтодобавочного канала (РВДК). Силовая часть РВДК включает в себя высокочастотный инвертор напряжения (ВЧИН) 3, выполненный на транзисторах 3.1, 3.2 с делителем напряжения 3 на конденсаторах 3.3, 3.4, которые своими выводами 3.5, 3.6, подключены к выходным выводам 2.1, 2.2 выпрямительного блока 2, между которыми включен также накопительный конденсатор 2.3; согласующий трансформатор напряжения 4 (установленный на выходе инвертора 3) с первичной 4.1 и двумя вторичными обмотками 4.2, 4.3, причем последние с двумя полностью управляемыми ключами с односторонней проводимостью 5, 6 образуют реверсивный вольтодобавочный выпрямитель (РВДВ) по нулевой схеме. Точка соединения силовых выводов ключей 5, 6 через дроссель 7 подключена к одному выходному выводу 8 ВМЭГ, а второй его выходной вывод 9 объединен с выходным выводом выпрямительного блока 2.2. Между выходными выводами 8, 9 ВМЭГ включен конденсатор 10, который совместно с дросселем 7 образует сглаживающий Г образный LC фильтр. Нагрузку 11 подключают к выходным выводам 8, 9 ВМЭГ. Управление инвертором напряжения 3 осуществляется блоком управления (БУ) 12, выходы которого через драйверы 13 подключены к управляющим входам ключей инвертора напряжения 3. Для стабилизации напряжения ВМЭГ при возмущающих воздействиях по нагрузке используется контур отрицательной обратной связи (КООС) по напряжению 14. При реализации драйверов 13 и КООС 14 используются стандартные решения. Электропитание узлов 12, 13, 14 осуществляется блоком питания внутренних нужд (БПВН) 15.

Для пояснения принципа работы реверсивного вольтодобавочного канала (РВДК) воспользуемся зависимостью выходного напряжения ВМЭГ от частоты вращения приводного вала ЭМ, представленной на фиг. 2. На ней в качестве примера показаны два возможных диапазона изменения частоты вращения вала: 1-й диапазон - от nmin=6000 об/мин до nmax=9000 об/мин и 2-й диапазон - от nmin=6000 об/мин до nmax=12000 об/мин. Линии 0-k1 и 0-k2 на фиг. 2 отражают скоростные характеристики (в относительных единицах) для двух диапазонов изменения частоты вращения вала U*МЭГ=ƒ(n); а линии 0-g1 и 0-g2 - скоростные характеристики регулируемой части ВМЭГ - U*РГ=ƒ(n). Стабилизация выходного напряжения ВМЭГ характеризуется линиями h-02 и h-c соответственно. Для 1-го диапазона изменения частоты отрезки h-01 и 01-02 определяют 1-ю и 2-ю зоны стабилизации напряжения: в 1-й зоне (h-02) реализуется режим вольтодобавки (ВД), а во 2-й зоне (01-02) - режим вольтовычитания (ВВ). Аналогичный комментарий распространяется и на 2-й диапазон изменения частоты.

Процесс регулирования рассмотрим только для 1-го диапазона. За номинальную частоту вращения вала здесь принимается значение: Функциональная задача РВДК заключается в следующем: в 1-й зоне изменения частоты вращения nmin<nном к напряжению Ud0 основного канала (напряжение на накопительном конденсаторе 2.3) должно добавляться напряжение вольтодобавочного (стабилизирующего) канала ΔUd0, которое с ростом частоты вращения вала n должно автоматически уменьшаться по уровню от (+)ΔUd0max при nmin до 0 при nном (отрезок n1-h на фиг. 2.), а во 2-й зоне при nmax>n>nном из основного напряжения Ud0 дополнительное напряжение должно вычитаться и с ростом частоты вращения вала n автоматически увеличиваться по уровню от 0 при nном до (-)ΔUd0max при nmax (отрезок 02-k1 на фиг. 2). Это означает, что при переходе из 1-ой зоны (ВД) во 2-ю зону (ВВ) логика работы регулятора ширины импульсов (РШИ) должна изменяться на обратную. Из этого следует, что датчик напряжения МЭГ должен обладать V-образной характеристикой, на фиг. 2 определяемой изогнутой линией . В 1-й зоне транзисторы 3.1, 3.2 ВЧИН включают попеременно с задержкой на угол регулирования α, а транзисторы 5.1, 6.1 должны быть включены постоянно, т.е. РВДК здесь работает в выпрямительном режиме. Во 2-й зоне транзисторы 3.1, 3.2 выключают, а ВЧИН работает в выпрямительном режиме. Здесь транзисторы 5.1, 6.1 РВДК должны работать попеременно, но на интервалах, определяемых углом регулирования α, они должны находиться во включенном состоянии, т.е. на этих интервалах мощность МЭГ передается в нагрузку непосредственно. Это означает, что РВДК работает здесь в обращенном, т.е. в инверторном режиме. При этом обратный поток энергии идет на подзаряд накопительного конденсатора 2.3. В результате напряжение на нем возрастает, диоды выпрямительного моста 2 запираются, и отбор мощности от МЭГ 1 прекращается до того момента, когда конденсатор 2.3 разрядится на нагрузку 11, и напряжение на нем станет меньше, чем напряжение на выходе выпрямителя 2. Далее процесс подзаряда и разряда конденсатора 2.3 будет повторяться. Вышеописанные процессы работы РВДК обеспечивают стабилизацию выходного напряжения ВМЭГ.

Использование изобретения обеспечивает повышение КПД и уменьшение общей массы МЭГ и РВДК за счет преобразования не полной мощности МЭГ, а лишь его части. Численная оценка результата определяется диапазоном изменения частоты вращения вала МЭГ. Например, при кратности изменения частоты вращения вала Kn=nmax/nmin=1/5 максимальная мощность РВДК (в крайних точках частотного диапазона - nmin и nmax) составляет 20% от выходной номинальной мощности ВМЭГ, а при Kn=2 уже 30%. Мощность электронного блока уменьшается в 5 раз в первом случае и в 3 раза - во втором.

Способ стабилизации выходного напряжения вентильного магнитоэлектрического генератора (МЭГ), заключающийся в том, что переменное напряжение МЭГ выпрямляют с изменяемой частотой вращения его вала и при изменении частоты вращения вала от ƒmin до ƒmax регулируют его в направлении стабилизации на заданном уровне, отличающийся тем, что формируют нерегулируемое основное выпрямленное напряжение Ud0 и дополнительное выпрямленное напряжение ΔUd0, эти два напряжения суммируют в соответствии с выражением Ud0Σ=Ud0±ΔUd0, а стабилизацию этого результирующего выпрямленного напряжения Ud0Σ осуществляют путем регулирования дополнительного выпрямленного напряжения ΔUd0 по уровню и по знаку в диапазоне ±ΔUd0=(+)ΔUd0max÷0÷(-)ΔUd0max, причем в диапазоне изменения частоты от ƒmin до напряжение ΔUd0 суммируют с основным напряжением Ud0, а в диапазоне от до ƒmax вычитают из него.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при построении генераторов переменного и постоянного тока для систем электропитания автономных объектов, прежде всего, для летательных аппаратов, где требуются минимально возможная масса, габариты и бесконтактность, а также в ветроэнергетике.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании систем генерирования постоянного тока с переменной частотой вращения, с высокими требованиями к массе и габаритам, содержащих нерегулируемый по напряжению синхронный генератор с постоянными магнитами.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в устройствах преобразования мощности. Техническим результатом является улучшение работы устройства за счет уменьшения потерь на коммутацию.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в электрических трансмиссиях колесных и гусеничных машин различного назначения. Техническим результатом является повышение КПД, надежности и упрощение конструкции вентильно-индукторной электрической машины с переключаемыми фазными обмотками.

Изобретение относится к диагностической технике и может быть использовано для определения технического состояния автомобильных вентильных генераторов. Сущность заявленного решения заключается в том, что для определения неисправностей предлагается снимать осциллограммы на силовом выходе автомобильного вентильного генератора, предварительно отключив его от аккумуляторной батареи и соединив с анодом полупроводникового диода, катод которого соединяется с положительным выводом аккумуляторной батареи.

Техническое решение относится к области электротехники и может быть использовано для управления возбуждением генераторов, применяемых в электроприводе, в транспорте, в нефтегазовой отрасли.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах статического возбудителя для управления напряжением возбуждения генераторов.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах электропитания летательных аппаратов. Техническим результатом является повышение энергоэффективности процесса стабилизации.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в комбинированных теплоэлектроагрегатах коммунального назначения. Техническим результатом является обеспечение стратегии регулятора, которая минимизирует риск механических нарушений.

Изобретение относится к электротехнике. Технический результат заключается в возможности стабилизации напряжения двухполюсного магнитоэлектрического генератора при одновременном повышении его эффективности и минимизации массогабаритных показателей.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в источнике постоянного напряжения повышенной мощности с малым коэффициентом пульсации для выработки постоянного напряжения.

Изобретение относится к области электротехники. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей системы за счет возможности питания нагрузок переменного напряжения нестабильной частоты, но стабильной амплитуды и регулируемого исполнительного электропривода с рекуперативным торможением, а также за счет возможности пофазной симметрирующей стабилизации переменного напряжения стабильной частоты, который обеспечивается благодаря тому, что в автономную систему электроснабжения, содержащую в каждом магистральном канале трехфазный электромашинный стартер-генератор переменного напряжения с нестабильными параметрами, диодно-мостовой выпрямитель, двухконденсаторную фильтровую стойку, корректор коэффициента мощности, состоящий из первого индуктивно-емкостного фильтра и трех двунаправленных электронных ключей, первый импульсный модулятор с тремя вентильно-ключевыми стойками, фильтровым конденсатором, трансформатор с первой и второй обмотками, четыре группы распределительных шин для подключения: первая - стартера-генератора и нагрузок переменного напряжения с нестабильными параметрами, вторая - нагрузок переменного напряжения со стабильными параметрами, третья и четвертая - источников электропитания и нагрузок, а также питания аналогичных шин низкого и повышенного постоянных напряжений параллельных магистральных каналов, и кроме того, блок управления с цепями обратных связей и с первой группой импульсно-модуляторных выводов, во-первых, введены второй импульсный модулятор, трансреактор с обмотками, фильтровые конденсаторы, обратимый выпрямительно-инверторный преобразователь, повышающий импульсный конвертер, балластные дроссели, управляемый вентильный мостовой выпрямитель, пятая группа распределительных шин для подключения нагрузок переменного напряжения с нестабильной частотой, но стабильной амплитудой, второй индуктивно-емкостный фильтр и трехфазный циклоконвертер, состоящий из двунаправленных управляемых вентилей, трансформатор снабжен третьей обмоткой, а также тремя фазными обмотками, а блок управления снабжен второй группой импульсно-модуляторных выводов и группой релейно-сигнальных выводов, во-вторых, в каждый из модуляторов введен буферный конденсатор, в-третьих, импульсный конвертер выполнен состоящим из диодно-ключевой стойки, управляемого вентиля и дроссельно-конденсаторной стойки, а блок управления снабжен дополнительными выводами, в-четвертых, модуляторы снабжены демпферно-снабберными цепочками, состоящими из демпферных дросселей снабберных конденсаторов и двухдиодных стоек и, в-пятых, в нее введены внешние выводы для подключения регулируемого исполнительного электропривода и три трехфазные группы управляемых контакторов, а блок управления снабжен командными выводами, а в-шестых, в каждый модулятор введен уравнительный делитель напряжений, состоящий из уравнительного реактора и двух диодно-ключевых стоек, а блок управления снабжен вспомогательными импульсно-модуляторными выводами.

Изобретение относится к электротехнике и предназначено для использования на горных предприятиях для повышения эффективности технологического процесса передвижения горных машин при использовании автономных дизель-генераторных станций.

Изобретение относится к области электротехники. Электромеханическое устройство обеспечивает увеличение частоты вращения вала без введения громоздких узлов при наличии бесперебойного электропитания благодаря введению второй аккумуляторной батареи, преобразователя постоянного напряжения в импульсное, блока из двух автоматических расцепителей и двух электродвигателей, при этом первый, второй, третий входы и первый, второй выходы блока из двух автоматических расцепителей соответственно соединены с первым, вторым выходом устройства подзарядки батареи, с выходом преобразователя постоянного напряжения в импульсное и с первыми входами первой и второй аккумуляторных батарей, с вторыми входами этих батарей, кроме того, выход вышеупомянутого преобразователя постоянного напряжения в импульсное также соединен с вторым входом автоматического расцепителя и с входом первого электродвигателя, жестко связанного со вторым электродвигателем, имеющим вход, соединенный с выходом выпрямителя и имеющий жесткую связь с исполнительным механизмом.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системах электропитания и электроуправления. Техническим результатом является обеспечение работы при увеличенной нагрузке без увеличения громоздкости и уменьшения времени бесперебойного электропитания.

Изобретение относится к области электротехники. Электромеханическое устройство обеспечивает постоянство бесперебойного электропитания без введения громоздких узлов благодаря использованию блока из двух автоматических расцепителей, срабатывающих после окончания импульса, а также благодаря введению преобразователя постоянного напряжения в импульсное, имеющего: первый вход, соединенный с выходом коммутатора, второй вход, соединенный с выходом выпрямителя, и выход, соединенный с входом электродвигателя и третьим входом блока из двух автоматических расцепителей, срабатывающих после окончания импульса.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в автономных объектах, в частности автомобилях для генерирования электрической энергии и запуска двигателей внутреннего сгорания.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано для управления валом генератора. Техническим результатом является увеличение частоты вращения вала генератора в отсутствие громоздких узлов.

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано в системе электропитания автономных объектов. Техническим результатом является улучшение массогабаритных и энергетических показателей при упрощении технической реализации способа, что обеспечивает повышение энергоэффективности процесса стабилизации его напряжения, повышение технологичности его реализации. Способ заключается в том, что переменное напряжение МЭГ выпрямляют с изменяемой частотой вращения его вала и при изменении частоты вращения вала от ƒmin до ƒmax регулируют его в направлении стабилизации на заданном уровне, формируют нерегулируемое основное выпрямленное напряжение Ud0 и дополнительное выпрямленное напряжение ΔUd0, эти два напряжения суммируют в соответствии с выражением Ud0ΣUd0±ΔUd0, а стабилизацию этого результирующего выпрямленного напряжения Ud0Σ осуществляют путем регулирования дополнительного выпрямленного напряжения ΔUd0 по уровню и по знаку в диапазоне ±ΔUd0ΔUd0max÷0÷ΔUd0max, причем в диапазоне изменения частоты от ƒmin до напряжение ΔUd0 суммируют с основным напряжением Ud0, а в диапазоне от до ƒmax вычитают из него. Сущность способа поясняется структурно-функциональной схемой. 2 ил.

Наверх